马钢异形坯连铸机的特点与实践.doc

异形坯连铸机的特点与实践周干水胡义贵(马鞍山钢铁设计研究总院)(马鞍山钢铁股份有限公司)摘要：本文通过对马鞍山钢铁股份有限公司第三炼钢厂三流方坯/异形坯连铸机的介绍，较系统地分析了异形坯连铸机的主要工艺、设备特点以及连铸机的实践结果。Character & practice of beam blanks continuous caster Zhou GanshuiHu Yigui(Maanshan Iron & Steel Design & Research Industry) ( Maanshan Iron & Steel Company Ltd.)Abstract：In this article, By describing of three strand bloom and beam blanks continuous caster at No.3 works, Maanshan Iron & steel Company Ltd., The main character of beam blanks continuous caster in process and machinery, and practice of the caster were analyzed.1. 前言1998年6月11日国内唯一一台异形坯连铸机在马钢公司三炼钢厂建成投产。此工程为马钢万能型钢厂的配套项目，生产的方坯及异形坯供万能型钢厂直接轧制H型钢和钢板桩等。工程建设分两期，一期建设一台三流方坯/异形坯连铸机，年产63.5万吨合格铸坯，二期建设一台同类型连铸机，最终规模为年产110万吨合格铸坯。2. 连铸机主要技术参数型式：弧形，三点矫直流数：3流铸坯断面：异形坯(BB)750450120mm；500300120mm方坯(BL)250380mm铸坯定尺：411m冶炼形式：350t转炉+170t LF炉结晶器：板式(第三代)流间距：2600mm结晶器液面检测：Cs137工作拉速：0.22.0m/min引锭杆方式：链节式下装长引锭杆冶金长度：25.5m二次冷却：气水雾化冷却主要生产钢种：碳结钢、低合金钢、矿用钢、耐候钢、桥梁及船体结构钢等3.铸机技术特点3.1连铸工艺3.1.1保护浇注对钢包至中间罐的钢流进行保护，保护套管与钢包水口之间采用氩气密封。设置两套保护套管操纵装置，分别置于两台中间罐车上。浇铸优质结构钢、Al镇静钢及低温钢时，在中间罐至结晶器间采用保护浇注，使用内装浸入式水口。3.1.2中间罐浇注特点为使结晶器内坯壳得到均匀冷却和良好润滑，保证铸坯的表面质量，一般都采用结晶器保护渣浇注。浇注方式有半保护浇注和保护浇注两种。(1).半保护浇注半保护方式浇注异形坯时，采用两个定径水口加两个漏斗水口(图1)。这种方式浇注的铸坯，其组织结构比较对称，但只能浇注非Al镇静钢。图1 半保护浇注模式(2).保护浇注保护浇注采用浸入式水口及塞棒控制(图2)，主要用于浇注优质结构钢、Al镇静钢、低温钢等。水口形式有如下几种(图3)：图2 保护浇注模式图3 浸入式水口的设置形式(a).单水口置于腹板中间，出口有直孔和两侧孔两种。主要用于腹板较厚的铸坯，铸坯宽度窄时用直孔，宽度宽时用侧孔。(b).双水口分别置于两翼缘三角区，出口为直孔加三个侧孔。一般在腹板较薄、铸坯较宽、翼缘较高时使用。(c).单水口置于翼缘三角区，出口有直孔、三个侧孔、直孔加三个侧孔或直孔加一个侧孔等形式。腹板较薄、铸坯较窄、翼缘较低时使用直孔；铸坯较宽、翼缘较高时使用侧孔。由于塞棒安装困难、结晶器液面不易控制且水口易结死等原因，以上(b)形式不常使用。马钢两种规格的异形坯采用保护浇注时，水口采用(c)形式中的三个侧孔或直孔两种。为保证结晶器钢液弯月面的流动性和钢液均匀地进入两翼缘，浸入式水口的位置及合适的水口出口的设计是很重要的(表1)。浇注条件的影响比较(Al镇静钢)表1 浇注条件类 别保 护 浇 注方式(b)，三个侧孔方式( c )，三个侧孔(1).操作堵塞水口（Al2O3）堵塞水口（温度）X拉漏X均匀性塞棒安置X液面波动X(2).质量表面缺陷夹杂注：好，中等，X差3.1.3中间罐水口盖板的设置当浇注多种规格铸坯时，水口中心位置变化很大，其偏差靠中间罐横移机构难于实现水口对中，因此，将中间罐底部水口区设计成活动盖板形式，根据不同铸坯的浇注中心位置，在盖板上开孔。