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河钢宣钢喷嘴改造提高拉速生产试验
来源：2020年第三届高效连铸技术及铸坯质量控制学术研讨会论文集|浏览：次|评论：0条 [收藏] [评论]
河钢宣钢喷嘴改造提高拉速生产试验徐 亮（河钢宣钢二钢轧厂 河北 宣化 075100）摘 要：主要介绍了宣钢150吨炉区连铸机通过对1段喷嘴的改造，提高比水量，增加冷却强度，从而提高拉速、提…
河钢宣钢喷嘴改造提高拉速生产试验
徐 亮
（河钢宣钢二钢轧厂 河北 宣化 075100）
徐 亮
（河钢宣钢二钢轧厂 河北 宣化 075100）
摘 要：主要介绍了宣钢150吨炉区连铸机通过对1段喷嘴的改造，提高比水量，增加冷却强度，从而提高拉速、提高产量，减少成本，又满足铸坯质量要求，实现高效连铸。
关键词：连铸；喷嘴；比水量；拉速
1宣钢二钢轧厂连铸主要设备情况
河钢宣钢150吨炉区1#连铸机为12机12流小方坯弧形连铸机，弧长10m，断面150×150mm2、165×165 mm2两种断面，主要钢种低合金系列。设计年产量200万吨，该机采用全弧形连续矫直工艺，配置蝶式液压升降钢包回转台，全程无氧保护浇注，钢包下渣检测，结晶器液压面控制技术，结晶器电磁搅拌，连铸矫直技术，红外线自动定尺切割，装配水平是目前世界上流数最多，产量最高的小方坯连铸机之一。150吨炉区连铸机主要参数。(表1)
表1 连铸机主要参数
| 编号 | 名称 | 1#铸机（R246） | 2#铸机（R282） |
| 1. | 铸机半径 | R10m | R10m |
| 2. | 结晶器 | 铜管900mm | 铜管900mm |
| 3. | 电磁搅拌 | 结晶器电磁搅拌（内置式） | 结晶器电磁搅拌（内置式）+末端电磁搅拌 |
| 4. | 振动 | 机械全板簧 | 机械全板簧 |
| 振幅0±4 mm，振频40—300次/min | 振幅0±4 mm振频40—300次/min | ||
| 5. | 喷淋条 | 全水冷却， 长度~7.8m |
气雾冷却， 长度~8.7m |
| 6. | 拉矫机 | 6辊整体机架，拉速0.3-4.2 m/min | 6机架，带压下 |
| 7. | 冶金长度 | ~29.8m | ~29.8m |
2拉钢条件
宣钢二钢轧厂1#连铸机在改造之前，二冷喷嘴参数如表3，在拉低合金HRB400EZT2(SY)拉速165断面达到2.4m/min时，150断面达到2.6m/min时有轻微脱方现象，并且中包连浇次数2次1段、2段喷嘴堵塞严重（图1）。拉速在2.2m/min-2.4m/min时液面波动较大，漏钢拉断频率明显增加。
1#机日产要达到7500吨，减去每月定修两次24小时，小修及日常工艺停机累计24小时，平均日产需达到8035吨才能完成目标任务。下表为对应断面及拉速（出钢量205t）：
表3 断面及拉速对照表
| 断面 | 平均拉速（m/min） | 周期（min） | 日产炉数（炉） | ||
| 165 | 2.1 | 37.84 | 38.06 | ||
| 2.2 | 36.12 | 39.87 | |||
| 2.3 | 34.55 | 41.68 | |||
| 2.4 | 33.11 | 43.50 | |||
| 150 | 2.5 | 39.05 | 36.88 | ||
| 2.6 | 37.55 | 38.35 | |||
| 2.7 | 36.16 | 39.83 | |||
| 2.8 | 34.86 | 41.30 | |||
| 2.9 | 33.66 | 42.78 |
表2 改造前二冷喷嘴参数
| 喷嘴位置 | 喷嘴型号 | 喷嘴数量 | 比水量 |
| 0段 | 不锈钢喷咀-1/4PZ9490QZ5 | 12 | 0.80L/KG |
| 1段 | 不锈钢喷咀-1/4PZ2665QZ5 | 52 | |
| 2段 | 喷嘴-1/4PZ2065QZ5 | 28 |
由于开浇及连浇前两炉温度高，拉速慢，周期在45-50分钟左右，正常浇注过程需165断面平均拉速达到2.4m/min，150断面平均拉速达到2.8m/min，才能完成生产目标。所以提高拉速是急需解决日产7500t问题所在。提高拉速首先满足钢坯出结晶器时有足够的坯壳厚度，坯壳厚度在10mm-15mm为安全拉钢范围，
