达涅利厚板坯连铸新技术和样板生产厂

摘要：达涅利戴维．迪斯汀顿是达涅利集团中负责板坯连铸机设备设计和供货的一家专业公司，通过与用户密切合作，开发了许多创新设备，如获得专利的INMO结晶器和OPTIMUM最优化扇形段，推出许多先进的连铸技术，如动态轻压下等，极大地促进了连铸技术的发展。正是由于这些先进技术，才有可能使达涅利在近些年来为世界上最先进的连铸板坯生产厂家提供连铸设备，其中包括韩国浦项、德国蒂森克虏伯、中国宝钢和法国阿赛洛米塔尔。介绍了达涅利的这些创新设备和它们在2006年12月份几乎同时试车投产的两家著名钢厂，宝钢(中国)和阿赛洛米塔尔(法国敦克尔克)的使用情况。

关键词：厚板坯连铸；设备改造；创新技术

中图分类号：TF777．1 文献标识码：A 文章编号：0449—749X(2008)08—0093—05

1 阿赛洛米塔尔集团“未来的电炉钢厂”改造项目

阿赛洛米塔尔集团所属Sollac Atlantique厂位于法国北部敦克尔克，是目前欧洲最大的联合钢厂之一，在市场占主导地位，特别是在汽车用钢生产方面更为突出。

板坯连铸生产设备最初包括4台双流板坯连铸机，分别布置在两个独立的炼钢车间内。现有板坯连铸机最初由德马克在20世纪70年代提供的。4台铸机采用相同的设计，全部为弧形连铸机，基本弧半径为10．5 m。

2005年，阿赛洛管理层决定对所有的板坯连铸设备进行大规模升级改造，目的是：①用3台板坯连铸机取代原来的4台铸机组织生产；②通过提高拉速和设备利用率，使设备生产能力扩大到700万t；③为缩短设备生产过程中的停机时间，全部采用扇形段结构形式，使用上装引锭杆，装备扇形段全自动更换装置，实现扇形段自动更换；④通过采用新的辊列布置概念，特别是满足用于制造汽车外覆盖件的IF超深冲钢浇铸要求，提高铸坯产品质量；⑤为提高设备可靠性，采用可减少设备维修量的先进设计；⑥显著降低设备维护成本。

阿赛洛将这些目标概括为“未来的电炉炼钢厂”改造项目。现已决定利用最新技术和采用先进的辊列设计，对现有3台板坯连铸机进行彻底改造和重建，并将第4台现有铸机停产。

对现有3台板坯连铸机进行彻底改造和重建，将按计划分期实施，即每年在高炉计划停炉检修期间，对其中1台铸机进行改造。

达涅利已于2006年3月得到全部3台板坯连铸机设备改造订货合同：改造的第1台铸机是CC23号机，已于2006年12月19日浇铸了第1炉钢水；第2台铸机(CC22号机)改造目前正处于工程设计阶段(预计2007年秋季浇注第1炉钢水)；第3台铸机(CC21号机)将于2008年试车投产。

(1)设备改造基本原则

改造项目包括全部拆除现有连铸设备(只有浇注平台、支撑结构和出坯区域保留不变)，并在此基础上建设3台全新的采用最新辊列设计、装备先进的板坯连铸机。

考虑到敦克尔克厂产品结构复杂、品种众多，阿赛洛决定根据产品具体要求和铸机设备分工，有针对性地对每台连铸机采用不同的辊列设计，以使各台铸机能够适应它们所浇铸的品种规格。

由于CC23和CC21将主要用于生产汽车深冲板钢一IF钢，因此，需要对铸机机型进行改造，将弧形改为“直弧型”。CC22将主要生产用于制造板材的硅钢，因此仍保留弧形机型不变。

达涅利作为技术总负责，负责项目管理、全部新设备和成套自动控制系统供货，并负责旧设备的拆除和新设备安装。

(2)CC23铸机主要技术参数

需要彻底改造和重建的第1台连铸机是CC23。铸机于2006年8月16日停产，2006年12月19日重新投人生产运行，创设备改造和重建，其中包括旧设备拆除、土建基础改造和新设备安装最短时间纪录。

新建铸机为双流板坯连铸机，由结晶器、结晶器液压振动装置、所有的扇形段支撑导向结构、扇形段更换装置(自动更换小车)、上装引锭杆系统组成。

新建铸机投产后不仅没有出现任何问题，而且到2006年12月28日，已经超过合同规定的达产指标要求(每天浇注20炉钢水)。特别是在浇注第1炉钢水后，仅用10天时间，就达到一天24 h浇注23炉钢水的日产水平，仅用了合同规定达产时间的一半。

