包偉峰， 韓庚維，孫福龍， 李德臣， 蔣憲勛,  黎靜

（吉林建龍鋼鐵有限責(zé)任公司，吉林 吉林 132104）

摘  要：為實(shí)現(xiàn)連鑄機(jī)‘高拉速、高作業(yè)率、高質(zhì)量、低能耗’的高效化生產(chǎn)，攻克高拉速下板坯凝固過程所產(chǎn)生的內(nèi)外部裂紋、中心偏析、中心疏松等缺陷，對(duì)連鑄機(jī)結(jié)晶器、二冷區(qū)、扇形段等關(guān)鍵裝備進(jìn)行升級(jí)改造，并深入研究高拉速下的非正弦振動(dòng)、二次冷卻工藝、動(dòng)態(tài)配水、輕壓下等關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，使板坯連鑄機(jī)拉速提升40%以上，高拉速下的板坯中間裂紋合格率由67%提升到97.5%；裂紋敏感鋼鑄坯角裂率由15%降低0.23%，鑄坯中心偏析C0.5級(jí)比列由49%提升到96%。

關(guān)鍵詞：高效連鑄；高拉速；板坯質(zhì)量；設(shè)備改造；動(dòng)態(tài)配水；輕壓下；

進(jìn)入21世紀(jì)以來中國(guó)連鑄發(fā)展迅速，連鑄工藝技術(shù)和裝備都取得了突破性的進(jìn)展^[1]。目前我國(guó)連鑄正是向高拉速、高效率、高品質(zhì)、低能耗發(fā)展的新時(shí)期，然而，鑄坯的角部裂

紋、表面縱裂；鑄坯中心偏析、中心疏松、內(nèi)部裂紋等缺陷是制約高拉速生產(chǎn)的突出問題。吉林建龍鋼鐵板坯連鑄機(jī)于2008年設(shè)計(jì)建造，冶金裝備水平和設(shè)備精度不滿足當(dāng)前連鑄高效化的發(fā)展需求，為克服高拉速下鑄坯裂紋、偏析與疏松等這些凝固缺陷，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)結(jié)晶器、二冷區(qū)、扇形段等板坯連鑄機(jī)的重要部位進(jìn)行升級(jí)改造、工藝技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用，在保證鑄坯質(zhì)量的同時(shí)，各鋼種的拉速提升40%以上，中碳鋼、包晶鋼、含鈮、釩、硼等鋼種的角裂率由15%降低到0.23%，鑄坯中心偏析C0.5級(jí)比列由49%提升到96%，提高了生產(chǎn)作業(yè)效率、出坯溫度和熱裝率，降低的生產(chǎn)成本，節(jié)約能耗，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；提升了產(chǎn)品檔次和產(chǎn)品質(zhì)量，提升企業(yè)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力、增加質(zhì)量效益。

1 結(jié)晶器

1.1   結(jié)晶器調(diào)寬

原結(jié)晶器為200mm×700mm~1300mm在線冷調(diào)寬結(jié)晶器，調(diào)寬機(jī)構(gòu)為渦輪蝸桿+普通螺桿-螺母的傳動(dòng)系統(tǒng)。由于調(diào)寬電機(jī)傳動(dòng)比低、調(diào)寬傳動(dòng)系統(tǒng)以及與窄邊銅板連接等存在機(jī)械間縫隙，生產(chǎn)過程中存在“跑錐”問題，結(jié)晶器錐度不穩(wěn)定，影響鑄坯坯型及質(zhì)量，并且調(diào)寬機(jī)構(gòu)不滿足線熱調(diào)寬功能，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，員工勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此，重新設(shè)計(jì)結(jié)晶器并增加在線熱調(diào)寬功能。

寬度調(diào)節(jié)裝置由渦輪蝸桿減速器+滾珠絲桿組成，能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖，防止窄邊出現(xiàn)漂移，如圖1所示，采用伺服電機(jī)和高的傳動(dòng)比，能夠?qū)挾群湾F度進(jìn)行有效控制，保證調(diào)寬調(diào)錐精度≤±0.2mm,優(yōu)化伺服電機(jī)的密封和聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)，保證調(diào)寬裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1. 調(diào)寬機(jī)構(gòu)示意圖