出结晶器坯壳厚度
根据公式e=K×(h/v) ½（公式1）计算出坯壳在2.4m/min和3m/min时坯壳厚度
e——坯壳厚度
K——凝固系数，k=22mm/min ½
h——结晶器有效高度h=800mm
v——拉坯速度
e=K×(h/v) ½=22mm/min ½×（800mm/2.4m/min）½=12.70mm
e=K×(h/v) ½=22mm/min ½×（800mm/3.0m/min）½=11.36mm
坯壳厚度在2.4m/min-3.0m/min都满足安全坯壳厚度要求。所以在现有的工艺下只要改善铸机铸坯的脱方和喷嘴的堵塞问题，就能满足日产7500t的要求。
3生产工艺优化与实践
3.1优化1、2段喷嘴
喷嘴优化布置
二次冷却区内部的传热方式以喷嘴喷淋水、铸坯表面传热为主，具有可控性。二冷区应当具备较宽的流量调节范围、水量分布受流量变化的影响较小、较高的喷射速度，且易于蒸发、覆盖面大等。喷嘴冷却水与铸坯接触面积一般为喷嘴面积的3-5倍。相关研究表明，连铸二冷区的冷却对内部质量有一定的影响。冷却凝固不均匀，裂纹就会越来越多，对于高温区域会发生严重的偏析，通过根据喷嘴水量分布特性进行设定，控制喷嘴组合体的水量分布均匀，就能够避免对铸坯质量的影响。原先的1段喷嘴为不锈钢喷嘴-1/4PZ2665QZ5，2段喷嘴为喷嘴-1/4PZ2065QZ5，保持0段足辊不锈钢喷咀-1/4PZ9490QZ5不变，改1段喷嘴为不锈钢喷嘴-1/4PZ4065QZ5,2段喷嘴为喷嘴-1/4PZ4065QZ5，改善后的二冷比水量达到1.0 L/KG，二冷水增加量为129m3/h。优化之后的喷嘴，堵塞情况明显改善，连浇次数可以增加到5次以上，经过生产试验165*165断面连铸机拉速达到2.7m/min，没有明显脱方现象。
3.2结晶器振动改造
原先设计的结晶器振动为全板簧振动机构, 通过减速机上的偏心套和连杆使置于振动架上的结晶器上下振动,运行轨迹呈正弦波.振幅在线不可调，通过更换偏心套可以调整振幅。改变电机输出转速，可使振动频率在40～300次/min范围内进行调整。在改进之前振频超过180-190次/min时振动精度明显降低，偏摆量较大，液面波动不稳定，不能满足高拉速的需要。改造后电动缸控制，可实现非正弦振动，可在线调节结晶器振动的波形、频率和振幅，选择最佳的振动特性参数，从而在不同拉速下均可获得最佳的铸坯表面质量，满足铸坯高拉速需求。
3.3降低中包过热度提高中包寿命
拉速稳定在2.4m/min，从表3可以看出拉钢周期在33.11min，由于钢包周转加快，放钢温度可以降低20℃，由于中包温度降低，中包耐材使用时间增加，中包过钢炉数也明显增加。据统计增加拉速后中包寿命提高到37.21炉/23.8h,比原先增加3.41炉/1.8h.月减少2对中包。
4经济效益
4.1降低放钢温度节约成本
转炉每降低1℃，吨钢节约成本0.325元，按照日产7500t计算，则全年节约成本：0.325×20×7500×365=17793750元。
4.2耐材节约成本
按照每月节省2对中包计算，没对中包成本10万元，则可节约成本： 2×12×100000=2400000元。
4.3投入成本
振动电缸改造投入费用单价5万元，12个在线使用，3个备用。则投入：15×50000=750000元。喷嘴单价与原类别喷嘴单价相同，不做计算。
则总效益为：17793750+2400000-750000=19443750元。
5结论
宣钢经过生产过程中不断对连铸工艺的调整优化，1#机满足日产7500t的同时，连铸浇注顺利， 铸坯质量控制良好，并且节约成本19443750元。
出结晶器坯壳厚度
根据公式e=K×(h/v) ½（公式1）计算出坯壳在2.4m/min和3m/min时坯壳厚度
e——坯壳厚度
K——凝固系数，k=22mm/min ½
h——结晶器有效高度h=800mm
v——拉坯速度
e=K×(h/v) ½=22mm/min ½×（800mm/2.4m/min）½=12.70mm
e=K×(h/v) ½=22mm/min ½×（800mm/3.0m/min）½=11.36mm
坯壳厚度在2.4m/min-3.0m/min都满足安全坯壳厚度要求。所以在现有的工艺下只要改善铸机铸坯的脱方和喷嘴的堵塞问题，就能满足日产7500t的要求。
