连铸工程设计规范 GB50580-2010
连铸工程设计规范 GB50580-2010
前言
中华人民共和国国家标准
连铸工程设计规范
Code for design of continuous casting engineering
GB 50580-2010
2010-05-31 发布 2010-12-01 实施
中华人民共和国住房和城乡建设部
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 联合发布
中华人民共和国住房和城乡建设部公告
第591号
关于发布国家标准《连铸工程设计规范》的公告
现批准《连铸工程设计规范》为国家标准,编号为GB 50580-2010,自2010年12月1日起实施。其中,第3.0. 27、4.1.6、4. 4. 8、7.1. 1(2)条(款)为强制性条文,必须严格执行。
本规范由我部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。
中华人民共和国住房和城乡建设部
二〇一〇年五月三十一日
本规范是根据原建设部《关于印发<2006年工程建设标准规范制订、修订计划(第二批)>的通知》(建标函[2006]136号)的要求,由中冶京诚工程技术有限公司会同有关单位共同编制完成的。
本规范在编制过程中,遵照国家有关的基本建设方针和相关的产业政策,通过有针对性的钢铁企业调查和资料收集,总结近年来钢铁行业设计单位、生产单位的经验,广泛征求了全国有关设计、科研、企业等单位的有关专家、学者和设计人员的意见,同时研究和消化吸收了国外最新的设计成果,经编制组认真研究分析、多次修改,最后经审查定稿。
本规范分为8章,主要内容包括:总则、术语、基本规定、连铸车间工艺设计、连铸机工艺参数及机型选择、连铸机设备、电气及自动化、水处理设施等。
本规范中以黑体字标志的条文为强制性条文,必须严格执行。
本规范由住房和城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释,中国冶金建设协会负责日常管理,中冶京诚工程技术有限公司负责具体技术内容的解释。本规范在执行过程中,请各单位注意总结经验,积累资料,将有关意见反馈给中冶京诚工程技术有限公司(地址:北京市北京经济技术开发区建安街7号,邮政编码:100176,E-mail:lizhenzi@ceri. com.cn),以供今后修订时参考。
本规范主编单位、参编单位、主要起草人及主要审查人:
主编单位:中冶京诚工程技术有限公司
参编单位:中冶赛迪工程技术股份有限公司
中冶南方工程技术有限公司
中冶华天工程技术有限公司
中冶连铸技术工程股份有限公司
中冶东方工程技术有限公司
上海宝钢股份有限公司
上海宝钢工程技术有限公司
武汉钢铁集团公司
主要起草人:顾家声 陈卫强 林 刚 高毅夫 张 莉 赵家逊 张力才 朴世云 任晓茹 刘 燕 祁亚东 刘 惠 吴 为 陈林权 谢义武 沈同庆 赵喜悦 李万国 王 雷 孟广兵
主要审查人:蔡开科 郭启蛟 李百炼 魏祖康 杨拉道 殷 皓 张如斌 朱苗勇
制定说明
本规范是根据原建设部《关于印发<2006年工程建设标准规范制订、修订计划(第二批)>的通知》(建标函[2006]136号)的要求,由中冶京诚工程技术有限公司会同有关单位共同编制完成的。
本规范编制过程中严格遵循以下编制原则:必须严格贯彻执行国家钢铁产业发展政策的有关规定,以及相关的法律、法规及方针政策;认真研究国内外已有的先进技术、科技成果和先进标准;深入了解生产单位的实际情况,广泛收集生产单位的意见和建议;积极采用行之有效的新工艺、新技术、新材料,体现高效、低耗、节能、环保的原则,做到技术先进、经济合理、安全实用。
本规范编制工作从2006年5月启动,历经三年多时间完成。期间主要完成工作包括筹建编制组、编制工作大钢、征求意见稿、送审稿、报批稿等。
编制组筹建在中国冶金建设协会组织下完成,考虑到该规范是我国第一部连铸设计规范,为使规范具有先进性、可操作性、可实施性,编制组由6家钢铁设计研究单位和2家钢铁企业组成。在设计单位选择上,我们重点考虑所选单位有代表性,即综合设计单位和行业设计单位。在钢铁企业选择上,我们重点选择企业规模大小、地理位置等代表性钢铁企业。
征求意见稿编制是在原《连铸工程设计规定》YB 9059-95的基础上,各起草单位按照工作分工,开展了广泛的调研,在充分调查研究基础上,收集有关资料,分别完成了本规范分工部分的初稿。主编单位将各起草单位提供的初稿汇总一起,形成征求意见稿的初稿,并将电子版发往各参编单位互审。各参编单位安排本单位资深专家认真把关,提出了许多宝贵意见。主编单位汇总各参编单位的审核意见后形成了征求意见稿的初稿。通过编制组召开的两次编制会议,对该初稿进行了充分的讨论和修改补充,同时又再一次广泛征求意见,主编单位整理汇总各编写单位的修改稿,形成了规范的征求意见稿。
征求意见稿由国家工程建设标准化信息网在网上发布征求意见,同时用信函方式邀请参编单位以外的设计单位、钢铁协会、企业有关专家对条文进行审查。编制组对征求意见阶段返回的45条建议和意见进一步论证、达成共识,对规范中相关条文进行修改,最终形成送审稿。
送审稿由中国冶金建设协会组织召开审查会,邀请参编单位以外的钢铁企业、钢铁设计院、大学等单位的8名专家进行评审,编制组对专家评审意见进行论证、确认,完善规范条文,形成报批稿。
本规范是我国第一部连铸工程设计规范,总结了新中国成立以来特别是改革开放以来连铸工程设计的主要经验。本规范的出台,将填补我国连铸工程设计规范的一项空白,同时推动和促进我国连铸事业的发展;将促进连铸工程设计的科学化和规范化,提高连铸工程设计效率、质量和水平,以适应社会主义市场经济发展的需要,同时必将产生巨大的社会经济效益。
