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新临钢2号方坯连铸机技术浅析

畅步云

(山西新临钢钢铁有限公司炼钢厂)

摘  要  本文分析了新临钢2号方坯连铸机的设计特点，以及在生产中存在的问题和改进，提出了进一步改进意见。

1前言

新临钢炼钢厂现有3座20t氧气顶吹转炉，年生产能力150万t，原有一台R6．5／8／12／22m板坯连铸机和一台R4／8m三机三流小方坯连铸机，全连铸生产。随着炼钢生产能力的不断增长，仅靠这两台连铸机无法满足炼钢生产的要求。因此，为了与炼钢生产能力相匹配，公司于2001年4月份增建了2号方坯连铸机，同时要求新方坯连铸机的品种结构和产品质量能够满足市场竞争的要求，使其能够成为公司效益的一个新增长点，进而实现方坯与板坯并举的局面，同时可根据市场的要求而调控二者的生产比例。通过一年多的生产，此台连铸机已表现出了明显的优势。

2连铸机主要技术参数

机型：全弧形结晶器连续矫直方坯连铸机

连铸机流数：4流

铸机流间距：1300mm

铸机弧形半径：R8m

浇注断面：150mmx×150mm 180mm×180mm  180mm×220mm

铸坯定尺长度：4．5～10m

铸机拉速范围：0．35～5．8m／min

冶金长度：约21m

浇注平台标高：约5．9m

出坯轨道面标高：约一2．2m

浇注钢种：Q215、Q235、S45C、HRB335、35号、45号、管20、40Cr等

设计年产量：50万t

3方坯连铸机的主要特点

高效化连铸的技术要求，即高质量、高产量、高效益，具体到方坯连铸而言就是高拉速、高质量、高作业率、高连浇炉数和低消耗、高效益。在临钢新增建的2号方坯连铸机上充分考虑了这些要求，因此这台铸机是一台具有高拉速、高生产率及高质量的高效方坯连铸机。本机采用了如下先进、可靠、适用的技术。

3．1钢包回转台

采用直臂整体液压升降式钢包回转台，有利于快速更换钢包，提高连浇率，钢包回转半径3．5m，单臂最大承载能力60t，，设有两套装置确保浇注过程中钢包加盖保温，减少过程降温、稳定拉速。

3．2钢水测温系统

浇注平台设有两套测温装置和大屏幕显示系统，分别用于测量钢包、中间包内钢水温度，互不干扰并在大屏幕上显示，以便准确控制钢包、中间包内钢水的过热度，确保二冷配水、稳定拉速。

3．3钢水称重系统

在钢包回转台和中间包车上均设有称重系统，称重结果在大屏幕数码显示器上显示，可确保中间包钢水液面稳定，同时准确判定钢包浇注终了时间，以便协调转炉与连铸之间的生产调度。

3．4保护浇注系统

在钢包回转台和中间包车上均设有升降装置，确保了在钢包至中间包之间采用保护套管+氩气保护浇注，防止钢水二次氧化；在中间包至结晶器之间采用塞棒控制浸入式水口+保护渣保护浇注防止钢水二次氧化、提高铸坯表面质量，有利于及时准确调整结晶器内钢水液面高度和拉坯速度。

3．5中间包冶金

采用包型优化的三角形大容量、深液面中间包，中间包工作液面高度800mm、容钢量    约18t，溢流液面高度850mm、容钢量约20t，正常液面控制在。700～800mm，有利于钢水中大颗粒非金属夹杂物的上浮，避免低液面浇注渣子旋人结晶器内。上水口直径18～20mm，包衬厚180mm，采用镁质料喷涂。中间包使用前在线烘烤。

3．6多锥度管式结晶器

传统的结晶器使用的是单锥度铜管导流水套通水冷却，铜管内壁难与铸坯冷却时坯壳收缩相吻合，产生大而不均匀的气隙，使进一步的传热严重不均，导致铸坯冷却不均匀，特别是拉速提高时这一缺陷表现的更为突出。为提高拉速，改善铸坯质量，本机采用了目前较先进的全弧形多锥度管式窄水缝结晶器，采用磷脱氧铜管，铜管长度850mm、厚度13mm，结晶器液面控制距上口90～110mm。多锥度保证了铸坯在结晶器内的收缩过程中能与铜管壁有良好的接触，结晶器内水套采用机加工不锈钢材质，水缝4mm，水量大水速高达12m／s，从而加快了传热效率，增大了冷却效果，保证了出结晶器后的坯壳厚度和表面质量。

