武钢新连铸机生产情况.pdf

2004 奥钢联连铸热轧会议 连铸论文精选集第 8.7篇/第 1 页武钢三炼钢新宽板坯连铸机的投产及近半年的试生产情况余志祥,郑万,杨运超武钢第三炼钢厂摘要本文介绍了由奥钢联（VAI）技术总负责的武钢第三炼钢厂3 号直弧型宽板坯连铸机的主要技术特点和投产情况，以及投产成功至今半年的时间内新技术的应用情况，同时对投产后3 号机的生产情况和铸坯质量状况进行了讨论。序言三炼钢厂3 号连铸机是第二热轧厂的配套工程，是“十五”期间武钢重点建设项目，建设的目的是为二热轧提供高质量的宽连铸板坯。它的建成对于公司优化产品结构，提高经济效益，把武钢建成中国轿车板基地和扩大“双高”产品具有重要的意义。3 号连铸机于 2001 年 8 月与奥钢联（VAI）签定合同，2002 年 6 月破土动工，由于主体设备国内制造拖期的原因，直到 2003 年 8 月份 3 号机设备才安装完毕，经过紧张而有效地单体试车、冷试车和联动试车，3 号机于 2003 年 8 月 30 日晚一次性投产成功。由于设备制造原因，操作更换件一直未到位，3 号机的生产组织受到限制，一直不能正常大批量安排生产。尽管如此，在 11 月份完成了 3号机的功能考核。从 2004 年 2 月开始，3 号机开始纳入正常生产管理，当月共生产 405 炉钢，生产铸坯 10.7万吨，质量状况正常。图 1：3 号连铸机纵断面图和主要技术特点ItemsEquipment feature and process parametersAnnual design capacity2.500.000tonsType of machineStraight mould type(continuous bending/continuous straightening)Ladle turretButterfly,lifting stroke:700mm,load bearing:470 tonsVolume of tundish65 tonsFlow control of tundishAutomatic mold level control and quick change technology of submerged nozzleMoldStraight,length:900mm(DIAFACE and DynaWidth hydraulic width adjustment)Oscillation of mouldDynaFlex hydraulic oscillation(sinusoidal/non-sinusoidal)Vertical length of strandApprox.2500 mmSegmentSplit roller andSMARTsegments with DynaGap soft reductionSecondary cooling system DYNACSdynamic control,air-mist coolingRadius of caster9.5mMetallurgical length of caster34.4mSlab thickness210 mm,230 mm,250mmWidth of slab13502150mmAutomation systemLevel 1&level 2 control,DYNACScooling model water,VAI-Q model,mould online width adjustment and ladle slag detection etc.ItemsEquipment feature and process parametersAnnual design capacity2.500.000tonsType of machineStraight mould type(continuous bending/continuous straightening)Ladle turretButterfly,lifting stroke:700mm,load bearing:470 tonsVolume of tundish65 tonsFlow control of tundishAutomatic mold level control and quick change technology of submerged nozzleMoldStraight,length:900mm(DIAFACE and DynaWidth hydraulic width adjustment)Oscillation