Fig. 1 Schematic diagram of width adjustment mechanism

1.2   結(jié)晶器窄邊足輥

出結(jié)晶器后凝固坯殼較薄，容易受到外界的干擾使窄邊坯型產(chǎn)生鼓肚、凹陷、鑄坯角部橫裂紋、縱裂紋，嚴(yán)重甚至產(chǎn)生漏鋼。重新設(shè)計(jì)結(jié)晶窄邊足輥，窄邊足輥數(shù)量由4對(duì)減少為3對(duì)；輥身長(zhǎng)度有100mm增加到120mm；足輥的固定方式調(diào)整為蝶形彈簧控制，合理設(shè)計(jì)碟形彈簧的預(yù)緊力，保證不會(huì)在鋼水靜壓力的作用下使足輥產(chǎn)生位移，并且通過對(duì)足輥間距、結(jié)晶器下口寬度、鑄坯鼓肚量疊加計(jì)算，優(yōu)化足輥的安裝位置參數(shù)^[2]，如圖2、表1所示。

圖2. 足輥安裝位置側(cè)視圖

Fig. 2 Side view of foot roller installation position

表1 結(jié)晶器足輥安裝參數(shù)

Tab.1 Mold foot roller installation parameters

通過結(jié)晶器窄邊足輥的結(jié)構(gòu)改造和工藝參數(shù)設(shè)計(jì)，在高拉速下鑄坯窄邊的坯型得到了明顯的改善，由較為嚴(yán)重的凹陷形狀，改變?yōu)檩^為平直，對(duì)板坯的角部的內(nèi)外部裂紋以及板坯軋制后的鋼卷邊部質(zhì)量改善，起到重要的作用，如圖3、圖4所示。

圖3. 改善前板坯窄邊坯型                         圖4改善后板坯窄邊坯型

Fig. 3 Before improvement narrow shape of slab      Fig. 4 Improved narrow shape of slab

1.3   結(jié)晶器在線熱調(diào)寬

在連鑄生產(chǎn)過程中，常根據(jù)訂單規(guī)格要求而更換斷面，不得不中斷澆注，調(diào)整結(jié)晶器斷面，重裝引錠，重新開澆，影響生產(chǎn)效率，增加勞動(dòng)強(qiáng)度、金屬損耗大。平均連澆爐數(shù)是連鑄機(jī)高效化的重要生產(chǎn)指標(biāo)，國(guó)內(nèi)、外的高效連鑄機(jī)平均連澆爐數(shù)在280爐~300爐，甚至更高，結(jié)晶器在線熱調(diào)寬是提升連鑄機(jī)連澆爐數(shù)的關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)晶器在線熱調(diào)寬不僅僅是高精度的調(diào)整裝置，而且需要建立合理的調(diào)寬工藝、設(shè)備參數(shù)。

在結(jié)晶器熱調(diào)寬過程中，過大的擠壓和變形速率會(huì)使坯殼產(chǎn)生裂紋，過大的氣隙影響凝固坯殼的均勻性，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生漏鋼^[3]，因此，深入研究結(jié)晶器在線熱調(diào)寬過程中坯殼應(yīng)變和氣隙產(chǎn)生機(jī)理，合理的制定調(diào)寬過程的參數(shù)是保證鑄坯質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定的關(guān)鍵。吉林建龍板坯連鑄機(jī)采用中冶賽迪的一種基于拋物線軌跡板坯連鑄結(jié)晶器在線熱調(diào)寬方法^[4]，投產(chǎn)以來，生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定、精度可靠。

圖5  調(diào)寬曲線

Fig. 5 Widening curve

式中,X1分別表示第一、第二段調(diào)寬曲線鑄坯寬度的變化量mm；y表示從調(diào)寬開始過渡楔形坯長(zhǎng)度mm；Vmax表示最大調(diào)寬速度；a1，a2表示調(diào)寬加速度mm/min²；v表示調(diào)寬時(shí)的拉速m/min。

根據(jù)在的坯殼應(yīng)變和最大氣隙限制，按照如圖5所示的調(diào)寬曲線， 結(jié)晶器在線熱調(diào)寬過程楔形坯角部質(zhì)量良好，滿足生產(chǎn)安全的需求，并且楔形坯長(zhǎng)度對(duì)比國(guó)外某鑄機(jī)更短，減少金屬損失，如表2所示。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，根據(jù)訂單寬度規(guī)格，通過采取多次小幅度的寬度調(diào)整，控制拉坯速度以及板坯定尺優(yōu)化切割的精確控制，保證單塊鑄坯的楔形長(zhǎng)度≤30mm，滿足熱軋的尺寸需求，做到無楔形板坯切廢損失。

