方坯断面规格扩展及互换设计研究

赵海顺 刘朝华 陈建新 张永清 魏建平

（安阳钢铁集团公司，河南 安阳 455000）

在钢铁产能过剩、产品微利长期持续的竞争形势下，企业如何合理调配现有生产流程的品种结构、抢抓市场机遇和扩大产品适应市场的能力尤为重要。

国内小断面方坯生产线以150mm×150mm和120mm×120mm为主，投产年代和配套设备有差异，两种规格各具优势，但原设计一般都是单一规格，有些企业分别有150mm×150mm或120mm×120mm的生产线，并且身在异处，受用来自不同的转炉钢液供给，资源不可共享。随着市场钢品种多元化开发，这种单一生产模式严重制约了品种结构灵活调整。如果把方坯生产线扩展成为生产两种甚至多种规格的能力，并且可以方便地切换，将给企业带来更大的生产调配空间，增强竞争力。

1 扩展的必要性

以120mm×120mm扩展150mm×150mm为例，规格扩展后能满足不同轧钢生产线的坯料供应，增强型材产品的市场适应能力和反应速度。生产150mm×150mm断面方坯具有低成本优势，且在同样定尺情况下，增加铸坯单重可加大压缩比，改善钢材质量，减少氧化烧损和切头切尾比例，提高成材率。也可外销150mm×150mm方坯市场，以提高生产能力，提高适应市场进行品种结构调整的水平。150mm×150mm扩展120mm×120mm也同样具有重要的意义，例如满足小规格轧钢产品的需要等［1］。

方坯生产线始建于不同年代，其生产工艺和设备有着很大差异，规格扩展后将取长补短，充分利用各自生产资源，提高设备作业率。

2 扩展的可行性

基本数据（以120mm×120mm扩展150mm×150mm为例）：一条1989年投产的120mm×120mm方坯生产线，弧半径6m，流间距1.1m，设计平均拉速2.1m/min。后经过多次优化改造，实际平均拉速能达到3.6m/min，最高拉速4.5m/min。

根据计算，改造后不考虑断面互换的影响，平均拉速2.3m/min即可保证现有产能不变；基本弧半径是能浇注最大铸坯厚度的重要参数，将影响铸坯质量；根据矫直时铸坯允许表面的延伸率、最大液相深度和经验公式等进行测算，120mm×120mm铸机生产150mm厚度铸坯弧半径基本可以满足要求。

3 设计改造内容

3.1 设计原则

根据连铸坯形状、截面尺寸、定尺长度（单重）的选择、设计原则应为：

①钢材产品质量第一。能获得均匀度、细密度高，表面质量好的铸坯，保证必需的、适度的压缩比，使轧材获得优良的组织性能。

②形状、截面尺寸和定尺长度最佳化。使产品综合成材率、定尺率最高，产品小时产量最佳化，满足产品大纲与年产量的要求。

③冶炼装备与轧钢机的匹配性、双向适应性好，同时铸机适浇性好。

④能满足热送热装和热直接轧制的要求，最大限度地节能降耗。

⑤综合经济效益好，产品成本最低化。

以此为依据，进行连铸机其他主要技术参数（拉速、产量、流数、连浇炉数、开浇流数、弧形半径、振频、二冷水量及分配、拉矫力等）结构形式的设计研究。同时，在新厂设计时，对冶炼工艺、装备和轧钢工艺、轧机组成，按上述原则设计研究，使冶炼、连铸、轧钢三方面设计最优化并一体化。对传统旧厂改造，则要研究冶炼、轧机的变革及重组，以获取连铸的最佳效益。

3.2 设计内容

为降低施工成本，简化改造内容，且相互切换方便，两种改造均以外弧面为设计基准面。

本次改造分为结晶器改造和喷淋管改造两部分（以120mm×120mm扩展150mm×150mm为例）：

3.2.1 结晶器改造

两种断面均用塞棒+浸入式水口的控流方式，结晶器外形安装尺寸不变，需将结晶器铜管按目标规格要求进行改造，并作为整体部件，调整规格时整体更换，以达到省时高效、准确定位。

两种断面共用一台振动连接装置，满足敞开浇注与保护浇注要求，振动连接方式要满足快速定位和拆装。

3.2.1.1 对150mm×150mm结晶器工艺技术要求：

铜管锥度＜1.2%/m，铜管长度850mm。

每流水量135±5m3/h

水缝宽度：4.0mm

铜管上口内径：153.8±0.2mm

3.2.1.2 对150mm×150mm振动器工艺技术要求：

振幅：A=4.8～5.0mm

振频：f=75+45v（拉速v=0～2.8m/min时）

f=45+50v（拉速v=2.81～4.0m/min时）

f最大为220Hz

引锭头需要进行必要的过渡改造，以适应不同中心的方坯断面（图1所示）。

图1 引锭头过渡改造（120mm×120mm）

3.2.2 喷淋管改造

为了方便快捷地切换两种生产规格，先按150mm×150mm位置设计零段、一段、二段的环形、内弧、外弧和侧弧喷淋管及喷嘴全套。对于120mm×120mm喷淋管，有两种方法：一是在150mm×150mm基础上，每个喷嘴的位置设计加长杆，杆头部安装120mm×120mm对应的喷嘴，加长杆长度原则上就等于150mm和120mm断面之差，每个位置设计的加长管长度是不同的，根据具体计算结果来确定；二是直接按照120mm×120mm位置设计喷淋管。这样，对于两种规格，就有两套单独的喷淋装置。更换规格时，整体将喷淋管更换即可。加长杆如图2所示。

图2 加长杆制作图

也有另外一种更换方式：喷淋管不动，将加长管安装（或卸下），再装上相应的喷嘴。这种方式优点是喷淋管不用找正，缺点是比较费时，可根据实际情况确定哪种更换方式。

3.2.3 喷嘴布置设计

3.2.3.1 零段喷嘴

零段喷嘴分为角部喷嘴和面部喷嘴。

只有在零段使用角部喷嘴，主要对方坯角部进行冷却。设一周共4个，均匀分布，角部棱距离90mm，喷管设计成“L”形状，直接安装在零段水环上。

图3 改造后的效果图

面部喷嘴设4层，每层4个，分别安装在内侧、外侧、左侧、右侧4个竖管上，与铸坯表面距离120mm，保证每层4个面喷嘴在与铸坯中心垂直的同一截面上，喷嘴型号为3/8HH15。

3.2.3.2 一段喷嘴

面部喷嘴设12层，每层4个，分别安装在内侧、外侧、左侧、右侧4个竖管上，与铸坯表面距离120mm，保证每层4个面喷嘴在与铸坯中心垂直的同一截面上，喷嘴型号上3层为3/8HH15，下9层为1/4HH6.5。

3.2.3.3 二段喷嘴

面部喷嘴设8层，每层4个，分别安装在内侧、外侧、左侧、右侧4个竖管上，与铸坯表面距离120mm，保证每层4个面喷嘴在与铸坯中心垂直的同一截面上，喷嘴型号为1/4HH6.5。

改造后的效果如图3所示（120mm×120mm规格时）。

4 结语

两种规格改造后分别进行了试验性生产，均取得了预期效果。由于生产规格范围扩大，拓展了生产调度空间，将为企业降本增效做出重要贡献。

［1］云正宽.冶金工程设计［M］.北京：冶金工业出版社，2006.