of mouldDynaFlex hydraulic oscillation(sinusoidal/non-sinusoidal)Vertical length of strandApprox.2500 mmSegmentSplit roller andSMARTsegments with DynaGap soft reductionSecondary cooling system DYNACSdynamic control,air-mist coolingRadius of caster9.5mMetallurgical length of caster34.4mSlab thickness210 mm,230 mm,250mmWidth of slab13502150mmAutomation systemLevel 1&level 2 control,DYNACScooling model water,VAI-Q model,mould online width adjustment and ladle slag detection etc.2004 奥钢联连铸热轧会议 连铸论文精选集第 8.7篇/第 2 页3 号连铸机主要技术特点主要设备和工艺参数介绍3 号连铸机为一机两流直弧形宽板坯连铸机，其主体设备特点如图 1所示。主要技术特点为了能生产出高质量的铸坯，3 号机采用了 V AI 许多现代连铸新技术：?全自动开浇技术?直型结晶器(连续弯曲/连续矫直)?结晶器液面自动控制和中包水口快换技术?DYNAFLEX 液压振动(正弦/非正弦)?结晶器液压调宽(冷态和热态),DIAFACE 结晶器?二冷水动态控制和气雾冷却?分节辊、SMART/AST C 扇形段?结晶器专家系统?二级机系统投产情况介绍投产第一炉新技术的应用情况在 3 号连铸机进行紧张冷试车的同时，我厂技术人员同 VAI 冶金专家就热负荷试车第一炉的钢种、断面、拉速以及要采用的新技术等进行了认真的讨论，制定了详细的热负荷试车方案，为投产试车一次成功打好了良好基础。经过中外技术人员的共同努力，热负荷试车第一炉成功地应用了以下连铸新技术：?全自动开浇技术；?结晶器液面自动控制；?结晶器漏钢预报；?动态二冷水控制(二级机配水)；?动态轻压下技术；?铸坯优化切割。热负荷试车第一炉铸坯质量情况表面质量第一炉钢共有 10 块铸坯，每流 5 块，铸坯没有发生纵裂、横裂等表面缺陷，也无鼓肚等形状缺陷，振痕深度大约为 0.30.5mm 左右，铸坯宽度、厚度尺寸控制情况见表 1，可以看出,铸坯尺寸控制在一个较好的范围之内。坯号宽度mm厚度mm坯号宽度mm厚度mm5011602231601160223050216102316021608230503161023260316102315041608232604160823150516002326051600231平均1606231.6平均1605.6230.6与标准差值+6+1.6+5.6+0.6表 1：铸坯宽度、厚度尺寸控制情况内部质量两流在 03 坯上取样，然后分别沿横向和纵向取样作低倍冷蚀分析，结果如表 2。项目内裂特裂角裂中心偏析气泡5 流无无无C0.5无6 流无0.5无C0.5无表 2：铸坯低倍冷蚀分析结果横向试样低倍结果如图 2、3 所示。2004 奥钢联连铸热轧会议 连铸论文精选集第 8.7篇/第 3 页图 2：C3252155030冷蚀低倍图片（横向）图 3：C3252156030冷蚀低倍图片（横向）纵向试样低倍结果如图 4 和 5 所示。图 4：C3252155030冷蚀低倍图片（纵向）图 5：C3252156030冷蚀低倍图片（纵向）从第一炉钢铸坯的表面质量、尺寸和内部质量来看，控制情况良好。主要新技术应用情况从 8 月 30 日热负荷试车成功至今的半年多时间内，3 号机共浇铸钢水871炉，涉及 12 个钢种系列 22 个钢种，例如管线钢（其中包括高牌号管线钢X70）、桥梁钢、船板钢、高碳钢、汽车大梁钢、低合金钢、包晶钢、集装箱钢、超低碳钢（含 IF 钢）和低碳钢等，宽度规格从 13502150mm，铸坯表面质量和内部质量均正常，VAI现代连铸新技术的应用为3 号连铸机的生产顺行和质量保证提供了良好的技术支持。全自动开浇技术自动开浇技术是指中包内安装开浇管，操作人员打开大包滑板，钢水进入中包，当中包钢水液位达到开浇管高度后，钢水通过开浇管自动进入结晶器，当结晶器中钢水液面达到预定高度时，液面自动控制系统检测到液面信号后，自动启动拉矫机，然后按照程序自动升速，达到设定拉速，实现自动开浇。