表2 楔形坯長(zhǎng)度對(duì)比

Tab.2 Wedge blank length comparison

1.4   非正弦振動(dòng)

連鑄過程中凝固坯殼與銅板之間的潤(rùn)滑是保障連鑄生產(chǎn)順行和連鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵，結(jié)晶器振動(dòng)對(duì)改善結(jié)晶器潤(rùn)滑狀態(tài)非常有效，是實(shí)施連鑄的先決條件。

改造后的結(jié)晶器振動(dòng)主要技術(shù)性能：

結(jié)構(gòu)型式： 兩片式（液壓驅(qū)動(dòng)+板彈簧導(dǎo)向）

布置型式： 液壓缸兩側(cè)布置

振動(dòng)曲線： 正弦曲線、非正弦曲線

振動(dòng)負(fù)荷： 350kN

振動(dòng)頻率： 30-350 次/分

振幅： 0?±6mm

液壓缸： 0160/090x50 (2 根）雙出桿

工作壓力：25Mpa

圖6  結(jié)晶器振動(dòng)

Fig. 6 Mould oscillating

新的結(jié)晶器振動(dòng)特點(diǎn)：兩片式振動(dòng)單元，左右單元相同且可以互換，板簧導(dǎo)向、無需重力補(bǔ)償彈簧、無間隙柔性頂桿連接，以及七階三角級(jí)數(shù)非正弦振動(dòng)模型，最大偏斜率為0.4，保證了高精度振動(dòng)。

為克服高拉速時(shí)結(jié)晶器渣耗量下降進(jìn)而影響潤(rùn)滑效果、解決順利脫模、改善鑄坯表面質(zhì)量、抑制凝固溝的生長(zhǎng)等問題，非正弦振動(dòng)技術(shù)被國(guó)內(nèi)外廣泛的應(yīng)用。日本 Fukuyama（福山）等鋼廠采用將其視為高效連鑄不可或缺的核心工藝技術(shù)，原奧鋼聯(lián)也將其作為高效連鑄機(jī)黑匣工藝模塊^[1]。

為保證高拉速下的結(jié)晶器潤(rùn)滑條件，脫模效果，減輕振痕深度，提升鑄坯表面質(zhì)量，進(jìn)行結(jié)晶器振動(dòng)參數(shù)的優(yōu)化，采用非正弦反向振動(dòng)的模式，制定了新的結(jié)晶器振動(dòng)參數(shù),如表3所示。

表3非正弦參數(shù)對(duì)比

Tab.2 Non-sinusoidal parameter comparison foot

振動(dòng)工藝調(diào)整后的對(duì)比如下：

圖7  負(fù)滑脫時(shí)間隨拉速的變化曲線

Fig. 7 The curves of negative strip time with casting speed

由圖7可知，新振動(dòng)工藝的負(fù)滑脫時(shí)間隨則拉速的變化更加穩(wěn)定，負(fù)滑脫時(shí)間更低，利于減輕鑄坯振痕，穩(wěn)定渣耗。

圖8  負(fù)滑脫超前量隨拉速的變化曲線

Fig. 8 The curves of NSA with casting speed

從各廠結(jié)晶器振動(dòng)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)看，振動(dòng)的負(fù)滑脫超前量（NSA）一般取=2mm ~5mm之間， NSA＜2mm，坯殼易粘結(jié)，產(chǎn)生漏鋼；NSA＞5mm，板坯振痕加深，不利于鑄坯質(zhì)量。從圖8看出，原工藝的負(fù)滑脫超前量在超過1.1m/min拉速時(shí)低于2mm，生產(chǎn)過程中，原振動(dòng)配方在高拉速時(shí)經(jīng)常發(fā)生粘結(jié)情況，觸發(fā)粘鋼報(bào)警降速。而新工藝配方負(fù)滑脫超前量隨拉速的變化平穩(wěn)，利于生產(chǎn)的穩(wěn)定。