鉴于本规范是初次编制,内容是否齐全、条文是否具有可操作性、先进性、约束性等都需要在执行中证实和完善。因此,及时跟踪了解规范使用情况,为完善、修订规范,搜集第一手资料是今后的主要工作。
为了在使用本规范时能正确理解和执行条文规定,编制组编写了《连铸工程设计规范》条文说明,本条文说明不具备与规范正文同等的法律效力,仅供使用者作为理解和把握规范规定的参考。
1 总则
1.0.1 为使连铸工程设计符合国家和行业现行的技术政策和相关的各项标准的规定,统一工程建设标准,提高工程设计质量,做到技术先进、经济合理、节能环保、安全可靠、管理方便,制定本规范。
1.0.2 本规范适用于新建、改建和扩建的连铸工程设计。
1.0.3 连铸工程设计应认真贯彻执行国家钢铁产业发展政策,坚持清洁生产、循环经济的原则,提高环境保护和资源综合利用水平,节能降耗。应在不断总结生产实践经验基础上,积极采用成熟可靠的新技术、新工艺、新材料和新设备,提升设计技术水平,降低工程造价和运行成本。
1.0.4 连铸工程设计除应符合本规范外,尚应符合现行国家有关标准的规定。
1.0.1 本条文阐明了编制本规范的目的。
通过近十年来连铸工程设计实践验证,连铸工程设计技术,积累了丰富的、系列化的、符合当代连铸技术发展方向且成熟可靠的设计经验。我国正在由钢铁大国迈向钢铁强国的进程中,国家钢铁产业发展政策也有较大调整。现行行业标准《连铸工程设计规定》YB 9059-95已实施十余年。因此,制定一个符合当前连铸技术水平、体现国家技术政策的新导向、突出连铸生产新工艺和新技术的《连铸工程设计规范》是迫切需要的。
1.0.2 本条规定了本规范的适用范围。
凡新建的连铸工程设计,条件允许其完全按本规范的要求进行设计,而旧有炼钢车间改、扩建则因实际条件限制,难以完全执行本规范,故应注意结合实际条件,凡条件允许的都应按本规范执行。
1.0.3 本条文规定了本规范编制的基本原则。
1 规范的编制充分贯彻执行国家产业发展规划,体现国家连铸技术政策的新导向,推动产业结构的优化升级。要求设计中增强生态意识,倡导绿色环保,积极采用有利于节能减排的新技术、新产品,切实淘汰那些消耗高、排放多的落后工艺和设备。
2 充分体现当前国内外连铸技术发展水平,突出连铸生产新工艺、新技术和新设备,积极推广具有自主知识产权、自主创新的成熟可靠的先进技术,不断吸收新的科技成果,提升企业整体技术水平和综合竞争能力。
1.0.4 提出关于连铸工程设计需同时执行国家颁布的有关标准、规范的规定。
连铸工程设计除本规范规定的内容以外,还将涉及许多其他标准与规范,如有关环保、安全、防火、节能等国家标准与规范,连铸工程设计都必须遵循。由于相关标准与规范众多,不便一一列出,而且有些国家标准正在修订之中,故本条文仅作原则性规定。
2 术语
2.0.1 连铸比 rate of continuous casting
连铸合格坯产量占粗钢总产量的百分比。
2.0.2 连铸坯热送热装 hot delivery and hot charge of con-tinuous casting product
连铸坯在高温状态下直接送至轧钢车间的保温炉或加热炉,经加热后再轧制的工艺过程。简称CC-HCR。
2.0.3 连铸坯直接轧制 direct rolling of continuous casting product
连铸坯在约1100℃条件下不经加热炉,在输送过程中通过边角补热装置即直接送入轧机进行轧制的工艺过程。
2.0.4 近终形连铸 near-net-shape continuous casting
所有连续浇铸接近最终产品尺寸和形状的浇铸方式。
2.0.5 高效连铸 high efficiency continuous casting
以生产高质量、高温铸坯为基础,实现高拉速、高连浇率和高作业率为目标的连铸技术。
2.0.6 连铸方坯 continuous casting square billet/bloom
连铸坯横截面四边长度相等,四内角均为90°的铸坯。
2.0.7 连铸矩形坯 continuous casting rectangular billet/bloom
连铸坯横截面两相对边长度相等,四内角均为90°,长边长度不大于短边长度的2.5倍的铸坯。
2.0.8 连铸板坯 continuous casting slab
横截面两相对边长度相等,四内角均为90°,长边长度大于短边长度的2.5倍的铸坯。
2.0.9 连铸圆坯 continuous casting round billet
横截面为圆形的连铸坯。一种主要生产无缝钢管用管坯的连铸技术。
2.0.10 连铸异型坯 continuous casting beam blank
主要指工字形坯,用于轧制宽缘工字梁和轧制轨梁的坯料。
2.0.11 冶金长度 metallurgical length
连铸机的结晶器液面至铸坯凝固终点的外弧线长度。连铸机可达到的最大拉速计算的液芯长度就是冶金长度。
2.0.12 连铸机长度 continuous casting machine length
自结晶器液面至连铸机扇形段/拉矫机最后一对夹辊之间外弧线的长度。
2.0.13 立式连铸机 vertical continuous casting machine
铸坯从结晶器至切割成定尺的运行轨迹为一铅垂线的连铸机型。
2.0.14 立弯式连铸机 vertical bending continuous casting machine
铸坯从结晶器至完全凝固的运行轨迹为一铅垂线,随后沿一定半径进行弯曲、矫直后沿水平方向输出的连铸机型。
2.0.15 弧形连铸机 curved continuous casting machine
铸坯从结晶器至矫直装置的运行轨迹大体呈1/4圆弧,并在矫直后沿水平方向输出的连铸机型。
