多斷面方坯連鑄機(jī)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)實(shí)踐

趙瑩娜

摘要：連鑄機(jī)作為鑄造工業(yè)中重要的設(shè)備，其主要功能是通過(guò)澆鑄工藝，將高溫的鋼水鑄成具備一定尺寸規(guī)格與斷面形狀的鑄坯。本文針對(duì)多斷面方坯連鑄機(jī)在鑄造工業(yè)中的實(shí)際需求，從實(shí)際設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)踐兩個(gè)角度進(jìn)行深入探索。所設(shè)計(jì)的連鑄機(jī)拉速生產(chǎn)高，作業(yè)效率與鑄坯質(zhì)量大大提升，為此類連鑄機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐改造提供重要經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：多斷面方坯連鑄機(jī);設(shè)計(jì);生產(chǎn)實(shí)踐

由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，鋼廠對(duì)連鑄機(jī)的適應(yīng)性要求不斷提高。生產(chǎn)大跨度、低中高碳鋼種、多斷面的鋼坯成為連鑄機(jī)的行業(yè)新需求。同時(shí)，連鑄機(jī)的最終產(chǎn)品訂單往往會(huì)導(dǎo)致在生產(chǎn)中斷頻繁更換斷面，對(duì)有效工時(shí)產(chǎn)生影響，限制其生產(chǎn)能力。因此，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要綜合考量實(shí)際生產(chǎn)需求，并科學(xué)設(shè)計(jì)多斷面方坯連鑄機(jī)。

1.多斷面方坯連鑄機(jī)的設(shè)計(jì)分析

1.1設(shè)計(jì)二冷區(qū)的全長(zhǎng)

根據(jù)冶金標(biāo)準(zhǔn)，一般二冷區(qū)噴水的全長(zhǎng)介于冶金長(zhǎng)度的40%到65%之間，鑄坯表面對(duì)應(yīng)的冷卻速度為200℃/m以下，溫度回升是低于100℃/m1。就高速生產(chǎn)的工藝而言，鑄坯質(zhì)量的提升不能僅僅靠二次冷水的強(qiáng)度調(diào)節(jié)。這在品種鋼中表現(xiàn)的尤為明顯，對(duì)此需要更長(zhǎng)的二次冷卻長(zhǎng)度，對(duì)鑄坯表面的溫度回升進(jìn)行控制。張鳳新研究顯示，在高速連鑄機(jī)中，二次冷卻的全長(zhǎng)不足，二次冷卻后的鑄坯未經(jīng)水冷覆蓋，表面溫度將大大提升，方坯連鑄機(jī)的二次冷卻全長(zhǎng)介于7200到7300mm之間，各設(shè)計(jì)公司在具體設(shè)計(jì)中會(huì)略有差異。

本次設(shè)計(jì)選用的連鑄機(jī)二冷卻區(qū)全長(zhǎng)為7685毫米，比目前的主流設(shè)計(jì)更長(zhǎng)。分為4區(qū)：全水冷1區(qū)、2區(qū)，氣霧冷卻3區(qū)、4區(qū)。要同時(shí)考慮普通碳鋼的高速鋼生產(chǎn)和特種鋼的低速生產(chǎn)。此外，把二次冷的4個(gè)區(qū)細(xì)化，分為4個(gè)區(qū)和14個(gè)擴(kuò)展區(qū)。制造小斷面普通碳素鋼和高拉拔速度的低合金鋼時(shí)，打開(kāi)二次冷卻4區(qū)擴(kuò)展區(qū)。制造大斷面的高碳鋼與優(yōu)質(zhì)特殊鋼時(shí)，拉拔速度會(huì)較慢，關(guān)閉二次冷卻4區(qū)擴(kuò)展區(qū)。

1.2二次冷卻不同區(qū)的比水量與分配比

由于鑄坯的橫斷面具有較大的跨度，鋼材的種類涵蓋低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼，凝固端不同于溫度回升的物理特性，所以多斷面方坯連鑄機(jī)對(duì)應(yīng)的比水量范圍很廣。在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，設(shè)置每個(gè)區(qū)的分配比，關(guān)閉4區(qū)擴(kuò)展區(qū)時(shí)為0.33、0.39、0.19、0.09，打開(kāi)4區(qū)擴(kuò)展區(qū)時(shí)為0.35、0.39、0.12、0.14，比水量在0.3至1.2L/kg的范圍內(nèi)。經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，鑄坯表面無(wú)質(zhì)量上的缺陷，具有良好的內(nèi)在質(zhì)量。

1.3設(shè)計(jì)噴嘴的快換裝配

用于傳統(tǒng)多斷面連鑄機(jī)的二次冷卻噴淋設(shè)計(jì)，通常每斷面具有多個(gè)或一個(gè)的噴淋條。如果斷面更換，則應(yīng)調(diào)整或更換噴淋條，并固定在噴淋條調(diào)節(jié)支架上的不同定位孔上，但圓弧度和中精度較差，難以適應(yīng)緊湊的生產(chǎn)節(jié)奏。嘴快換裝配的設(shè)計(jì)，用于滿足嚴(yán)格的工藝要求與生產(chǎn)節(jié)奏。二冷噴淋條在固定與調(diào)整之后。如果再改變斷面，只需噴嘴在線更換。