原結(jié)晶器振動(dòng)工藝條件下，如圖9所示，一直存在低拉速時(shí)鑄坯振痕深，高拉速下結(jié)晶器保護(hù)渣消耗低，易產(chǎn)生粘結(jié)的情況，通過結(jié)晶器振動(dòng)工藝的優(yōu)化，穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)拉速≥1.5m/min以上的情況下，保護(hù)渣渣耗穩(wěn)定在0.35kg/t~0.45kg/t，粘鋼報(bào)警情況降低50%以上，鑄坯振痕明顯減輕，提升了鑄坯的表面質(zhì)量。

原工藝振痕                             新工藝振痕

圖9  振痕深度對(duì)比

Fig. 9  The detph of oscillating compared

2   二冷區(qū)

連鑄坯由結(jié)晶器進(jìn)入二冷區(qū)時(shí)，坯殼仍很薄，需繼續(xù)通過實(shí)施噴淋冷卻來實(shí)現(xiàn)持續(xù)凝固，二冷區(qū)對(duì)板坯的內(nèi)部裂紋、凝固組織以及角部裂紋控制至關(guān)重要。

鑄坯在二冷段的冷卻強(qiáng)度與分布對(duì)凝固坯殼厚度、凝固組織和高溫力學(xué)性能都有影響。當(dāng)二冷制度不良或噴淋效果偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，可能造成鑄坯表面溫度回升異常、在凝固前沿發(fā)生拉伸熱應(yīng)變。凝固前沿拉應(yīng)變超過該處凝固狀態(tài)下的極限變形值時(shí)便產(chǎn)生中間裂紋^[5]。

板坯在二冷區(qū)的縱向和橫向噴水冷卻要均勻，這樣板坯的溫度分布才均勻，尤其是要防止板坯角部過冷^[6]。

2.1   二冷分卻的優(yōu)化：

二冷分區(qū)的設(shè)計(jì)原則之一是冷卻分區(qū)盡量少以降低成本，但前提是沿鑄機(jī)長(zhǎng)度方向上，鑄坯的冷卻均勻性，符合冶金準(zhǔn)則，鑄坯的表面回溫控制在50℃/m以下，圖10為原設(shè)計(jì)的二冷分區(qū)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中7區(qū)的6、7、8段在無噴嘴堵塞的情況下，常常出現(xiàn)一個(gè)扇形段無水的情況，鑄坯在矯直區(qū)回溫產(chǎn)生內(nèi)外部裂紋。圖11為優(yōu)化后的冷卻分區(qū)，將7區(qū)調(diào)整為2分區(qū)，6段調(diào)整為7區(qū)，7、8段調(diào)整為8區(qū)，調(diào)整后提升了板坯進(jìn)入矯直以及在矯直區(qū)的長(zhǎng)度方向上的冷卻均勻性^[7]。

      
圖10  原設(shè)計(jì)冷卻分區(qū)                                  圖11  優(yōu)化后冷卻分區(qū)

Fig. 10  Cooling zoning of the original design     Fig.11  Cooling zoning of optimized design

2.2   氣水霧化噴嘴的選型：

連鑄二冷區(qū)使用噴水霧化均勻的噴嘴是保證鑄坯寬度方向冷卻均勻性、工藝計(jì)算、合理設(shè)計(jì)冷卻制度和獲得優(yōu)質(zhì)鑄坯質(zhì)量的前提，所以要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況對(duì)噴嘴進(jìn)行合理的選型，通過噴嘴的流量特性、水流密度分析，選擇合適的噴嘴。從圖12、13看出，噴嘴II的水流密度分布更加均勻，噴嘴的性能優(yōu)于噴嘴I。

圖12噴嘴I的單噴嘴水流密度                 圖13噴嘴II的單噴嘴水流密度

Fig. 12  Single nozzle water flow density of nozzle I  Fig.13  Single nozzle water flow density of nozzle II

