连铸机工艺设计若干问题的认识

连铸

Continuous Casting

N o.3M ay 2010

连铸机工艺设计若干问题的认识

李万国

(中冶赛迪上海工程技术有限公司炼钢部,上海200940)

摘 要:通过对20多年连铸工艺设计的总结,论述了连铸工艺设计过程中主要工艺参数的确定、主要工艺设计思想、连铸领域某些发展动态等,为连铸机工艺设计提供参考。关键词:连铸机;工艺设计;认识

中图分类号:T F 777.2 文献标志码:A 文章编号:1005 4006(2010)03 0016 07

Thought About CCM Engineering

LI Wan g uo

(Steelmaking Depart ment ,CI SDI Shanghai Eng ineer ing Co.,L td.,Shanghai 200940,China)

Abstract:A cco rding to aut ho r s ex perience o f ov er 20y ear s engineer ing pr act ice,this ar ticle describes so me con cepts abo ut CCM engineering ,such as ho w to decide main designing data and so me tho ug ht abo ut CCM eng ineering wo rk and the recent development of continuous casting machine.T his article can be used as a reference mater ial and for purpose of discussio n.

Key words:co ntinuous cast ing machine;eng ineering wo rk;so me t ho ug ht

作者简介:李万国(19 ),男,教授级高级工程师; E mail :w gli666@hotmail.com; 收稿日期:2009 11 01

中国从80年代起开始引进现代化连铸机,刚开始,几乎所有的国内冶金设计院都只是做工厂设计,对连铸机工艺设备的认识基本上都是从外商的合同附件、技术说明等方面获得一些东西,不仅谈不上系统,而且也不完全正确。但在其后的二十多年,尤其是2000年以后,随着中国钢铁工业突飞猛进的发展,连铸设计理念也得到了完善。到目前为止,中国的连铸机品种规格应该是世界上最全的,连铸机产品规格之最 最厚/最薄、最宽/最窄、流数最多的世界记录都在中国诞生。与中国钢铁生产发展同步,中国钢铁工业设计水平也接近了国际先进水平,中国连铸机的国产化率已经非常高,品种规格基本齐全,国产连铸机还创造了流数最多、规格最大等世界记录,所以,有理由认为中国的连铸机设计水平接近了国际先进水平。但是,由于多年来没有行业协调,各个冶金设计院(现多数已改为工程公司)各行其道,行为很不规范。设计队伍数量虽多,水平却参差不齐,不象正规军,更象游击队,与国外大公司相比,整体实力上还是有些差距。由于没有统一的设计标准和系统的设计手册,很多设计数据、设计计算都无法在一个平台上统一,这很不利于整个行业的进步和发展。所以,笔者认为,国内连铸设计行业同仁应共同努力,编制一个系统的设计手册,象1972年出版的!炼钢设计参考资料∀那样,以指导中国连

铸设计行业标准化、系统化,行业水平整体升级。

1 大、小方坯的定义

中国把200mm 以上的方坯定义为大方坯(bloo m),笔者认为这个定义不太准确,应该以250m m 为界划分大方坯(bloo m)、小方坯(billet),其理由如下:1)根据国际钢铁协会的定义[1]:方坯系列分类为小方坯<100m m ;大方坯160~250mm ;小轧制工字梁用的异形坯500m m #250m m;中型方坯400mm #300mm;大轧制工字梁用的异形

坯1100mm #500m m;2)大、小方坯的本质区别是设计是否考虑铸坯鼓肚,小方坯无需考虑铸坯鼓肚,结晶器下无夹持辊段(或很短),可以采用刚性引锭杆机型。国内某厂240mm #240m m 连铸机,半径R 10m ,就是刚性引锭杆机型,结晶器下只有5排夹持辊(包括2排结晶器足辊)。而大方坯则必需考虑铸坯鼓肚,结晶器下有较长的夹持辊段,采用多个扇形段,引锭杆为柔性结构。

2 连铸机主要设计参数的确定

主要设计参数的确定是连铸机设计过程中最重要的一个环节,也是最基础的环节。设计参数选择不合适,则设计产品(即连铸机)与生产需求不匹配,连铸机达不到生产实际需要的参数指标,或勉强达

