某鋼廠板坯連鑄機冷卻系統(tǒng)優(yōu)化

劉 瑜

（寶鋼工程技術集團有限公司，上海 201900）

引言

國內(nèi)某鋼廠板坯連鑄機上一次改造于2005 年，隨著十幾年的生產(chǎn)，連鑄主線及公輔的設備已經(jīng)有嚴重的老化現(xiàn)象，設備開始出現(xiàn)不同程度變形，存在維護難度大、維護周期長、設備精度降低等問題，逐漸不能滿足連鑄穩(wěn)定運行的要求，引起鑄坯質(zhì)量不穩(wěn)定，鑄坯裂紋等缺陷的增多，總體質(zhì)量開始下滑[1-2]。該連鑄機以生產(chǎn)高等級汽車面板為主，這些鋼種表面及內(nèi)部質(zhì)量要求高，并且市場對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，目前連鑄機的裝備水平已相對落后，限制了品種的提升。

1 存在的問題

1.1 板坯質(zhì)量問題

改造前的連鑄機由于設備老化、精度不夠等，在生產(chǎn)品種鋼時，產(chǎn)品質(zhì)量存在諸多問題，主要表現(xiàn)有三個方面。

（1）夾雜（渣）、氣泡缺陷。該連鑄機最突出的表面質(zhì)量問題是夾雜（渣）、氣泡缺陷，主要出現(xiàn)在板坯的上表皮下和板坯側(cè)面位置。

（2）中心裂紋問題。該連鑄機澆鑄的板坯易發(fā)生中心裂紋，嚴重制約了汽車板產(chǎn)品的合同交付。

（3）低碳微合金鋼、包晶鋼、中碳鋼角橫裂。該連鑄機原生產(chǎn)的鋼種包含了低碳微合金鋼、包晶鋼、中碳鋼，在生產(chǎn)這類鋼種時，板坯經(jīng)常會發(fā)生角裂的情況。為避免這類鋼種的判廢或降級，目前在生產(chǎn)低碳微合金鋼、包晶鋼、中碳鋼等鋼種時，采用下線后手工清理的處理方式。但是手工清理費時費力，平均清理一塊有缺陷的板坯需要0.5 h，嚴重影響鋼廠的整體物流。

1.2 裝備相對落后且噴嘴容易堵塞

該連鑄機改造前的裝備水平還停留在十多年前，隨著改造后輥列設計、扇形段結(jié)構(gòu)形式的改變，二冷水、氣，二冷分區(qū)均發(fā)生改變。二冷水、氣的管線需要進行更新升級，管線布局也需要進行優(yōu)化設計。

由于連鑄濁循環(huán)為開路循環(huán)，在經(jīng)歷長時間的生產(chǎn)、維修后，濁循環(huán)水中含有一定的懸浮物質(zhì)。同時，二冷壓縮空氣中也含有一定量的油脂和水分。而且，由于原噴嘴孔徑較小，經(jīng)常發(fā)生噴嘴堵塞的情況，造成冷卻不均勻，影響板坯質(zhì)量。因此過濾系統(tǒng)也需要進行升級[3-4]。

合理高效的連鑄機冷卻系統(tǒng)設計，不僅可以保證產(chǎn)品質(zhì)量，同時也能提高設備壽命。

1.3 工程改造施工時間短

本連鑄機改造項目的主線及配套公輔設施的施工計劃為59天，而之前類似工程的改造周期為89天，對于施工內(nèi)容來說，時間短、難度高，要求冷卻系統(tǒng)的配管在施工前要做大量的預制工作，且施工容錯空間少[5-6]，不允許在施工過程中進行大量的返工。

2 優(yōu)化方案

2.1 二冷分區(qū)及水量優(yōu)化

該連鑄機原來采用的是多點彎曲矯直技術，改造后采用連續(xù)彎曲矯直技術。連續(xù)彎曲矯直輥列可以減小彎曲矯直力及由彎曲矯直力產(chǎn)生的拉坯阻力。坯殼受到的拉應力相對降低，可以防止內(nèi)裂產(chǎn)生。同時，輥列設計中最主要特點是采用小輥徑密排輥列，可以有效減少板坯在凝固過程中的鼓肚變形，從而提高板坯的內(nèi)部質(zhì)量。

對應于輥列的優(yōu)化，二冷分區(qū)和水量也重新進行的優(yōu)化設計，為了實現(xiàn)更好的冷卻效果，降低能耗，同時為了適應不同鋼種規(guī)格的要求，采用了汽水冷卻與幅切相結(jié)合的二冷方案，改造后的二冷分區(qū)如圖1所示。

圖1 連鑄機改造后分區(qū)