2.0.16 直弧形连铸机 straight curved continuous casting machine
铸坯从结晶器至部分铸坯导向装置的运行轨迹为一铅垂线,不待完全凝固即经过铸坯导向装置弯曲后沿一定弧线运行、经随后的矫直装置矫直,沿水平方向输出的连铸机型。
2.0.17 水平连铸机 horizontal continuous casting machine
铸坯从结晶器至切割后输出的运行轨迹为一水平线的连铸机型。
本章所列术语,其定义及范围,仅适用于本规范。
3 基本规定
3.0.1 新建钢铁企业、普钢厂应采用全连铸工艺;特殊钢厂除极少数特殊产品需要模铸外,宜以连铸工艺为主。
3.0.2 新建连铸工程应采用连铸坯热送热装工艺,并根据条件预留今后实现直接轧制的可能。
3.0.3 旧厂改造的连铸机,应继续优化生产工艺条件。
3.0.4 连铸工程设计宜继续推动薄板坯连铸等近终形连铸技术的开发和应用。
3.0.5 新建炼钢厂应根据不同的原料条件和产品要求,配置必要的炉外精炼设施。钢水在浇注前应进行炉外精炼。
3.0.6 供给连铸用的钢水应采用红包出钢,并应加强钢水的隔热保温措施。
3.0.7 设计应为多炉连浇创造条件,并应符合下列要求:
1 新建或改建的连铸机,应采用钢包回转台,并宜减少钢水运送过程的干扰。
2 应采用可快速更换的两辆中间罐车。
3.0.8 中间罐设计应符合下列要求:
1 应采用带控流措施的大容量中间罐。
2 应根据机型选择中间罐罐形。
3 大断面方、圆坯及板坯连铸机应采用塞棒或滑动水口控制钢流。小断面方、圆坯连铸机可采用塞棒或定径水口。
4 板坯和大断面方、圆坯中间罐应根据连铸工艺要求,采用内装或外装浸入式水口。外装浸入式水口应采用快换装置,内装浸入式水口宜采用事故闸板。
3.0.9 不同类型的保护浇注设计应符合下列要求:
1 浇注深冲钢、硅钢、不锈钢、合金钢及其他优质钢种时,钢包和中间罐之间应采用钢流保护装置。
2 浇注板坯、边长大于或等于130mm的优质方坯和直径大于或等于140mm的圆坯时,中间罐与结晶器之间应采用浸入式水口及保护渣浇注。小于边长130mm或直径140mm的优质方、圆坯需要保护浇注时,可采用惰性气体保护,也可采用浸入式水口及保护渣浇注。
3 浇注异型坯时,中间罐与结晶器之间应采用半浸入式水口和保护渣浇注。
4 钢包及中间罐液面应覆盖保温渣,并应在罐口加盖。
3.0.10 新建大方坯、圆坯和板坯连铸机宜采用液压振动装置。
3.0.11 连铸机应采用结晶器液面自动控制。
3.0.12 钢水过热度应根据钢种质量要求选择。对质量要求严格的钢种宜采用低温浇注。必要时可采用中间罐钢水加热设施。
3.0.13 二次冷却方式的选择及控制应符合下列要求:
1 边长或直径不小于200mm的方、圆坯的二次冷却可采用喷水冷却,也可根据钢种要求采用气水雾化冷却。板坯和边长或直径大于200mm的方、圆坯的二次冷却,应采用气水雾化冷却。
2 连铸坯的二次冷却应采用一级自动控制或二级模型动态控制。
3.0.14 板坯连铸机宜采用扇形段远程自动调辊缝技术,并应配备辊缝自动检测装置。
3.0.15 板坯连铸机(含薄板坯连铸)及生产合金钢、高碳钢的大方坯连铸机,宜采用动态凝固模型及动态轻压下技术。
3.0.16 对生产硅钢、不锈钢、合金钢、高碳钢等高质量钢种的板坯连铸机和方、圆坯连铸机,应根据需要在连铸机合适部位设置相应的电磁搅拌装置。
3.0.17 薄板坯连铸机和高拉速常规板坯连铸机宜采用结晶器电磁控流技术。
3.0.18 不锈钢和高铬合金钢连铸坯的火焰切割、铸坯火焰清理或热修磨,以及中间罐倾翻区域,应设置烟尘捕集和除尘装置。
3.0.19 连铸机水、气等公辅设施配套应符合下列要求:
1 连铸机应设置专用的冷却水循环系统,冷却水的质量及参数应满足生产工艺要求。北方地区应注意冬季的管道防冻。
2 连铸机冷却水系统,应设置安全供水设施。
3 连铸机使用的各种气体介质及燃料,应满足生产用户接点处的压力、流量及质量要求。连铸二冷气雾冷却用压缩空气应专线供给。
3.0.20 连铸机的各种能源介质供给系统应配备计量、检测仪表。测量数据应输入计算机数据收集系统。
3.0.21 连铸机宜由两路电源供电。
3.0.22 关键设备应设置应急驱动动力设施。
3.0.23 连铸工程设计中应设置设备的维修设施,并应符合下列要求:
1 连铸机设计应按部件、组件使用起重机整体更换快速吊运设计,采用离线检修方式。
2 炼钢厂(车间)增建连铸机应同时配备相应的维修设施。
3 新建连铸机应配备满足生产的操作更换件。
3.0.24 在连铸浇注平台上的钢包回转台和中间罐区域应设置钢水事故处理系统,钢水事故处理系统应包括事故罐、溢流罐、事故溜槽、事故钢包等设施。
3.0.25 连铸工程的节能环保、工业卫生、安全及消防等设计应符合国家现行有关标准的规定。
3.0.26 连铸工程设计宜采用国产设备和技术。对国内不能提供或尚不能满足要求、且利于促进产业结构调整和技术进步的支撑技术、装备及生产软件,可适当引进;引进设备或技术应做到技术先进、经济适用、运行可靠。
3.0.27 连铸工程设计严禁采用淘汰的连铸生产设备。
3.0.1 本条文规定发展连铸仍是今后炼钢厂建设的一项重要技术政策。
连铸工程是极好的节能、环保项目。连铸工艺与传统的模铸-开坯工艺相比,具有简化炼钢生产工序、提高金属收得率8%~12%、节能降耗、保护环境等技术经济优越性。近十年来,我国连铸技术的发展突飞猛进,连铸比已达98%以上,连铸生产基本上取代了落后的模铸生产,连铸机机型齐全,铸机装备水平接近或达到世界先进水平。生产流程朝着连续化、紧凑化方向发展,铸坯质量不断提高,连铸生产已成为钢厂节能降耗、提高经济效益的重要环节。今后新建钢铁企业除特殊钢厂生产极少数特殊产品采用模铸外,都应采用全连铸工艺。
