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

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。

1.0前言

首钢第二炼钢厂原有的大板坯连铸机是19__年从比利时蒙蒂尼钢厂购进的二手设备。该铸机原来由公司19__年设计，19__年在蒙蒂尼钢厂投产。19__年首钢从比利时拆回，经修、配、改于19__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19__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、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，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19__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。20__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（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。

2.0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Ｒ12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：9500mm

冶金长度：31558mm

（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900mm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%）:９5％

中碳钢（0.14%≤C＜0.25%）:９5％

高强度低合金钢（含Nb,V,Ti钢种）：８5％

（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XX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。

3.0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20__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20__年元月4日一次热

试成功。历时87天，工程结束，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3000m，铺设各种管路约10km。

4.0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。

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

20__年全年板坯平均一检合格率指标完成95.99%，20__年1-3月份板坯一检合格率情况如下图：

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)：

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

改造后3B1381（Q345B）炉次硫印改造前Q345B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。

5．0新铸机有待完善的问题

目前，新铸机在以下两个方面还有待进一步完善。

（1）浇铸平台跑蒸汽问题。

由于此次改造未更换原有二冷风机，加上新铸机的二冷室密封欠严密，目前浇钢生产过程中平台上跑蒸汽的现象比较严重。

（2）引锭杆对中问题。

由于新铸机仍然采用下装引锭杆的送引锭方式，使用中发现上引锭过程中存在引锭杆跑偏现象，对铸机的作业率有影响。

此次板坯铸机改造过程中，得到了中国金属学会连铸学会、北京钢铁设计总院、重庆钢铁设计院、西安重型机械研究所、本钢炼钢厂、钢厂，以及XX的王XX等同行的大力支持，在此一并表示感谢！