（冶金工程专业论文）宝钢1930连铸机综合改造相关技术的应用与实践.pdf

1，f ad i s s e r t a t i o ni nm e t a l l u r g i c a le n g i n e e r i n g t h e a p p l i c a t i o na n dp r a c t i c e o f i n t e r r e l a t e dt e c h n o l o g i e si n r e v a m p i n g o f1 9 3 0 m ms l a bc a s t e ri nb a o s t e e l b y k a n g j i a n g u o s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r y u j i n g k u n s e n i o re n g i n e e rx ug u o d o n g n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y f e b r u a r y2 0 0 8 _一。 、，一 。1 、 蕾j 独创性声明 p llfi liifrf l l l r ll llr i p i iillf 18 4 3 0 2 6 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文 中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经 发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：蜃矗盈 日 期：渤凋易l a 学位论文版权使用授权书 本学位论文作 学位论文的规定：甚 文的复印件和磁盘 以将学位论文的全 ( 如作者和导师不 学位论文作者签名 签字日期： 一， ， 盂 q ，、 aj 东北大学硕士学位论文 摘要 宝钢1 9 3 0 连铸机综合改造相关技术的应用与实践 摘要 宝钢炼钢厂一连铸l 号、2 号板坯连铸机是1 9 8 9 年从日本引进的两台大 型板坯连铸机，设计能力为年产连铸坯4 0 0 万吨。这两台连铸机投产时具有 8 0 年代初的世界先进水平，在近1 4 年的时间里充分发挥了设备潜能，期间共 生产各种牌号钢种的铸坯约6 5 0 0 万吨，2 0 0 1 年产量达到最高，为5 3 0 5 万吨。 进入2 l 世纪，连铸技术又有了新的发展，无论对产品质量，还是生产效 率等方面都提出了更高的要求。而2 号板坯连铸机自1 9 8 9 年投产以来已高负 荷运行十几年，其主体机械设备老化，铸机精度难以保证；三电系统技术落后， 故障率高，备件准备和更换困难；连铸机工艺装备难以满足大量生产高级别品 种钢的需求。为提高连铸技术水平，满足高品质汽车板、高级别管线钢、高强 度结构钢等品种的要求，宝钢决定对2 号板坯连铸机进行改造。 改造主要包括结晶器本体、扇形段本体、扇形段驱动、结晶器水系统、二 冷喷淋水系统以及相关设备的三电系统。由于扇形段及结晶器的改造，引起相 关的离线维修区域的部分设备也要进行相关的改造。结晶器水、二冷水的改造 必然要求水处理的部分设备进行改造。主机三电部分的改造因与水处理区域有 部分接口，相关的三电部分也需要改造。 主机部分的改造由新工艺、新技术确定。主要采用的新工艺、新技术有： ( 1 ) 结晶器液压振动技术，主要目的是减轻机械式振动对铸坯表面振痕的 影响； ( 2 ) 二冷水喷淋宽度自动调节技术，可以根据铸坯宽度自动调节冷却水喷 淋架的高度，进而调节喷淋水的宽度，既可以达到有效的喷淋效果，又可以减 少水的用量： ( 3 ) 扇形段小辊密排技术，以减少因静压力大于鼓肚力而造成铸坯鼓肚， 引起铸坯内部质量缺陷； ( 4 ) 引锭头自动脱锭技术，以改进引锭头的外形，使其在与铸坯脱离时不 必借助其他外力而自动脱离； 1- y。rj 纵裂纹等； ( 6 ) 扇形段轻压下技术，主要改善铸坯内部质量，特别是厚板的中心裂纹、 内裂等。 本文对改造后的新连铸机采用的新技术的使用效果进行了对比，结果表 明，电磁搅拌及轻压下技术对铸坯表面质量和内部质量有很大改善。 关键词：连铸：改造；电磁搅拌；轻压下；板坯质量 ， _ 。 