3.0.2 连铸坯热送热装工艺不仅是节能和提高生产率的重要措施,而且对改革传统的钢铁工业结构具有深远意义,它将连铸和轧钢两大工序相连接,实现了连续化生产,向短流程、高效率、节能、省投资、减少环境污染等方面迈进了一大步。
连铸坯热送热装工艺的节能效果与生产条件、铸坯热装率和热装温度有关,热装率和热装温度越高,节能效果越显著。通常设计热装率应大于60%,热送温度应大于600℃。另外,一般将连铸坯温度达400℃作为热装的低温界限,低于400℃热装节能效果较小,不再称作热送。
连铸坯热送热装工艺涉及从炼钢到热轧之间的各个生产环节,是一项系统工程。实现连铸坯热送热装工艺的关键技术为无缺陷铸坯和高温铸坯的生产以及炼钢连铸与热轧各工序密切配合、协调稳定生产操作和一体化生产管理系统等。
连铸坯直接轧制(CC-DR)是比热装轧制(CC-HCR)档次更高的连铸连轧工艺,它同样具有节能、提高金属收得率、缩短工艺流程、改善产品质量等突出优点,因此CC-DR工艺正在日益广泛地得到推广应用。由于CC-DR工艺没有加热炉(或保温炉)缓冲,只经在线补偿加热,对连铸坯温度要求更高,在铸坯输送和轧制过程中要求更好的保温技术。对炼钢连铸与热轧工序的匹配衔接技术,尤其是生产计划,物流管理等要求更为严格。生产中直轧比的高低和经济效益的大小,在很大程度上取决于生产计划管理技术。
3.0.3 本条文规定了对旧有连铸机改造的设计原则。
3.0.4 近终形连铸技术就是在保证产品质量的前提下,力求浇注尽可能接近最终产品尺寸和形状的铸坯。近终形连铸是近年来世界钢铁行业备受关注的新技术,是连铸技术发展的基本趋势之一。它具有进一步减少中间加工工序、节能、省投资和缩短生产时间等突出优点,应根据产品结构要求和建厂条件推广采用。
目前成熟应用于工业生产的近终形连铸主要有:
1 薄板坯连铸:浇铸厚度50mm~100mm的薄板坯经加热炉后可直接入精轧机组轧制。薄板坯连铸适合于采用连铸连轧工艺。
2 异型坯连铸:浇铸断面接近轧制成品型钢断面的连铸技术,主要指工字型坯,用于轧制宽缘工字钢(H型钢)的坯料。
3.0.5 钢水是保证连铸质量的重要先决条件,只有根据生产计划及时供应充足的质量合格的钢水,才能保证连铸机的产品质量和产量。钢水在浇铸前经炉外精炼,确保连铸钢水成分、温度和纯净度方面的要求,为连铸操作创造稳定的工艺条件。炉外精炼在现代全连铸工艺中已成为一个必备的独立工序。炉外精炼装置的型式应根据原料条件和产品要求确定。
3.0.8 本条文规定了优化中间罐设计的主要技术措施。
连铸中间罐作为钢包和结晶器之间的缓冲容器,起着稳压和分流作用。合理的中间罐设计还应具有冶金作用和在高温作用下的结构稳定性。中间罐的容量和钢水深度、罐形和钢流控制是中间罐设计的主要参数。中间罐容量及钢水深度应使钢水在中间罐内有足够的停留时间,使夹杂物充分上浮,并保证多炉连浇更换钢包时防止液面低于临界值产生旋涡,卷入渣子到结晶器中。钢水在中间罐内的停留时间是评判中间罐容量的标准。中间罐的容量为钢水在罐内平均停留时间应不小于8min,过长会导致不必要的钢水温降。中间罐的形状(包括外形和内形)和钢流控制方式应根据连铸机型式、流数进行设计。总的要求是罐形简单,便于制造,砌砖方便,易于加挡渣坝,以确保钢水在罐内不产生死角,有利于改善钢液流动和热流分布合理。
3.0.9 采用保护浇注技术,是改善铸坯质量的重要措施。在浇注过程中,防止钢液二次氧化和避免吸氮,以确保钢液的清洁度。
保护浇注主要包括四个方面:①钢包至中间罐钢流的保护;②钢包和中间罐钢液面的保护;③中间罐至结晶器钢流的保护;④结晶器钢液面的保护。
无氧化保护浇注技术已是设计及生产中普遍采用且成熟可靠的技术。关键在于保护渣的选择方面,应根据浇注断面和钢种选择合适的保护渣。保护渣应具有低黏度、低熔点、高熔化速度和良好的吸收夹杂性能。
3.0.10 结晶器振动装置是连铸机关键设备之一。理论研究和实践经验都已证明了振动参数对铸坯表面质量影响极大。提高振动频率,减少振幅和负滑脱时间,可使振痕深度减小。高频小振幅技术已在连铸机中广泛采用。
结晶器液压振动技术是近年开发的一项核心技术。它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,在不同钢种和拉速组合下均可获得最佳的铸坯表面质量。另外,液压振动装置用液压缸取代传统的机械振动系统中的传动系统和振动发生装置,设备组成大大简化,减轻了设备维修工作量。系统运行精度高。目前,国内已开发研制了具有自主知识产权的液压振动装置并在实际工程中采用。国产化条件已基本成熟。
3.0.12 保持合适的钢水浇注温度是生产高质量产品和提高生产能力的重要基础。高的浇注温度,会导致柱状晶区的扩大,可能产生中心疏松和内部裂纹等缺陷。随着浇注温度的升高,漏钢的危险性明显增加。但是,浇注温度太低,可能导致钢的冷凝和水口堵塞使浇注中断。因此,应尽可能控制低的浇注温度。
每个钢种的钢水浇注温度是从各自的液相线温度计算值加上一个合适的过热度,被确定为该钢种在中间罐内的钢水浇注温度。低过热度浇注就是保持中间罐内钢水温度处于一个较低且稳定的水平。钢水过热度主要根据钢种的质量要求和浇注性能来确定。通常,根据不同钢种分组推荐值为10℃~30℃。为达到稳定的低过热浇注,钢包及中间罐的烘烤、加盖保温等措施是非常重要的。必要时可采用中间罐钢水加热设施,以实现恒温浇注。
3.0.13 本条文规定了二次冷却方式及自动控制模式的选择。
二次冷却是连铸生产的重要环节,良好的二次冷却对提高铸坯的质量至关重要。目前广泛使用二次冷却方式有全喷水冷却和气水雾化冷却两种。各具特点,但相比之下,气水雾化冷却具有热效率高、流量调节范围大、冷却均匀、节水等突出优点,比较适于现代连铸机的浇注速度和多钢种浇注强冷、弱冷的调节要求。通常小方坯采用全水喷淋冷却即可,而大方坯、板坯、异型坯应采用气水雾化冷却。