马钢设有两种盖板，分别用于定径水口和内装浸入式水口浇注，盖板图4为马钢定径水口浇注用活动底板浇注大异形坯时的情况，其它不使用的开孔用盲板堵住。盖板以上区域不浇注永久层，以利于更换底板及安装座砖及水口，座砖四周采用塑性打结料填充，每个浇次需更换。图4 定径水口浇注用盖板3.1.4中间罐耐材与烘烤中间罐内衬为三层结构，即隔热层、永久层及工作层，材质分别采用隔热砖、高铝浇注料和镁质喷涂料，可保证较高的中间罐预热温度、高连浇条件、减少连铸环节带入的夹杂物并有利于夹杂物的吸附。中间罐设计预热时间为2小时，中间罐内衬表面温度应大于1050，水口区域至少要达到825。MgO涂料层的厚度根据连浇时间要求而有所不同，一般在2550mm范围，涂料层越厚，连浇时间越长；另外，水口寿命也决定了连浇时间，因此内衬设计需综合考虑，否则易造成浪费。3.1.5结晶器液面控制结晶器液面检测采用放射源Cs137，液面控制有拉速关联模式和流量关联模式，即：采用定径水口浇注，通过调节拉速来控制液面；采用浸入式水口浇注，通过塞棒开度调节来控制液面。3.1.6铸坯的冷却异形坯断面复杂，各部位的冷却情况差别较大，如：圆角部位最易受钢水流动的影响，无论在结晶器内还是在二冷区，其凝固系数都比较小，易出现表面质量问题；腹板的凝固系数，在结晶器内内弧侧大于外弧侧，而在二冷区时内弧侧小于外弧侧。结晶器冷却水为恒定流量控制，冷却水通过水槽的流速为612m/s，进出水温差控制在37。冷却水背压需保持在0.15MPa左右，以防止水槽内汽泡的产生。异形坯的比表面积大，冷却条件好，但是各部位的凝固特性相差较大，而且内弧侧易积水，稍不注意，极易引起冷却不均或过冷等问题。本台铸机的异形坯二次冷却特点有：(1) 采用气雾冷却，以达到表面冷却均匀、降低表面回温幅度、减少内弧侧的积水、增大水量调节范围等目的。(2) 采用“弱冷”控制制度。根据钢种及断面的不同，冷却比水量在0.41.0l/kg范围。(3) 采用配水自动控制，根据PLC内某一冷却曲线，随拉速自动调节水量，也可以通过计算机模型自动控制。(4) 采用特有的喷嘴及喷嘴设置方式。共设有7个控制回路，可进行独立控制；保证铸坯各部位的凝固基本同步。翼缘顶面喷水冷却仅限于足辊区。(5) 采用喷水开、闭循环控制。用于浇注中快速更换中间罐，即让喷淋系统此时进行周期性的开闭循环。3.1.7铸坯定尺切割定尺切割采用单枪大功率割炬、仿型火焰切割方式，翼缘和腹板采用不同的切割速度。3.1.8优化切割(1).定尺优化切割通过铸坯在线称重，将上次切割的铸坯重量与目标定尺重量进行比较，修正铸坯切割定尺，使本次切割铸坯更接近于目标定尺重量，实现定重出坯。(2).尾坯优化切割通过中间罐称重，在钢包浇注结束后，二级计算机系统根据中间罐剩余钢水重量，计算并指导中间罐各流何时停浇，使三流的尾坯尽可能浇注成定尺铸坯，即各流保留最小尾坯量。3.1.9自动开浇技术采用定径水口/漏斗水口浇注时，中间罐液面达到一定高度，开浇帽自动烧通，钢水进入结晶器，结晶器液面缓慢上升至离上口100mm左右时，铸机按起步拉速自动开始拉坯。采用塞棒/浸入式水口浇注时，中间罐钢水达到浇注液位，塞棒自动打开，钢水进入结晶器，在设定的起步时间内，铸机自动开始拉坯。3.2连铸设备3.2.1钢包回转台采用双臂共同旋转蝶式钢包回转台，旋转半径5200mm。回转台带有液压升降系统，采用单臂液压升降，升降行程800mm；设有钢包称重系统，重量连续显示；回转台的旋转驱动和事故驱动均采用液压传动，传动平衡，定位准确。3.2.2中间罐采用32t大容量中间罐，工作液面800mm。中间罐上设有液压控制的塞棒机构，可实现结晶器液位的流量控制。中间罐底板水口区设计有特殊开口，以利于不同水口及其活动盖板的安装。3.2.3中间罐车中间罐车为半门型高架结构。中间罐车上设有中间罐机械升降机构，交流变频电机驱动；中间罐走行采用交流变频电机驱动，调速范围大，起动制动平稳，定位准确。3.2.4结晶器采用单锥度结晶器，每个结晶器由四块铜板和支撑铜板的钢结构框架组成，宽面为圆孔型水槽，侧面为条型水槽，结晶器底部带一排足辊，为第三代异形坯结晶器(图5)。此种结构形式便于铜板及冷却水水槽的加工，装配、维护方便，可获得高速水流。异形坯结晶器铜板工作面采用Ni、Cr复合镀层。