i 叠 ：1 趣j 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ea p p l i c a t i o na n dp r a c t i c eo fi n t e r r e l a t e dt e c h n o l o g i e si n r e v a m p i n go f19 3 0s l a bc a s t e ri nb a o s t e e l a bs t r a c t t h en o 1a n dn o 2c c mo fb a o s t e e lw e r et w ol a r g es l a bc o n t i n u o u s c a s t i n gm a c h i n e si n t r o d u c e df r o mj a p a n t h ed e s i g n e dy i e l dw a s4 ，0 0 0 ，0 0 0 t p e ro n ey e a r t h et w oc c m w e r ei n t e r n a t i o n a la d v a n c e dl e v e la tt h es t a r to f t h e1 9 8 0 s s l a b sh a v eb e e np r o d u c e do v e r6 5m i l l i o nt o n si nr e c e n t1 4y e a r s t h el a r g e s ty i e l dw a s5 3 0 5m i l l i o nt o n si n2 0 0 1 t h e yp l a y e da ni m p o r t a n t r o l ei nt h ec o n t i n u o u sc a s t i n gt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n to fb a o s t e e l o nt h e21s tc e n t u r y ，c o n t i n u o u sc a s t i n gt e c h n o l o g y h a v e d e v e l o p e d r o u n d l ya tt h es i d eo fp r o d u c t i o nq u a l i t ya n de n h a n c i n ge f f i c i e n c y n o 2c c m h a sb e e nr u n n i n gf o r15y e a r ss i n c e19 8 9 c c mp r e c i s i o nc o u l dn o tb ee n s u r e d f o r t h em a jo rm e c h a n i c a le q u i p m e n t sa g i n g t h et e c h n o l o g yo fe l e c t r i c a l e q u i p m e n t sw e r eu n c u l t u r e du pt on o w ，s ot h ef a u l tr a t i ow a sl a r g ea n dm a n y p r o d u c t i o n sh a dn o tb e e np r o d u c e da n ym o r e c c me q u i p m e n t sc o u l d n tm e e t t h er e q u i r e m e n t so fp r o d u c i n gl a r g eq u a l i t i e so fh i g hg r a d es t e e l b a o s t e e l d e c i d e dt or e b u i l dn o 2c c mt oo b t a i nt h ea i mm e n t i o n e da b o v e t h er e b u i l d i n gr a n g ei n c l u d em o u l d ，s e g m e n t ，s e g m e n td r a v i n g ，m o u l d c o o l i n gw a t e r ，s e c o n ds p r a yc o o l i n gw a t e r ，e l e c t r i c a la n di n s t r u m e n te q u i p m e n t s t h eo f f l i n ee q u i p m e n t so fm o u l da n ds e g m e n tm u s tb er e b u i l ta sm o u l da n d s e g m e n th a v eb e e nr e b u i l t w a t e rt r e a t m e n ts y s t e mm u s tb er e b u i l ti no r d e rt o m e e ts e c o n ds p r a yc o o l i n gw a t e r f i r s t l y ，w es h