2.3   二冷寬度控制

鑄機(jī)在設(shè)計(jì)之初重點(diǎn)考慮在最大斷面、最大拉速情況下的冷卻能力，而沒有根據(jù)實(shí)際的情況，進(jìn)行個(gè)性化的設(shè)計(jì)；如圖14所示，以彎曲段為例，其一排設(shè)計(jì)4個(gè)噴嘴，并且不具備邊部幅切控制功能，實(shí)際的冷卻水覆蓋寬度為1350mm，最大板坯寬度1300mm的板坯連鑄機(jī)各斷面規(guī)格鑄坯角部全在冷卻范圍內(nèi)；鑄坯角部易產(chǎn)生過冷，進(jìn)入第三脆性區(qū)而誘發(fā)鑄坯角裂；在實(shí)際生產(chǎn)過程中常規(guī)的生產(chǎn)斷面為1270mm、1250mm、1230mm、1030mm等，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)斷面，彎曲段同樣1排4給噴嘴，重新優(yōu)化噴嘴高度和角度，并且邊部噴嘴可單獨(dú)控制，當(dāng)4個(gè)噴嘴噴嘴全開時(shí)的噴水覆蓋寬度是1185mm，關(guān)閉邊部?jī)蓚€(gè)噴嘴后的噴水覆蓋寬度是857mm，這樣保證生產(chǎn)中各斷面的角部溫度，減少角部裂紋的產(chǎn)生。

圖14  原設(shè)計(jì)噴嘴布置                           圖15  優(yōu)化后噴嘴布置

Fig. 14  Original design nozzle layout              Fig.15  optimized nozzle layout

2.4   二次冷卻工藝的精確控制

設(shè)備和工藝一定時(shí)，鑄坯輻射傳熱和支撐輥的傳熱變化不大，噴淋水的傳熱占主導(dǎo)地位，二冷水冷卻強(qiáng)度偏高或偏低都會(huì)產(chǎn)生如內(nèi)部裂紋、表面裂紋、鼓肚、菱變、中心偏析等鑄坯缺陷，冷卻不均勻則會(huì)產(chǎn)生三角區(qū)裂紋，因此，如何提高二冷區(qū)的冷卻效率，以及進(jìn)行二冷區(qū)水量的合理分配和動(dòng)態(tài)控制是實(shí)現(xiàn)連鑄高效化的重要內(nèi)容^[1]。

在高拉速下需要強(qiáng)化二冷區(qū)的冷卻研究和技術(shù)管理，特別是彎曲段到矯直段的冷卻，確保不因拉速高而產(chǎn)生回溫鼓肚^[8]。為減少鑄坯在扇形段內(nèi)的回溫情況，優(yōu)化各區(qū)水量分配，如圖16所示，有利于降低溫度梯度，減小高拉速下的鑄坯鼓肚和回溫，達(dá)到均衡冷卻的控制目標(biāo)。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，對(duì)設(shè)備的使用周期和鑄坯的內(nèi)外部質(zhì)量等方面都取得良好的改善效果。

圖16  二冷各區(qū)水量分布對(duì)比

Fig.16  Comparison of water distribution in cooling zone

動(dòng)態(tài)配水是提升鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一，其可精確計(jì)算和控制鑄坯的溫度，尤其對(duì)表面裂紋敏感的鋼種，以及非穩(wěn)態(tài)澆注條件下的鑄坯質(zhì)量極為重要。如圖17所示，動(dòng)態(tài)二冷模型可以根據(jù)鑄坯的熱狀態(tài)，實(shí)時(shí)調(diào)整水量，避免操作過程的不穩(wěn)定因素導(dǎo)致冷卻的不均勻，操作和工藝人員可以查看實(shí)際進(jìn)程和計(jì)算結(jié)果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，管理冷卻進(jìn)程。

圖17  冷卻概況示例

Fig.17  Example of cooling profile

3   扇形段

扇形段作為連鑄機(jī)的精密設(shè)備，是保證生產(chǎn)穩(wěn)定和鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵裝備，連鑄高效化進(jìn)程需要扇形段具備較好的剛度、精度、穩(wěn)定性以及較高的使用壽命。

3.1   扇形段改造

連鑄機(jī)原扇形段采用三鉸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，如圖18所示，扇形段夾緊系統(tǒng)存在機(jī)械間隙，通常每個(gè)鉸接點(diǎn)的間隙最大范圍為0.5mm-0.6mm。當(dāng)扇形段處在水平位置，不會(huì)改變鉸接點(diǎn)的間隙，不會(huì)影響輥縫。但當(dāng)扇形段處在弧形段時(shí)，會(huì)有一個(gè)角度，由于內(nèi)弧框架自重及重心位置變化，使得內(nèi)弧框架按順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，傾角越大轉(zhuǎn)動(dòng)量也越大。轉(zhuǎn)動(dòng)使得入口側(cè)的輥縫增大，出口側(cè)的輥縫減小。

