天鐵煉鋼廠3#連鑄機(jī)改造

安志勇，蔡福祥，侯志慧（天鐵冶金集團(tuán)技術(shù)中心，河北涉縣056404）

天鐵煉鋼廠3#連鑄機(jī)改造

安志勇，蔡福祥，侯志慧
（天鐵冶金集團(tuán)技術(shù)中心，河北涉縣056404）

[摘要]介紹了天津天鐵冶金集團(tuán)煉鋼廠生產(chǎn)150×150小方坯的3#機(jī)連鑄機(jī)9 m弧的改造情況。針對(duì)改造后生產(chǎn)前期出現(xiàn)的大包水口更換費(fèi)時(shí)，結(jié)晶器頻繁漏鋼及短定尺等問(wèn)題，通過(guò)將升降油缸的空心旋轉(zhuǎn)軸更換為托桿導(dǎo)軌架，增加擋渣墻的高度，優(yōu)化結(jié)晶器銅管倒錐度曲線(xiàn)，利用拉矯機(jī)編碼器輸入的速度信號(hào)與時(shí)間控制火切機(jī)切割速度，完成12 m定尺切割等措施，使3#連鑄機(jī)順利生產(chǎn)出150×150方坯，平均連澆爐數(shù)達(dá)到17.8爐，鑄坯合格率完成99.98%，收得率達(dá)到99.65%。

[關(guān)鍵詞]連鑄機(jī)；改造；結(jié)晶器

1　引言

隨著高線(xiàn)產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大和客戶(hù)對(duì)盤(pán)條品種、質(zhì)量要求的不斷更新提高，天鐵集團(tuán)煉鋼廠6 m弧3#連鑄機(jī)已不能滿(mǎn)足坯料的供給，由于設(shè)備落后，中間包容量小、拉速低，造成澆鋼周期長(zhǎng)、鋼包周轉(zhuǎn)困難、轉(zhuǎn)爐與連鑄生產(chǎn)不匹配等問(wèn)題日益突出。設(shè)備產(chǎn)能低、能耗高、噪音大，無(wú)除塵設(shè)施與集團(tuán)公司建設(shè)“綠色新天鐵”的理念嚴(yán)重不符，故于2014年8月拆除進(jìn)行了設(shè)備改造，現(xiàn)已建成投產(chǎn)。

2　設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)和改造內(nèi)容

2.1設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

機(jī)型：全弧型方坯連鑄機(jī)；

基本半徑：R 9 m；

流間距：1 300 mm；

流數(shù)：四機(jī)四流；

斷面：150×150定尺長(zhǎng)度6～12 m；澆注方式：定徑/塞棒保護(hù)澆注；結(jié)晶器類(lèi)型：管式結(jié)晶器，安裝液面檢測(cè)裝置外置式電磁攪拌；

結(jié)晶器振動(dòng)：無(wú)干擾復(fù)式全板簧振動(dòng)。

2.2改造內(nèi)容

（1）原大包回轉(zhuǎn)臺(tái)不動(dòng)，增加大包長(zhǎng)水口機(jī)械手，使長(zhǎng)水口具有升降、移動(dòng)、傾翻功能，以密封大包滑動(dòng)水口，并在密封的同時(shí)向大包滑動(dòng)水口和大包保護(hù)套管的間隙輸送氬氣，隔絕空氣。

（2）中包車(chē)增加了液壓升降機(jī)構(gòu)、橫向微調(diào)及稱(chēng)量裝置。中包由原來(lái)單一的定徑水口澆注改為定徑與塞棒自動(dòng)控制澆注互換。因?yàn)楸Ａ袅硕◤綕沧?，不同于單純?nèi)魸沧ⅲ?#連鑄機(jī)在中包區(qū)域設(shè)置了2個(gè)事故渣盆，1個(gè)溢流罐，中包車(chē)上留有擺槽。

（3）將結(jié)晶器銅管長(zhǎng)度由800 mm加長(zhǎng)至900mm，結(jié)晶器為全不銹鋼結(jié)構(gòu)帶，增加了一層足輥三層噴嘴，并安裝了外置式電磁攪拌。