o u l dc o n f i r mr e b u i l d i n gr a n g e o n 13 mp l a t f o r m ，t u r r e t ， t u n d i s hc a r ，d bc a rw e r en o tr e b u i l t c u t t i n gm a c h i n e ，d e b u r r i n gm a c h i n e ， m a r k i n gm a c h i n ew e r en o t r e b u i l tt o o t h er e b u i l te q u i p m e n t sw e r ed e c i d e db yn e wp r o c e s sa n dn e wt e c h n o l o g i e s 。 c e n t r a ln e wp r o c e s sa n dt e c h n o l o g i e s ： ( 1 ) m o u l dh y d r a u l i cp r e s s u r eo s c i l l a t i o nt e c h n o l o g yc a nr e d u c et h ed e p t h o fo s c i l l a t i o nm a r k s ( 2 ) s e c o n dc o o l i n gw a t e ra u t o m a t i o na d j u s t i n gt e c h n o l o g yc a na d j u s tt h e h e i g h to fs p r a yf r a m e sa u t o m a t i c a l l ya c c o r d i n gt os l a bw i d t h ，t h e na d j u s tt h e 东北大学硕士堂堡垒查j 坐旦竺l w 。i d t h 一w a t e r , e f f e c t 一。一一 a dr e d u c et heof s p r yw a t e r t h i sc a nr e a c ht oe f f e c ts p r a yp u r p o s ea n q u a l i t yo fw a t e r ( 3 ) t h es e g m e n t r o l ld i a m e t e rh a v eb e e nr e d u c e db yd e c r e a s i n g s l a b b u l g i n g ( 4 ) t h ed bh e a dc a nb ed i v o r c e df r o ms l a ba u t o m a t i c a l l y ( 5 ) m o u l de m st e c h n o l o g y c a ni m p r o v ee x t e r n a lq u a l i t i e so fs l a b s ， r e d u c i n gi n c l u s i o n s ，p i n h o l e sa n de x t e r n a lc r a c k s ( 6 ) s e g m e n ts o f tr e d u c t i o nt e c h n o l o g yc a ni m p r o v ei n t e r n a l q u a l i t i e so f s l a b s ，e s p e c i a l l yc e n t e rc r a c k sa n di n t e r n a lc r a c k so fs l a b s t h er e b u i l d i n gr a n g ei n c l u d em o u l d ，s e g m e n t ，s e g m e n td r a v i n g ，m o b i d c o o l i n gw a t e r ，s e c o n ds p r a yc o o l i n gw a t e r ，e l e c t r i c a la n d i n s t r u m e n te q u i p m e n t s t h eo f f l i n ee q u i p m e n t so fm o u l da n ds e g m e n tm u s tb e r e b u i l ta sm o u l da n d s e g m e n th a v eb e e nr e b u i l t w a t e rt r e a t m e n ts y s t e mm u s t b er e b u i l ti no r d e