板坯改造技术总结

首钢第二炼钢厂大板坯连铸机改造实践 摘要 首钢第二炼钢厂原有的大板坯连铸机由于机型落后 装备陈旧 控制精度低等问题 造成生产的铸坯质量不稳定 铸机维护费用高 经过全面论证后 决定对原有板坯 铸机进行改造 目前 升级改造后的新板坯铸机运行良好 铸坯质量得到了较大的 提高 1 01 0 前言前言 首钢第二炼钢厂原有的大板坯连铸机是1988年从比利时蒙蒂尼钢厂购进的二手设备 该铸机原来由法国FCB公司1976年设计 1977年在蒙蒂尼钢厂投产 1988年首钢从比利时拆 回 经修 配 改于1989年9月22日热试投产 设计能力为120万吨 由于原设计存在一些缺陷 加之机型落后 设备陈旧 控制精度低 且在当时设备安 装方面缺乏必要的经验 所以自1989年投产以来该铸机一直没能达到设计能力 年产量一 直徘徊在60 80万吨 铸坯合格率仅能达到96 7 铸机作业率不足70 浇铸钢种只能是 一些低档次的普碳 低合金钢 浇铸断面为220 1400 220 1540毫米 拉速为0 6 0 7米 分 原有大板坯连铸机存在的主要问题有 1 采用大辊径 大辊距 整体长辊单独升降调整的辊列设计 铸坯拉速受到很大限制 且铸坯的内部质量易受外界条件影响 2 单点矫直 存在矫直区应力过大的现象 易产生矫直裂纹 3 铸机基弧 辊缝的调整方法落后 调整难度大 且精度难以维持 4 技术装备落后 控制水平低 铸机作业率无法提高 5 维修费用高 鉴于上述情况1998年首钢总公司聘请全国连铸专家对第二炼钢大板坯连铸机进行鉴定 专家们一致认为应对这台大板坯连铸机进行彻底改造 2001年5月首钢总公司董事会通过正 式立项 决定对第二炼钢厂原有的大板坯连铸机进行改造 并要求改造后的铸机成为国内 一流铸机 公司确定的改造设计单位及分工内容为 首钢设计院为设计总承包单位 并负责切割 区以后的工艺设计和整个项目的工厂设计 连铸技术国家工程中心 中达公司 负责铸机 主体部分的工艺设计 西安重型机械研究所负责结晶器及相关维修设备的设计 首钢电子 公司自动化设计院负责自动化部分设计 2 02 0 新铸机的主要工艺参数及采用的新技术新铸机的主要工艺参数及采用的新技术 2 1 新铸机的主要工艺参数 1 机型由原来的 12米弧型铸机 改为直弧型板坯连铸机 垂直段长度 2731mm 弧形半径 9500 mm 冶金长度 31558 mm 2 辊列由单根整体辊升降改为分节辊 细辊密排的扇型段成组升降结构 辊列由900 mm长的结晶器 3对足辊及106对导辊组成 辊列分段为3对足辊 1个弯曲段 6个扇形段 2个矫直段 5个水平段 全部辊列采用分节辊 两分段或三分节结构 3 生产铸坯的规格 宽度 mm 1200 1400 1600 1800 厚度 mm 150 180 220 250 定尺 mm 2000 3000 4 年产量双流为160万吨 主要钢种 船板钢 汽车大梁钢 锅炉钢 压力容器钢 机械工程钢 碳素钢 低合金钢 管线钢 5 铸坯无清理率指标 包晶钢 0 08 C 0 14 中碳钢 0 C 0 高强度低合金钢 含Nb V Ti钢种 6 连浇炉数为9炉 7 铸机作业率 80 8 单炉浇铸时间为40分钟 2 2 新铸机采用的主要新技术 1 直弧型多点渐近弯曲和多点渐近矫直技术 采用直结晶器弧形连铸机的结构 改善铸坯凝固过程中夹杂物上浮的条件 采用11点 渐近顶弯和12点渐近矫直技术 使铸坯在弯曲和矫直过程中受到应变大为减少 铸坯表面 弯矫应变 0 25 坯壳内合成应变 0 35 2 二冷区细辊密排分节辊技术 二冷区由1个弯曲段 13个扇形段共109对辊组成 所有辊均采用两段或三分节的结构 形式 最大辊径为300毫米 最大辊间距为333毫米 可最大限度地减少铸坯运行过程中的 