（4）二次冷卻由全水冷改為氣霧冷卻。利用大半徑弧形連鑄機(jī)的結(jié)晶器和二冷段，尤其是立彎型或直弧型連鑄機(jī)的直結(jié)晶器和直二冷段，有利于雜質(zhì)上浮，避免內(nèi)弧富集夾雜的功能[1]，延長(zhǎng)了冷卻弧段至7 700 mm。各段分設(shè)集水環(huán)與各面噴管采用法蘭連接，獨(dú)立回路自動(dòng)調(diào)節(jié)，更換斷面時(shí)只更換各面上的噴淋管而不更換集水環(huán)，各段的冷卻噴管均為各面獨(dú)立，可快速定位安裝，保證方坯斷面各面水量分配均等，鑄坯均勻冷卻，不產(chǎn)生裂紋。

3　存在的問(wèn)題及解決措施

3.1大包水口機(jī)械手操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力影響生產(chǎn)

大包回轉(zhuǎn)臺(tái)未改造時(shí)不具備升降功能，操作工要在4 m外操作機(jī)械手將大包保護(hù)套管對(duì)中大包滑動(dòng)水口，因大包水口機(jī)械手自重近1 t，3個(gè)鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)于靈活，動(dòng)作非常難控制，水口對(duì)中費(fèi)時(shí)費(fèi)力。原機(jī)械手大包保護(hù)套管托架是通過(guò)法蘭用螺栓固定在空心旋轉(zhuǎn)軸上的，在對(duì)中過(guò)程中滑動(dòng)水口竄鋼導(dǎo)致托架粘鋼嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)兩次澆注后大包保護(hù)套管就被廢鋼粘在托架上，不能夠移除，要更換新的保護(hù)水口就得先清理沾鋼，保護(hù)澆注不到位。機(jī)械手油管離溢渣口太近，油管長(zhǎng)時(shí)間受高溫炙烤，極易使油管漏油，造成生產(chǎn)事故。

利用原機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)底座，固定下旋轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)角度，不讓其旋轉(zhuǎn)。將升降油缸控制的空心旋轉(zhuǎn)軸拆除，更換為大包保護(hù)套管托桿導(dǎo)軌架，見(jiàn)圖1。

圖1　大包保護(hù)套管托桿

由大包保護(hù)套管托桿來(lái)代替空心旋轉(zhuǎn)軸，起到承托大包保護(hù)套管的作用，大包保護(hù)套管托架直接插在大包保護(hù)套管托桿頭部。這對(duì)中大包水口保護(hù)套管操作簡(jiǎn)單，一人可輕松操作，托架更換簡(jiǎn)單，也消除了液壓油管漏油的隱患，使用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，成本費(fèi)用低。在提高操作效率的同時(shí)，保證每爐大包保護(hù)到位，使鋼中氧增加量至少減少了80%。

3.2中包溢渣操作

伴隨著澆注方式的改變、連澆爐數(shù)的增加以及品種鋼生產(chǎn)對(duì)高潔凈度鋼水的要求，中包的溢渣操作問(wèn)題日顯突出。3#連鑄機(jī)的弧度由6 m改為9 m，鑄機(jī)整體標(biāo)高下移向東偏移430 mm，原大包鋼水下落的區(qū)間位置也隨之偏移。從大包到中包的落差加大，中包沖擊區(qū)內(nèi)注流沖擊強(qiáng)度和流動(dòng)模式改變，原有中包溢渣操作已經(jīng)不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。

首先，為防止沖擊區(qū)渣子進(jìn)入到澆注區(qū)，擋渣墻的高度增加至中包包蓋下約30 mm處，使其高于中包渣線(xiàn)和溢流高度，防止沖擊區(qū)渣子和溢流時(shí)的渣子進(jìn)入澆注區(qū)。

其次，開(kāi)澆2爐后就開(kāi)始溢渣操作，將鋼包下渣和引流砂盡量流出沖擊區(qū)，然后添加中包覆蓋劑隔絕空氣對(duì)鋼水的二次氧化。

第三，連續(xù)澆注時(shí)始終保持滿(mǎn)包澆注，有利于夾雜物充分上浮，將中包覆蓋層整個(gè)慢慢溢出中間包到溢渣斗內(nèi)。溢渣斗和事故斗之間由長(zhǎng)流槽連接，消除了溢渣斗因受大包回轉(zhuǎn)臺(tái)和中間包車(chē)之間空間的限制容量不大的缺陷。