rt o m e e ts e c o n ds p r a yc o o l i n gw a t e r t h i sp a p e rw i l ld e s c r i b et h ec o n t r a s tr e s u l t sb e f o r ea n da f t e rt h ea p p l y i n g n e wt e c h n o l o g y t h er e s u l t ss h o w e dt h a te m st e c h n o l o g ya n d s o f tr e d u c t i o n t e c h n o l o g yi m p r o v e de x t e r n a li n t e r n a lq u a l i t yo fs l a b s k e yw o r d s ：c o n t i n u o u s c a s t i n g ；r e b u i l d ；e l e c t r o m a g n e t i c a l s t i r r i n g ；s o f t r e d u c t i o n ；s l a bq u a l i t y v p l 。 。 1i，-i-iii - 4 ! ： t 。 东北大学硕士学位论文目录 目录 独创性声明。i 摘要i i a b s t r a c t 目录1 矿i 第一章绪论1 1 1 文献综述。1 1 1 1 连铸技术的发展概况1 1 1 2 国外连铸技术改造概况3 1 1 3 国内连铸技术改造概况4 1 1 3 1 中钢公司连铸机改造情况4 1 1 3 2 武钢公司连铸机改造情况。4 1 1 3 3 太钢公司连铸机改造情况4 1 2 课题背景。5 1 3 主要研究内容6 第二章宝钢1 9 3 0 连铸机改造前主要技术7 2 1 结晶器振动技术7 2 1 1 四偏心轮振动7 2 1 2 结晶器振动参数对铸坯质量的影响8 2 2 结晶器调宽技术9 2 3 扇形段l o 2 3 1 铸流导向冷却装置1 0 2 3 2 铸流诱导装置1 0 2 4 板坯二次冷却技术1 1 第三章宝钢1 9 3 0 连铸机改造后的新工艺新技术。1 3 3 1 改造总体方案1 3 3 1 1 辊列1 4 3 1 2 驱动系统1 5 3 1 3 二次冷却1 6 3 1 4 铸坯厚度1 6 东北大学硕士学位论文 目录 3 1 5 结晶器及电磁搅拌装置1 6 3 1 6 液压系统16 3 1 7 蒸排风机系统1 6 3 1 。8 维修场改造1 6 3 1 9 空压机系统。1 7 3 1 1 0 能源水处理系统1 7 3 1 1 l 三电系统1 7 3 2 改造后的新工艺新技术1 8 3 2 1 结晶器电磁搅拌技术的发展1 8 3 2 2 新日铁结晶器电磁搅拌2 l 3 2 2 1 电磁搅拌原理描述2 1 3 2 2 2 宝钢结晶器电磁搅拌系统简介2 2 3 2 3 结晶器液压振动技术2 4 3 2 4 结晶器高速在线调宽技术2 6 3 2 5 轻压下技术2 7 3 2 6 二冷无级幅切攮秫、2 8 第四章主要新技术应用后的质量裂进3 0 4 1 电磁搅拌对板坯质量前改菩3 0 4 1 1 电磁搅拌对针孔的影响3 0 4 1 2 电磁搅拌对表面夹杂的影响3 0 4 1 3 电磁搅拌对表面纵裂的影响3 l 4 2 轻压下技术应用后对板坯质量的改善o 3 2 第五章结论与展望3 4 5 1 结论3 4 5 2 展望3 4 参考文献3 5 致 谢3 7 0 一 l i 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论弟一早珀 下匕 1 1 文献综述 1 1 1 连铸技术的发展概况 将钢水直接铸成接近最终产品尺寸的钢坯一直是冶金工作者追求的目 标【，在经过一百多年的努力探索之后，该技术终于在上世纪7 0 年代开始 大规模的被应用于实践，并逐步形成了今天的连铸技术1 2 】。 连铸设备主要由钢包、中间包、结晶器、结晶器振动装置、二次冷却和 铸坯导向装置、拉坯矫直装置、切割装置、出坯装置等部分组成。 美国亚瑟( b a t h a ，1 8 6 6 年) 和德国土木工程师达勒恩( r m d a e l e n ，1 8 7 7 年) 最早提出以水冷、底部敞1 ：3 固定结晶器为特征的常规连铸概念。前者采 用一个底部敞开、垂直固定的厚壁铁结晶器与中间包相连，施行间歇式拉坯； 后者采用固定式水冷薄壁铜结晶器、施行连续拉坯、二次冷却，并带飞剪切 割、引锭杆垂直存放装置。1 9 2 0 年一1 9 3 5 年间，连铸过程主要用于有色金属， 尤其是铜和铝的领域。而炼钢生产的大炉容量、高浇铸温度和钢本身比热低， 这些在有色金属生产中未曾遇到过。同时一项最重要的开拓性工作是如何提 高一台连铸机的浇铸能力，最关键的是浇铸速度。 