鼓肚变形造成的内部裂纹 3 中间包钢水连续测温技术 采用东北大学信息工程学院开发的BTV型钢水测温装置对中间包钢水进行连续测温 该 技术采用黑体空腔理论 通过将黑体测温管插入到钢水中感知温度 采用光导纤维辐射测 温仪接受测温管的辐射信号 经信号处理器送入在线黑体测量理论模型来确定钢水实际温 度 由它来指导拉坯速度 并通过数学模型参与二冷区的自动配水控制 4 结晶器液面自动控制技术 此项技术采用维苏威的VUHZ电磁式钢水液位传感器检测出结晶器内钢水液位信号 采 用武钢自动化公司开发的数字式电动执行机构来自动调节塞棒的开闭量 实现结晶器里的 液面的自动控制 使用该项技术能使浇钢过程中结晶器液面稳定在 3mm 从而达到改善铸 坯的表面质量 同时减少拉漏的目的 5 拉矫机采用全交流变频控制技术 拉矫机的控制在本次改造中采用全交流矢量变频控制 每台电机选用一台变频器 通 过与电机同轴的脉冲发生器进行反馈来实现闭环控制 6 中包水口快速更换技术 该技术采用山西炉业公司的气动式中包水口快速更换机构 实现浇钢过程快速 可靠的 更换中包浸入式水口 从而达到延长中包使用寿命 减少铸坯重接废品 并进一步稳定中 包浇钢操作的目的 同时 由于中间包水口与浸入式水口之间增加了氩气密封 可以有效 的防止浇注过程中钢水的二次氧化现象 7 机械式非正弦振动技术 采用首钢同燕山大学机械工程学院研制的机械式双非圆齿轮非正弦振动装置 实现结晶 器非正弦振动 该项技术在减轻铸坯表面的微裂纹 以及预防粘结漏钢方面有比较明显的 作用 8 二冷区配水自动控制技术 新铸机二冷区配水大部分采用气雾冷却方式 二冷水共分14个调节回路 水 气分别 可调 检测回路采用流量 压力 温度检测 通过气动调节阀进行控制 采用水表模式和 数学模型两种方式进行二冷水的自动调节 以此来满足不同钢种 不同断面 不同的钢水 过热度 不同拉速的铸造要求 9 自动切割和自动定尺控制技术 根据生产需要 板坯铸机的两个流可同时生产不同断面和不同定尺的产品 采用接触 式定尺测量装置 一次火焰切割机可按照设定的定尺要求 完成测量和自动定尺切割的功 能 同时切割辊道根据切割枪的位置进行自动摆动和复位 钢坯切割完成后辊道自动启动 输送钢坯 10 双流单独设置二次切割技术 由于首钢生产结构的要求 第二炼钢厂大板坯生产的钢坯供两个中板厂 所要求的定 尺为2 0 3 0m 一次切割无法满足生产要求 必需采用二次切割来完成 二次切割系统采 用双转盘每流各自单独出坯的方案 根据原有的工艺条件 在2流现有转盘后设置一套切割 和推钢 垛板装置 而1流铸坯在称量辊道后先通过一台高速横移台车送入新增的转盘 再 进入其后的切割和推钢 垛板装置 这样 双流铸坯出坯互不干扰 可以实现100 的二次 切割 二次切割机能够实现远程快速改变定尺设置 在二次切割区还预留了去毛剌和铸坯 喷号的功能 11 辊缝自动测量技术 采用英国Sarclad公司的多功能辊缝测量仪 实现对连铸机辊缝值 外弧对中 基弧 状况 外弧分节辊线性状况 以及辊子的转动情况等进行快速准确的测量 3 03 0 新铸机的改造施工过程新铸机的改造施工过程 3 1 工程前期准备 为了确保工程顺利进行 公司技改部牵头成立了工程施工指挥机构 下设负责组织协 调的施工组 负责技术方案的技术组 负责负责设备和材料供应的备件材料组 负责生产 安全 保卫的生产安全组 同时 制订严谨的制度 明确各部门的责任 根据改造内容和施工组织的特点 科学合理的划分标段 通过招投标确定施工单位后 业主负责组织设计部门向施工单位交底 到样板厂学习 了解同类铸机的安装特点及施工 要求 施工人员及时介入设备验收 了解设备的特性 对重点设备 如扇形段 香蕉梁 振动装置 结晶器等重点设备在制造厂进行预组装调试 