第3期李万国:连铸机工艺设计若干问题的认识

到但设备运行参数不在最佳区间,从而达不到最优生产指标。设计拉速的确定就是一个很深刻的例证。中国在20世纪80年代引进现代化连铸机至自主开发现代化连铸机的最初十来年,大部分用户都盲目追求高拉速,好象设计指标定得越高越好,结果连铸机一投产,长期低于设计拉速运行,结晶器锥度、二冷喷嘴流量范围、调节阀流量范围等一系列参数都与实际生产操作拉速严重不匹配,结晶器拉坯阻力大、二冷喷嘴雾化不好、调节阀在低端运行而致使调节精度差、流量稳定性差等,结果连铸机生产不正常、铸坯质量不高。此后,经过十多年的生产实践摸索,整个连铸界基本上认识到了合理确定拉速指标的重要性,设计拉速合适,结晶器、二冷设备参数配置准确,连铸机工作特性就好,连铸机产量、质量表现也就最优。2.1 连铸机工作拉速

连铸机工作拉速的确定,主要有两个决定因素:机器参数,如弧形半径、结晶器长度、连铸机冶金长度、矫直曲线参数等,基于机器参数进行冶金计算,可以算出连铸机的允许最大拉速,这个拉速仅是基于机器条件的;满足铸坯质量要求。为了保证铸坯质量合格、防止缺陷产生,拉速不能过高也不能过低,任何一个断面、钢种,都有一个合适的拉速范围,在这个合适拉速范围内能保证铸坯质量优良。这个合适拉速范围是计算得不到的,只有通过多年的生产实践才能总结出来,是很珍贵的实践数据。中国连铸机品种、规格齐全,最近二十多年又积累了大量的生产经验,这为指导国内连铸设计准确选择设计参数创造了非常好的条件。2.1.1 小方坯工作拉速

典型断面的小方坯工作拉速见表1。

表1 典型断面的小方坯工作拉速Table 1 Casting speed of typical billets

铸坯断面

(厚度#宽度)/mm 钢种分类

工作拉速/

(m ∃min -1)

备注

120#120普碳钢、低合金钢 3.5~4.0

中碳钢 3.0~3.5高碳钢、合金钢 2.5~3.0

150#150

普碳钢、低合金钢 2.8~3.0最高拉速~3.5m/min

中碳钢 2.5~

2.8高碳钢、合金钢 2.0~2.5200#200

普碳钢、低合金钢

1.8~

2.0中碳钢 1.5~1.8高碳钢、合金钢

1.1~

1.3

2.1.2 小圆坯工作拉速

典型断面的小圆坯工作拉速,见表2。

表2 典型断面的小圆坯工作拉速

Table 2Casting speed of typical small rounds

铸坯断面(直径)/

m m 钢种分类工作拉速/(m ∃min -1)

200

普碳钢、低合金钢

3.5~

4.0中碳钢 3.0~3.5高碳钢、合金钢 2.5~3.0 250

普碳钢、低合金钢

2.8~

3.0中碳钢 2.5~2.8高碳钢、合金钢

2.0~2.5

2.1.3 大方坯工作拉速

典型断面的大方坯工作拉速,见表3。

表3 典型断面的大方坯工作拉速Table 3 C asting speed of typical blooms

铸坯断面(厚度#宽度)/

m m 钢种分类工作拉速/(m ∃min)

250#250

普碳钢、低合金钢

1.1~1.2中碳钢0.9~1.0高碳钢、合金钢0.75~0.9300#300

普碳钢、低合金钢

0.75~0.80中碳钢0.70~0.75高碳钢、合金钢0.55~0.70320#420

普碳钢、低合金钢

0.65~0.70中碳钢0.55~0.60高碳钢、合金钢0.50~0.55360#450

普碳钢、低合金钢

0.60~0.65中碳钢0.50~0.55高碳钢、合金钢0.45~0.50380#490

普碳钢、低合金钢

0.50~0.55中碳钢0.45~0.50高碳钢、合金钢

0.40~0.45

2.1.4 大圆坯工作拉速

典型断面的大圆坯工作拉速见表4。

表4 典型断面的大圆坯工作拉速Table 4 C asting speed of typical large rounds

铸坯断面(直径)/

m m 钢种分类工作拉速/(m ∃min -1)

