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1莱特方圆坯共用连铸机设计特点何庆文1,2，王广连1,2，房绪江2，梁建国2，毛成杰2(1.北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832.莱芜钢铁股份有限公司特殊钢厂，莱芜271105)摘要：莱钢特钢厂三机三流方圆坯共用连铸机上应用了结晶器液压振动、电磁搅拌等许多目前先进的连铸技术，连铸机的工艺设备水平、自动化程度达到国内先进水平，连铸坯质量明显提高，直径280毫米圆坯质量满足了用户要求。关键词：方坯；圆坯；连铸机DesignfeaturesofBloomandRoundBilletCCMinSpecialSteelPlantofLaiwuIron&SteelCo.HeQingwen1,2,WangGuanglian1,2,FangXujiang2,LiangJianguo2,MaoChengjie2(1.MetallurgicalandEcologicalEngineeringSchool,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China;2.SpecialSteelPlant,LaiwuIron&SteelCo.Ltd,Laiwu271105,China)Abstract:Manyadvancetechnologieshavebeenusedinthenew3strandsbloomandroundCCMinspecialsteelplantofLaiwuIron&SteelCo.,suchasmouldhydraulicoscillation,M-EMSandF-EMSandsoon.Processequipmentsandautomationofthecasterhavereachedtheadvanceddomesticstandards,andthequalityofproductsimprovedobviously.Especially,thequalityofΦ280mmroundbillethassatisfiedtheuser’sneeds.Keywords:Bloom;Roundbillet;CCM1前言莱钢股份特殊钢厂通过对电弧炉钢包和方坯连铸机进行改造，应用了结晶器液压非正弦振动、电磁搅拌等许多目前先进的连铸技术，连铸机的工艺设备水平、自动化程度达到国内先进水平，使50吨电炉→60吨LF→60吨VD→R11米三机三流方圆坯连铸机生产工艺流程更加合理，连铸坯质量明显提高。2连铸改造工艺参数技术要求2.1生产规模改造后，三机三流方圆坯连铸机年产合格坯55万吨。其中：方坯产品年产量30万吨，占年产量的55%；圆坯产品年产量25万吨，占年产量的45%。2.2产品大纲2.2.1铸坯断面及定尺长度：方坯：180×220mm、260×300mm，定尺长度2.7m-3.4m圆坯：φ280mm，定尺长度6.0m2.2.2方坯产品轴承钢GCr15齿轮钢CrMnTiH、CrMoH、CrNiMoH系列合金结构钢20～40Cr、50CrVA、27SiMn2锚链钢M30Mn2合金管坯钢37Mn5优碳管坯钢20优碳钢452.2.3圆坯产品石油管坯37Mn5高压锅炉管坯20g优碳管坯20合金管坯40Mn2、27SiMn、15CrMo、20CrMo、35CrMo、36Mn2V2.3炼钢条件冶炼形式：电炉冶炼周期：42分钟平均出钢量：55t（max：58t）2.4改造后连铸机参数连铸机类型：方圆坯共用全弧型连铸机铸机基本圆弧半径：R1100