改造后的冷卻系統(tǒng)分區(qū)和回路的設計更為合理，不僅擁有更好的冷卻效果，用水量也有明顯的降低，其中結(jié)晶器冷卻水系統(tǒng)水量降低25%，設備冷卻水Line-1 系統(tǒng)水量降低9%，設備冷卻水Line-2系統(tǒng)水量降低15%，二冷水系統(tǒng)水量降低4%。在提高板坯質(zhì)量的同時，降低噸鋼的生產(chǎn)成本。改造前后用水量對如圖2所示。

圖2 連鑄機改造前后水量對比表

2.2 噴嘴及過濾器優(yōu)化

由于濁環(huán)水和壓縮空氣中存在一定的雜質(zhì)，經(jīng)常造成噴嘴的堵塞，從而造成二冷區(qū)冷卻不均勻，引發(fā)板坯出現(xiàn)裂紋等質(zhì)量的問題。所以，防止噴嘴堵塞不僅可以提高鑄坯質(zhì)量，還能提高連鑄機的澆鑄穩(wěn)定性，提高作業(yè)率，是產(chǎn)量提升必須要解決的問題。

該連鑄機的改造從增加二級過濾，和選用高效噴嘴兩方面同時進行優(yōu)化，以實現(xiàn)更優(yōu)的過濾和噴嘴防堵效果。

改造前的二冷水、二冷氣只有一級過濾系統(tǒng)，且過濾精度不足，二冷系統(tǒng)存在長時間連澆生產(chǎn)后由于水中含有雜質(zhì)，造成噴嘴堵塞率高的情況。改造后的二冷水系統(tǒng)，管路中采用二級過濾方案，選用先進的全自動清洗管道過濾器，一級過濾精度為200 μm，二級過濾精度為100 μm，二冷氣體的過濾精度為1 μm，有效的過濾水中雜質(zhì)。選用的高效噴嘴通過優(yōu)化噴嘴設計，在保證冷卻效果的情況下，更不容易堵塞,保證冷卻的穩(wěn)定。改造后的過濾器如圖3所示。

圖3 全自動清洗管道過濾器外形圖

二級過濾和高效噴嘴的配合，可以將二冷水長時間運行后的噴嘴堵塞率控制在3%以內(nèi)，有效提升產(chǎn)品質(zhì)量。

2.3 進行三維設計

在連鑄機改造之前，連鑄機冷卻系統(tǒng)的管線設計采用二維CAD 圖的設計模式，這樣的設計模式不夠直觀，且無法進行碰撞檢查，尤其本項目為改造項目，還需要綜合考慮原有的設施及管道造成的干涉，造成二維是設計的難度增加。同時，管線設計過程中與電氣、建筑、設備、儀表、結(jié)構(gòu)等多個專業(yè)的具有交界面，接口復雜，需要反復核對。而且，無法進行自動材料統(tǒng)計，更難以進行管道預置的工作。在連鑄機冷卻系統(tǒng)這樣復雜的管線布局中，容易造成后期施工過程的反復修改，不僅影響工期，也增加了施工成本。

該連鑄機的冷卻系統(tǒng)管線采用三維設計，可以輕松實現(xiàn)空間布局清晰，原先許多復雜的空間關系在二維圖紙上無法表達，通過三維就可清晰的展現(xiàn)出各個管道及設備的空間關系；同時，通過三維設計，在設計交底階段也可以讓更多的人更為直觀地看到最終的結(jié)果是什么樣的，如果業(yè)主和施工單位有不同的意見，在前期就可以進行修改，避免后期的返工。而且三維軟件也可以更為準確地進行材料量統(tǒng)計,軟件可以自動統(tǒng)計材料量，施工成本的精細化，施工單位也可以在前期在工廠進行大量的模塊化預制，到現(xiàn)場進行組裝，停機施工時僅需要進行整體安裝工作，大大縮短停機改造的工期，為業(yè)主創(chuàng)造利潤。三維設計如圖4所示：

圖4 連鑄管線三維設計圖（二冷配水）

3 成果及結(jié)論

改造后的連鑄機通過輥列優(yōu)化、二冷分區(qū)優(yōu)化提高了冷卻系統(tǒng)的能力；通過選用高效噴嘴，增加二級過濾等手段，提高了冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)定性；通過管線的三維設計，提高了管線的模塊化預制，縮短了工期，實現(xiàn)了降本增效的目標。具體成果如下：

（1）提升板坯質(zhì)量：改善中心裂紋，夾雜（渣）、氣泡缺陷，角橫裂等問題。低碳鋼中心偏析≤2.0 級的比例穩(wěn)定在95%以上（曼內(nèi)斯曼標準）；中心裂紋塊數(shù)＜5塊/月；熱送率≥75%。

（2）降低噴嘴堵塞率。改造后的二冷噴嘴堵塞率控制在3%以內(nèi)。

（3）優(yōu)化施工方案，提高施工進度。通過大量的前期管道的預制工作，減少停機施工時間，將項目的整體施工時間由89天減少為59天。