王東升

（山鋼集團日照有限公司，山東日照276805）

0 引言

某鋼廠連鑄機主要定位于生產(chǎn)普碳鋼鑄坯，為追求高附加值產(chǎn)品，該連鑄機需進(jìn)行優(yōu)鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)。但由于鑄機鑄坯冷卻系統(tǒng)設(shè)計配置較低，設(shè)備運行不良，鑄坯缺陷出現(xiàn)率較高，無法滿足優(yōu)鋼的生產(chǎn)要求。因此，急需對該連鑄機鑄坯冷卻系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，使該連鑄機具備優(yōu)鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。

1 連鑄機冷卻系統(tǒng)主要概況

該連鑄機的連鑄坯二次冷卻采用水噴霧的模式，在該種模式下鑄坯的局部冷卻強度相對較大，連鑄坯的溫度波動達(dá)到200～300℃，導(dǎo)致連鑄坯的熱應(yīng)力較大。另外，該連鑄機的二次冷卻噴淋集管支撐采用的是鋼管懸臂式結(jié)構(gòu)，剛度和強度相對較低，極易出現(xiàn)變形。

該連鑄機的二次冷卻配水方式采取的是靜態(tài)配水方式，具體為：采取人工配水和自動配水的比例控制，二次冷卻段各區(qū)的配水量與連鑄坯的拉速成一定的比例關(guān)系。該模式簡單地考慮了影響配水流量的因素——鋼種成分和鋼水過熱度兩個方面，即根據(jù)這兩個因素確定各冷卻段的基本配水量，并將所有的設(shè)計參數(shù)存儲在PLC當(dāng)中，且不能實現(xiàn)在線修改。

2 存在的主要問題

（1）結(jié)晶器水縫不可調(diào)，四根噴淋集管之間沒有關(guān)聯(lián)性，易變形，難以調(diào)整，足輥調(diào)整困難，并且調(diào)整幅度有限，大多數(shù)情況下已不能保證弧度的要求。

（2）連鑄機二次冷卻段局部冷卻強度相對較大，造成連鑄坯熱應(yīng)力大，導(dǎo)致鑄坯極易出現(xiàn)各種質(zhì)量缺陷。另外，該連鑄機的二次冷卻噴淋集管支撐采用的是鋼管懸臂式結(jié)構(gòu)，極易出現(xiàn)變形，造成噴淋集管相對位置的改變，從而導(dǎo)致對中性變差，連鑄坯的冷卻效果進(jìn)一步地惡化，對鑄坯質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

（3）該連鑄機當(dāng)初的設(shè)計主要是針對普鋼產(chǎn)品生產(chǎn)，采用的是靜態(tài)配水，為確保該連鑄機同時具備生產(chǎn)優(yōu)鋼與普鋼的能力，需采用優(yōu)鋼與普鋼配水模式分別控制的模式。

3 改造方案

3.1 結(jié)晶器高效化改造

在使用過程中該連鑄機結(jié)晶器暴露出以下問題：

（1）結(jié)晶器水套上口不固定，調(diào)整困難，造成水套與銅管間的間隙不均勻，保證不了結(jié)晶器足夠、均勻的冷卻效果，影響坯殼的生成。而冷卻效果達(dá)不到正常要求的部位，會造成連鑄坯坯殼凝結(jié)的厚度小、強度低，無法承受鋼水的靜壓力，這些地方極易出現(xiàn)漏鋼事故。

（2）結(jié)晶器內(nèi)水套為焊接加工，水縫不可調(diào)，水套的加工誤差是造成水縫不均偏差的主要原因，其再次加重了冷卻的不均勻性，導(dǎo)致在結(jié)晶器內(nèi)的鑄坯坯殼形成厚度差異，由于受到鋼水靜壓力的影響，連鑄坯易于出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。

（3）結(jié)晶器足輥采用偏心銷軸與足輥滑動連接的方式，通過旋轉(zhuǎn)銷軸來調(diào)整對弧。這種結(jié)構(gòu)型式造成各排足輥調(diào)整困難，并且調(diào)整幅度有限，大多數(shù)情況下已不能保證弧度的要求。同時，在使用過程中，鋼渣等雜物易侵入銷軸與足輥的配合面，造成足輥不轉(zhuǎn)，在此種情況下，拉坯阻力增大，故易出現(xiàn)漏鋼及鑄坯表面擦傷等質(zhì)量缺陷。

