大圓坯連鑄機的設(shè)計特點及裝備水平

1、【摘要】本文主要介紹了中冶京誠（ceri）自主設(shè)計的大圓坯連鑄機的設(shè)計特點，保證鑄坯質(zhì)量所采取的技術(shù)措施、裝備水平等。連鑄機所采用全程無氧化保護澆注、大容量中間罐、結(jié)晶器技術(shù)、結(jié)晶器液壓振動裝置、電磁攪拌技術(shù)、二冷動態(tài)控制及鑄坯保溫措施、鑄坯導(dǎo)向支撐、連續(xù)矯直及拉矯機、過程檢測及自動控制技術(shù)，確立了中冶京誠（ceri）在大圓坯連鑄機自主設(shè)計研發(fā)領(lǐng)域的國內(nèi)領(lǐng)先地位?！娟P(guān)鍵詞】大圓坯連鑄設(shè)計特點裝備水平中冶京誠1前言由于連鑄技術(shù)具有顯著的高生產(chǎn)效率、高成材率、高質(zhì)量和低成本的優(yōu)點，近年來我國的連鑄技術(shù)在成熟生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用、新技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用基礎(chǔ)研究等方面都得到了迅速發(fā)展。隨著石油、化工、鐵道等行業(yè)

2、的發(fā)展和連鑄圓坯對后續(xù)加工的獨特優(yōu)點，市場對高質(zhì)量大斷面連鑄圓坯的需求強勁增長。中冶京誠（ceri）在大圓坯連鑄機的核心技術(shù)領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，為用戶提供了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的結(jié)晶器液壓振動、結(jié)晶器漏鋼預(yù)報、動態(tài)二冷控制等核心技術(shù)和設(shè)備。2008年12月，中冶京誠自行設(shè)計并制造的弧型半徑r14m的©600mm大圓坯連鑄機一次性熱試成功，標(biāo)志著我國自主開發(fā)大斷面圓坯連鑄機的里程碑；2009年5月，江陰興澄特鋼廠弧型半徑r17m的©800mm的大圓坯連鑄機一次熱試成功，成為世界上直徑最大的圓坯連鑄機；次年10月，©900mm大圓坯熱試成功，把記錄再次擴大；2011年，

3、©1000mm連鑄圓坯研發(fā)成功，再次刷新了記錄，標(biāo)志著我國大圓坯連鑄技術(shù)水平進(jìn)入了國際先進(jìn)水平行列。2連鑄機設(shè)計特點及裝備水平連鑄過程是一個鋼水連續(xù)填充、連續(xù)凝固的過程，鑄坯要經(jīng)歷三個冷卻區(qū)：結(jié)晶器冷卻區(qū)、二次冷卻區(qū)和空冷區(qū)。在這個過程中，熱量（包括過熱、潛熱和顯熱）通過傳導(dǎo)、對流、輻射的傳輸方式傳遞出來，鋼從液態(tài)鋼水轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)坯料。2.1全程無氧化保護澆注鋼水的合金元素極易與空氣中的氧反應(yīng)生成氧化物，形成鋼水的二次污染。采取如下保護澆注工藝，可以防止?jié)蹭撨^程的二次氧化：鋼包和中間罐之間采用長水口保護澆注；鋼包滑動水口與長水口連接處吹氬氣密封；中間罐和結(jié)晶器之間采用整體式浸入水口；中