mm、R11004.5mm结晶器振动方式：液压非正弦矫直点数：四机架三点矫直矫直半径：R11000mm、R16000mm、R32000mm、R11004.5mm、R16004.4mm、R32004.5mm铸机流数3机3流结晶器电磁搅拌外置式钢流控制塞棒自动控制结晶器到各矫直点距离14.7m、17.63m、20.14m结晶器到铸坯切割机距离32.7m铸坯最大凝固长度29.7m流间距1.60m2.5结晶器类型方坯结晶器圆坯结晶器结晶器型式弧型矩形管式结晶器弧型圆管式结晶器铸坯断面尺寸180×220mm、260×300mmφ280㎜铜管长度800mm800mm结晶器外弧半径：11000mm11004.5mm结晶器铜管倒锥度0.95%/m0.95%/m铜管厚度15mm(180×220mm)、19mm（260×300mm）19mm水缝4mm4mm水速～10m/s～10m/s结晶器冷却水流量180-200t/h.流180-200t/h.流结晶器冷却水总管压力1MPa1MPa足辊排数2排，辊径：φ100mm2排，辊径：φ100mm足辊水流量（max）6.5t/h.流6.5t/h.流喷嘴个数3×4个/流3×8个/流3结晶器液位检测Cs137Cs1372.6工艺设备要求2.6.1工艺设备优化和圆坯改造同时进行。改造后系统同时适应方坯、圆坯生产；方坯、圆坯交替生产时，仅更换结晶器总成和二冷一段，二冷二段喷嘴。2.6.2对钢包回转台进行改造，适应钢包扩容后的生产，改造后钢包旋转中心不变。2.6.3对四偏心振动台进行改造，采用液压非正弦振动。2.6.4新设计制作圆坯结晶器总成，结晶器总成按照新的结晶器振动方式进行配套，结晶器总成共用性高，拆卸便利，安装精度高；不同规格圆坯使用相同的结晶器箱体，更换圆坯规格仅仅更换内水套、铜管、足辊、顶法兰和底法兰。方、圆坯结晶器总成外形适应现有电磁搅拌线圈。2.6.5对二冷区喷淋系统进行改造，适应方坯、圆坯生产及质量要求，对扇形段重新定位、对弧，结晶器、二冷段对弧精度要求≤0.3mm。2.6.6电磁搅拌采用外置式结晶器电磁搅拌和凝固末端电磁搅拌方式，电控系统利旧。2.6.7新设计二冷配水系统，包括新设计二冷各段的分配水量、新设计更换配水站内过滤器到各段的所有（水、气）管道阀门及检测设备，所有管道阀门采用不锈钢材质。2.6.8引锭杆，本体不动，头部杆根据圆坯的规格重新设计，与原引锭杆相结合。3连铸圆坯的质量控制3.1椭圆度：方坯和矩形坯没有椭圆度问题，可以实现较大的压力，拉矫机的液压压力较大，一般都在0.5－4MPa，铸坯在内外弧方向上的压下量不会影响铸坯下道工序轧制。圆坯则不同，从国内外考察结果看，大都采用0.5-2.0MPa的压力，因为过大的压力将造成铸坯不圆度超标，这是方坯和圆坯连铸生产最大的不同。正是由于圆坯生产过程中较小的拉矫压力产生的摩擦力往往不能克服结晶器内的铸坯下行阻力，造成铸坯抖动，形成铸坯内外质量问题，所以铸坯生产过程的稳定非常关键。3.2弯曲度：圆坯连铸对弯曲度要求严格，每米弯曲度不大于6毫米，圆管坯全长弯曲度应不大于管坯总长度的0.6％。对二冷区均匀冷却、冷床和下冷床温度控制要求严格。3.3表面及内部质量：圆坯易产生表面质量问题，最为常见的是局部凹陷和纵裂。用于生产无缝钢管的圆管坯，特别要求圆坯具有良好的表面和内部质量。因为管坯上的任何缺陷都会带到钢管上，而且有缺陷的地方往往会造成应力集中，通过塑性变形将使缺陷加深、加长。大量生产实践证明钢管内外表面缺陷常常是由于非金属夹杂物聚集造成的。4连铸机的主要技术改造4.1钢包的扩容针对原钢包容量小，自由空间小的现象，通过计算对钢包进行扩容改造，提高了电炉出钢量同时扩大了钢包的自由空间，满足了VD真空精炼工艺的需求，钢包盛钢量由改造前的55吨，提高到目前的60吨。