当前,二冷水的自动控制主要有拉速相关控制法和基于目标表面温度的动态控制法。拉速相关控制法又称水表法或比例控制法等,属一级控制,即依据拉速的快慢为控制参数来决定冷却水量的大小。这种控制模式简单易行,目前得以广泛应用。但这种方式没有考虑钢的热特性差异和浇注温度的影响,遇非稳定浇注条件时难以实现铸坯温度的相对稳定,在实际操作过程中,难以避免不合理的人为干预。而目标表面温度控制法采用二级动态控制模型,依据当时浇注的钢种、钢水温度和拉速等条件,计算机每隔一段时间适时计算一次铸坯各控制区的表面温度,并与设定的目标表面温度进行比较,根据比较的差值结果,适时的自动调整各段的冷却水量,使铸坯的表面温度与目标表面温度相吻合。动态二冷控制可减少不合理的人工干预,控制精度高。这种控制方式的关键在于根据钢的凝固特性制定合理的冷却制度和对模型的可靠性要求高。在新建的大型板坯连铸机设计中应采用二冷动态模型控制。
应该说明的是,不论采用哪种控制模式,确保连铸机的对弧精度,合理布置喷嘴,保证喷嘴喷淋效果是保证铸坯质量的前提。
3.0.14 板坯连铸机扇形段远程自动调辊缝技术是保证铸坯质量和提高铸机作业率的重要措施,是实施铸坯动态轻压下的必要条件。
通常,连铸机扇形段的夹紧装置可设计为液压夹紧和机械夹紧两种形式,无论是液压夹紧还是机械夹紧,辊缝调节都可分为远程辊缝可调式和人工垫块可调式。机械夹紧的扇形段上框架升降是依靠电动蜗轮蜗杆装置和夹紧导向装置来实现,停机时可远程调节辊缝,但在浇注过程中虽可实施静态轻压下,而不能实施动态轻压下。只有远程辊缝可调式的液压夹紧扇形段,采用带有集成定位装置(位置传感器和伺服阀)的液压缸控制扇形段上框架的升降,方可实现远程调辊缝和动态轻压下技术。不仅能精确控制辊缝,还可大大地缩短更换断面厚度的时间。
3.0.15 动态轻压下技术就是在凝固末端施以一定的压下量,来补偿铸坯的凝固收缩,以阻止凝固末端富集偏析元素的钢液向下流动,从而减少中心偏析的一种方法。实施动态轻压下的先决条件是连铸机必须采用远程调辊缝的液压夹紧扇段。
目前,采用动态轻压下技术有两种方式:
第一种方式是指薄板坯连铸机为适当增加结晶器出口的铸坯厚度以改善结晶器区域的浇注条件,稳定操作,提高生产率,采用液芯压下和动态轻压下相结合方式,即铸坯离开结晶器后,在紧接其后扇形段区域至铸坯凝固终点,根据压下工艺灵活分布压下量,采用液芯压下在浇铸过程中将铸坯减薄,以满足连铸连轧生产线的规格要求,同时在一定程度改善了铸坯内部质量。此种方式压下量可达10mm~25mm。
第二种方式通常用于常规连铸,就是在铸坯最终凝固区施压,目的是使凝固末端阻塞液相穴和凝固前沿的树枝晶破碎,将富集的偏析元素压回液相穴,从而减少铸坯中心偏析。
动态轻压下技术实施的主要关键点在于:①要准确的确定凝固末端的位置。通常采用动态凝固模型根据实际操作条件(如钢种、拉速、钢水过热度、二次冷却曲线等)即时计算得到铸坯凝固终点。目前的经验是轻压下区域位于铸坯固相率fs=0.3~0.9的范围内较合适。②压下量和压下速率的确定,需要针对钢种的凝固收缩特性,制订合理的压下工艺,既要保证轻压下的效果,而又不产生低倍裂纹。这需要多次摸索才能确定合适的参数。
目前的经验是:总的压下量设计值约4mm~6mm,而压下速率一般为1mm/m~1.5mm/m,但压下量实际操作值要小一些,应依据钢种特性确定。
动态轻压下技术是控制和改善铸坯中心偏析的有效措施之一。有取代末端电磁搅拌的趋势。特别是为中厚板轧机供坯的板坯连铸机和生产合金钢、高碳钢等的大方坯连铸机,此项技术和装备应成为基础的配置。
该项技术准确应用具有一定难度,要取得理想的效果,必须精确控制工艺参数,凝固条件、压下区域铸坯固相率(fs)和压下速率等,否则极易造成铸坯中心裂纹。
3.0.17 结晶器电磁控流技术是在高拉速条件下为稳定结晶器液面,防止卷渣而采取的技术措施。其原理是在结晶器内、外弧框架增设电磁线圈,当线圈通直流电流时,在结晶器区域形成电磁场,根据钢液切割磁力线产生反电动势的原理,从而减少结晶器液面的波动,避免保护渣卷入。有利于初生坯壳生长,减少漏钢事故,保证连铸机实现高拉速,同时也减少了表面夹杂物数量,提高铸坯表面质量。
电磁制动技术只在高拉速铸机上采用,拉速小于2m/min效果不佳。
3.0.18 本条文规定对连铸工序主要烟尘污染源应采取的治理措施。
不锈钢及高铬合金钢连铸坯火焰切割时,在切口表面生成黏稠的铬氧化物,熔点高达2000℃,能阻断切割中氧化反应的进行,且熔渣不易排出,会使切割中断。所以需加铁粉助熔,由此产生大量烟气,其烟气中含有钢中氧化物及合金粒子,粒度属亚微细粒范围,呈黄褐色,含尘量约2g/Nm3~3g/Nm3,虽无毒但对人体是有害的。因此,应加设抽气除尘设施,对烟气进行净化处理,使其净化后的烟气含尘量小于50mg/Nm3,符合环保排放要求。
同样,铸坯表面火焰清理(或热修磨)装置及中间罐倾翻点生产中均产生大量含氧化铁粉及灰尘的烟气,铸坯表面清理烟气含尘量约2g/Nm3,而中间罐倾翻的烟气瞬时含尘量高达5g/Nm3,也应对烟尘进行治理。
连铸烟气净化除尘常用的有干式和湿式两种除尘器,应根据生产工艺排出的烟气参数、工作条件、除尘效率、设备投资等因素综合考虑选择。
3.0.20 针对目前一些企业能源介质计量手段不完善、不准确的现状,本条强调今后连铸工程设计对各种能源介质供给系统应配备完善的计量检测仪表,为能源管理提供可靠数据,因为准确的能源计量、监测是企业高效能源管理的基础,也是考核节能效果的必要手段。只有严格计量制度,才能真实反映企业能源水平、存在问题和差距,为今后节能目标的确定和节能规划的制订提供保证。