300

普碳钢、低合金钢

1.1~1.3中碳钢 1.0~1.2高碳钢、合金钢

0.8~1.1 350

普碳钢、低合金钢

0.8~0.9中碳钢0.7~0.8高碳钢、合金钢

0.6~0.7 450

普碳钢、低合金钢

0.50~0.55中碳钢0.45~0.50高碳钢、合金钢

0.40~0.45 500

普碳钢、低合金钢

0.40~0.45中碳钢0.38~0.43高碳钢、合金钢

0.35~0.38 600

普碳钢、低合金钢

0.33~0.35中碳钢

0.32~0.33高碳钢、合金钢0.30~0.32 800

普碳钢、低合金钢

0.18~0.20中碳钢0.18~0.20∃

17∃

2.1.5 板坯工作拉速

典型断面的板坯工作拉速见表5。

表5 典型断面的板坯工作拉速

Table5 Casting speed of typical slabs

铸坯断面(厚度#宽度)/mm 钢种分类

工作拉速/

(m∃min-1)

备注

(200~250)# (1600~2050)普碳钢、低合金钢 1.4~1.8

其中多数在

1.0~1.4

中碳钢 1.3~1.5

高碳钢、合金钢0.8~1.2

包晶钢<1.6

几乎没有

超过1.6的硅钢0.8~1.0

2.2 连铸机综合凝固系数

连铸机综合凝固系数是连铸机工艺设计中另一个重要参数,很多冶金计算都基于它。它对于保证连铸机总体设计的合理性、准确性是至关重要的,如连铸机半径、辊列、切割机位置的确定等。

根据国际钢铁协会的出版物[1],连铸机综合凝固系数k的取值范围如下:

板坯,k=26~29m m/m in0.5;

大断面大方坯,k=25~27m m/m in0.5;

中等断面大方坯,k=26~28mm/min0.5;

小断面大方坯或小方坯,k=27~30m m/ min0.5;

大圆坯,k=28~30mm/min0.5;

小圆坯,k=30~32mm/min0.5。

根据国外某工程公司的连铸机技术说明,连铸机综合凝固系数k的取值范围如下:

大方坯,k=26.5~27.5mm/min0.5;

小方坯, 弱冷k=27mm/min0.5;

中冷k=28mm/min0.5;

强冷k=29mm/min0.5。

2.3 连铸机中间罐容量

中间罐容量的设计准则[1]:

1)钢水滞留时间5~10m in,以利于夹杂物上浮;

2中间罐液面深度不小于600m m,以避免涡流的产生。

2.4 连铸机比水量

小方(圆)坯连铸机拉速高、二次冷却段短、冷却时间短,比水量较大。铸坯采用%热行&制度时,全水冷却比水量0.8~1 8L/kg,气水冷却比水量0 5~ 1 2L/kg;铸坯采用%冷行&制度时,全水冷却比水量可高达2 5~3 0L/kg。

大方(圆)坯连铸机拉速低、二次冷却段长、冷却时间长,比水量较小。气水冷却比水量0 1~0 5L/kg。

板坯连铸机,气水冷却比水量0 5~0 8L/kg。某些特殊钢种,比水量也特殊,如硅钢板坯连铸机气水冷却比水量可达2 5L/kg;IF钢板坯连铸机气水冷却比水量可达1 8L/kg。

2.5 连铸机结晶器振动参数

小方(圆)坯连铸机拉速高,广泛采用高频率、小振幅振动模式,结构型式目前多为机械式。振幅范围∋3~∋6mm,频率范围30~300次/m in。

大方(圆)坯连铸机、板坯连铸机目前广泛采用液压振动,振幅范围∋3~∋6m m,频率范围30~ 300次/m in。

液压振动,首先可以实现频率和振幅随拉速变化实时调节,另外还可以实现不同的振动波形曲线。通过上述手段可以实现正滑脱、负滑脱参数的任意组合,从而精确吻合不同断面、钢种、拉速条件下的不同冶金要求,为提高拉速和铸坯质量创造了条件。

振动工艺参数优化主要是控制正、负滑脱时间,冶金方面的要求是:基本不变的负滑脱时间(10~15 s),正滑脱时间随拉速增长而增长。振动既要有合适的负滑脱时间,以满足压合坯壳的冶金功能要求,负滑脱时间又不能太长,否则会导致振痕深度加大和保护渣消耗降低,促使表面缺陷形成和增加漏钢可能。所以希望负滑脱时间始终保持一个合适值,不随拉速波动而变化,正滑脱时间则随拉速增加而加长,以减少振痕深度、增加结晶器保护渣消耗以改善结晶器润滑,从而改善铸坯表面质量和防止黏结漏钢。液压振动正是通过实时调节振幅和频率,或采用非正弦波形,达到上述目的。

