带钢坯连铸机设备改造技术的研究

陈国华

(莱芜钢铁集团有限公司炼钢厂 山东莱芜271104)

1 前言

莱钢炼钢厂带钢坯连铸机原为小方坯连铸机，2001年改造后生产带钢坯，铸坯有120mm×285mm、120mm×360mm、120mm×435mm三个断面尺寸。近年来，为适应市场需求，逐渐开发了部分低合金钢和优质碳素结构钢，而由于连铸机设备工艺装备水平较低，铸坯全氧及夹杂物含量偏高，造成铸坯存在中心线裂纹、疏松、角部裂纹等质量缺陷。

2 改造技术

2.1 中间包塞棒控制改造技术

2.1.1 设计中间包增上塞棒机构

鉴于塞棒中间包与普通中间包相比，能够更好地稳定结晶器液面波动、降低铸坯夹杂物含量，减少保护渣卷渣影响，提高钢水纯净度，本着节约的原则，在现有中间包基础上进行改造，根据在线钢水包包底、中间包包沿高度、中包盖高度，设计塞棒机构整体尺寸，设计增上塞棒机构。中间包塞棒安装示意图见图1。

2.1.2 塞棒设计

1)尺寸设计。考虑塞棒机构升降行程以及于钢包底部距离，设计塞棒超出溢流高度150mm，总长度为1100mm;棒头顶部半径40mm，弧形半径180mm。

2)材质选择。塞棒采用Al2O3-C质，且在塞棒渣线、棒头部位添加适量氧化锆，以提高塞棒渣线、棒头部位抗浸蚀性能。

图1 中间包塞棒安装示意图

3)塞棒螺杆设计。将螺杆配合部分由圆形改为八边形设计，防止螺杆因使用而松动;在螺杆与塞棒内壁配合间隙填充胶泥，起到固定螺杆和提高使用寿命的作用。

2.1.3 中间包烘烤器改造

为提升中间包烘烤效果，对烘烤器进行改造，确保中间包内腔烘烤温度能达到1000℃以上，减少开浇第一炉中间包温降。

1)将套筒式长焰烧嘴改为亚高速烧嘴。亚高速烧嘴火焰短、刚性强、热辐射能力大、气流速度高，能起到搅拌包内气流的作用，使包内温度场更加均匀，提温效果好。亚高速烧嘴型号为TJTC-YG-100C，使用燃料为转炉煤气，烧嘴个数为4个。

2)加强中间包盖保温措施，合理开设烧嘴孔，对包盖上缝隙较大的地方用耐火棉覆盖，减少热损失。

2.2 全保护浇注工艺改造技术

2.2.1 大包保护浇注

大包浇注采用吹氩保护，氩气流量控制在15～20m3/h。长水口长度由830mm增加到1050mm，保证插入液面300mm以下，防止浇注过程中液面卷渣。水口材质由石英质改为铝碳质，提高耐浸蚀性能，减少对钢水的二次污染。

2.2.2 中间包保护浇注

中间包包盖由耐火材料浇注的金属边框包盖改造为全铸钢包盖，三部分组合而成，包盖设计呈“井”字形组合梁，提高抗热变形能力。全铸钢包盖示意图，见图2。在包盖边沿及包体上沿放置30mm厚耐火纤维密封条，起到密封保温作用，进一步减少钢水浇铸时的温降，延长包盖使用寿命。

图2 全铸钢包盖示意图

2.2.3 中间包长水口保护浇注

为提高中间包上水口与浸入式水口间密封性，避免钢水二次氧化和结晶器液面波动卷渣，将上水口与浸入式水口接触方式由单一平面接触改为球面接触，提高接触面积，保证上水口与浸入式水口发生微量偏移时的接触密封性;同时增加一道石棉纤维“密封碗”(中间底部为通孔)密封。塞棒中间包上水口与浸入式水口配合前、后改造示意图见图3。

图3 塞棒中间包上水口与浸入式水口配合前、后改造示意图

2.3 二冷气雾冷却改造技术

为改善二冷全水冷却对部分裂纹敏感钢种的影响，提高冷却均匀性，将全水冷却改造为气雾冷却。该带钢坯连铸机自结晶器到拉矫机之间的二冷配水段共有4个，自上而下依次分别是结晶器足辊段、二冷扇形一段、扇形二段、扇形三段。

2.3.1 比水量设计

根据现有配水模型测算比水量，按照结晶器足辊段全水冷却不变，二次气雾冷却强度较全水冷却增加40%，水量减少到60%左右，足辊段和二冷扇形一段、二段、三段水量按照 38.8∶34∶17.5∶9.7计算，比水量根据拉速和钢种、断面采用不同设计。以120×285mm断面40Mn钢种为例，足辊段的比水量为0.44～0.93L/kg，二次气雾冷却扇形一段、二段、三段总比水量为0.24-0.53L/kg。拉速-比水量曲线和拉速-分段水量曲线，见图4和5。