3.0.21 正在浇注的连铸机的钢包、中间罐处存在未浇注完的液态钢水,如果不及时处理会造成事故,同时断电时滞留在连铸机内的铸坯需要及时处理,以保护设备和避免事故的扩大。当采用两路供电时,一则以防止发生重大的人身或设备安全事故,同时可把钢包以及中间罐内的钢水浇注完毕,把断电的事故损失降到最低。连铸机属于2类负荷,因此宜由两路电源供电。
3.0.22 如果钢包回转台上带有未浇注完的液态钢水,一旦出现钢包漏钢或者钢包回转台本身的正常驱动事故时,需要把正在浇注的钢包旋至钢包接受位的事故钢包上方,以避免事故的进一步扩大,应设置应急驱动动力设施。
3.0.26 根据国家钢铁产业发展政策,规定连铸工程设计中关于连铸设备及工艺技术引进和禁止引进的原则。
近年来,我国连铸装备技术迅速发展,连铸比已达98%以上,拥有了国际上先进的连铸装备和生产技术,产品质量日益提高。标志现代化连铸机水平的关键技术如结晶器热态调宽、结晶器漏钢预报及热相图、结晶器液压振动、扇形段远程自动调辊缝技术、铸坯动态凝固计算模型及动态轻压下技术、计算机质量判定以及连铸机主机全新的设备结构等国内已基本掌握,可以说,先进连铸机国产化条件已成熟。这就为今后新建或改建连铸技术装备项目与国际接轨奠定了坚实的基础。
但必须说明的是,我国的连铸装备技术虽然有了很大发展,在主要环节上已经达到国际先进水平,但在局部关键技术方面与国际先进水平仍有一定差距。我们提倡采用国产化连铸技术装备,并不排斥、拒绝国外的先进技术装备。在一些目前还比较薄弱的环节有目的、有限制的引进国外先进连铸设备是必要的。但对于技术含量低、耗能高、关键部位落后的连铸设备严禁引进。
3.0.27 本条为强制性条文,根据国家相关政策和法规,针对国内外已经淘汰的落后二手设备,由于其技术含量低、耗能高、设备陈旧,严禁采用。从连铸机的工艺和设备的发展趋势看,截至目前,国内外的连铸技术已经取得了很大的进步,铸坯的质量和连铸机的整体装备水平得到了很大的提高。这就要求在设计工作中,要符合连铸技术和低碳技术的发展需要,严禁采用国家明令淘汰的落后技术和产品,以及一些落后的工艺和设备。例如:20世纪80年代建设的弧形半径5.7m左右的小方坯连铸机、超低头板坯连铸机等。具体到设备设计上,禁止采用非节能电机、减速器等淘汰产品等。
4 连铸车间工艺设计
4.1 一般规定
4.1.1 新建、改建和扩建的炼钢连铸工程设计应采用炼钢炉-炉外精炼-全连铸的基本工艺路线,部分特殊钢种或产品可采用模注工艺。
4.1.2 全连铸车间宜采用铸坯热送工艺。
4.1.3 连铸车间设计应符合下列要求:
1 产品方案应包括车间连铸坯产量,生产的钢种及比例,生产铸坯的断面和比例,铸坯定尺长度等。
2 相关工序主要工艺设备参数应包括炼钢炉型式及座数,平均出钢量,最大出钢量,冶炼周期,以及精炼方式、数量、处理周期等。
4.1.4 全连铸车间设计应根据工厂的轧机组成和产品要求,确定铸坯的产品大纲。铸坯规格应在满足产品要求的前提下简化。
4.1.5 连铸工程设计中应采取下列措施:
1 新建连铸机应采取钢包回转台以及双中间罐车等提高连浇炉数的措施。
2 在线主机设备应采用整体快速更换、离线维修的方式。
3 必要时应增建钢包精炼炉,或其他具有缓冲功能的精炼装置。
4 应采用快速更换中间罐操作技术。
5 应采用中间罐外装浸入式水口快速更换技术。
4.1.6 吊运钢水包及装有钢水和满罐液渣的中间罐时,必须采用铸造级桥式起重机。
4.1.1、4.1.2 从20世纪90年代末期开始,我国新建炼钢连铸车间已基本上采用了条文中所述的“三位一体”的基本工艺路线和铸坯热送热装工艺。但原有的大部分炼钢连铸车间还存在工序之间设备配套不够完善,各工序生产能力不匹配,钢水净化和无缺陷高温铸坯生产技术不稳定等难点,目前铸坯热装水平不高,与国际先进水平还有较大差距,应通过改、扩建积极提高这方面的水平。
4.1.3 本条规定了连铸车间设计应具备的条件。
4.1.5 本条规定了连铸工程设计中为实现多炉连浇、提高连铸机作业率应采取的一些技术措施。
4.1.6 铸造级桥式起重机结构强度比普通桥式起重机大,电气设备可靠性级别高,采用双制动器制动,因而增大了运行的可靠性和安全性。以往吊运盛有钢水和液渣的中间罐多数采用普通桥式起重机吊运,这是违反现行行业标准《炼钢安全规程》AQ 2001的,应予以纠正。
近年来,曾发生多起采用普通桥式起重机吊运钢水包坠落、钢水覆地的恶性事故,伤亡惨痛。国家质量监督检验检疫总局发函(国质检特函[2007]355号),开展特种设备隐患排查和起重机械专项整治行动,再次强调吊运熔融金属的起重机必须选用符合现行行业标准《冶金起重机技术条件铸造起重机》JB/T 7688.15-1999要求的铸造起重机。
连铸中间罐在正常浇注结束或事故时,罐内残留一定数量的钢水和液渣,特别是发生浇注事故而停浇时,罐内盛有满罐钢水和液渣可能性是存在的。近年来采用大容量中间罐,其容量已达80t左右,一旦中间罐在吊运过程中发生坠落、钢水覆地事故,后果将是极其严重的。故本条文规定为强制性条文。
需注意现有带死龙门钩的铸造起重机,自重(吨位)也偏大,造成厂房投资大幅上升,不适于吊运中间罐,需要有关部门配合起重机制造厂尽快研制既符合铸造起重机要求又满足中间罐吊运的起重机,如采用双卷扬、双制动的单钩桥式起重机等。
4.2 炼钢炉与连铸机的配合
4.2.1 新建连铸机及连铸车间,应充分设计连铸机与炼钢炉及精炼装置的配合。
4.2.2 新建转炉及电炉全连铸车间,应根据生产钢种要求配置炉外精炼设施。
4.2.3 新建转炉及电炉全连铸车间,连铸机和炼钢炉宜采用一对一配置方式。
4.2.4 已建的炉容量较小的炼钢车间,宜采取组织多炉连浇的措施。
4.2.1 本条文规定的目的在于合理确定连铸机与炼钢炉的合理匹配关系。