另外，鑒于3#連鑄機(jī)定徑與塞棒澆注并存的特點(diǎn)，原設(shè)計(jì)的擺槽太長(zhǎng)（近3 100 mm）且與中包車(chē)連接梁離得太近，開(kāi)澆時(shí)擺槽承接廢鋼量太少，致使事故斗內(nèi)余鋼過(guò)多，中包不能爐爐溢渣，鋼坯內(nèi)部夾雜多。操作工在生產(chǎn)時(shí)還需頻繁清理擺槽粘鋼更換新擺槽，于是對(duì)擺槽也進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后不但有利于中包溢渣操作，還縮短了開(kāi)澆準(zhǔn)備時(shí)間，提高了鑄機(jī)作業(yè)率。

3.3結(jié)晶器漏鋼頻繁，鑄坯結(jié)殼多

結(jié)晶器錐度的設(shè)計(jì)原則是保證最小氣隙，使結(jié)晶器內(nèi)腔形狀最大限度的適合結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼的實(shí)際形狀，為鋼水提供快速而均勻的冷卻條件，保證結(jié)晶器坯殼厚度的均勻性，避免坯殼在機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力作用下發(fā)生拉斷、菱變、漏鋼、裂紋[2]。

在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量了3個(gè)不同廠家的結(jié)晶器，繪制了結(jié)晶器錐度曲線(xiàn)圖，見(jiàn)圖2。

圖2　結(jié)晶器錐度曲線(xiàn)圖

從圖2中可以看出，結(jié)晶器1的銅管錐度曲線(xiàn)更接近于理想的拋物線(xiàn)，較其它2個(gè)曲線(xiàn)光滑平緩。結(jié)晶器2的銅管錐度個(gè)別地方有輕微的折線(xiàn)，基本接近于理想的拋物線(xiàn)。而結(jié)晶器3的錐度曲線(xiàn)圖上存在明顯的不光滑現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致折點(diǎn)處銅管內(nèi)氣隙厚度增加，傳熱效果差，坯殼變薄，易出現(xiàn)菱變、漏鋼等事故。結(jié)晶器錐度偏大會(huì)造成拉坯阻力大，鑄坯容易拉斷。聯(lián)系3家結(jié)晶器廠家的技術(shù)人員到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

目前，3#連鑄機(jī)對(duì)于150×150斷面的方坯其振動(dòng)與拉速的關(guān)系按照f(shuō)=40v+100進(jìn)行設(shè)定，振幅為3.5 mm。不同拉速下負(fù)滑脫時(shí)間、振頻變化見(jiàn)表1。

表1　振動(dòng)參數(shù)表

從表中可以看出拉速在1.9 m/min時(shí)能保持較低的負(fù)滑脫時(shí)間，較高的負(fù)滑脫時(shí)間率，但壓鋼水，影響鋼水周轉(zhuǎn)。如果拉速在2.3 m/min時(shí)負(fù)滑脫率偏低，故將拉速控制在2.0～2.1 m/min時(shí)結(jié)晶器振頻、負(fù)滑脫時(shí)間和負(fù)滑脫率能達(dá)到最佳匹配，起到順利脫模的效果。

同時(shí)，進(jìn)一步規(guī)范了崗位操作，要求操作工開(kāi)澆前必須檢查足輥與銅管的對(duì)中情況，結(jié)晶器內(nèi)壁是否有坑或鍍鉻層有無(wú)脫落，起步擺槽或塞棒壓棒迅速準(zhǔn)確，使得漏鋼、結(jié)殼拉斷的事故月平均降低43.6%。

3.4火切機(jī)定尺不能自動(dòng)切割，易出現(xiàn)短定尺

3#機(jī)直供高線(xiàn)盤(pán)條一般生產(chǎn)12 m定尺的HRB400Nb，由于廠房寬度的限制，火切機(jī)切后輥道設(shè)計(jì)本身只有6.6 m，且終端輥道設(shè)備多，造成在生產(chǎn)12 m規(guī)格的定尺時(shí)，鑄坯頭部已經(jīng)進(jìn)入了翻鋼機(jī)1.3 m處，翻鋼機(jī)滑座遮擋攝像頭，使攝像頭不能探測(cè)到鑄坯頭部。

