首臺國產(chǎn)現(xiàn)代化大方坯動態(tài)輕壓下鑄機(jī)

張家泉 王國新 錢宏智 余兵 崔立新 韓占光

（北京科技大學(xué)）

趙殿清 王玉昌 麻曉光 龐智杰 樊精彪

（包頭鋼鐵集團(tuán)煉鋼廠）

摘要 包鋼新建的大方坯鑄機(jī)為國內(nèi)第一臺自行設(shè)計(jì)、集成創(chuàng)新、自行安裝與調(diào)試并投入生產(chǎn)運(yùn)行的現(xiàn)代化動態(tài)輕壓下鑄機(jī)。該鑄機(jī)設(shè)計(jì)、投產(chǎn)順利，生產(chǎn)性能穩(wěn)定。本文對該具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代鑄機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、動態(tài)輕壓下技術(shù)以及投產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行初步介紹。

關(guān)鍵詞　　國產(chǎn)大方坯 動態(tài)輕壓下 　

1^st Domestic-made Modern DSR Bloom Caster

Zhang Jiaquan Wang Guoxin Qian Hongzhi Yu Bing Cui Lixin Han Zhanguang

(University of Science and Technology Beijing)

Zhao Dianqing, Wang Yuchang Ma Xiaoguang Pang Zhijie Fan Jingbiao

(Baoutou Iron &Steel Co.)

Abstract: The first domestic-made modern dynamic soft reduction(DSR) bloom caster of Baotou Steel has been introduced in the paper. The caster has been designed、manufactured and installed smoothly within the given time and works well after commissioned with dynamic cooling and dynamic soft reduction control.

Keywords: Domestic-made bloom caster, dynamic soft reduction

1引言

包鋼是國內(nèi)大方坯連鑄生產(chǎn)重軌等特鋼和品種鋼的龍頭企業(yè)之一。早在上世紀(jì)九十年代，就率先引進(jìn)當(dāng)時國際最為先進(jìn)的德國大方坯、方/圓坯連鑄技術(shù)，在大方坯連鑄技術(shù)應(yīng)用中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。長期以來，包鋼圍繞大方坯內(nèi)質(zhì)的提升，開展了大量的研究和生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)工作，如電磁攪拌、二冷優(yōu)化等，以滿足市場日益提高的產(chǎn)品質(zhì)量要求。

當(dāng)前，我國鋼鐵企業(yè)已進(jìn)入從粗放發(fā)展到集約生產(chǎn)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)型期，品種、質(zhì)量和先進(jìn)的工藝裝備和管理理念將直接決定一個鋼鐵企業(yè)在今后日益激烈市場中的競爭力。包鋼于2006年底最新投產(chǎn)的6機(jī)6流具有動態(tài)輕壓下功能的新一代大方坯鑄機(jī)，就是企業(yè)在合理生產(chǎn)規(guī)模目標(biāo)下，進(jìn)一步發(fā)展自己核心競爭力的新舉措。其中，該現(xiàn)代化鑄機(jī)完全依賴國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，包鋼通過組織具有雄厚研究基礎(chǔ)和開發(fā)實(shí)力的國內(nèi)產(chǎn)、學(xué)、研各方，通過集成創(chuàng)新，高效、創(chuàng)造性地建設(shè)了國產(chǎn)第一臺高配置的現(xiàn)代化大方坯動態(tài)輕壓下鑄機(jī)、并順利地投入生產(chǎn)運(yùn)行。與此同時，該重大項(xiàng)目的嶄新實(shí)施方式也為企業(yè)更好地培養(yǎng)了一批及時掌握相關(guān)最新工藝、新裝備和新技術(shù)的工程師隊(duì)伍。本文將對該項(xiàng)目的背景和主要技術(shù)特點(diǎn)給予初步介紹。

2項(xiàng)目背景

區(qū)別于常規(guī)連鑄只能控制鑄坯冷卻、鑄坯內(nèi)質(zhì)難以實(shí)質(zhì)性提高，動態(tài)輕壓下連鑄技術(shù)是在連鑄過程能對鑄坯實(shí)施冷卻和輕微壓下耦合控制以提升鑄坯內(nèi)質(zhì)的新技術(shù)，從而也被稱為新一代連鑄技術(shù)。連鑄輕壓下的概念提出已有20多年的歷史，但直到近年因相關(guān)技術(shù)與理論研究的突破才取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步與實(shí)用化。眾所周知，目前該技術(shù)在國際上發(fā)展推廣很快，在此不在贅言。