3.2.5结晶器振动装置结晶器振动为短臂四连杆机构，采用15kW交流变频调速电机，振幅010mm可调，振频20250Hz。3.2.6二冷支撑二冷支撑设计成0、I、II三个扇形段，扇形II段为异形坯与方坯共用，更换断面时需要更换扇形0、I段。按支承方式不同，扇形0段分为上、下两组。上组对铸坯的各个面(8面)实行全支撑(图6a)；下组仅对铸坯的腹板和翼缘两侧面(4面)进行支撑(图6b)。扇形I段的支撑方式与扇形0段下组相同，即对铸坯的腹板和翼缘两侧面进行支撑(图6b)所示。扇形II段仅外弧设有支撑，侧面及内弧设导向，另外在扇形II段设有空气吹水器，以去除内弧腹板上的积水，防止铸坯过冷等。图5 异形坯结晶器图6 铸坯支撑方式3.2.7拉矫装置每流的拉矫装置由包括上、下两辊的4个机架组成，每个上辊采用直流电机驱动、液压缸压下，四个直流电机分别由两套驱动系统控制。机架上辊安装有双通道脉冲发生器，用于驱动系统的速度反馈及铸流跟踪系统的位置反馈。拉矫装置的液压设备由MMI控制，手动操作及液压设定值的输入均通过MMI，液压压下压力取决于铸流的工作模式、铸坯尺寸及引锭杆和铸坯的位置。3.2.8火焰切割机每流设一台火焰切割机用于切割铸坯，每台切割机设一支割枪，异形坯采用仿型切割，介质燃料为氧气焦炉煤气，同时设有人工事故割枪两把。在铸流末端布置有一台共用火焰取样切割机。异形坯的切割速度范围为160620mm，翼缘和腹板区使用不同的速度，割缝约8mm。3.2.9引锭杆采用挠性链节式长引锭杆，由引锭杆体、过渡件和引锭头三部分组成。引锭杆体为共用件，过渡件和引锭头为不同规格铸坯专用件。3.2.10铸坯称重设备铸坯称重设备设于每流输送辊道区，采用液压升降。称量每块铸坯，报表记录称量结果，并反馈到火焰切割机进行优化切割。3.2.11铸坯标号机设有三台标号机，一台移动式标号机设置在铸流末端，两个冷床入口处各设一台固定式标号机，以便对长短不同的铸坯进行标号。3.2.12铸坯横移装置及冷床横移装置由液压缸及拨爪机构组成。设有两个固定式冷床，可将两种不同的铸坯由共用出坯辊道分别移至各自的冷床上。保证铸坯下冷床的温度不大于450，便于电磁吸盘吊运。4. 连铸机生产实践4.1主要生产指标连铸机热试投产后，通过98年下半年的整改、消化吸收，99年逐步进入正常生产，并取得了较好生产指标，铸机平均作业率为66.8%；溢漏率为0.13%；铸坯合格率近99%；优质钢种生产比例占10.43%；连浇炉数最高达36炉(单包记录16炉，平均9炉)；方坯、大异形坯、小异形坯最大拉速分别为1.1m/min、0.9m/min、1.2m/min。均超过最高设计拉速。4.2铸机产量自投产以来，连铸机运行良好，产量随H型钢市场需求增多而稳步增长(图7)。99年约生产48万吨合格坯，最高月产达4.95万吨，基本达到设计产量，只是受市场因素的影响，铸机以生产大方坯为主(占80%以上)，铸机能力未得到充分的发挥。图799年连铸机产量 图8 异形坯轧后冶废率4.3 铸坯质量由于异形坯的比表面积大，形状特殊，对结晶器和二冷区的铸坯冷却以及铸坯的支撑要求相当严格，否则，很容易导致质量缺陷。因此，异形坯的质量控制是本台连铸机主要难题，99年异形坯产量虽然不多，铸坯质量却得到很好的控制，废品率稳步下降，至下半年轧后冶废率已稳定在0.6%以下(图8)。铸坯的主要缺陷为裂纹，占总量的48%(表2)，表现为异形坯内弧侧表面纵裂及横裂、大方坯内部中心裂纹等。99年上半年铸坯质量统计表2质量缺陷裂纹结疤凹坑夹杂气孔/弯曲/划痕等发生比例(%)48.017.713.212.19.0为改善铸坯质量，采取的主要措施有：(1) 为改善异形坯的表面裂纹，采用结晶器弱冷方式，减少冷却水量，提高进出水温差，降低铸机内弧侧设备冷却水量；减少冷却比水量，调整铸坯内外弧的水量比例；定期检查喷嘴的堵塞情况，保证冷却均匀。(2) 调整二次冷却水，加强对扇形段辊子对中及间距的检查与调整，以降低铸坯内部裂纹的发生。(3) 采用低温浇注，二次冷却采用小比水量，可减少铸坯内裂、偏析和疏松等缺陷的发生。(4) 提高钢水质量，采用合适的保护渣，减少夹杂的产生，保证坯壳的良好润滑。5. 结语(1) 马钢异形坯连铸机的引进填补了国内空白，并取得了圆满的成功。(2) 马钢异形坯连铸机设备结构独特，操作工艺复杂，技术含量高。通过不断的摸索、消化和吸收，连铸机基本步入正常生产，为我国连铸技术的进步