4、間罐內(nèi)采用保護渣或覆蓋劑；結(jié)晶器內(nèi)采用保護渣澆注等。2.2大容量中間罐采用優(yōu)化設(shè)計的t型中間罐內(nèi)形有最佳的流場分布，同時也便于檔渣墻、堰的砌筑；大容量中間罐內(nèi)鋼水有足夠深度保證夾雜物有充分的上浮時間和更換鋼包時鋼水液面的穩(wěn)定。中間罐稱重系統(tǒng)與鋼包滑動水口連鎖，保證澆注過程中中間罐鋼水液面高度穩(wěn)定；渦流液面檢測系統(tǒng)和塞棒伺服系統(tǒng)閉環(huán)控制，實現(xiàn)結(jié)晶器鋼水液位自動控制，改善鑄坯表面質(zhì)量；采用中間罐連續(xù)測溫技術(shù)，確保連鑄機生產(chǎn)穩(wěn)定，提高鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。2.3結(jié)晶器技術(shù)在結(jié)晶器設(shè)計上，采用內(nèi)表面鍍硬鉻的管式結(jié)晶器和2排足輥支撐裝置。結(jié)晶器冷卻水采用快速連接板方式自動連接。針對大斷面圓坯凝固收縮特點做了如下

5、研發(fā)工作：（1）選擇最佳的水縫結(jié)構(gòu)和銅管的支撐方式，通過溫度場計算和分析，選擇最佳的冷卻水量，使銅管上下的溫度分布更加均勻，最大溫差控制在26°C以內(nèi)；（2）采用高剛度的結(jié)晶器水箱設(shè)計，使銅管在全長范圍內(nèi)獲得有效的固定支撐，確保澆注過程中足夠的穩(wěn)定性，以獲得最佳的鑄坯表面質(zhì)量；（3）結(jié)晶器銅管采用捏合拋物線錐度以適應(yīng)鑄坯的收縮，使鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)達(dá)到最佳的冷卻并形成最佳的坯殼厚度；（4）結(jié)晶器銅管內(nèi)表面采用鍍硬鉻技術(shù)，提高銅管的使用壽命。2.4結(jié)晶器液壓振動裝置結(jié)晶器液壓振動裝置由內(nèi)、外弧兩個單獨立的振動單元和一個振動底座組成，其振幅為0土7.5mm、頻率30350cpm、非正弦系數(shù)可

6、在00.4之間內(nèi)調(diào)整。通過在線調(diào)整液壓振動參數(shù)可控制負(fù)滑脫時間在最佳范圍之間，改善鑄坯表面振痕深度，提高鑄坯表面質(zhì)量，改善結(jié)晶器潤滑，減少漏鋼。該裝置技術(shù)的先進(jìn)性及特點如下：（1）采用計算機仿真和有限元方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行；（2）采用無磨損設(shè)計，無易損件和潤滑點，維修工作量小；（3）采用高精度的預(yù)應(yīng)力板簧導(dǎo)向，各向的偏差小（W0.10mm）；（4）可在線根據(jù)拉速變化自動調(diào)整振幅、頻率；（5）通過設(shè)定非正弦系數(shù)，獲得正弦和非正弦振動波形；（6）工作過程中動態(tài)監(jiān)視振動參數(shù)；（7）對坯殼與銅管之間的摩擦力監(jiān)測及潤滑狀態(tài)分析；（8）安裝方便，不需要額外的調(diào)試。2.5電磁攪拌技術(shù)對大斷

7、面圓坯，為了盡可能獲得穩(wěn)定優(yōu)良的冶金效果，改善鑄坯的表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量（中心疏松和偏析），連鑄機基本都配置了結(jié)晶器電磁攪拌系統(tǒng)（mems）和凝固末端電磁攪拌系統(tǒng)（fems）,部分連鑄機還配置了鑄流電磁攪拌系統(tǒng)（sems）。其中，鑄流電磁攪拌和末端電磁攪拌位置可根據(jù)澆注斷面的不同連續(xù)調(diào)整位置。如表1所示。2.6二次動態(tài)控制及鑄坯保溫措施連鑄二冷區(qū)的冷卻是決定鑄坯質(zhì)量的重要因素，這就要求對二次冷卻參數(shù)進(jìn)行控制，使鑄坯表面溫度在拉坯方向上均勻下降，并且要滿足鑄坯凝固冷卻的冶金準(zhǔn)則，完成彎曲矯直過程，生產(chǎn)出質(zhì)量合格的連鑄坯。中冶京誠（ceri）根據(jù)凝固傳熱計算模型對圓坯的二冷設(shè)計做了總體研發(fā)設(shè)計，并在