圖18  三鉸點(diǎn)扇形段示意圖

Fig.18  Schematic diagram of three pivot segment

由于原扇形段不具備位移傳感器和遠(yuǎn)程輥縫控制功能，即使在扇形段維修時(shí)補(bǔ)償機(jī)械間隙，在澆鑄時(shí)，由于連鑄生產(chǎn)工藝，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)作用力，該作用力會(huì)撐開扇形段，無法在線監(jiān)控輥縫狀態(tài)，輥縫的穩(wěn)定性差。

對(duì)原由扇形段進(jìn)行更新，采用中冶賽迪無間隙柔性連桿扇形段，其輥縫調(diào)節(jié)裝置采用無間隙的輥縫調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，扇形段具有更高的輥縫精度，更好的維護(hù)性：上下框架安裝、拆卸對(duì)中更方便，采用整體有限元建模分析，扇形段的結(jié)構(gòu)更合理，具有可靠的強(qiáng)度、剛度和上框架的偏移量,如圖19所示。

圖19  扇形段剛度和強(qiáng)度分析

Fig.19  Stiffness and strength analysis of segment

通過理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐，板坯的內(nèi)部裂紋主要由輥縫精度的偏差導(dǎo)致，尤其是高拉速下，由輥縫偏差導(dǎo)致的鑄坯凝固前沿的鼓肚應(yīng)變占主導(dǎo)地位，經(jīng)北京科技大學(xué)精確計(jì)算，因扇形段對(duì)弧和輥縫精度偏差產(chǎn)生的應(yīng)變占總應(yīng)變的60%以上^[9]。扇形段改造后，如圖20所示，輥縫精度對(duì)比改造前有明顯改善，輥縫精度完全控制在±0.5mm的工藝要求范圍內(nèi)。

圖20  輥縫對(duì)比

Fig.20  Roll gap comparison

    扇形段的備品備件質(zhì)量同樣對(duì)輥縫的精度和使用壽命有重要影響，比如連鑄輥、表面堆焊工藝、軸承、潤(rùn)滑等都有嚴(yán)格規(guī)范和質(zhì)量控制要求。在扇形段改造前原自由輥芯軸與旋轉(zhuǎn)接頭的配合方式，容易造成旋轉(zhuǎn)接頭漏水，影響軸承使用壽命一直是長(zhǎng)期未解決的問題，本次改造對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，芯軸與旋轉(zhuǎn)接頭配合方式更好，并且整套輥系安裝接口與原輥系一致，可以互換，徹底解決了旋轉(zhuǎn)接頭漏水的問題。

改造前（before）                      改造后（After）         

圖21  旋轉(zhuǎn)接頭

Fig.21  Rotary joint

    扇形段的工作環(huán)境惡劣，長(zhǎng)期運(yùn)行易導(dǎo)致設(shè)備腐蝕和電氣元件的故障，尤其是北方鋼廠的冬季，如圖22所示，改造前二冷區(qū)內(nèi)蒸汽彌漫，改造后二冷區(qū)的蒸汽得到有效控制，通過做好二冷區(qū)蒸汽的密封和排除，可以降低電氣元件的故障率，提升設(shè)備使用壽命。

改造前（before）                           改造后（After）

圖22  扇形段運(yùn)行環(huán)境對(duì)比

Fig.22  Environment comparison of segment

3.2  動(dòng)態(tài)輕壓下控制技術(shù)

改造后鑄流上所有扇形段都具備遠(yuǎn)程輥縫控制功能，為實(shí)施動(dòng)態(tài)輕壓下創(chuàng)造必要的條件。動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)主要包括溫度場(chǎng)計(jì)算模型和動(dòng)態(tài)壓下計(jì)算模型兩部分,溫度場(chǎng)計(jì)算模型采用了板坯凝固傳熱理論和有限元差分法進(jìn)行鑄坯表面溫度、鑄坯中心溫度、兩相區(qū)固相率分布等參數(shù)的精確計(jì)算;動(dòng)態(tài)壓下模型則根據(jù)兩相區(qū)固相率分布、設(shè)備承受應(yīng)力約束、鑄坯熱收縮量、鑄坯凝固速度等計(jì)算壓下區(qū)間、壓下量和壓下速率參數(shù),并制定不同工況下的壓下動(dòng)作規(guī)則^[10-11]。