1 9 13 年，瑞典人皮尔逊提出结晶器以可变的频率和振幅做往复振动的想 法。1 9 3 3 年德国人容汉斯( s j u n g h a n s ) 真正将这一想法付诸实施f 3 】。振动结 晶器的构想和付诸实施，不仅使浇铸速度提到一个较高的水平，而且使连铸 技术成为通向钢铁领域发展的基石。从此，连续铸钢技术经历了“从上世纪 4 0 年代的试验开发、5 0 年代开始步入工业生产、6 0 年代弧形铸机的出现、 7 0 年代由能源危机推动的大发展、到8 0 年代日趋成熟的技术和9 0 年代面临 新的变革 的6 0 年历史发展历程。 在4 0 年代，钢的连铸试验开发主要集中在美国和欧洲。虽然振动式结 晶器是使钢得以顺利连铸的开创性关键技术，但真正有效防止坯壳与结晶器 粘结的突破性进展的技术贡献，应当归功于英国人哈里德( h a l l i d a y ) 提出的 “负滑脱概念，其有改善润滑、减轻粘结的优点，更便于实现高速浇铸。 初期的连铸设备大部分安装在特殊钢生产厂，设备设计主要由容汉斯、 罗西和原苏联所包揽，机型主要为立式。5 0 年代制造的4 0 台连铸机中，有 t，l 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 2 5 是立弯式。世界上第一台工业生产性连铸机是1 9 5 1 年在原苏联红十月 钢厂投产的立式半连续式装置。它是双流机，断面尺寸为1 8 0 m m x 6 0 0 m m 。 而作为连续式浇铸的铸机是1 9 5 2 年建在英国巴路钢厂的双流立弯式铸机， 其生产的铸坯断面尺寸为5 0 m m x 5 0 m m 和1 8 0 m m x 9 0 m m 的小方坯。1 9 5 4 年 投产的加拿大阿特拉斯( a t l a s ) 钢厂的方板坯兼用不锈钢连铸机，它可以生产 一流的1 6 8 m m x 6 2 0 m m 板坯，也可以生产两流的1 5 0 m i n x l 5 0 r a m 方坯。宽板 坯铸机于19 5 9 年建在原苏联的新列别茨克厂。日本住友和罗西为新日铁钢 厂提供的世界上第一台不锈钢宽板坯连铸机在1 9 6 0 年1 2 月投产，宽度为 1 0 5 0 m m 。在整个5 0 年代，连续铸钢技术尽管开始步入工业生产，但产量很 少，1 9 6 0 年的产量仅为1 1 5 万吨，连铸比仅为0 3 4 。 采用弧形连铸后，连铸技术的应用才实现了一次真正的突破，不仅提高 了生产率，降低了设备投资，而且更有利于安装在原有的钢厂内。 1 9 5 2 年德国人欧萨波尔提出了弧形连铸机的概念。瑞士人冯莫斯于 1 9 5 6 年也申请了同一思路的弧形连铸机专利。1 9 6 0 年中国的徐宝教授也设 计了一台浇铸尺寸为2 0 0 m m x 2 0 0 m m 方坯的弧形铸机。而最先将弧形结晶器 连铸机的设想付诸工业性试验的却是德国曼内斯曼公司。 从全球来看，到上世纪6 0 年代末，铸机总数已达2 0 0 多台，尽管总的 设备能力已近5 0 0 0 万t a ，但实际上连铸钢的产量只有2 6 0 0 万t a 。 经历了1 9 7 3 年1 9 7 4 年第一次全球能源危机之后，钢铁企业积极采用 连铸的势头更加强烈。1 9 7 9 年的第二次能源危机成为推动了连铸技术飞速发 展的主要动力。7 0 年代连铸技术的大发展是在不断改善产品质量和提高铸机 生产率的基础上取得的，而两次能源危机又正好为推动连铸的发展提供了客 观契机。 从上世纪7 0 年代开始，日本在连铸技术方面异军突起。到1 9 8 0 年，日 本连铸机数量已达1 5 6 台，连续铸钢产量占钢总量的比例已超过6 0 。而从 世界范围看，1 9 8 0 年连铸钢产量已逾2 亿吨，相当于1 9 7 0 年产量的8 倍i 钔。 8 0 年代连铸技术日趋成熟，连铸已不再是一种“保密的工艺。各钢厂 普遍建立了人员培训和教育制度以及预防性维护制度，钢包冶金的完善化促 进了连铸的操作1 5 j 。结晶器自动调宽、流式结晶器液面控制、漏钢预报、中 间包等离子加热等新技术得到应用。 9 0 年代连铸技术又面临一场新的革命【6 1 。目前所能预测的发展方向大致 包括近终形连铸( 尤其是薄板坯，薄带铸轧) 、高速浇铸、高清洁性产品的连 铸、低过热度浇铸、半凝固加工技术和过程与质量系统控制技术等【7 l 。 2 叠 ! 舢 王 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 2 国外连铸技术改造概况 新日铁公司为提高生产薄板、钢管和中厚板用板坯的质量，对名古屋厂 一号连铸机进行了改造。该连铸机生产的钢种较多，其中包括i f 钢、a 1 s i k 钢等较高等级的钢种。