旧铸机只采用一部分扇形段结构，基本弧半径为10．5 m，采用机械式结晶器振动装置、下装引锭系统，借助于EOT天车和扇形段更换导轨更换扇形段，而且没有轻压下功能。

新建铸机为一台直弧型铸机，其垂直段长度为2．2 m，基本弧半径减小到8．2 m，冶金长度为33mm，采用气水雾化／喷水冷却系统，并配备有达涅利所有的最新技术装备，其中包括INMO结晶器、一体式结晶器液压振动装置、OPTIMUM最优化扇形段、扇形段自动更换小车和PRD(圆周穿孔通水冷却)支撑导向辊。此外，铸机还采用了动态轻压下技术和结晶器电磁流量控制系统。

铸机主要技术参数列于表1。

新建直弧型铸机设计的主要目标是为了显著提高用于制造汽车外覆盖件的高级汽车深冲板钢——IF钢的铸坯质量。这一钢种代表着这台铸机所要占领的细分钢材市场。

垂直段长度和基本弧半径的确定，正是全面考虑到既要改善铸坯内部和表面质量，又要尽可能减少现有设备和土建结构改造量(浇注平台和现有出坯辊道标高)，经过认真权衡利弊后做出的最佳选择。

2 新建宝钢4号板坯连铸机

2005年1月，达涅利得到一份订货合同，将为中国最主要的钢材生产商宝钢集团，新建1台双流板坯连铸机，也就是宝钢(中国)4号板坯连铸机。

新建板坯连铸机于2006年12月16日成功地浇铸了第1炉钢水。

原计划应于2007年5月投产的这台新建4号双流板坯连铸机，比原订计划提前21周投产，并且一次热试成功。

达涅利基础自动化和过程控制系统，在浇铸第1炉钢水时，就投入全自动运行，为新建铸机达到年产280万t合格坯生产能力，并且达到一流产品质量，构建一个稳定和可靠的平台。

铸机投产后仅仅12天，就浇注了60炉钢水(300 t钢包)。由于采用达涅利先进的转台钢包倾动设计，使每包钢水收得率均达到最大值。

新建铸机不仅能够浇铸范围广泛的各类钢种，而且最大拉速可达2．2 m／min。

这台双流厚板坯连铸机采用了达涅利最新推出的各项先进的连铸技术，其中包括已经获得专利的达涅利INMO结晶器、先进的结晶器在线调宽技术、先进的结晶器漏钢预报系统、结晶器液压振动装置、结晶器电磁搅拌和制动装置、扇形段自动更换装置。

辊列设计(直弧型机型，垂直段长度超过2．6m，连续弯曲／连续矫直设计，基本弧半径9．5 m)充分考虑了铸机要以较高的拉速浇铸优质钢种、生产一流铸坯的需要。

双流板坯连铸机采用达涅利最优化扇形段设计，并从1号扇形段到最后一个扇形段，全部配备采用LPC(液芯长度控制)模型的动态轻压下功能，以最大限度地提高铸坯内部质量。达涅利最新推出的PDR圆周穿孔通水冷却辊，可提高设备生产能力和可靠性。达涅利ELTM单元坯气水雾化动态控制模型，可优化铸坯表面质量。

新建铸机主要技术参数见表2。

3优质板坯连铸创新技术

除其它特点以外，阿赛洛和宝钢新建板坯连铸机还有一个共同的特点，那就是都采用了达涅利戴维·迪斯汀顿研制开发的两项最新技术：INMO结晶器(整体运动结晶器)和OPTIMUM最优化扇形段。

3．1 INMO(INtegral Mould整体式结晶器)设计(达涅利专利)

INMO结晶器概念(整体运动结晶器)，最初是由达涅利戴维·迪斯汀顿和韩国浦项光阳厂技术小组共同研制开发的，目的是要显著改善现有板坯连铸机浇铸的铸坯质量，并减少设备维护工作量。

3．1．1 INMO结晶器概念

INMO结晶器(图1)具有下列主要特点，目的是要成为“最佳结晶器”。

(1)可根据实际浇铸条件(拉坯速度、冶金要求、浇铸保护渣特性等)，动态调整结晶器振动参数。这是通过液压振动装置在INMO结晶器上实现的。

(2)严格控制振动参数的几何误差(自动控制系统设定的理论振动参数的极限偏差)。这是通过简化振动驱动装置(液压油缸)，减小振动系统(结晶器振动框架部分)之间的关系实现的。没有采用弹性连接件(如弹簧)或平行4杆机构(如短臂4杆式振动机构)，油缸推力直接作用在结晶器振动系统上。