3．7结晶器振动装置

传统的结晶器振动方式由于轴承及导向装置的磨损而产生间隙，很难保证振动特性的稳定，从而影响铸坯的质量。本机采用了短臂四连杆半板簧式正弦曲线振动机构，振幅小于±3～±6mm，正常使用中为4mm，振频为40～300次／min，负滑脱率20％～40％，克服了上述缺点，保证了振动的平稳可靠，提高了铸坯质量。

3．8二次冷却

普通的小方坯连铸机，一般采用一段或两段冷却，在实行高拉速后，表现出相应的冷却不足。本机采用全水冷三段供水冷却，二冷区长度延长为6．7m，有利于避免铸坯产生形状缺陷。采用计算机控制自动配水，对配水工艺进行优化，不同的钢种、不同的断面采用不同的比水量。足辊喷嘴4个／侧，一区喷嘴11个／侧，二、三区喷嘴9个／侧，二冷区喷水分段按不同钢种不同配水比随拉速变化自动调节，采用全锥型实心高压喷嘴，可提高二冷区的冷却效果。

3．9拉矫机系统

随着拉速的提高，必使冶金长度增加，即需要带液芯矫直。普通的单点矫直带液芯铸坯要承受大的剪切力作用，而坯壳内的剪应力、张应力、变形和变形速率都会达到峰值，在固液两相界面处产生矫直裂纹，从而形成内部缺陷。本机采用了整体五辊拉矫机连续矫直技术，辊径375mm，辊身长度280mm，矫直辊间距1000mm，经计算铸坯表面变形率和固／液两相区应变速率远远低于安全值(最大允许值)。避免了产生矫直裂纹，确保了铸坯内在质量。

3．10铸坯切割

本机采用丙烷一氧气自动火焰切割，切割区长度约1600mm，切割温度最低不小于700℃，切割速度随拉速自动调节。与乙炔一氧气火焰切割相比，割缝小(8～10mm)，钢水收得率高，不翻渣，不堵割嘴，坯头质量好不需清理，降低成本。

3．11步进冷床

传统方坯冷床是推移式的，其冷却效果一般，而且每夹(组)铸坯边部的两根都因冷却不均而弯曲变形。本设计采用步进式翻转冷床，包括铸坯提升装置(抬钢机)，最大提升能力3t／／流；横向移钢机，横移行程6350mm，横移速度75m／／min；翻转冷床床面最大荷重140t，齿数54个，齿距360mm。该冷床结构精良，运转平稳，易操作，具有铸坯四个面均匀冷却和矫直钢坯的显著特点，确保了9m长优质方坯的生产。

3．12基础自动化

基础自动化采用仪电一体化控制系统，选用德国西门子公司S7—300系列的可编程序控制器(PLC)，共设置五台，每流铸机各一台，其他设备共用一台，PLC自动化系统具有控制、显示、调节和报警等功能。主控室设二套工作站(HMI)相互兼容，由主机、CRT、键盘、打印机和网络组成，对铸机拉速、振动频率、切割长度，非电量介质压力、流量、温度、重量等参数显示、调节、报警和设定，对整个连铸机生产过程进行在线跟踪、显示。整个自动化系统设备由一台芬兰15kVA爱克赛15PS不间断电源供电。引锭杆和铸坯跟踪系统，采用计数模块进行位置跟踪。

3．13电气传动

连铸机全部机械设备由全交流笼型电动机传动。对于需调速的设备，如拉矫机、结晶器振动装置、引锭杆提升装置、火焰切割机前夹送辊、火焰切割枪摆装置、中间包车行走装置、移钢车行走装置、移钢车升降(提升)全部采用变频器供电。对于非调速交流传动设备采用接触器控制。本机采用无PG全磁通矢量型变频器，其动态性能好、调整精度高、过载大。   

火焰切割机电控设备，除机械上配套电气部件外，皆纳入各流MCC和相应操作台，节省投资、节省电气室面积。

4生产情况及效果

这台连铸机自2001年4月投入生产以来，各项技术经济指标逐月上升，给临钢带来了较好的经济效益。

1)目前已生产过的钢种有：Q215、Q235、35号、45号、S45C、HRB335、管20等。已生产过的铸坯断面有：150mm×150mm、180mm×220mm，其中HRB335螺纹钢产量占到铸机总产量的61．67％。

2)在临钢目前铁水不足先保板坯的情况下，各项技术经济指标最好月达到：合格率99．43％、收得率97．07％、作业率80．7％、台时产量71．27t／，h、连浇时间13．23h／次、浇成率99．56％、连浇炉数36．32炉／次。设备运行正常。   