8、最后冷卻區(qū)后至拉矯機前對鑄坯采取保溫措施：二冷采用結(jié)晶器足輥區(qū)全水冷卻，活動段區(qū)氣水霧化冷卻。針對用戶生產(chǎn)鑄坯的不同斷面和鋼種，分別采用超強、強、中、弱、超弱五種水表進(jìn)行冷卻。二冷控制系統(tǒng)采用按拉速參數(shù)動態(tài)控制方式進(jìn)行控制，冷卻水按照一定比例分配給不同的冷卻區(qū)，同時，系統(tǒng)中還嵌入了中間罐鋼水過熱度參數(shù)。冷卻區(qū)域上部噴嘴采取特殊布置方式以獲得最佳的冷卻效果。經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐，形成了很有特色的二冷水控制模式-準(zhǔn)動態(tài)控制，加上優(yōu)化的噴嘴布置與選型，能很好地保證鑄坯的表面和內(nèi)部質(zhì)量。凝固末期，由于圓坯宏觀幾何形狀的原因，斷面四周方向上的溫度分布更加均勻，中心部位徑向長度上含鋼液量少，坯殼增長速度越來

9、越快。為了保證鑄坯進(jìn)入矯直區(qū)前溫度要2860°C,最后冷卻區(qū)后至拉矯機前采取了均熱保溫措施。2.7鑄坯導(dǎo)向支撐由于圓坯自身的特點，其導(dǎo)向段的支撐與大方坯相比結(jié)構(gòu)相對簡單。因此，大圓坯連鑄機的導(dǎo)向段設(shè)計，采用活動段和多個固定段相結(jié)合的設(shè)計方案?；顒佣坞S澆注斷面更換，采取四周輥子夾持以保證鑄坯的運行穩(wěn)定及引錠桿的導(dǎo)向。該段噴嘴采用環(huán)形交叉布置以達(dá)到最佳的冷卻效果。固定段的設(shè)計則適應(yīng)不同的澆注斷面，滿足澆注各種斷面前提下大大簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)。2.8連續(xù)矯直及拉矯機為有效降低鑄坯在矯直時表面及兩相區(qū)的矯直應(yīng)變和應(yīng)力，中冶京誠（ceri）采用連續(xù)矯直技術(shù)，選取較長的矯直區(qū)，有效地降低在矯直區(qū)產(chǎn)生

10、的矯直變形。通過優(yōu)化設(shè)計和計算，在澆注大斷面圓坯時，保證鑄坯表面和兩相區(qū)的最大變形速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于產(chǎn)生裂紋的臨界值。為滿足不同斷面大圓坯的矯直及克服矯直過程中產(chǎn)生的矯直反力，在矯直區(qū)和水平段上每流配置59架拉矯機，并通過控制系統(tǒng)確保各拉矯機的負(fù)荷分布均衡。2.9過程檢測及自動控制技術(shù)采用三電一體化設(shè)計，按工藝過程控制要求，實現(xiàn)對整條生產(chǎn)線的自動、半自動、手動控制。應(yīng)用可靠的過程檢測及自動控制技術(shù)，如鋼水連續(xù)測溫、鋼包和中間罐稱重、振動式下渣檢測、結(jié)晶器液位檢測與控制、結(jié)晶器液壓振動、二冷動態(tài)控制、質(zhì)量跟蹤等，并對輔助系統(tǒng)工況進(jìn)行實時監(jiān)控和歷史趨勢記錄。大圓坯連鑄機采用了技術(shù)先進(jìn)的過程檢測及自動控制技術(shù)，應(yīng)用在多個鋼鐵企業(yè)的連鑄項目上。實踐證明，上述技術(shù)設(shè)計合理、運行穩(wěn)定、可控精度高、操作維護簡便，為高質(zhì)量大圓坯連鑄機提供了可靠保