圖1為二冷區(qū)中全水噴嘴的裝配圖。所有斷面都設(shè)計(jì)一套外圓弧、內(nèi)圓弧與左右側(cè)接管，并在接管上印上斷面標(biāo)記。內(nèi)外圓弧接管通過(guò)計(jì)算長(zhǎng)度來(lái)確定內(nèi)外邊弧對(duì)應(yīng)的鑄坯表面與全水噴嘴的距離，左右接管設(shè)計(jì)形狀為Z字形，不僅應(yīng)調(diào)整左右噴嘴因斷面不同高度而產(chǎn)生的變化，調(diào)整鑄坯的兩側(cè)表面與噴嘴之間的間距。斷面更換時(shí)，每根連管在線下裝配全水噴嘴，線上僅需直接替換。

1.4生產(chǎn)中電磁攪拌的工藝參數(shù)與位置設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)連鑄機(jī)時(shí)，進(jìn)行凝固模型計(jì)算得到7.4m與9.2m等兩個(gè)各斷面生產(chǎn)拉速的安裝位置。然而，面對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中，特種鋼企業(yè)頻繁換斷面的情況，電磁攪拌末端位置的每一次調(diào)整，都會(huì)對(duì)生產(chǎn)節(jié)奏產(chǎn)生重大影響。優(yōu)化電攪拌與二次冷卻的工藝參數(shù)后，綜合考慮不同斷面的位置情況，確定彎月面的9.2m為最佳位置，其對(duì)應(yīng)的冶金效果良好。相應(yīng)的中心固相比為0-0.1，這和王波研究提出的使用0-0.2的中心固相比相契合，其可以適應(yīng)多種鋼種，提高控制中心的偏析效果。

2.多斷面方坯連鑄機(jī)的生產(chǎn)實(shí)踐

2.1鑄機(jī)的日均產(chǎn)量實(shí)踐

改造后，一號(hào)連鑄機(jī)的連鑄坯日均產(chǎn)量從最初的3400噸，提高到4100噸，可進(jìn)行60Si2Mn等優(yōu)質(zhì)特鋼和磨球等高碳鋼的生產(chǎn)。連鑄機(jī)投產(chǎn)以后，每年產(chǎn)量維持在144X10+t左右，生產(chǎn)過(guò)程中斷面頻繁更換，但斷面生產(chǎn)穩(wěn)定的情況下，生產(chǎn)量仍將不斷提升，主要設(shè)備可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行。設(shè)備性能與工藝參數(shù)的設(shè)置可契合不同鋼種與不同斷面的生產(chǎn)要求。生產(chǎn)出的鑄坯表面質(zhì)量與性能良好，無(wú)瑕疵。

2.2連鑄機(jī)不同斷面的生產(chǎn)拉速實(shí)踐

設(shè)計(jì)連鑄機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵要求是，在每個(gè)工斷面中實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)拉速，以解決因高爐產(chǎn)量增加而導(dǎo)致的鋼產(chǎn)量增加與鐵水過(guò)剩等問(wèn)題。但冷卻水量過(guò)少，冷卻強(qiáng)度就會(huì)下降，影響生產(chǎn)拉速。因此實(shí)踐中，將冷卻水進(jìn)出水口與出口水溫的溫差控制在適宜的范圍之內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)均勻的坯殼厚度，生產(chǎn)過(guò)程中結(jié)晶器保持恒定的進(jìn)出水溫差與冷卻水量，水壓也控制在合適的范圍內(nèi)。為防止而冷水水隙之間出現(xiàn)間歇沸騰，增加水壓，同時(shí)降低水隙以增加水流量，減少由于過(guò)熱變形導(dǎo)致的鑄坯變形與缺陷。本次測(cè)得的比水量為0.4L/kg，拉速為1.3m/min。從低倍檢驗(yàn)鑄坯結(jié)果來(lái)看，鑄坯的中心疏松與偏析均符合行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，不存在內(nèi)裂與無(wú)縮孔等質(zhì)量缺陷。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)合理設(shè)計(jì)多斷面方坯連鑄機(jī)，將電磁攪拌的末端位置固定在彎月面的9.2m左右的位置，每個(gè)斷面所有鋼種的生產(chǎn)都具有較好的冶金效果，通過(guò)與生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合發(fā)現(xiàn)，主要設(shè)備可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行，設(shè)備性能與工藝參數(shù)的設(shè)置可契合不同鋼種與不同斷面的生產(chǎn)要求，生產(chǎn)出的鑄坯表面質(zhì)量與性能良好，無(wú)瑕疵，符合行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，不存在內(nèi)裂與無(wú)縮孔等問(wèn)題，拉速生產(chǎn)高，作業(yè)效率與鑄坯質(zhì)量大大提升。

參考文獻(xiàn)：

[4]陳玉亮，張文，張愉等.多斷面方坯連鑄機(jī)二冷噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].煉鋼，2018，（6）：53-56.