图4 拉速-比水量曲线图

图5 拉速-分段水量曲线图

2.3.2 压缩空气量设计

压缩空气量为标准设计0.25MPa，正常值0.2MPa。在实际使用中，考虑管道压力损失，管道控制阀压力表设定在0.3MPa，采用稳压包稳压，在管道布置上，扇形一段宽面和窄面采用同一压缩空气管道，而扇形一段、二段、三段分段控制。压缩空气量分配表，见表1。

2.3.3 喷嘴设计

喷嘴设计选型，主要考虑四方面:一是包含优钢和普钢水量调整范围，当长时间低拉速浇注时水量较小，根据带钢坯实际状况调整压缩空气压力;二是更换段面时更换方便，三断面喷嘴底座通用，检修仅更换喷头即可;三是压缩空气压力流量，不同断面，压力相同;四考虑现有空间，宽面喷头间距离为280mm，扇形一段窄面考虑三个断面由小到大分别为147mm、110mm、75mm;喷嘴角度按照足辊不动，气雾喷嘴各段喷射角度按照距离铸坯边部10mm、20mm、40mm，扇形段窄面距离留出5mm。

通过喷嘴特性试验对喷嘴参数进行调整，喷嘴型号设计表，见表2。

表1 压缩空气量分配表

表2 喷嘴型号设计表

2.3.4 喷淋集管及喷嘴布置

气雾冷却喷淋集管采用三段布置，鉴于辊道密集，零段要求冷却强度大，宽面采用矩形喷嘴，辊道之间采用双排布置;窄面采用锥形喷嘴，单排布置;一、二段均采用锥形喷嘴，宽面单排布置。考虑空间和安装方便，在管道布置上，各段供气及供水分开布置，零段供水及供气管道宽窄面采用同一个管道。

2.3.5 配水模型设计

配水模型的设计按照Q=aV+b模式设计，

式中Q—某个回路的总水量，L/min;

V—拉坯速度，m/min;

a、b—某个回路的配水系数。该模型为比例调节控制模型，即二冷水控制流量随铸坯拉速变化呈线性增减，它适应于生产节奏稳定、钢水温度条件好即中间包钢水温度变化不大的生产条件，亦即在生产中能保持恒速浇铸。

四个配水段水量按照38.8∶34∶17.5∶9.7比例分配，每个断面分四个拉速度段，分别为0～0.6m/min，0.6～1.2m/min、1.2～1.6m/min，1.6～2.4m/min(优钢为1.6～2.0m/min)，起始水量根据各钢种不同分别确定，主要是要求开浇时铸坯不能太黑，以致铸坯坯头弯曲;最大拉速水量按照正常拉速增加20%～30%测算。120mm×360mm断面45#钢种配水模型，见表3。

表3 120mm×360mm断面45#钢种配水模型

2.3.6 调节阀选择

在配水设计上，采用普钢、优钢两套管路，实现不同钢种、不同拉速区间下铸坯均匀冷却，即保留现有二冷水调节阀作为一组调节阀，供普钢生产使用，将一组的二段、三段调节阀分别调整到一段、二段，更换一组的三段调节阀;每段在原有一组调节阀的基础上增加一台并联调节阀，作为二组调节阀，用来实现优钢生产的小水量调节，使设备满足生产工艺要求。二冷气系统在总管及每流加设压力变送器，检测总管及每流压力并在微机显示，在总管增加调节阀由微机调节总管压力。

调节阀在范围控制上，要求根据最小拉速、最大拉速及常用拉速分别计算量程调节范围。

2.4 二冷水质提升改造技术

为避免大颗粒悬浮物以及水管内部结垢进入二冷水管道，堵塞喷嘴，影响铸坯冷却，进行二冷水质提升改造。

2.4.1 二冷水工艺改造布置

一级过滤→二级过滤→加压泵→三级过滤→每流→每段→每个喷嘴

2.4.2 二冷水过滤器布置改造

1)一级过滤器为现有的两台过滤器，呈东西方向摆放，东侧进水、西侧出水，出口分两路，分别用于铸坯喷淋冷却和设备冷却。

2)二级过滤器和加压泵布置在配水室二层平台，加压泵位置不变，过滤器呈东西方向摆放，西侧进水、东侧出水，出口分两路，一路绕南接加压泵进口，一路绕北安装控制阀门与加压泵出口相连后供配水室。过滤器为HDWB-12型过滤器，过滤精度为100μm，流量为600m3/h。

3)三级过滤器布置在二冷室北配水室每个流DN100供水管道上，每流安装两件T形过滤器，过滤器进出口安装闸阀控制。

3 结束语

中间包塞棒控制、全保护浇注工艺、二冷气雾冷却以及二冷水质提升等设备改造技术，方案正确合理，技术先进成熟，性能稳定可靠，通过实施，带钢坯连铸机工艺装备水平和质量控制能力显著提高，铸坯质量明显提升，实现了预定目标。

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