2005年底，作為包鋼集團(tuán)實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)1000萬噸鋼能力的配套重點(diǎn)項(xiàng)目，年產(chǎn)150萬噸的6機(jī)6流現(xiàn)代化大方坯連鑄機(jī)開始國內(nèi)外招標(biāo)。經(jīng)過廣泛調(diào)研，新鑄機(jī)從一開始就定位于可以同時控制冷卻、也能實(shí)施凝固末期輕壓下從而可綜合提升鑄坯內(nèi)質(zhì)具有動態(tài)輕壓下功能的新一代鑄機(jī)。當(dāng)時，這一技術(shù)只有國際上極少數(shù)跨國公司具有工業(yè)化業(yè)績，國內(nèi)現(xiàn)有的十余條板坯動態(tài)輕壓下高效鑄機(jī)均為近年引進(jìn)的技術(shù)，如武鋼（2002，VAI）、寶鋼梅山（2003,VAI）、濟(jì)鋼（2003,VAI）以及首秦（2006，SMS）等。2003年VAI為我國攀鋼設(shè)計(jì)投產(chǎn)的同類鑄機(jī)被稱為國際上第一臺大方坯動態(tài)輕壓下鑄機(jī)，運(yùn)行效果良好。為此，公司最初也準(zhǔn)備選用VAI的技術(shù)。但VAI要求項(xiàng)目總承包，報(bào)價(jià)高、承諾工期也長，遠(yuǎn)不能滿足包鋼生產(chǎn)發(fā)展和項(xiàng)目預(yù)算的要求。此外，調(diào)研表明，VAI對動態(tài)輕壓下連鑄工藝也并不精通，攀鋼大方坯工藝也是通過鋼廠自身和北京科技大學(xué)等單位合作在實(shí)踐中逐漸改進(jìn)而成熟的。在這種情形下，包鋼下決心自主集成創(chuàng)新，并作為總公司的一把手工程來抓。為此，包鋼總公司組織了與國內(nèi)數(shù)家設(shè)計(jì)院和有關(guān)高校的接洽和多次深入交流，通過認(rèn)真的可行性分析和專家論證，最后將其核心技術(shù)——動態(tài)二冷與動態(tài)輕壓下過程控制模型以及相關(guān)工藝制定與現(xiàn)場調(diào)試等，委托給在這一方向已具備深厚研究基礎(chǔ)和多項(xiàng)專利技術(shù)的北科大中冶。

目前，該鑄機(jī)自2006年11月安裝、熱調(diào)試成功后，已順利投入生產(chǎn)。模型運(yùn)行穩(wěn)定，鑄坯質(zhì)量良好，尤其鑄坯內(nèi)質(zhì)明顯優(yōu)于早期引進(jìn)的常規(guī)大方坯鑄機(jī)。此外，該鑄機(jī)設(shè)備配置高，但項(xiàng)目建造工期比同類引進(jìn)技術(shù)縮短，工程總造價(jià)也相對較低。

3國產(chǎn)大方坯動態(tài)輕壓下鑄機(jī)特點(diǎn)

3.1鑄機(jī)特點(diǎn)與主要參數(shù)

包鋼新建的六機(jī)六流大方坯鑄機(jī)（5號機(jī)）的主要特征參數(shù)如表1所示，表中還對國內(nèi)現(xiàn)有的兩臺類似的大方坯鑄機(jī)進(jìn)行了比較。

表1 國內(nèi)兩臺大方坯動態(tài)輕壓下鑄機(jī)的比較

該鑄機(jī)配備的動態(tài)二冷控制具備一、二級冷卻控制的快速切換功能；采用六機(jī)架工位（其中預(yù)留一個機(jī)架）在線動態(tài)輕壓下裝置。進(jìn)出拉矯壓下區(qū)均配備有在線遠(yuǎn)紅外表面溫度監(jiān)測裝置。此外，設(shè)備特點(diǎn)還包括： 1）結(jié)晶器液面自動檢測；2）外置式電磁攪拌；3）結(jié)晶器自動加渣；4）切前輥道安裝有對射式光電管以實(shí)現(xiàn)引錠桿跟蹤；5）扇形段及拉矯機(jī)等框架本體實(shí)現(xiàn)通水冷卻防止變形，拉矯機(jī)及切后輥道減速機(jī)采用水冷方式；6）扇形一段內(nèi)外弧及側(cè)輥為密排輥設(shè)計(jì)，可有效防止鑄坯鼓肚變形、改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量；7）扇形段I段、II段可快速更換，提高鑄機(jī)作業(yè)率。8）鑄坯冷卻分為5個區(qū)，可對鑄坯的寬面和窄面的冷卻分別進(jìn)行控制，使冷卻控制更加靈活，保證鑄坯冷卻均勻等特點(diǎn)。其中關(guān)鍵控制元件包括基礎(chǔ)自動化PLC、輕壓下液壓控制閥以及位移傳感器等均采用國際市場推薦的先進(jìn)成熟產(chǎn)品，鑄機(jī)控制性能穩(wěn)定。可以說該鑄機(jī)是目前配置最高的現(xiàn)代化大方坯鑄機(jī)。圖1-3為5號機(jī)相關(guān)結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)情況。

3.2動態(tài)輕壓下控制原理

連鑄動態(tài)輕壓下就是利用專門設(shè)備，如拉矯壓下機(jī)，并通過可靠的鑄坯熱跟蹤模型和輕壓下工藝控制模型，對鑄坯凝固末端（如圖4）合適區(qū)域在線實(shí)施一個合適的壓下量，用以抵消鑄坯凝固末端的體積收縮，避免中心縮孔（疏松）形成、抑制凝固收縮而引起的濃化鋼水流動與積聚，減輕中心宏觀偏析程度。該鑄機(jī)的動態(tài)冷卻與動態(tài)輕壓下二級控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示，其中動態(tài)輕壓下控制模型如圖6所示。控制模型基本控制界面及現(xiàn)場應(yīng)用情況如圖7、8所示意。模型開發(fā)原理以及動態(tài)輕壓下工藝的熱-力學(xué)分析方法可詳參文獻(xiàn)^[1-10]。