液压振动近几年在国内迅速推广普及,几乎所有的新建板坯、大方(圆)坯连铸机都采用了液压振动。

2.6 铸坯在冷床上的温降速度

铸坯在冷床上的温降速度是铸坯冷却时间和冷床长度计算的基础参数,准确的取值,是保证设计选取合适的冷床长度,准确保证铸坯下线目标温度的基础。如果冷床长度设计短了,会造成铸坯冷却不够、下线温度高、起吊时弯曲变形、磁盘吸不动等问题。冷床长度设计过长,则会造成投资浪费。所以,确定合适的冷床长度也是非常重要的。铸坯在翻转、步进冷床上的冷却速度,小断面方(圆)坯约7 8(/min,大断面方(圆)坯2 5~3 0(/min。2.7 铸坯堆垛冷却温降速度、缓冷温降速度

铸坯堆垛冷却温降速度、缓冷温降速度是出坯

∃18∃第3期李万国:连铸机工艺设计若干问题的认识

堆垛面积计算和铸坯缓冷坑周转数量计算的基础参

数。铸坯堆垛冷却温降速度、缓冷温降速度,见

表6。

表6 铸坯堆垛冷却温降速度、缓冷温降速度

Table6 Cooling speed of casting products

in stacks or in cooling pits

铸坯规格堆垛冷却

温降速度

保温罩缓冷

温降速度/

((∃h-1)

缓冷坑缓冷

温降速度/

((∃h-1)

方(圆)坯低碳钢,600(至

100(:~24h

高碳钢,600(至

100(:~48h

7~107~10

3 特殊钢种连铸机的特殊工艺技术措施

对于含铅易切削钢,为了防止铅的蒸发对人体产生危害,在结晶器区域配备排烟装置捕获含蒸发铅的烟气。

对于高铬钢种,如不锈钢、铬合金钢等,在用氧炔切割时不能燃烧,可以向火焰内喷射粉末作为热源,如在火焰切割机上加喷铁粉装置,即采用氧熔剂切割方法(氧熔剂切割是在切割氧流中加入纯铁粉或其它熔剂,利用它们的燃烧热和废渣作用实现气割的方法)。粉末燃烧时会产生大量烟雾,要设置烟气捕集装置。

铁素体不锈钢,高温机械强度很差,出结晶器的坯壳强度不足以克服钢水静压力,铸坯容易鼓肚,即使是小方坯也需要夹持辊段支承。如某厂160mm# 160mm小方坯,结晶器下方设置7排夹持辊,其中包括3排结晶器足辊(而对于浇铸其它钢种的160mm#160mm小方坯,结晶器下方只需1~2排足辊即可,甚至可以不设足辊,所以,与浇铸铁素体不锈钢的小方坯的区别是很大的)。

不锈钢不能用火焰进行表面缺陷清理,只能用机械清理方式。火焰清理的割渣、飞溅等易生锈物质的附着与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。另外,火焰加热区域的成分与金相组织发生变化而不均匀,与腐蚀介质形成原电池也产生电化学腐蚀。

不锈钢板坯用铸流电磁搅拌:不锈钢粘度大,需要的搅拌力大,如果用辊式电磁搅拌,一般2对辊并列使用,即相邻的两对辊均为SEM S辊,一般装在弯曲段末端或扇形段一中。

电工钢板坯用铸流电磁搅拌:电工钢导热性差,二冷段内铸坯厚度方向上温度梯度大,因而柱状晶组织发达,容易导致内部裂纹和中心偏析产生,并使热轧板出现粗大的带状组织,板形易出现瓦楞状缺陷。为减轻上述缺陷,多采用铸流电磁搅拌抑制柱状晶组织的发展,增加铸坯中的等轴晶比率。铸流电磁搅拌一般装在弯曲段末端和/或扇形段一中。