改造的内容如下： ( 1 ) 在不改变操作平台水平位置的条件下，结晶器由弧型改为立弯型， 增加了2 2 m 的直线段，与此相应，将弧型部的曲率半径由1 0 5 m 改为7 7 m ， 并采用八点矫直方式； ( 2 ) 将结晶器振动机构由偏心凸轮方式( 行程一定方式) ，改为电液伺服 步进活塞缸方式( 行程和振动频率可调方式) ，提高了满足质量和操作时振动 条件的自由度： ( 3 ) 为达到耐腐蚀2 0 年的要求，对振动机构进行了强化； ( 4 ) 为提高设备的可靠性和寿命，铸机罩、内部管道均采用了不锈钢， 在一些结构上采用了不锈钢衬覆； ( 5 ) 对电子监控系统进行了改造。 德国e i s e n h u e t t e n s t a d t 市e k os t a h lg m b h 公司( a r e e l o r 集团中的一个公 司) 与s m sd e m a g 公司签下合同，对其现有双流板坯连铸机进行现代化改造。 此改造目的是通过提高其三个弧形段的使用寿命来提高产量。为此现有弧形 段的下部辊子( 第2 0 至4 0 辊) 将由具有环形冷却设计的辊子来代替，环冷的 辊子具有较高的散热率，从而能延长使用寿命。自1 9 9 1 年以来，直径为 2 3 0 r a m 的环冷辊一直在被成功地应用，这种新设计的二冷系统也将有助于改 进产品质量。 第一个弧形段将于2 0 0 4 年9 月试车，另外两个弧形段在6 个月以后投 产。在2 0 0 5 年9 月，全部改造最终完成投产。 美国b e t a 钢厂最近与s m sd e m a g 位于匹兹堡的美国公司签订了单流板 坯连铸机改造合同，将已有连铸板坯厚度从6 7 英寸增至8 1 英寸。此次改 造的目的是为了提高板坯质量，降低维护量，增加钢卷重量。改造工程包括 将设备上端现有三个扇形段的光辊改造为分节辊，设备下端已由s m sd e m a g 于2 0 0 4 年改造为分节辊扇形段，在此次改造中将被调整辊缝以适应更厚的 坯厚。此现代化改造项目的合同还包括提供扇形段支架，可移动导轨和链条， 以及结晶器改造升级。整个工程从设计、制造到交付，要求在仅十个月之内 完成，并于2 0 0 6 年1 2 月热试。 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 3 国内连铸技术改造概况 由于市场的需要，国内的钢铁企业也纷纷改造连铸机以提高产量和质 量，从而提高市场份额。台湾中钢、武钢等都对连铸机进行了改造。 1 1 3 1 中钢公司连铸机改造情况 中钢公司的两部连铸机，分别于1 9 8 7 年l o 月和1 1 月投入生产，年产 钢坯4 0 0 万吨以上此次改造，五号扁钢坯连铸机由弯曲型改造为垂直弯曲 型。这除有助于提升钢坯内部品质外，对于高品级汽车用热浸镀锌、高级电 磁钢以及马口铁等高竞争力钢种的开发、研制，更具有关键性的影响。此外， 导入新式铸道并采用最新设备及技术，以进一步提高生产力。而四号扁钢坯 连铸机的改造，则对其进行控制系统与部分机械设备全面更新。两部连铸机 也同时更新油压作动控制装置、模振机构、自动液面侦测及程控电脑等系统 设备，以整体提升连铸能力。 本次连铸机改造工程，因仍须配合生产作业，故分为两阶段进行。其中 五号连铸机于1 9 9 4 年1 0 月1 1 日停机施工，以6 3 天完成改造，随即进行热 试车，7 天后便达全能产量。至于四号连铸机，则于l9 9 4 年1 2 月31 日开始 进行，并以2 4 个工作日完成改造，热试车4 天即达全能产量。 1 1 3 2 武钢公司连铸机改造情况 武钢对三台从德国引进的连铸机均进行了改造。3 号连铸机于2 0 0 1 年下 半年完成了改造，采用了回转台液压升降、大包下渣检测、浸入式水口快换、 结晶器液压振动、远程调节辊缝、全自动轻压下、二冷动态控制等新技术f 6 l 。 2 0 0 5 年5 月武钢二炼钢2 号连铸机改造工程热负荷试车成功。该工程是 武钢重大技改项目，正式投产后将能够轧制目前市场上紧缺的硅钢、军工钢、 球罐钢等特殊钢，对武钢拓展市场，提高经济效益具有关键作用。 2 0 0 5 年6 月改造后的1 号连铸机将原全弧型连铸机改造为具有国际最先 进水平的装备，有中包快换浸入式水口、结晶器液压振动、动态轻压下、动 态二冷控制等。改造后的新铸机大大降低了钢坯内部的夹杂，减少了铸坯内 裂，提高了铸坯质量和二炼钢厂品种质量，改善了品种结构。新铸机年生产 能力从以前的6 0 万吨钢坯上升到8 0 万吨，连铸钢种范围扩大到超低碳钢、 硅钢等高科技含量、高附加值产品，为下工序提供了更为优质的高牌号钢种 钢坯。 1 1 3 3 太钢公司连铸机改造情况 太钢不锈钢股份有限公司不锈钢炼钢厂对太钢立式1 2 8 0 m m 不锈钢板坯 - - t 东北大学硕士学位论文第一章绪论 连铸机进行了改造，经过一年多的工业生产运行，证明设备运转情况可靠， 各项技术性能指标和生产工艺指标均达到或超过了设计要求，不锈钢坯符合 产品质量要求。 