（4）零段噴淋集管采用的是方管結(jié)構(gòu)，該型式僅靠底座固定，四根噴淋集管之間沒有關(guān)聯(lián)性，易變形，難以調(diào)整，達(dá)不到應(yīng)有的冷卻效果。

針對以上結(jié)晶器的設(shè)計缺陷，在現(xiàn)有結(jié)晶器的基礎(chǔ)上無法進(jìn)行改造，必須進(jìn)行整體設(shè)計改造，如圖1所示。

圖1 改造后結(jié)晶器示意圖1—水套 2—水縫調(diào)節(jié)螺栓 3—足輥裝配 4—噴淋集管

具體改造方案如下：

（1）為減少相關(guān)改造費用及保證安裝精度，結(jié)晶器安裝尺寸保持不變。

（2）水套及水套固定方式改造：水套由原來焊接加工改為整體擠壓成型，實踐證明，整體擠壓式水套有變形量小、仿弧性好的特點，能夠有效滿足精度要求；在水套上設(shè)計一定位法蘭，與上下口法蘭一起對水套實現(xiàn)精確定位和固定，同時提高了水套剛度，可以很好地保證與銅管間水隙均勻，保證對銅管的均勻冷卻；同時，此種方式可減少在結(jié)晶器維修工程中的水縫調(diào)整工作。

（3）足輥裝配改造：每個弧面上的足輥由框架連為一體，足輥與銷軸通過自潤滑耐磨軸套聯(lián)結(jié)，保證轉(zhuǎn)動靈活；足輥弧度的調(diào)整通過旋轉(zhuǎn)足輥支架上與足輥架連接的不銹鋼定位調(diào)整螺栓來實現(xiàn)，調(diào)整范圍大，并且調(diào)整起來更加方便快捷。

圖2 環(huán)管式足輥噴淋集管示意圖

（4）足輥噴淋集管采用環(huán)管式結(jié)構(gòu)，如圖2所示，將各噴淋集管聯(lián)為整體，此種結(jié)構(gòu)型式剛度及強度較好，不易出現(xiàn)變形，在維修過程中通常情況下不用做調(diào)整，在生產(chǎn)過程中能夠保證冷卻效果。

（5）結(jié)晶器加設(shè)存放支架，既可實現(xiàn)結(jié)晶器直接落地，減小了結(jié)晶器存放空間；又可對足輥噴淋集管進(jìn)行防護，避免撞擊對噴淋集管的損壞。

3.2 二次冷卻系統(tǒng)研究應(yīng)用

針對二次冷卻系統(tǒng)設(shè)計缺陷，特進(jìn)行如下優(yōu)化改造：

（1）對該連鑄機的二次冷卻系統(tǒng)重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，如圖3所示，采用氣—水霧化冷卻的方式；同時，在原設(shè)計的基礎(chǔ)上增加第三段噴淋集管，以保證對連鑄坯的冷卻效果。

圖3 改造后二次冷卻系統(tǒng)示意圖1—Ⅰ段上固定支座 2—Ⅰ段下固定支座 3—Ⅱ段上固定支座4—Ⅱ段下固定支座 5—Ⅲ段上固定支座 6—Ⅲ段下固定支座7—Ⅰ段噴淋集管 8—Ⅱ段噴淋集管 9—Ⅲ段噴淋集管

（2）重新優(yōu)化設(shè)計改造噴淋管固定支座：水及壓縮空氣的接入由噴淋管的中間位置改到下部，噴淋管的連接方式為上部通過定位銷與固定支座連接，下部通過螺栓安裝與下支座的環(huán)管相連，此種連接方式能夠極大地改善噴淋管的對中性及穩(wěn)定性。

（3）簡化管路配置：采用八邊形的方管通道結(jié)構(gòu)的支撐環(huán)管，上下布置于固定支座上。在環(huán)管上各設(shè)置一個壓縮空氣及冷卻水進(jìn)口，出口的設(shè)置分別與鑄坯的四個冷卻面相對應(yīng)。此種設(shè)置能夠使管路得到有效的簡化，減少維修量。

（4）優(yōu)化配水模型：根據(jù)連鑄機生產(chǎn)鋼種的不同，將鋼種分為優(yōu)鋼和普通鋼種兩大類，針對兩類鋼種對配水的不同要求，分別設(shè)計兩路配水管道系統(tǒng)分開控制配水，采用氣動閥門分別進(jìn)行控制。