我厂自热负荷试车第一炉开始，就一直使用全自动开浇技术，使用效果非常好，没有发生因自动开浇技术而出现开浇失败或其它异常情况。同时，全自动开浇技术的应用，也为我厂 3号连铸机将来实现无人浇铸奠定了良好的基础。液压非正弦振动（DYNAFLEX）VAI专利技术DYNAFLEX结晶器液压振动装置是提高铸坯表面质量，增加生产率和改进铸机作业率的重要工具。2004 奥钢联连铸热轧会议 连铸论文精选集第 8.7篇/第 4 页DYNAFLEX液压振动装置的主要设计特点为：?振动精度高；?在线调节振幅、振动频率与非正弦系数；?无磨损板簧精密导向系统，无机械齿隙；?用螺旋弹簧减少液压缸推力的重量补偿，振动重量低，实现无共振操作；?安装操作方便，维护费用低廉。DYNAFLEX技术提供了重要的冶金和操作优势，包括板坯表面质量的改善，特别是在低拉速时降低振痕深度，在高拉速时，因保护渣消耗增加而降低了粘连漏钢的风险，从而提高操作安全性。通过调整振动参数，可方便实现非正弦振动和反向正弦振动模式（如图 6 所示）。图 6：反向频率振动模式3 号机在低拉速情况铸坯表面质量得到明显改善，DYNAFLEX系统的优点得到充分体现。动态二冷水控制（DYNACS）铸坯质量在很大程度上取决于二次冷却效果。DYNACS 是由 VAI 设计开发的用于动态二冷水系统的模型，其设计思想如图 7 所示。DYNACS首先根据铸坯厚度和钢种组的冷却性能建立不同的冷却模型。图 7:DYNACS 模型示意图DYNACS 提供两种冷却铸坯方式，即鼓肚极限控制和表面温度控制，铸坯冷却方式由冷却模型确定。在进行水量设定时，先由 DYNACS 的在线热跟踪模型对铸坯进行在线跟踪计算，这也是整个系统的核心，热跟踪模型采用有限元法，根据钢水特性、中包温度、铸坯表面的散热和铸坯的移动情况，按照基本的一维不稳定传导方程，并采用表面散热作为边界条件，通过计算形成沿浇铸方向的温度曲线。该曲线包括铸坯表面温度曲线、中心温度曲线和坯壳厚度曲线。然后，设定值计算根据热跟踪模型提供的温度曲线和确定的冷却模型，计算各冷却区所需水量，其结果应使铸坯表面温度接近冷却模型本身为各冷却区规定的平均铸坯温度。3 号连铸机与第二热轧厂加热炉通过辊道相连，热铸坯切割完后能通过辊道直接进加热炉加热后轧制（DHCR），在保证铸坯完全冷却的前提下，高温铸坯更利于热送热装，降低能耗，提高热轧轧制能力。例如中碳钢Q235-B，在拉速为 1.3m/min 的情况下，铸坯出扇形段后温度可达到 900以上，进加热炉前的温度可达到800以上。在生产初期，铸坯出扇形段后发现有的地方发黑，同时低合金钢头坯出扇形段后向下弯曲，分析认为是直线段2004 奥钢联连铸热轧会议 连铸论文精选集第 8.7篇/第 5 页配水过大造成，经过降低直线段配水设定值，这两个问题均得到了解决。结晶器自动调宽3 号机结晶器为液压控制调宽结晶器，可实现冷态、热态宽度自动调节，能适应不同宽度生产计划的要求，提高铸机作业率和铸坯收得率。结晶器液压控制系统所有的液压部件均为标准工业部件，每个液压缸均配有位置传感器和控制阀，可以在速度变化时保持平稳移动，同时采用了成熟的电气控制系统为不同的调节模式提供了有力支持。该系统的基本特点和优点有：?设计坚固，系统可靠性高；?调节精度高；?调宽模式多样；?调节速度快；?操作安全性高。该系统在 3 号机投产以来，显示了其良好的使用性能。在冷态情况下进行调宽，操作工只需把调宽系统选择自动方式，然后输入下口宽度值和锥度值，系统很快调整完毕，同时实际测量值与调宽显示值完全相符，大幅度提高了工作效率和测量精度。铸中热态调宽则能减少铸机非作业时间，提高作业率。3 号机于 11 月 25 日首次实现铸中热态调宽，控制情况良好。SMART扇形段和动态轻压下（SMART/AST C）中心偏析和疏松是连铸坯中常见的内部缺陷，产生的原因是由于钢水在凝固过程中，凝固前沿富含杂质元素的钢液向凝固末端固液两相区流动造成的。在铸坯凝固末端对其采用轻压下技术可以减轻或消除铸坯中心偏析。在实际浇铸过程中，随着浇铸条件如铸坯规格、拉速、钢种成分、过热度和二冷水等因素的变化，固液两相区的位置是不断变化的（见图 8）。因此要对铸坯进行动态轻压下，需满足两个条件：?扇形段能在线调节开口度；?开发一个模型，它能根据实时采集的各种数据计算出两相区位置，并控制相关扇形段进行合适的压下。图 8：两相区随拉速变化图图 9：DynaGap 轻压下模型示意图奥钢联（V AI）研制开发的专利产品SMART扇形段和 ASTC（Automatic Strand T aper Control）模型（见图 9）是一个很好的解决方案。