改造成功地开发了下列八项创新的关键技术： ( 1 ) 用钢包车替代大包回转台及其钢包升降装置同步传动系统； ( 2 ) 具有杆和链特殊动能的侧装引锭杆； ( 3 ) 环式吹水装置及嘴芯可调吹水喷嘴； ( 4 ) 无冲击，无干扰运动轧迹曲线的接坯车； ( 5 ) 与拉坯速度、切割速度、接坯车运行速度相匹配的最佳运行速度设 定软件； ( 6 ) 变频电机驱动的串式滚筒装置； ( 7 ) 液压平移侧夹送辊装置； ( 8 ) 预卸压式可控单向阀和与保压腔连通的大容量串式蓄能器。 该项目还卓有成效地采用了国内外新技术，如：无氧化浇注；大容量中 间罐；钢包及中间罐称量系统；优化的结晶器窄面铜板水缝；二冷气水雾化 冷却；全交流变频技术；最佳定尺软件；跟踪系统软件；故障报警软件等。 综上所述，连铸机的改造是随着连铸技术的发展而不断进步的，主要目 的就是提高板坯的内部与外部质量。从一定意义上说，板坯质量与市场份额 的竞争，就是连铸新技术的竞争。 1 2 课题背景 本论文结合宝钢建厂以来第一台连铸机的综合改造项目，对改造前的工 艺技术情况以及改造后的工艺设备改进情况进行了详细的介绍。同时对应用 的连铸新技术进行了见解性的分析，以及对改造后铸坯质量的改善进行了详 尽的描述，为宝钢今后的连铸机的改造创立了模板，积累了经验。 2 号板坯连铸机自1 9 8 9 年投产以来已高负荷运行十四年，主体机械设备 老化、变形严重，铸机精度难以保证；三电系统技术落后，故障率高，备件 准备和更换困难：连铸机工艺装备难以满足大量生产高级品种钢的需求。为 满足高品质汽车板、高级别管线钢、高强度结构钢等品种的要求，宝钢决定 对2 号板坯连铸机进行改造。 改造后的连铸机将达到目前国内外连铸技术的先进水平，同时采用的先 进连铸技术将对提高宝钢板坯连铸水平、板坯质量，生产高质量、高附加值 的汽车板、管线钢、结构钢、造船用钢等具有重要意义。 本课题以宝钢二炼钢厂2 号板坯连铸机的改造为依托，开展的工作包括： q 绪一 章一 第一 文一i垒究 位一旰学一司 ， 士一要 硕o 学一王 大一 北一3 _ 嗥。 。 东北大学硕士学位论文 第二章宝钢1 9 3 0 连铸机改造前主要技术 第二章宝钢19 30 连铸机改造前主要技术 宝钢的2 号连铸机是1 9 8 9 年从日本引进，且具有8 0 年代初国际先进水 平。当时采用的诸多技术在国内均属首次使用，如垂直弯曲机型、实现钢水 无氧化保护浇注、采用大容量中间包、采用9 0 0 m m 长结晶器、采用c r 、z r 的结晶器铜板、结晶器铜板内腔镀c r 、n i 、在结晶器铜板内埋入热电偶进行 漏钢预报、采用小振幅高频率结晶器振动装置、涡流式结晶器液面计、采用 多点弯曲多电矫直和压缩铸造技术、板坯在线切割试样和快速硫印检查、进 行板坯四面火焰清理。在电气仪表自动化方面，形成了管理机、过程机和基 础自动化三级自动控制系统【8 1 。2 号连铸机1 9 8 9 年1 2 月热试，1 9 9 0 年7 月 达到设计产量。 2 1 结晶器振动技术 结晶器是连铸机的关键部件，质量优劣对提高拉坯速度，防止漏钢，减 少铸坯的裂纹和变形等具有十分重要的意义【9 1 。结晶器是易损件，年需求量 很大，其性能对连铸机的生产能力和铸坯质量起着十分重要的作用，被称为 连铸机的心脏。结晶器铜管必须具有良好的导热性能，钢水进入后能迅速形 成足够的初生坯壳，同时要有较强的耐磨性和较长的使用寿命，有良好刚性 和结构工艺性【1 0 l 。 结晶器振动装置用于支撑结晶器并使其沿铸机半径做近似圆弧的上下 往复振动，以防止坯壳与结晶器粘结而被拉裂，同时有利于保护渣在结晶器 壁的渗透，使结晶器得以充分润滑和顺利脱膜【1 1 】。结晶器的振动方式有同步 式、负滑动式、正弦式三种f 1 甜。 2 1 1 四偏心轮振动 宝钢1 9 3 0 连铸结晶器的振动方式采用凸轮振动方式，即四偏心轮振动。 振动波形为近似的正弦曲线。 结晶器振动装置分为结晶器振动驱动装置、振动发生装置和轴离合装置 等。结晶器振动驱动装置安装在连铸机外弧侧的基础上，每流备置一套，每 套安装一台马达。振动发生装置由中心齿轮箱、连接轴、齿轮连轴节、相位 连轴器、偏心连杆、伞齿轮箱及轴承支座等组成。轴离合装置是振动驱动装 东北大学硕士学位论文 第二章宝钢1 9 3 0 连铸机改造前主要技术 置和发生装置的连接拆开机构。四偏心振动系统的工作原理如下： 电动机将转动通过一根带快速连轴器的万向轴传给一台中心减速机，从 该中心减速机的左右两侧各通过一根带法兰接手的万向轴，将转动传给各自 的角部减速机，这两个角部减速机在将转动按和原来的运动成9 0 0 的方向， 分别传给左右的一根具有不同偏心量的同向偏心点的偏心轴上。左右偏心轴 再通过各自两个偏心轴颈上的两个轴承及套装在轴承座上的两个与上部振 动台相连接的连杆，将转动变为有弹簧组件导向的近似圆弧的往复振动。 