3生产工艺优化与实践
3.1优化1、2段喷嘴
喷嘴优化布置
二次冷却区内部的传热方式以喷嘴喷淋水、铸坯表面传热为主，具有可控性。二冷区应当具备较宽的流量调节范围、水量分布受流量变化的影响较小、较高的喷射速度，且易于蒸发、覆盖面大等。喷嘴冷却水与铸坯接触面积一般为喷嘴面积的3-5倍。相关研究表明，连铸二冷区的冷却对内部质量有一定的影响。冷却凝固不均匀，裂纹就会越来越多，对于高温区域会发生严重的偏析，通过根据喷嘴水量分布特性进行设定，控制喷嘴组合体的水量分布均匀，就能够避免对铸坯质量的影响。原先的1段喷嘴为不锈钢喷嘴-1/4PZ2665QZ5，2段喷嘴为喷嘴-1/4PZ2065QZ5，保持0段足辊不锈钢喷咀-1/4PZ9490QZ5不变，改1段喷嘴为不锈钢喷嘴-1/4PZ4065QZ5,2段喷嘴为喷嘴-1/4PZ4065QZ5，改善后的二冷比水量达到1.0 L/KG，二冷水增加量为129m3/h。优化之后的喷嘴，堵塞情况明显改善，连浇次数可以增加到5次以上，经过生产试验165*165断面连铸机拉速达到2.7m/min，没有明显脱方现象。
3.2结晶器振动改造
原先设计的结晶器振动为全板簧振动机构, 通过减速机上的偏心套和连杆使置于振动架上的结晶器上下振动,运行轨迹呈正弦波.振幅在线不可调，通过更换偏心套可以调整振幅。改变电机输出转速，可使振动频率在40～300次/min范围内进行调整。在改进之前振频超过180-190次/min时振动精度明显降低，偏摆量较大，液面波动不稳定，不能满足高拉速的需要。改造后电动缸控制，可实现非正弦振动，可在线调节结晶器振动的波形、频率和振幅，选择最佳的振动特性参数，从而在不同拉速下均可获得最佳的铸坯表面质量，满足铸坯高拉速需求。
3.3降低中包过热度提高中包寿命
拉速稳定在2.4m/min，从表3可以看出拉钢周期在33.11min，由于钢包周转加快，放钢温度可以降低20℃，由于中包温度降低，中包耐材使用时间增加，中包过钢炉数也明显增加。据统计增加拉速后中包寿命提高到37.21炉/23.8h,比原先增加3.41炉/1.8h.月减少2对中包。
4经济效益
4.1降低放钢温度节约成本
转炉每降低1℃，吨钢节约成本0.325元，按照日产7500t计算，则全年节约成本：0.325×20×7500×365=17793750元。
4.2耐材节约成本
按照每月节省2对中包计算，没对中包成本10万元，则可节约成本： 2×12×100000=2400000元。
4.3投入成本
振动电缸改造投入费用单价5万元，12个在线使用，3个备用。则投入：15×50000=750000元。喷嘴单价与原类别喷嘴单价相同，不做计算。
则总效益为：17793750+2400000-750000=19443750元。
5结论
宣钢经过生产过程中不断对连铸工艺的调整优化，1#机满足日产7500t的同时，连铸浇注顺利， 铸坯质量控制良好，并且节约成本19443750元。
参考文献
[1] 陈东辉.大型转炉低成本高效化生产实践.河北冶金，2019（8）：52-54.
[2] 吕凯辉.降低转炉出钢温度的实践 .河北冶金，2013（3）：20；38- 41.
[3] 张向军，方实年，卢勇，等.新国标下螺纹钢筋的生产实践及问题分析.钢铁钒钛，2020，41（1）：165-172.
[4] 朱立光，袁志鹏，肖鹏程，等.高拉速薄板坯连铸中碳钢保护渣开发与应用.连铸，2020，45（1）：51-55.
[5] 单庆林，赵建平， 王帅，等.提高唐钢FSTC薄板坯连铸机拉速实践 .连铸，2020，45（1）：79- 82.
[6] 王洪兴.板坯连铸恒拉速浇铸提高铸坯质量.中国冶金，2012，22（4）：45- 48.
[2] 吕凯辉.降低转炉出钢温度的实践 .河北冶金，2013（3）：20；38- 41.
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[4] 朱立光，袁志鹏，肖鹏程，等.高拉速薄板坯连铸中碳钢保护渣开发与应用.连铸，2020，45（1）：51-55.
[5] 单庆林，赵建平， 王帅，等.提高唐钢FSTC薄板坯连铸机拉速实践 .连铸，2020，45（1）：79- 82.
[6] 王洪兴.板坯连铸恒拉速浇铸提高铸坯质量.中国冶金，2012，22（4）：45- 48.