4 圆坯连铸机的优越性及发展趋势

圆坯在凝固过程中,圆坯外表面各个方向坯壳均衡发展,钢水静压力也均匀作用于圆坯坯壳各个方向,所以,不易产生鼓肚。因而大圆坯连铸机所需要的夹持辊段长度比同等截面的方坯要短得多,扇形段结构大大简化,设备造价比大方坯连铸机低。

在铸坯质量特点方面,与大方坯相比,大圆坯具有化学成分均匀、冷却均匀、无角部裂纹、可塑性强等特点。

大圆坯连铸机铸坯铸态组织好、缺陷少,而且设备简单、造价低,所以,更具有发展前景。

5 大容量冶炼炉与小方坯连铸机的匹配问题

由于中国行业新建小容量冶炼炉,新建冶炼炉的公称容量基本上都在100t级以上,小方坯连铸机配置基本上都在8流以上。这给连铸机带来二个显著的变化:钢包采用双水口配双中间罐(中间罐罐形特殊,流场特性有先天缺陷),出坯系统基本上都是二套,每套对应一半的流数。

小方坯连铸机拉速高,如果流数又在8流以上,出坯系统的节凑就成了突出的问题,必须进行认真的连铸机工序周期分析计算。

连铸机工序周期时间分析计算方法:首先是要划分各作业工序,然后分析计算各作业工序的作业周期时间,各作业工序的作业周期均不得大于铸坯产出周期,否则,铸坯就会堆堵而送不出,这显然是不允许的。划分各作业工序的原则是,各作业工序所包含的所有设备的作业不得与其它作业工序的任何设备在作业上有空间依赖关系(例如,A工序中的某个设备作业与B工序中的某个设备作业有共同的作业空间,B不让位,A就不能作业),各作业工序所包含的所有设备还不得与其它作业工序的任何设备作业有时序上的依赖关

∃

19

∃连 铸

系(例如,B未完成接力动作,A就不能返回和开始下一个动作周期)。划分作业工序很重要,如果划分有错误,比如,A和B本是一个工序中的两个步骤,而被错误地划分成了二个工序,在分析工序周期时,A和B的工序周期都小于铸坯产出周期(即,虚假的工序周期小于铸坯产出周期),但A和B配合作业总周期大于铸坯产出周期(即,真实的工序周期大于铸坯产出周期),结果就造成出坯来不及。

6 大断面铸坯连铸机的工艺技术特点

6.1 冶金学特点

产品质量要求高:大方坯多用于轧制机械结构用材(如轴、齿轮等)、大型结构钢(如H钢)、轨梁(如高速重轨)等,大圆坯多用于轧制无缝管、大圆棒等,由于这些钢材的最终用途的重要性,要求其具有良好的力学性能,因而,对连铸坯质量提出了很高的要求,如偏析、裂纹、疏松、缩孔、等轴晶率等都有严格要求。

但大断面铸坯又容易出现内部质量问题,与上述要求形成了矛盾。大断面铸坯由于断面尺寸大,凝固中后期传热慢,横断面方向上的温度梯度大,柱状晶发达,容易产生偏析、疏松、缩孔、内裂等缺陷;另外,大断面铸坯的钢种也多为中高碳钢及合金钢,其冶金物化特性、高温力学性能、凝固特性都比较复杂,如两相区温度、导热系数、高温强度及塑性、相变及体积变化等都有对铸坯质量向良性发展的不利影响,也就是说,它们容易促使内部质量缺陷的形成(例如,高铬钢导热性差,凝固时柱状晶发达;又如,高碳钢高温强度差,因而容易产生裂纹)。

上述一正一反的两个因素,就决定了大断面铸坯连铸机质量控制的复杂性,这就是大断面铸坯连铸的冶金学特点。

6.2 工艺技术特点

大断面铸坯连铸机拉速慢,铸坯冷却时间长,铸坯温降大,铸坯在拉矫机内的温度很可能在第三脆性温度区间附近,控制不好就容易产生矫直裂纹,所以一般都在喷淋冷却区以下加铸坯保温罩,甚至可以设置加热装置以提高铸坯的矫直温度。

有些钢种铸坯要求缓冷,尤其是断面尺寸大到一定程度更要求缓冷,以防止产生低温裂纹。所以,出坯系统不仅要配置冷床,还要同时配置热坯下线台架,以便热坯在高温条件下线进缓冷坑。