在前一时期钢铁快速扩建中,为了满足市场的需求,一些钢铁厂抓住商机,建设多台连铸机来与转炉配合生产,一个三座转炉的炼钢车间,配置的连铸多达5台。这对提高车间产量和调节铸坯规格发挥了一定作用,但综合考虑投资效益并不尽合理,其后果必定是产品质量不高、设备利用率低、能耗高、劳动生产率低。为使我国钢铁工业真正做到大而强,新建钢铁企业一定要从粗放式的规模型向质量效益型转化,打造结构优化、技术先进、产品精良、效益突出的钢铁基地。国家钢铁产业发展政策对新建转炉和电炉的界定容量做出了规定。装备大型化仍是今后钢铁生产发展的方向,出发点就是为了提高工程和企业的经济效益。因此,今后新建转炉及电炉全连铸车间时,连铸机与炼钢炉宜采用一对一的配置方式,不应采取多建一台备用连铸机的办法来解决炼钢炉与连铸机的生产配合。应把资金用在提高连铸机设备可靠件、高效性上,选择体现当今连铸技术发展水平的先进技术,为多炉连浇创造条件,确保铸机的高生产率。
众所周知,一对一配置方式,以连铸为中心组织生产,生产管理最为简单,生产中干扰最少,容易达到高效生产的要求。
连铸机与炼钢炉的配合可有以下几种主要方式:
1 连铸机的浇注周期与炼钢炉的冶炼周期大致相等,组织数炉连浇后,连铸机重上引锭杆时,炼钢炉暂时停下来,生产能力受到一定影响,这种方式可简化炼钢生产调度,实现车间均衡、稳定的生产。当连浇炉数增加时,可减轻对炼钢炉生产能力的影响。
2 连铸机的浇注周期比炼钢炉的冶炼周期短3min~10min,中间经过钢包精炼炉的缓冲协调,组织一次连浇后,连铸机可挤出30min~60min重上引锭杆的时间,不会影响炼钢炉生产能力。
3 铸坯宽度范围较大的板坯连铸机及浇注多品种钢的合金钢连铸机,生产不同规格或品种时,很难做到统一浇注时间,这种情况下应以连铸为中心组织生产,冶炼炉节奏适应连铸机节奏。
4.3 车间生产能力
4.3.1 连铸车间生产能力,应根据车间产品大纲要求和相关工序主要设备配置等条件确定,并应预留车间最终规模的发展空间。
4.3.2 车间连铸机台数,应根据车间生产规模、炼钢炉种类、容量、座数及铸坯断面等因素确定。
4.3.3 车间设多台连铸机生产时,生产同一规格铸坯宜采用同一种机型。
4.3.4 全连铸车间设计应做炼钢炉、炉外精炼装置和连铸机之间的生产调度图表,并应作为选择连铸机台数、流数和车间布置的依据。连铸车间不宜采用备用连铸机。
4.3.5 连铸机应按多炉连浇设计。连浇炉数应根据中间罐内衬寿命,生产钢种以及连铸与炼钢炉生产节奏的匹配综合确定,必要时可采用快速更换中间罐技术提高连浇炉数。
4.3.6 连铸机作业率(包括合理等待时间)不应小于80%。特殊钢连铸机作业率可适当降低。
4.3.7 连铸机生产能力可按下式计算:
4.3.1 确定连铸车间生产能力的主要依据是车间生产大纲要求的规模,并由根据生产规模确定的相关工序主要设备配置,设备的先进性和可靠性来保证。对分步实施的工程设计时预留有车间最终规模的发展空间。
4.3.2~4.3.4 这三条规定了确定全连铸车间连铸机台数的原则。
连铸机台数主要取决于车间生产规模和品种,以及炼钢炉配置的数量和容量。新建全连铸车间宜采用炼钢炉和连铸机一对一配置方式,并以实现炉机匹配为原则,建立更合理的、高效的、稳定的生产流程。实现炼钢炉、炉外精炼装置和连铸机之间协调、均衡的生产。连铸技术发展到今天,体现国际连铸技术发展水平的应是提高连铸机设备可靠性和生产率;提高铸坯质量,保证生产无缺陷高温铸坯,热送热装和节能环保为主要特点,不应再以增加备用连铸机来作为提高车间产量的手段。
4.3.5、4.3.6 提高连铸机作业率和连浇炉数是提高连铸机生产能力的重要措施。连铸机设备可靠性是根本保证,包括各种机械、自动化设备长期生产可靠、耐用,维修量小。连铸机设计时除选择合适的机型外,还应根据需要有选择的采用符合当时连铸发展水平的工艺和装备技术。在生产环节中为实现多炉连浇、提高连铸机作业率创造条件。
4.3.7 本条规定了连铸机生产能力的计算方法。
这种计算方法是目前连铸工程设计中常用的最基本的计算方法,适用于各种机型。公式中每炉钢水的平均浇注时间是采用各钢种、各种宽度稳定浇注时的浇注速度计算出的加权平均浇注速度和加权平均宽度计算的。公式计算结果即是连铸机的平均年产量。
近年来,为计算方便,工程设计中也常采用计算机程序来计算。计算条件大体相同,不同之处是根据产品规格比例,分别计算出完成每种规格的铸坯产量所需的生产时间,其总和直接反映的是连铸机完成设计产量所需的作业天数,实际就是连铸机的作业率。换句话说,它比较准确的反映连铸机按预先设定的产品规格比例及一定的操作条件生产时所能达到的生产能力。但当铸坯的规格生产比例改变时,铸机的产量也会有所变化。
4.4 连铸车间工艺布置及厂房建筑
4.4.1 连铸车间布置应符合下列要求:
1 上下工序之间应有效衔接。
2 主体工艺设备布置应合理,流程应顺畅。
3 各生产工序、维修作业面积、设备和产品堆存面积应充足。
4.4.2 连铸车间总图布置应符合下列要求:
1 新建炼钢连铸车间主厂房宜采用与轧钢主厂房相邻、设备相接的紧凑式布置。连铸车间生产的铸坯应通过辊道直接热送,可采取保温措施。
2 旧厂改造时可采用下列方式:
1)连铸机设在炼钢连铸车间内,铸坯用专用热送线送至轧钢车间。
2)轧钢车间距炼钢车间较远且炼钢炉容量较大时,也可将连铸车间建在靠近轧钢车间附近,炼钢与连铸车间设专用的钢水运送线,连铸与轧钢之间用辊道直接热送。
4.4.3 连铸机在车间内的布置应符合下列要求:
1 横向布置时,连铸机中心线与浇铸跨厂房柱列线应垂直布置,连铸操作应分在各跨间进行。
2 纵向布置时,连铸机中心线与各跨间厂房柱列线平行布置。
3 新建连铸车间应采用横向布置。
4.4.4 新建连铸车间主厂房宜采用多跨毗连的布置方式,应依次由钢水接收跨、浇铸跨、切割跨和出坯跨组成。各跨间数量及参数应根据连铸机型式及设备布置等具体条件确定。