3.3 動態(tài)配水模式研究應(yīng)用

該連鑄機二冷配水模式在生產(chǎn)優(yōu)鋼鑄坯時極易造成連鑄坯表面裂紋以及中心偏析、內(nèi)部疏松等質(zhì)量缺陷。針對國內(nèi)外二冷配水系統(tǒng)制約優(yōu)鋼鑄坯質(zhì)量的技術(shù)難點，結(jié)合該連鑄機的產(chǎn)品、設(shè)備和工藝特點，對該連鑄機二次冷卻配水的控制模型及調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，從優(yōu)鋼鑄坯的凝固特性、水量優(yōu)化控制等方面提高優(yōu)鋼鑄坯表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量，提高生產(chǎn)自動化程度。

（1）二冷配水調(diào)節(jié)裝置改造：根據(jù)二次冷卻配水的模型，對各冷卻段的調(diào)節(jié)閥門進(jìn)行優(yōu)化改造，以使能夠?qū)Ω鞫蔚恼{(diào)節(jié)閥門進(jìn)行二級控制，從而實現(xiàn)二次冷卻水的高精度控制調(diào)節(jié)。充分考慮優(yōu)、普鋼產(chǎn)品對二冷水量的不同需求，解決因二冷水流量波動大造成的鑄坯質(zhì)量缺陷，將生產(chǎn)優(yōu)鋼和普鋼產(chǎn)品各冷卻段的調(diào)節(jié)閥實施并聯(lián)連接，即優(yōu)鋼使用新增調(diào)節(jié)閥，普鋼使用原配調(diào)節(jié)閥，分別滿足優(yōu)鋼和普鋼產(chǎn)品生產(chǎn)的需要。

（2）水量優(yōu)化控制：建立二次冷卻水動態(tài)控制模型。根據(jù)坯殼生產(chǎn)后在連鑄機中經(jīng)歷的時間，即以鑄坯的“坯齡”作為對鑄坯冷卻的基本水量控制參數(shù)，在鑄坯拉速波動等非穩(wěn)定狀態(tài)下生產(chǎn)時，不再以鑄坯拉速作為配水流量的直接決定因素，而是以坯齡反映鑄坯需要的冷卻趨勢及所需配水量。

4 應(yīng)用效果分析

（1）結(jié)晶器高效化改造并成功應(yīng)用，使結(jié)晶器各零部件調(diào)整、更換更加方便，降低了維修量和勞動強度；同時使結(jié)晶器水套能夠滿足生產(chǎn)工藝要求，改善了鑄坯冷卻效果，降低了漏鋼事故出現(xiàn)的可能性，有利于鑄坯質(zhì)量的全面提升。

（2）通過對二次冷卻系統(tǒng)的研究與成功應(yīng)用，改善了鑄坯質(zhì)量，降低了維修成本。改造后噴淋集管的對中精度滿足了連鑄機的使用要求，連鑄坯質(zhì)量明顯得到改善；二冷室內(nèi)管路優(yōu)化后，故障點明顯減少，維修成本降低；工藝換方時間減少，大量了節(jié)約了人力、物力。

（3）配水模式的研究與成功運用，使該連鑄機具備了生產(chǎn)優(yōu)鋼及普鋼的能力，為優(yōu)鋼鑄坯質(zhì)量的提升提供了保障。

5 結(jié)語

連鑄機冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化改造與應(yīng)用項目解決了之前在生產(chǎn)中暴露出的技術(shù)難題。通過對結(jié)晶器、二次冷卻系統(tǒng)、配水模式等方面的適應(yīng)性改造，成功解決了該連鑄機鑄坯冷卻系統(tǒng)存在的問題，使連鑄坯的冷卻效果得到了有效改善，滿足了生產(chǎn)工藝要求，同時也使維修量和勞動強度得到了降低，為連鑄坯質(zhì)量的穩(wěn)定提升提供了有力保障，使該連鑄機具備了生產(chǎn)優(yōu)鋼的能力。

[1]汪海濤.冶金機械設(shè)計手冊[M].香港：中國科技文化出版社，2006：1088-1097.

[2]陳家祥.連續(xù)鑄鋼手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995：485-503.