(3)减少结晶器／振动系统设备维护量和设备质量，以使振动装置在整个设备运行周期内保持振动精度，而无需更换在结晶器振动过程中起导向作用的“易损件”，以使这些导向件在“磨损”后仍能保持足够的导向精度。(比如轴承的均匀磨损或改变需要定期更换元件的弹簧弹性性能)。这是通过采用带有“滚动元件”、用于严格控制结晶器导向精度的“无摩擦”(即无磨损、无维护)装置实现的。

(4)结晶器振动“驱动装置”由装在结晶器下面的2个液压油缸(通过冗余伺服阀实现同步运动)组成。液压油缸借助于垂直布置的推杆，直接驱动结晶器运动部件运动。这样，可以大大减小整体振动质量(从而减小整个振动系统的惯性)。结晶器振动(由“滚动元件”确保实现准确的垂直振动)如同一个“无摩擦滚动导向装置”。

3．1．2“滚动元件”导向系统

这是一项用于实现精确导向的独特的专利技术，它具有下列主要特点：

(1)几乎不存在任何摩擦力，意味着无需设备维护；

(2)弹簧元件(弹簧)无惯性，意味着可精确控制振动参数；

(3)极小的导向偏差，意味着可获得更好的铸坯表面质量。

由于在“滚动元件”设计中没有轴承或弹簧存在，因此可实现极为精确的结晶器振动导向。由于实际上不存在磨损，因此可在整个设备运行周期内保持导向精度。

3．2 OPTIMUM最优化扇形段

达涅利戴维·迪斯汀顿自1959年在世界上推出第1台板坯连铸机以来，在先进的板坯连铸设备供货方面已经积累起丰富的经验，并研制开发出新一代扇形段。这种扇形段采用坚固的结构设计(图2)，便于维护和检修，并采用先进的工艺技术，特别是为当今流行的连铸新工艺开发的各项新技术，其中包括动态轻压下。

OPTIMUM最优化扇形段的名称，是由反映这一新概念主要特点的一系列主题词的第一个字母组成的：

Operation Flexibility(操作灵活性)，可立即变换浇铸厚度，便于扇形段更换；

Product(产品)尺寸控制；

Thickness(浇铸厚度)变换无需更换定距块或垫片；

Inereased Production通过缩短重上引锭时间，(提高设备生产能力)；

Maximum．Reliabmty(最大限度地提高设备可靠性)，同时便于检修人员接近设备；

Ultimate Product Quality(获得最佳产品质量)，通过提高铸流支撑结构刚度和动态轻压下实现；

Monitoring(监视)和检测铸坯液芯长度和凝固末端位置。

OPTIMUM扇形段的主要特点包括：结构坚固的端部开式设计；便于设备检修人员接近设备；无中心导向柱；无连杆限制检测人员接近设备；球铰数量减至最少；可安装在连铸机弧形区和拉矫区；导辊采用液压夹紧；独立的驱动辊液压系统；可实现反向驱动。

扇形段下辊座上装有4个连杆，每个角部1个。位于扇形段入口侧的2个连杆采用铰接方式，承受所有沿出坯方向的剪切力。位于扇形段出口侧的2个连杆采用双销轴连接方式。销轴允许扇形段膨胀和绕固定导向装置转动，同时由销轴连接的机座保持不动。

扇形段上辊座的活动受到上述连杆的限制。上辊座相对于下辊座的运动通过液压油缸实现。扇形段上辊座相对于下辊座保持一定的锲角，这对于保持辊缝收缩和实现轻压下是必不可少的。上辊座通过连杆与下辊座相连，连杆通过球形安装座装在下辊座上。

入口连杆确定扇形段入口开口度，并保持一定的刚度和稳定性。出口连杆另外带有一个连杆，无需导向装置，可在没有摩擦力，并保持总体精度的条件下，形成规定的收缩辊缝和实现轻压下。球形连接装置还允许扇形段沿横向倾斜。

4 结论

由于新设备，如INMO结晶器和OPTIMUM最优化扇形段的不断发展，世界上一些著名的钢材生产商选择达涅利戴维·迪斯汀顿作为它们的合作伙伴和设备供货商，为它们新建装备先进的板坯连铸机。

达涅利拥有卓越的技术实力和丰富的工程管理经验，因此能够使在阿赛洛米塔尔(法国敦克尔克)和宝钢(中国上海)新建的2台世界上最先进的板坯连铸机同时顺利试车投产。用户对此十分满意。

这两台设备同时顺利试车投产(前后仅差3天时间)，并迅速达产，充分证明达涅利与用户之间的合作开发获得极大成功，同时也证明达涅利设备具有高度可靠性。