为避免有缺陷铸坯进入轧机轧出废品而造成浪费,大断面铸坯连铸机的连铸坯,尤其是供轧制无缝管的管坯一般都要求进行铸坯表面质量检查,以分检出不合格铸坯和进行铸坯表面精整。所以出坯跨一般都要设置一定数量的铸坯摊开检查和精整作业工位。6.3 设备特点

大断面铸坯连铸机夹持辊段长,扇形段数量多,更换断面又必须更换夹持辊段,所以,断面更换时间长、停机时间长、连铸机作业率低,所以必须采用快速更换技术措施,以防过多降低连铸机作业率。

为分析铸坯内部质量,大断面铸坯连铸机和板坯连铸机需经常取样进行铸坯低倍组织分析,所以,一般都配有取样切割装置。大断面铸坯连铸机切头切尾尺寸大,切割区行程要保证足够长,以便于切头、切尾处理。大断面铸坯连铸机和板坯连铸机的铸坯所供给的轧机,轧辊尺寸精密、表面光洁度高,为了避免铸坯切割时产生的毛刺损伤轧辊,一般都配备去毛刺机。为了便于铸坯质量跟踪,对有质量异常潜在可能的铸坯能顺利分检出,以便下线检查,一般都配有铸坯打号机,以标示铸坯质量信息。

大断面铸坯连铸机出坯节凑慢、铸坯温度低,而且大断面铸坯不易变形产生弯曲,所以冷床系统也会发生概念性的变化,甚至可以取消冷床,铸坯直接从辊道下线。根据铸坯冷床的功能,就大断面铸坯连铸机设不设冷床分析如下:冷床功能一:铸坯冷却至一定温度,防止吊坯时铸坯弯曲变形,对于大断面铸坯不存在吊坯时弯曲变形的问题,所以可以不考虑设置冷床;冷床功能二:铸坯冷却至一定温度,以便采用电磁盘吊坯下线,对于不采用电磁盘吊坯下线的工程,也可以考虑不设置冷床;冷床功能三:铸坯在冷床上收集并拢成组,以便成组吊坯下线,对于超大断面,铸坯单根质量很重,铸坯下线只能单根起吊,也可以考虑不设置冷床;冷床功能四:冷床作为缓冲区,以缓解车间起重机吊坯下线还不及的问题。如果铸坯断面大、拉速低、定尺又有一定长度,那么出坯频率会很低,出坯跨起重机吊坯作业周期来得及,出坯没有节奏压力,也可以考虑不设冷床。根据上述几方面分析,可以决定连铸机设不设冷床,以便合理配置,减少浪费。

几种典型的大断面铸坯连铸机的出坯系统型式:出坯辊道钩钢机步进梁式步进冷床,升降出坯辊道承载多根铸坯的链式横移小车步进梁步进冷床,升降出坯辊道承载单根铸坯的链式横移小车步进梁式步进冷床,升降出坯辊道承载多根铸坯的链式横移小车升降台架+平面拉钢式步进冷床,升降出坯辊道承载单根铸坯的链式横移

∃20∃第3期李万国:连铸机工艺设计若干问题的认识

小车步进梁式步进冷床。

7 连铸机工艺设计技术

7.1 深入了解设计对象的生产实践非常重要

工艺设计即流程设计,要建立起这个概念。工艺设计的工作对象是流程,即是:每个生产过程干什么、怎么干,工艺设计的内容就是要为这些过程配置必须的资源(时间、空间、人力、动力、材料、工器具等)。设计人员了解其工作对象的生产实践是非常重要的,产品设计的目的是为实用而设计,设计者当然应该首先了解产品的使用过程,才能知道设计产品适用与否、有哪些要改进。产品设计追求的目标是充分满足产品的使用功能要求、便利的操作、经济的成本等,所以,设计的首要环节就是要详细、深入地了解这些需求。连铸生产知识是在长期的生产实践中积累的,对于工艺设计人员来说,其中大多数人没有亲自在生产现场干过,现场操作知识比较少。为了避免设计与使用的脱节,设计人员就必须深入生产现场,去熟悉和了解连铸机的实际生产过程,如安装、操作、维护等方面的知识,只有在熟练掌握这些知识的基础上,才能准确把握设计需求,才有可能做好工艺设计。不然的话,设计不可避免地会犯闭门造车的错误,设计产品与实际需求相差甚远,甚至文不对题,例如产生配置不合理、作业不方便等缺陷。举例说明,如果不了解连铸机漏钢时事故坯是如何处理的,就想不到在哪些位置设平台,在哪儿配割炬、夹具、吊车等。

