方坯斷面規(guī)格擴(kuò)展及互換設(shè)計(jì)研究

趙海順 劉朝華 陳建新 張永清 魏建平

（安陽鋼鐵集團(tuán)公司，河南 安陽 455000）

在鋼鐵產(chǎn)能過剩、產(chǎn)品微利長期持續(xù)的競爭形勢下，企業(yè)如何合理調(diào)配現(xiàn)有生產(chǎn)流程的品種結(jié)構(gòu)、搶抓市場機(jī)遇和擴(kuò)大產(chǎn)品適應(yīng)市場的能力尤為重要。

國內(nèi)小斷面方坯生產(chǎn)線以150mm×150mm和120mm×120mm為主，投產(chǎn)年代和配套設(shè)備有差異，兩種規(guī)格各具優(yōu)勢，但原設(shè)計(jì)一般都是單一規(guī)格，有些企業(yè)分別有150mm×150mm或120mm×120mm的生產(chǎn)線，并且身在異處，受用來自不同的轉(zhuǎn)爐鋼液供給，資源不可共享。隨著市場鋼品種多元化開發(fā)，這種單一生產(chǎn)模式嚴(yán)重制約了品種結(jié)構(gòu)靈活調(diào)整。如果把方坯生產(chǎn)線擴(kuò)展成為生產(chǎn)兩種甚至多種規(guī)格的能力，并且可以方便地切換，將給企業(yè)帶來更大的生產(chǎn)調(diào)配空間，增強(qiáng)競爭力。

1 擴(kuò)展的必要性

以120mm×120mm擴(kuò)展150mm×150mm為例，規(guī)格擴(kuò)展后能滿足不同軋鋼生產(chǎn)線的坯料供應(yīng)，增強(qiáng)型材產(chǎn)品的市場適應(yīng)能力和反應(yīng)速度。生產(chǎn)150mm×150mm斷面方坯具有低成本優(yōu)勢，且在同樣定尺情況下，增加鑄坯單重可加大壓縮比，改善鋼材質(zhì)量，減少氧化燒損和切頭切尾比例，提高成材率。也可外銷150mm×150mm方坯市場，以提高生產(chǎn)能力，提高適應(yīng)市場進(jìn)行品種結(jié)構(gòu)調(diào)整的水平。150mm×150mm擴(kuò)展120mm×120mm也同樣具有重要的意義，例如滿足小規(guī)格軋鋼產(chǎn)品的需要等［1］。

方坯生產(chǎn)線始建于不同年代，其生產(chǎn)工藝和設(shè)備有著很大差異，規(guī)格擴(kuò)展后將取長補(bǔ)短，充分利用各自生產(chǎn)資源，提高設(shè)備作業(yè)率。

2 擴(kuò)展的可行性

基本數(shù)據(jù)（以120mm×120mm擴(kuò)展150mm×150mm為例）：一條1989年投產(chǎn)的120mm×120mm方坯生產(chǎn)線，弧半徑6m，流間距1.1m，設(shè)計(jì)平均拉速2.1m/min。后經(jīng)過多次優(yōu)化改造，實(shí)際平均拉速能達(dá)到3.6m/min，最高拉速4.5m/min。

根據(jù)計(jì)算，改造后不考慮斷面互換的影響，平均拉速2.3m/min即可保證現(xiàn)有產(chǎn)能不變；基本弧半徑是能澆注最大鑄坯厚度的重要參數(shù)，將影響鑄坯質(zhì)量；根據(jù)矯直時(shí)鑄坯允許表面的延伸率、最大液相深度和經(jīng)驗(yàn)公式等進(jìn)行測算，120mm×120mm鑄機(jī)生產(chǎn)150mm厚度鑄坯弧半徑基本可以滿足要求。

3 設(shè)計(jì)改造內(nèi)容

3.1 設(shè)計(jì)原則

根據(jù)連鑄坯形狀、截面尺寸、定尺長度（單重）的選擇、設(shè)計(jì)原則應(yīng)為：

①鋼材產(chǎn)品質(zhì)量第一。能獲得均勻度、細(xì)密度高，表面質(zhì)量好的鑄坯，保證必需的、適度的壓縮比，使軋材獲得優(yōu)良的組織性能。

②形狀、截面尺寸和定尺長度最佳化。使產(chǎn)品綜合成材率、定尺率最高，產(chǎn)品小時(shí)產(chǎn)量最佳化，滿足產(chǎn)品大綱與年產(chǎn)量的要求。

③冶煉裝備與軋鋼機(jī)的匹配性、雙向適應(yīng)性好，同時(shí)鑄機(jī)適澆性好。

④能滿足熱送熱裝和熱直接軋制的要求，最大限度地節(jié)能降耗。

⑤綜合經(jīng)濟(jì)效益好，產(chǎn)品成本最低化。

以此為依據(jù)，進(jìn)行連鑄機(jī)其他主要技術(shù)參數(shù)（拉速、產(chǎn)量、流數(shù)、連澆爐數(shù)、開澆流數(shù)、弧形半徑、振頻、二冷水量及分配、拉矯力等）結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)研究。同時(shí)，在新廠設(shè)計(jì)時(shí)，對冶煉工藝、裝備和軋鋼工藝、軋機(jī)組成，按上述原則設(shè)計(jì)研究，使冶煉、連鑄、軋鋼三方面設(shè)計(jì)最優(yōu)化并一體化。對傳統(tǒng)舊廠改造，則要研究冶煉、軋機(jī)的變革及重組，以獲取連鑄的最佳效益。