5存在问题及改进

虽然这台连铸机给临钢带来了明显的经济效益，但在投产初期也出现过不少问题，通过分析、研究，采取措施，进行了不同程度的技术改造。

5．1塞棒控制机构

开闭器笨而复杂，使用不灵活，造成浇注过程中塞棒失控，改用我厂板坯中间包塞棒控制机构，其结构简单使用方便，确保了正常浇钢。   

5．2结晶器改进

取消足辊，改用引弧板，减少足辊粘钢、中途停机事故；取消上下止口，改侧密封为端面密封，延长结晶器使用寿命。

5．3二冷系统的改进

投产初期铸坯出现中裂和缩孔废品较多，通过原因分析采取了以下措施：将喷淋集管的连接方式由嵌入式改为螺栓固定式，杜绝了漏水现象；调整二冷配水参数，降低比水量，调整喷嘴布置方式，使二冷水分布趋向合理，保证了冷却效果和铸坯质量。

5．4拉矫机系统

拉矫机减速机用油由150号工业齿轮油改为N320重负荷蜗轮蜗杆油，解决了油膜形成困难和承载能力不足导致齿面点蚀问题；轴封由丁腈橡胶骨架结构改为氟橡胶双唇型骨架结构，解决了减速机漏油问题。

5．5冷床改进

生产中发生冷床移动梁跑偏、齿条移动轴承及辊轮损坏、移动梁轨道磨损严重，辊轮频繁掉道，箱体梁与轨道摩擦产生刺耳的噪声，使铸坯不能翻转，冷床不能正常使用，造成铸机不能正常拉坯。进行了以下改进：将辊轮轴承由可调心改为SKF双列角接触球不可调心轴承，避免倾斜，保持平面接触；轨道材质由35号钢改为20号钢热处理方式由淬火改为渗碳+淬火回火，提高其硬度；轨道倒角由2×45°改为R2，以消除其对轮沿的剪切；连杆的拨叉头部圆弧由R150改为R130，消除了别劲和卡阻现象；移动梁轨道的连接方式由原焊接改为螺栓加挡块连接，以便于热处理、轨道更换及防止螺栓受剪；对冷床运行程序进行了修改，提高了铸坯的移动速度。通过这些改进保证了设备的正常运行。

5．6基础自动化改进

投产初期，PLC控制系统经常出现模块“SF”供电系统故障，致使PLC之间网络通讯数据、系统硬件组态、软件ONILINE程序丢失，并多次造成生产中断，严重制约铸机达产。采取了以下改进措施：将PLC模块所有SIEMENS 5SX11—C6自动开关更换为梅兰日兰C45AD／1P3A；负载模块供电由SIEMENS SITOP power AC220／DC24 10A改为4NIC—X480—220／24VDC220A；将CP通讯模块的供电电源从眦系统的负载电源中分出，为其另做一专用SIEMENS SITOP power AC220／DC54 10A电源；对PLC输出至外围易出现接地的设备采用菲尼克斯端子，使该设备I／O与电源产生无接触隔离；在系统原理允许的情况下，将外围设备用的机械行程开关改为无接触接近开关或光电开关。

5．7移走中间包倾翻设备

中间包倾翻设备布置在主厂房内(连铸机旁)，倾翻时尘烟四起，严重污染环境，且运输不便，现已移出主厂房，在渣跨打水后翻包。

6今后的改进方向

1)为进一步提高铸坯质量，可将结晶器改为抛物线形结晶器。

2)结晶器振动采用非正弦振动方式，有利于改善凝壳与结晶器壁之间的润滑条件和提高铸坯拉速与表面质量，这是当今连铸的前沿技术。

3)采用电磁搅拌、中间包塞棒数控技术，提高铸坯实物质量，为进一步生产品种钢打好基础。

4)将二次冷却方式由全水冷改为气一水冷却，以提高冷却效果，提高铸坯质量。

5)本机的引锭杆为刚性引锭杆，但随着生产时间的延长，存在着变形后不易调整的缺点。而柔性引锭杆则克服了刚性引锭杆变形后不易调整的缺点，下一步应选用柔性引锭杆，其结构简单，维修方便，连铸开浇平稳，生产易于准备，减轻工人的劳动强度，可以较好地保证铸机导向段对弧精度，使铸坯走行平稳，有利于提高铸坯质量。

6)将轻压下技术作为动态调控手段应用到方坯连铸机上。