同时对连铸钢包回转台进行了适应性改造。4.2结晶器液压非正弦振动结晶器液压振动与原有机械式四连杆或四偏心振动具有多项优点，有效减小铸坯与结晶器铜管间的摩擦阻力，从而提高铸坯表面质量，提高拉速，增加产量；液压振动系统与机械式振动相比将减小设备的维护量，提高作业率；减少连铸过程中的事故发生频率和工人的劳动强度；此外，液压振动还有运动精度高，使用寿命长，拆装方便，通过液压伺服系统可实现在线动调整优化等明显优势。莱钢股份特殊钢厂原有的结晶器振动装置为四偏心振动装置，偏振现象时有发生，不能满足多品种钢连铸的要求。为适应多品种，高质量铸坯的生产条件，采用国际上先进的液压4非正弦振动系统代替原来的四偏心机构。振幅0～±5毫米,振动频率40～360次/分钟,非正弦波最大偏斜率40%。液压振动系统由中冶连铸包头北雷公司设计制造，连铸坯表面振痕明显减轻。4.3中间包连续测温系统升级中间包连续测温系统的稳定运行，为LF和VD精炼炉准确控制中间包温度奠定了基础，通过连续测温系统升级，连续测温和热电偶测温相比，误差控制在±3℃。4.4结晶器、末端电磁搅拌技术外置式结晶器电磁搅拌器的搅拌区域跨于结晶器下部与足辊之间，其优点：（1）安装位置离弯月面足够远，不会因强烈的搅拌引起弯月面大的波动。（2）电磁搅拌器可在较大的功率下工作，充分发挥搅拌器的潜力，既能使钢液达到最佳的流速，获得最佳的冶金效果，又能避免白亮带的产生。根据中间包钢水过热度和拉坯速度及冷却强度，计算钢坯液相穴深度，确定末端电磁搅拌器的位置。为优化搅拌工艺，进行了大量的电磁搅拌实验，最终确定搅拌工艺参数。4.5二次冷却系统采用动态控制气—雾冷却二冷区由原来的3区分成现有的6区（足辊0区、二冷一段1区、二冷一段2区、二冷二段3区、二冷二段4区、二冷三段5区）配水表由原来的9个增至18个，采用手动、静态水表和动态二冷配水。过程计算机根据不同的钢种，断面尺寸和其它工艺参数，根据热传导理论编制的凝固数学控制模型计算推导出二次冷却水量要求，根据现场采集到的工艺参数进行实时计算、控制，同时根据采集到的实际拉坯速度对配水量进行补偿和修正，动态地计算出最佳的冷却水流量和冷却气压力，由PLC控制站进行控制。4.6结晶器液位自动控制结晶器液位检测采用Cs137放射元素，利用其发出的射线检测结晶器钢水液位，并通过控制系统对结晶器钢水液位进行自动控制。控制精度高，液面波动小，保证连铸机稳定浇注，改善铸坯质量。4.7二冷区铸坯导向段二冷一段、二冷二段可以从振动框架中快速吊出，便于更换、维修。采用线外分段精确对弧，在线整体吊装，保证对弧安装精度。浇注不同的断面，二冷一段，二冷二段仅更换喷嘴型号。4.8二冷区辊冷却支撑辊全部采用滚动轴承。为确保二冷一段、二段、三段支撑辊转动，全部采用油气润滑冷却，润滑为集中润滑。5效果莱钢特钢厂三机三流方圆坯共用连铸机，吸收了相关设备的经验、结合圆坯连铸工艺特点，采用了许多先进的连铸技术。2008年5月12日改造投产后，生产的连铸坯质量明显提高，满足了成材和市场的需求。作者简介何庆文（1968—），男，山东兖州人，1992年毕业于山东大学金属材料及热处理专业，获钢铁冶金专业工程硕士学位，北京科技大学2007级钢铁冶金在读博士研究生，高级工程师，从事炼钢、连铸工艺及产品开发工作。参考文献：5[1]蔡开科,程士富主编.连续铸钢原理与工艺.北京：冶金工业出版社，1994[2]唐杰民,谷庆明.雪丰大圆连铸机设计特点.第八届全国连铸学术会议论文集,2007,3：669-671.[3]李百炼.不锈钢、圆坯的连铸机工艺设计.第八届全国连铸学术会议论文集,2007,3：694-701.