确保到现场的设备达标 根据主 体设备安装精度高 专业性强 立体交叉作业施工复杂的特点 制定了切实可行的施工调 试方案 3 2 施工工期及工程量 此次板坯铸机改造的主体工程从2002年10月10日早8 00正式开始 大体分为旧有基础 的拆除 5天 新基础的施工 15天 主机设备的安装 45天 设备单体试车 15天 设备冷态联锁试车和自动化程序调试 7天 热负荷试车等几个阶段 至2003年元月4 日一次热 试成功 历时87天 工程圆满结束 创出了国内同类板坯连铸机改造施工工期最短的记录 整个改造工程共拆除设备近4000吨 钢结构1000吨 凿除混凝土近2000m 安装设备 4500吨 完成土建3000 m 铺设各种管路约10km 4 04 0 改造取得的效果改造取得的效果 4 1 新铸机打产情况 下图为从今年元月4日热试至3月底新铸机的生产产量情况 以及同改造前铸机的月 均铸坯产量的比较 其中3月22日新铸机的日板坯产量达到了5048吨 5 36 2 1 4 9 8 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 合格坯产量 万 吨 2002年月平均 2003年1月份 2月份 3月份 时间 图1 新铸机前三个月的产量直方图 4 2 铸坯一检合格率情况 2002年全年板坯平均一检合格率指标完成95 99 2003年1 3月份板坯一检合格率情 况如下图 80 85 90 95 100 一检合格率 一检合格率95 9988 5894 6198 1 2002年2003年1月2003年2月2003年3月 图2 新铸机前三个月的一检合格率直方图 4 3 新铸机生产板坯的实物质量 4 3 1 铸坯内夹杂物含量 我厂老板坯铸机机型为全弧型 改造后为直弧型 下表为两种不同铸机机型对铸坯 内夹杂物含量的影响 硫印显示铸坯内夹杂物含量 表1 新老铸机不同机型对铸坯内夹杂物影响情况 原全弧型铸机改造后直弧型铸机 钢种 n 夹杂物指数 个 50mm N 内弧 外弧夹杂指数 个 50mm Q235B86 5593 29 2 64 Q345B516 4675 77 2 68 注 原全弧型铸机夹杂指数指内弧夹杂 可见改造后直弧型铸机对浇注过程中钢水中夹杂物的上浮有明显的好处 铸坯中大 型夹杂物含量较以前明显减少 净化了钢水 提高了铸坯质量 4 3 2 铸坯的硫印照片 下图为新老铸机生产相同钢种时的板坯硫印照片对比情况 改造后改造后3B13813B1381 Q345BQ345B 炉次硫印 炉次硫印 改造前改造前Q345BQ345B钢种硫印钢种硫印 图3 新老铸机生产板坯的硫印照片对比图 4 4 改造后达到的其它效果 4 4 1 结晶器钢水液面控制精度 采用新的结晶器液面自动控制装置后 结晶器内液面波动范围由人工控制的 10mm减 少到 3mm以内 对改善连铸坯表面质量 减少铸坯夹杂物的卷入创造了良好的条件 4 4 2 新铸机的溢漏率 由于新铸机采用了非正弦振动 对所用的结晶器保护渣按不同钢种进行了优化 促进 了坯壳与结晶器铜板之间的润滑 同时 结晶器液面自动控制装置的使用提高了结晶器液 面控制精度 中包水口快速更换装置的使用减少了更换中包水中造成的重接现象 这些技 术的综合运用 使新铸机在工作拉速比老铸机提高50 的情况下 溢漏率反而下降了 0 04 新铸机1 3月份未发生粘结型漏钢 仅有的两次拉漏分别为裂纹漏钢和重接漏钢 4 4 3 新铸机的设备使用效果 投产三个月以来 所有二冷支撑辊转动灵活 未发生辊子不转的现象 新结晶器的 平均使用寿命 过钢量 已经超过40000吨 目前尚未见有镀层磨损或铜板变形等影响工艺使 用的情况 5 5 0 0 新铸机有待完善的问题新铸机有待完善的问题 目