SMART扇形段通过 5个液压油缸（其中一个控制驱动辊）和液压缸内的位置传感器以及电气控制系统，很容易实现开口度铸中调节，其控制精度能达到0.1mm。热跟踪信息实时过程数据及事件设定值计算ASTC制度在线系统在线辊缝计算剖面图ASTC扇形段辊缝设定作业指导稳态情况下（拉速1.5m/min）5 分钟后拉速从1.5m/min 降至0.5 m/min8 分钟后拉速又达到1.5 m/min 凝固终点2004 奥钢联连铸热轧会议 连铸论文精选集第 8.7篇/第 6 页ASTC 模型则是通过采集实时过程数据如拉速、温度、配水情况及事件信息，结合钢种成份、铸坯规格，根据热跟踪模型计算出两相区的位置，同时结合预给定的钢种压下标准，实时给出各扇形段的实践辊缝控制目标值，并控制扇形段执行。3 号机通过采用SMART扇形段和动态轻压下技术，铸坯中心偏析和疏松得到较好的控制。下面两块试样为同一浇次所浇高碳钢铸坯低倍试样，一块为采用动态轻压下技术浇注的铸坯，见图 10，另外一块为因二级机通信故障，采用静态辊缝模式浇注的铸坯，见图 11。可以看出，铸坯采用动态轻压下技术后，内部质量显著提高。图 10：采用动态轻压下技术浇注的铸坯低倍图片图 11：未采用动态轻压下技术浇注的铸坯低倍图片质量控制情况表面质量功能考核期间抽查 30 炉钢共 80 块铸坯，钢种涉及 3 号机产品大纲所要求的 9 大系列钢种，只有一块铸坯产生轻微纵裂，铸坯无清理率达到98.75%。除合金包晶钢外，其它钢种的振痕深度均0.3mm，后对合金包晶钢振痕参数进行优化，其振痕深度也达到0.3mm。功能考核完毕后，尽管我厂开展了保护渣国产化试验，但铸坯表面质量控制情况良好，无清理率一直保持在98.5%以上。内部质量在 3号机投产成功至功能考核完毕的3 个月时间内，我们对 3 号机生产的铸坯的内部质量进行了硫印分析（按照 V AI评定标准）。可以看出，除中碳钢有少数试样裂纹（主要是三角区裂纹）指数超标外，其余指标均在要求范围之内，说明内部质量控制良好。但中碳钢裂纹指数明显高于其它钢种的问题，还需进一步进行技术攻关。同时，我们对 3 号机铸坯中心偏析情况同我厂 1 号、2 号铸机进行对比（统计 2004 年 1 月和 2 月数据），结果见图 12。从对比结果可以看出，3 号机消除了 A 级偏析，B级和 C1.5 级比例低于 1 号和 2 号铸机（弧形铸机，无轻压下技术），C1.0 级比例比 1号、2 号铸机分别提高了 9.6%和6.1%，这说明 3 号机铸坯中心偏析控制优于 1 号和 2 号铸机。0102030405060708090100C1.0C1.5Grade BGrade Apercent(%)1#caster2#caster3#caster2004 奥钢联连铸热轧会议 连铸论文精选集第 8.7篇/第 7 页图 12：1-3号连铸机中心偏析对比铸坯尺寸技术条件要求：宽度公差0.5%，厚度公差为5mm，拱曲为 0-4mm/m。抽查 80 块铸坯，结果均在要求范围之内。结语武钢三炼钢 3号直弧型宽板坯连铸机于 2003 年 8 月 30 日实现投产一次性成功。热负荷试车第一炉就采用了全自动开浇技术、结晶器液面自动控制、结晶器漏钢预报、动态二冷水控制（二级机配水）、动态轻压下技术以及铸坯优化切割等一系列新技术。试生产期间共生产合格铸坯23万吨，浇铸钢种达到 20 多个，铸坯宽度范围为 13502150mm，铸坯表面质量和几何形状良好，铸坯无清理率保持在98.5%以上，内部质量优于其它铸机，消除了 A级中心偏析。在保持生产稳定的同时，全面应用好新技术，进一步扩大品种，稳定和提高铸坯质量，为武钢提高产品竞争力作出贡献。前景展望随着二热轧的达产和产量的迅速上升，以及我厂 3 号转炉的即将投产，3 号连铸机会更加显示出其重要性。为提高产能和降低能耗，三炼钢和二热轧的 DHCR试验正在进行。试验成功后，对 3 号机高拉速和高质量的铸坯的需求量会进一步加大，大部分品种钢将在 3 号机生产。显而易见，3号连铸机对于武钢优化产品结构、提高经济效益将会起着越来越重要的作用。参考文献1 Dr Manfred Thalhammer etc Metallurgical，Operational and Economic Benefits of SM ART/ASTC Technology in Continuous Casting2 KPirner HEidinger JMolnar 瑞典钢铁公司 Tunnplat 厂板坯连铸机的现代化改造3 宋泽启等 VAI 现代连铸技术在武钢二炼钢的应用