7.2 设备及结构干涉检查

设备及结构的干涉有靜态和动态两种形式,即便在靜态下不干涉,但在运动过程中,由于设备运动的行程空间要求、检修更换拆装的空间要求不能满足,也会形成干涉。工艺设计人员要对设备的功能、结构有清晰的认识,才能避免设计干涉。对设备的功能、结构的认识要思考和回答如下问题:设备是如何运动的;设备是如何进行安装、拆卸的;设备是如何进行校验和调整精度的;设备有哪些磨损消耗件、如何更换、寿命和更换频率如何;设备的动力能源介质管线是如何连接的;事故时是如何处理的。

可以应用计算机空间动态模拟技术检查干涉,但前提条件是你要具备经验和知识、有预见性,知道哪些地方可能会产生干涉、怎样干涉,检查才会有的放矢。

7.3 操作视线检查

连铸机操作室的操作视线必须画图模拟,尤其是切割操作室、出坯操作室等。由于切割和出坯操作很难实现100%自动,时常需要人工干预,所以,操作室的视线问题也必须引起足够的重视。

7.4 时序、节凑分析

时序、节凑分析计算也是连铸机工艺设计的一个重要环节。铸坯切割完成后,是一根一根间断地、周期性地产出,就有了节奏。所以,切割机以后的所有设备,都必须适应这个节奏,切割机以后的所有设备都必须进行作业周期分析计算,并且必须适应铸坯产出节奏。

7.5 过程温降计算和控制措施

温降贯穿于连铸机生产的全过程从生产主原料(钢水)至产品(铸坯)。连铸工艺设计,要计算每个重要环节的铸坯温度,以保证其按照冶金要求的目标值发展(例如,连铸坯通过拉矫机的温度,要避开第三脆性温度区间,冷坯下线要低于多少度、热坯下线要高于多少度等),如果达不到目标要求,则需要采取相关措施(比如控制冷却速度、加保温罩、加热等)。7.6 车间物流路径上的空间分析、物料流程上的方向性检查

7.6.1 车间物流路径上的空间分析

1)钢水接受跨钢包吊运通道上的障碍物检查。钢包与障碍物之间在水平方向和高度方向上都必须有满足规范要求的安全距离。钢包吊运通道上最大的障碍物常常是钢包精炼炉。关键部位一定要画横断面图核算有关尺寸。

2)出坯跨吊坯通道上的障碍物检查。出坯跨内最大的障碍物可能是钩钢机等出坯系统设备,高度方向上一定要注意检查。另外,铸坯码垛、装车时,吊具的翻钩、水平旋转等动作都要进行空间运动轨迹检查,否则,也容易出现翻钩高度不够、水平旋转时与其它设施碰撞的问题。

2)切头切尾输出吊运通道上的障碍物检查。

3)设备维修区吊运通道上的障碍物检查。设备维修区吊运通道上的最大障碍物可能是该区域分散设置的龙门吊、桅杆吊等设备检修专用起重机。

4)中间罐维修区吊运通道上的障碍物检查。尤其是吊中间罐上、下中间罐倾翻装置,要进行空间运动轨迹检查,以防干涉。

5)车间内各跨间的起重机在其运行通道上,其操作室横扫一片,尤其要注意其运行通道上所有障碍物都必须有避让安全距离。

6)车间内大型设备(如扇形段等)的运进、运出,必须考虑好起吊条件、通道、厂房墙皮上的开门尺寸、道路的转弯半径等。

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连 铸

7)对于布置在小房内的设备(如液压设备、二冷排蒸汽风机等),要在小房墙皮上或房顶上开吊装孔,安装完毕可以封堵。但对于更换频繁的部件,如风机叶轮,或经常要补充的介质,如液压油,则必须要考虑永久的吊运通道和设施。