連鑄在生產(chǎn)包晶鋼、中碳鋼、高碳鋼等品種鋼時(shí)，鑄坯的中心偏析是影響軋材使用性能、焊接性能、抗氫致裂紋以及低溫沖擊性能的瓶頸問題，如圖23，通過動(dòng)態(tài)輕壓下模型計(jì)算板坯的溫度分布和凝固歷程，針對(duì)各鋼種特點(diǎn)，合理制定壓下策略，通過遠(yuǎn)程輥縫控制各扇形段在目標(biāo)位置，執(zhí)行目標(biāo)壓下量，如圖24所示。

圖23  鑄坯凝固歷程

Fig.23  Slab solidification process

圖24  輕壓下示意圖

Fig.24  Schematic diagram of soft reducion

生產(chǎn)實(shí)踐證明,動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)的應(yīng)用大大減輕了鑄坯中心偏析缺陷,從圖25可以看出，未投用輕壓下鑄坯的中心點(diǎn)狀偏析嚴(yán)重，投用輕壓下鑄坯中心偏析明顯改善，提高了鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。

未投用輕壓下(unreduction)                 投用輕壓下(soft reduction)

圖25 輕壓下與未壓下板坯低倍質(zhì)量對(duì)比

Fig. 25 Comparison of macroscopic and sulphur testing between soft reduction and unreduction

4   改造效果

吉林建龍1300mm板坯連鑄機(jī)高效化改造，經(jīng)過1年的設(shè)計(jì)和技術(shù)研發(fā)， 35天的停機(jī)改造后，一次性熱負(fù)荷試車成功，經(jīng)過半年時(shí)間的工藝技術(shù)優(yōu)化和實(shí)踐，提升板坯連鑄機(jī)拉速，鑄坯質(zhì)量取得了明顯的突破。如表4所示，板坯連鑄機(jī)拉速提升40%以上，高拉速下的板坯中間裂紋合格率由67%提升到97.5%；含鈮、釩、硼鋼角裂率鑄坯角裂率由15%降低0.23%，鑄坯中心偏析C0.5級(jí)比列由49%提升到96%等等。

表4 指標(biāo)對(duì)比

Tab.3 Index comparison

5 結(jié)束語

1、連鑄高效化是實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)流程高效化的關(guān)鍵，其精核心是高拉速，高質(zhì)量、低成本以及更少消耗與排放。連鑄的裝備必須適應(yīng)新的發(fā)展需求，進(jìn)行升級(jí)改造與更新?lián)Q代。滿足工藝的精度需求的同時(shí)，向智能化、長(zhǎng)壽技術(shù)不斷進(jìn)步，減輕員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2、結(jié)晶器、二冷區(qū)設(shè)備以及扇形段是常規(guī)板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)穩(wěn)定和鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行改造，保證其功能的先進(jìn)性、精度的可靠、剛度合適、使用壽命長(zhǎng)以及低的維護(hù)成本。

3、結(jié)晶器在線熱調(diào)寬技術(shù)保證了連鑄機(jī)更長(zhǎng)周期的連續(xù)性生產(chǎn)，并通過優(yōu)化控制模型，保證生產(chǎn)安全和減少過度坯的損失。

4、非正弦振動(dòng)技術(shù)是高拉速下結(jié)晶關(guān)鍵工藝技術(shù)之一，對(duì)保證高拉速下的坯殼與銅板的潤(rùn)滑、脫模，振痕深度以及鑄坯表面質(zhì)量都有重要意義，后續(xù)探索振動(dòng)參數(shù)與結(jié)晶器保護(hù)渣屬性匹配，以達(dá)到強(qiáng)化潤(rùn)滑、減少摩擦和均勻傳熱等效果。

5、二冷幅切技術(shù)和動(dòng)態(tài)配水是控制鑄坯角裂和高拉速下鑄坯質(zhì)量穩(wěn)定的有效手段，同時(shí)也需要不斷的深入研究，對(duì)不同鋼種、斷面制定合理的工藝策略。

6、中高碳鋼及管線鋼等鋼種對(duì)鑄坯中心偏析有極為嚴(yán)苛的要求，動(dòng)態(tài)輕壓下是改善凝固末端中心偏析、中心疏松的主要技術(shù)，其核心是溫度和凝固的計(jì)算模型，準(zhǔn)確計(jì)算壓下位置，合理設(shè)計(jì)壓下策略，改善中心偏析和中心疏松的效果明顯。拓展了品種、提升品種鋼質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

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