四偏心轮振动具有以下优点： ( 1 ) 可对结晶器振动从四个角部位置上进行支撑，因而结晶器振动平稳 而无摆动现象； ( 2 ) 振动曲线与浇注弧形线同属一个圆心，无任何卡阻现象，不影响铸 流的顺利前移； ( 3 ) 结构稳定，适合高频小振幅技术的使用。 2 1 2 结晶器振动参数对铸坯质量的影响 结晶器振动的主要参数有振幅和振动频率。 振幅：振动曲线半波的行程，或上下运行总行程的二分之一，宝钢1 9 3 0 连铸的振幅为士3 5 m m ，但通过更换偏心轴允许在0 - - 士7 5 m m 范围内变动。 振动频率：单位时间内振动的次数，1 8 1 8 0 次分钟。 铸坯表面上的振痕，是在结晶器上下运行的过程中形成的，结晶器向上 运动时，结晶器弯月面处的坯壳被“拉开 ，结晶器向下运动，特别是在负 滑脱时间里，坯壳又被“重合”。坯壳不断被“拉开 、“重合 ，就形成了振 痕。负滑脱时间的结束，就是一个振痕完成的时刻，接着又开始下一个振痕 的形成过程，结晶器每往复振动一次，就形成一个振痕。因此，振痕与振痕 - 1 表2 1 振动参数对振痕深度的影响 t a b l e2 1t h ei n f l u e n c eo f o s c i l a t i n gp a r a m e t e r t oo s c i l a t i n gm a r k 振动参数程度振痕深度 振幅越大越深 振频越大越浅 负滑脱时间越长越深 8 东北大学硕士学位论文第二章宝钢1 9 3 0 连铸机改造前主要技术 大量研究表明【n 】，在振痕底部容易形成裂纹和成份的分析，而且是随着 振痕深度的加深而加重。因此，减少振痕深度是改善铸坯表面质量的有效措 施。振动参数对振痕深度的影响最为重要，如表2 1 所示。从表2 1 可以看 出，减少振幅，提高振频，减少负滑脱时间，可以使振痕深度减小。因此， 高频小振幅技术已被广泛应用子当前板坯连铸机。 2 2 结晶器调宽技术 结晶器调宽分为在线调宽和离线调宽。在线调宽的发展使连铸的生产率 得以大幅提高。随着连铸技术的不断发展，结晶器在线不停机调宽技术得到 长足的进步，在线不停机调宽技术主要是在连铸机生产过程中变更板坯宽 度，其优点如下【1 4 】： ( 1 ) 在不停机的情况下，能连续浇铸出不同宽度的板坯，使产量增加， 宽度调整时间短； ( 2 ) 采用在线不停机调宽，可减少部分头、尾铸坯损耗，提高连铸收得 率； ( 3 ) 铸坯尺寸选择的自由度增加，可连续浇铸相近似的钢水而不用停机 ( 在普通连铸机上，铸坯尺寸和钢水成分不同，不能一次连铸) 。 1 窄面支撑板：2 调宽驱动装置；3 丝杆；4 齿轮；5 调锥驱动装置；6 球面座 图2 1 结晶器调宽装置示意图 f i g 2 1m o u l dw i d t hc h a n g i n gd e v i c e 9 东北大学硕士学位论文 第二章宝钢1 9 3 0 连铸机改造前主要技术 图2 1 所示出的是宝钢1 9 3 0 连铸的结晶器调宽装置，调宽装置的调宽方 式为机械式电动调宽。调宽部分通过马达、减速机、齿轮、丝杆使窄面前进 和后退，实现结晶器宽度变化。调锥部分通过带针摆减速机的马达取得偏心 轴，使调宽部分的整体沿着球面座上下摆动，则窄面也沿球面座摆动，实现 锥度变化。 调宽装置规格： 型式电动螺杆式 调宽速度2 2 0 0 m m m i n 浇注中调宽 2 1 0 m m m i n ( 单边) 浇注中调窄 2 2 0r a m r a i n ( 单边) 调锥装置规格： 型式电动偏心轴式 调整范围3 1 6 m m 9 0 4 m m 2 3 扇形段 2 3 1 铸流导向冷却装置 铸流导向装置分为支撑导向段( 0 # 段) 和诱导装置( 1 # 一1 7 # 扇形段) 。铸 坯在引导中，首先通过支撑导向段把铸坯从垂直状态逐渐弯曲到一定半径， 然后通过l # 6 # 扇形段的单纯圆弧区，再经过7 # 一8 # 段逐渐被矫直，最 后通过9 # 一17 # 扇形段拉出。铸机包括一个0 # 段和1 7 个扇形段，共9 9 对 辊，局部采用分节辊。铸流二次冷却区将扇形段分为9 个冷却区，1 8 个回路。 2 3 2 铸流诱导装置 铸流导向装置是对从支撑导向段出来的铸坯进行导向、矫直和拉拔。它 分为固定部分和更换部分，固定部分包括支撑框架、基础框架、管离合、辊 子驱动装置以及辊缝调整驱动装置f 15 1 。更换部分的设备共有1 7 个扇形段， 通过基础框架或支撑框架固定在基础上。 扇形段装置如图2 2 所示，每个扇形段由辊子及其轴承支撑，上下框架， 辊子压下，辊缝调整装置、冷却水管及给油脂配管构成。根据工艺要求扇形 段的辊子可以分为驱动辊、非驱动辊及分节辊。每流1 7 个扇形段分为4 种， 可进行位置上的互换。 - - - 簟 东北大学硕士学位论文第二章宝钢1 9 3 0 连铸机改造前主要技术 图2 2 扇形段 f i g 2 2s e g m e n t