8)地下管廓必须考虑管道安装时各种材料吊进用的吊装孔,安装材料,如钢管尺寸一般都比较长,吊装孔没有足够的尺寸则材料吊不进去。

7.6.2 物料流程上的方向性检查

1)钢包从冶炼工序运行至连铸工序,要进行耳轴、水口、翻包等作业方向的一致性检查。有些作业环节的方向性有严格的要求,则必须保证一致性,例如,钢包水口必须朝向连铸机的浇注侧,则钢包在冶炼工序的所有车辆上的放置位置均要按上述要求的朝向进行布置,在这个前提下,再决定其它设备的方向,如吊钢包的起重机,其翻包用的付钩与主钩(龙门钩)谁在前谁在后自然而然就确定了(反了就无法进行翻包作业),钢包卧放的各个台架朝向也跟着就确定了(反了就座不上去)。

2)铸坯吊具在冷床上的下钩方向、在堆垛区的码垛方向的方向性检查。如果吊具钩头不能旋转(死钩),则必须在各个作业环节(在冷床上、在装车位等)上保证方向一致。

3)设备检修存放位置与设备在线位置的方向性检查。如果设备运行至不同作业区域不能旋转换向(例如,吊车吊钩是钢丝绳板钩,它就不能旋转),则必须保证方向一致。

为了避免设计过程中由于人的记忆遗忘而造成疏漏,可以利用计算机存贮常规检查项目,利用程序进行问题排查的形式,逐一检查。

7.7 连铸机总体设计尺寸确定的一些思路

连铸工艺设计过程中的一些具体的检查项目如下。

1)横向尺寸的确定,如流间距、连铸机两边的厂房柱间距,要注意厂房柱子基础对机坑、铁皮沟、机坑沿线管沟(或隧道)、电缆沟(或隧道)的。

2)连铸机高度的尺寸确定,主要取决于以下几个尺寸链:钢包吊上回转台的作业,高度方向的尺寸链;吊车梁至出坯辊面,高度方向的尺寸链;扇形段上更换起吊作业,高度方向的尺寸链。钢包吊上回转台的作业,高度方向的尺寸链组成是:龙门钩上极限、龙门钩高度、吊包进退钩净空要求、钢包在回转台上的极限标高。吊车梁至出坯辊面,高度方向的尺寸链组成是:回转台上方的吊车梁高度、回转台高度、中间罐高度、结晶器至出坯辊面高度及各个环节之间的间距要求。各个环节的设备高度尺寸是固定的,需要工艺设计考虑的尺寸就是它们之间的间距:吊车梁与钢包盖间的距离主要考虑安全规范要求的净空高度;钢包脚距中间罐盖顶的距离,主要考虑:太小不利于钢包长水口的安装,甚至影响回转台的正常回转,太大,钢水流程长,增大钢流二次氧化的可能,同时还导致钢包长水口过长,不仅增加制作成本,还影响钢包长水口的使用寿命。中间罐与结晶器盖的高度距离,主要考虑:太小,不利于外装式浸入式水口的安装,太大,钢水流程长,增大钢流二次氧化的可能,同时还导致浸入式水口过长,不仅增加制作成本,还影响其使用寿命。钢包区域高度尺寸确定还要兼顾考虑事故钢包的更换作业空间要求。扇形段上更换起吊时高度方向上的尺寸链主要由吊钩上极限、扇形段更换专用吊具高度、最大的扇形段高度、平台标高及各环节间的作业净空高度要求等组成。

3)连铸机长度由冶金长度、切割区长度、引锭杆存放区长度、出坯区长度及必要的间距等累加组成。

4)引锭杆存长度由弧形段长度、驱动辊位置、上引锭杆的驱动辊数量而确定。

5)中间罐车升降行程由浸入式水口插入深高度尺寸确定。

6)中间罐车横移行程由连铸机所浇注的铸坯断面的跨度(最大厚度至最小厚度)尺寸确定。

为了避免设计过程中由于人的记忆遗忘而造成疏漏,可以利用计算机存贮常规检查项目,利用程序进行问题排查的形式,逐一检查。

8 结语

工程设计是一个实践性很强的工作,只有通过不断地工程实践,才能获得经验、数据,并且通过总结和升华能形成设计理念,对指导设计工作、推动技术进步很有实际意义。中国钢铁工业在过去的二十多年里,有着迅猛的发展,国内设计行业也得到了大量成长和发展的机会,应该有很多经验和技术的积累,只要同行们共同努力、共同贡献,完全能推动中国冶金设计理论体系的规范化、系统化发展。

参考文献:

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