3.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

為降低施工成本，簡化改造內(nèi)容，且相互切換方便，兩種改造均以外弧面為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面。

本次改造分為結(jié)晶器改造和噴淋管改造兩部分（以120mm×120mm擴(kuò)展150mm×150mm為例）：

3.2.1 結(jié)晶器改造

兩種斷面均用塞棒+浸入式水口的控流方式，結(jié)晶器外形安裝尺寸不變，需將結(jié)晶器銅管按目標(biāo)規(guī)格要求進(jìn)行改造，并作為整體部件，調(diào)整規(guī)格時(shí)整體更換，以達(dá)到省時(shí)高效、準(zhǔn)確定位。

兩種斷面共用一臺振動連接裝置，滿足敞開澆注與保護(hù)澆注要求，振動連接方式要滿足快速定位和拆裝。

3.2.1.1 對150mm×150mm結(jié)晶器工藝技術(shù)要求：

銅管錐度＜1.2%/m，銅管長度850mm。

每流水量135±5m3/h

水縫寬度：4.0mm

銅管上口內(nèi)徑：153.8±0.2mm

3.2.1.2 對150mm×150mm振動器工藝技術(shù)要求：

振幅：A=4.8～5.0mm

振頻：f=75+45v（拉速v=0～2.8m/min時(shí)）

f=45+50v（拉速v=2.81～4.0m/min時(shí)）

f最大為220Hz

引錠頭需要進(jìn)行必要的過渡改造，以適應(yīng)不同中心的方坯斷面（圖1所示）。

圖1 引錠頭過渡改造（120mm×120mm）

3.2.2 噴淋管改造

為了方便快捷地切換兩種生產(chǎn)規(guī)格，先按150mm×150mm位置設(shè)計(jì)零段、一段、二段的環(huán)形、內(nèi)弧、外弧和側(cè)弧噴淋管及噴嘴全套。對于120mm×120mm噴淋管，有兩種方法：一是在150mm×150mm基礎(chǔ)上，每個噴嘴的位置設(shè)計(jì)加長桿，桿頭部安裝120mm×120mm對應(yīng)的噴嘴，加長桿長度原則上就等于150mm和120mm斷面之差，每個位置設(shè)計(jì)的加長管長度是不同的，根據(jù)具體計(jì)算結(jié)果來確定；二是直接按照120mm×120mm位置設(shè)計(jì)噴淋管。這樣，對于兩種規(guī)格，就有兩套單獨(dú)的噴淋裝置。更換規(guī)格時(shí)，整體將噴淋管更換即可。加長桿如圖2所示。

圖2 加長桿制作圖

也有另外一種更換方式：噴淋管不動，將加長管安裝（或卸下），再裝上相應(yīng)的噴嘴。這種方式優(yōu)點(diǎn)是噴淋管不用找正，缺點(diǎn)是比較費(fèi)時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況確定哪種更換方式。

3.2.3 噴嘴布置設(shè)計(jì)

3.2.3.1 零段噴嘴

零段噴嘴分為角部噴嘴和面部噴嘴。

只有在零段使用角部噴嘴，主要對方坯角部進(jìn)行冷卻。設(shè)一周共4個，均勻分布，角部棱距離90mm，噴管設(shè)計(jì)成“L”形狀，直接安裝在零段水環(huán)上。

圖3 改造后的效果圖

面部噴嘴設(shè)4層，每層4個，分別安裝在內(nèi)側(cè)、外側(cè)、左側(cè)、右側(cè)4個豎管上，與鑄坯表面距離120mm，保證每層4個面噴嘴在與鑄坯中心垂直的同一截面上，噴嘴型號為3/8HH15。

3.2.3.2 一段噴嘴

面部噴嘴設(shè)12層，每層4個，分別安裝在內(nèi)側(cè)、外側(cè)、左側(cè)、右側(cè)4個豎管上，與鑄坯表面距離120mm，保證每層4個面噴嘴在與鑄坯中心垂直的同一截面上，噴嘴型號上3層為3/8HH15，下9層為1/4HH6.5。

3.2.3.3 二段噴嘴

面部噴嘴設(shè)8層，每層4個，分別安裝在內(nèi)側(cè)、外側(cè)、左側(cè)、右側(cè)4個豎管上，與鑄坯表面距離120mm，保證每層4個面噴嘴在與鑄坯中心垂直的同一截面上，噴嘴型號為1/4HH6.5。

改造后的效果如圖3所示（120mm×120mm規(guī)格時(shí)）。

4 結(jié)語

兩種規(guī)格改造后分別進(jìn)行了試驗(yàn)性生產(chǎn)，均取得了預(yù)期效果。由于生產(chǎn)規(guī)格范圍擴(kuò)大，拓展了生產(chǎn)調(diào)度空間，將為企業(yè)降本增效做出重要貢獻(xiàn)。

［1］云正寬.冶金工程設(shè)計(jì)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.