將定尺的攝像探頭由1個(gè)增加為2個(gè)后，12 m定尺的端部也不能在攝像機(jī)視角范圍內(nèi)看到，于是在11 m位置處設(shè)置了限位標(biāo)記，由計(jì)算機(jī)模擬開(kāi)始進(jìn)行計(jì)算，按照拉矯機(jī)編碼器輸入的速度信號(hào)與時(shí)間計(jì)算12 m定尺長(zhǎng)度，調(diào)節(jié)火切機(jī)橫向切割速度與拉坯速度在時(shí)間上相吻合，從而控制火切機(jī)的切割時(shí)間。這樣在拉矯機(jī)轉(zhuǎn)速與拉速匹配的情況下，解決了火切機(jī)切割12 m定尺的問(wèn)題。當(dāng)出現(xiàn)異常情況，拉矯機(jī)轉(zhuǎn)速與拉速不匹配時(shí)，易造成批量短定尺，只能采用手動(dòng)模式切割鑄坯。

4結(jié)束語(yǔ)

改造后3#連鑄機(jī)順利生產(chǎn)出150×150方坯，平均連澆爐數(shù)17.8爐，單澆次最高達(dá)23爐，中包連澆時(shí)間由336 min提高到621 min，鑄坯合格率99.98%，收得率99.65%。

大包保護(hù)套管對(duì)中操作方便簡(jiǎn)單，能做到爐爐吹氬保護(hù)澆注，鋼中氧增加量至少減少80%。

將擋渣墻的高度增加至中包包蓋下約30 mm處，開(kāi)澆第2爐后將鋼包下渣和引流砂盡量流出沖擊區(qū)，始終保持滿(mǎn)包澆注，并用長(zhǎng)流槽將溢渣引出去擴(kuò)大溢渣斗容量的操作方法非常有效，能明顯減輕鋼水的二次氧化程度，使鑄坯質(zhì)量得以保證。

選擇錐度在0.8%左右的結(jié)晶器，將拉速控制在2.0～2.1 m/min，強(qiáng)化崗位工開(kāi)澆前檢查確認(rèn)工作，能有效降低結(jié)晶器頻繁漏鋼，結(jié)殼拉斷等生產(chǎn)事故。

增加攝像頭數(shù)量，利用拉矯機(jī)編碼器提供的速度信號(hào)和時(shí)間可以有效控制火切機(jī)火焰切割時(shí)間，在正常情況下能夠滿(mǎn)足6～12 m定尺規(guī)格的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]姚嘉斌，張如斌.立彎型連鑄機(jī)與連鑄坯的質(zhì)量研究[J].連鑄, 2004（2）：15.

[2]蔡開(kāi)科，程士富.連續(xù)鑄鋼原理與工藝[M] .北京：冶金工業(yè)出版社，1994：349.

Modification of Caster 3 of Tiantie Steel-making Plant

AN Zhi-yong, CAI Fu-xiang and HOU Zhi-hui
(Technology Center of Tiantie Metallurgy Group, She County, Hebei Province 056404, China)

AbstractThe paper explains the modification at the 9 m curve of Caster 3 for producing 150×150 billet at Steel -making Plant, Tianjin Tiantie Metallurgy Group. In order to solve the problem of frequent mould breakout and short cutting length occurring in frequent ladle nozzle exchange at the early phase of production after modification, measures were taken of changing the hollow rotary shaft of lifting cylinder into supporting rod and guide rail rack, increasing the height of slag retaining wall, optimizing the tapper curve of mould tube and utilizing time and speed signal input by strengthening machine encoder to control the cutting speed of torch cutting machine in order to make 12 m cut-to-length cutting. In result, Caster 3 smoothly produced 150×150 billet with 17.8 average sequence heats, 99.98% billet qualification rate and 99.65% yield.

Key wordscaster; modification; mould

作者簡(jiǎn)介：安志勇（1980—），男，工程師，主要從事科技項(xiàng)目管理工作。

收稿日期：2014- 01- 15修回日期：2014- 01- 30

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2015.02.012