4.4.5 连铸车间主厂房的工艺布置,应根据工艺流程按分区作业原则确定,并应做到工艺顺行、物料流向不交叉、各工艺作业互不干扰。同时应符合下列要求:
1 连铸机作业线应布置在钢水供应的最佳位置。
2 新建连铸机应采用钢包回转台浇注。
3 车间应有足够的中间罐、结晶器及设备维修面积。
4 大型连铸车间浇铸跨中间罐修砌区的厂房,宜采用高低跨吊车布置方式。
5 出坯跨应留有部分铸坯检查、精整和堆存面积。部分合金钢及不适合直接热送钢种,应设置缓冷保温设施。
4.4.6 主厂房各跨间的长度、宽度和起重机轨面标高等主要参数,应根据规模、浇注钢种、断面尺寸及连铸机型式、设备布置等因素确定。
4.4.7 连铸车间主厂房及构筑物设计应符合下列要求:
1 主厂房宜采用钢结构厂房。其屋面应按风、雨、雪、灰等动静载荷及较好的清灰条件等因素设计。
2 各跨间起重机轨道两侧和厂房两端应设置贯通的安全走道,并应在厂房柱间设置连通主要跨间和主要操作平台的参观通道。
3 各跨间门洞尺寸应满足各种物料运输车辆要求和车间大型工艺装备的大部件进出条件。
4 车间地坪上应设置有鲜明标志的人行安全走道。车间地坪结构及地坪负荷宜符合表4.4.7的要求。
5 连铸浇铸平台宜采用混凝土及钢结构混合型设计,也可采用全钢结构设计。主操作平台设计均布载荷宜按15kN/m2~25kN/m2设计。局部需放置设备或其他作业的指定区域应按实际要求设计。中间平台均布宜按10kN/m2设计。连铸机周围维修操作平台宜按5kN/m2设计。
4.4.8 车间内邻近钢水、钢坯、液体炉渣等高温热辐区的平台梁柱、吊车梁、厂房柱及其他建(构)筑物等,必须采取隔热防护措施。
4.4.1 本条规定了连铸车间的布置原则是上下工序有效衔接,流程顺畅,确保合格钢水的运送和将车间生产出来的高温铸坯顺利热送至轧钢车间。同时还应重视中间罐的修砌和更换备用设备的维修等作业。
4.4.2 本条规定了连铸车间在厂区内的布置位置,强调新建炼钢连铸车间与轧钢车间的紧凑布置。铸坯运输距离(时间)是热送工艺的重要环节,直接影响热送指标和效益,炼钢连铸车间与轧钢车间毗邻,缩短了铸坯运输距离,为高温铸坯热送创造有利条件,条文中所采取的各项措施都是为了确保铸坯的热送温度。
4.4.3、4.4.4 这两条规定了连铸机在车间内的布置方式选择。
连铸机在车间内的布置主要根据场地面积、所在位置、出坯方向等条件决定。当车间最终建设两台以上连铸机,横向布置与纵向布置相比具有如下优点:
1 采用横向布置可以根据设备组成、作业环节设置多个平行跨间,如钢水接收跨、浇铸跨,铸坯切割跨、出坯跨(可设1跨~2跨)等,从而使作业分散、互不干扰,各跨起重机可根据作业配置,并为连铸机共用。
2 各台连铸机向同一方向出坯,有利于集中设置铸坯输送设备,特别是采用热送热装工艺时,更有利于高温铸坯的快速输送。
3 生产出的铸坯便于集中精整,从而节省精整设备。
4 可集中布置中间罐修砌及设备离线维修设备,以便节省占地面积和减少修理、对中设备。
纵向布置方式的优点是每个跨间再同一方向上只有一台连铸机,钢水吊运简单,没有干扰;缺点是钢水包要转向90°。适于利用旧厂房或受厂区条件限制时使用。因此条文中推荐新建连铸车间应采用横向布置方式。
4.4.7 本条对连铸车间主厂房及构筑物设计提出原则要求。这里作两点说明:
1 关于车间地坪结构及地坪负荷值是根据近年来新建炼钢连铸车间设计经验确定的。随着炼钢连铸设备的大型化,主机单体设备模块化,从主机线上整体快速更换,离线维修,以及考虑板坯最大重量和堆垛存放安全高度等因素,今后,新建大型板坯连铸车间的地坪负荷应取高限值。小型车间设计可取低限。对原有车间的改造设计可根据实际条件确定。
2 连铸浇铸平台采用全钢结构设计或混凝土及钢结构混合型设计都能很好地满足生产要求,但相比之下,采用混合型结构设计具有较小的热膨胀和低的振动,设备稳定性较好,投资相对较低。
4.4.8 条文中所述区域采取隔热防护措施,一是避免高温辐射对周围平台梁柱、吊车梁、厂房柱及其他建(构)筑物造成的长期的基础性损坏,进而影响相关的厂房、平台等的破坏,造成更大的安全事故;二是避免在上述区域发生液态钢水或炉渣泄漏时,其高温液体对平台梁柱,吊车梁、厂房柱及其他建(构)筑物造成损坏,扩大事故。故本条规定为强制性条文。
5 连铸机工艺参数及机型选择
5.1 铸坯断面选择
5.1.1 铸坯断面应根据轧机组成,轧材品种、规格以及不同钢种要求的压缩比选择,并应满足炼钢、连铸和轧钢取得合理的经济效益的要求。在满足轧材品种质量的条件下,宜一火成材。
5.1.2 连铸机类型可按表5.1. 2分类。
5.1.3 连铸坯最小断面应符合下列规定:
1 普碳钢方坯边长不宜小于120mm。
2 特殊钢方坯边长不宜小于130mm。
3 圆坯直径不宜小于140mm。
4 板坯厚度不宜小于140mm。
5 薄板坯厚度不宜小于50mm。
5.1.4 每台连铸机的铸坯最小和最大断面尺寸的范围不宜过大。
5.1.5 每台连铸机铸坯规格应在满足产品要求的前提下尽量简化。方、圆坯断面和板坯厚度的规格不宜超过三种。
5.1.6 设计板、方坯兼用型连铸机时,应以生产板坯为主。方坯厚度不应超过板坯最大厚度。
5.1.7 向H型钢轧机供应坯料的连铸机宜采用近终形异型坯作坯料。向小H型钢轧机供应坯料的连铸机也可采用大方坯作坯料。
5.1.1 本条文规定了铸坯断面选择的原则。通常,新建连铸工程设计时,连铸机生产的铸坯断面是由轧钢专业根据工厂轧机配置、轧材品种及规格要求提出后与炼钢专业协商确定。经济、合理的铸坯断面尺寸应是再满足轧材品种质量的前提下,力争一火成材,不宜过分加大铸坯断面。另外,一台连铸机生产的铸坯断面应尽量简化,铸坯最大和最小断面尺寸范围不宜过大,以便最大限度地实现炼钢与连铸的合理匹配,充分发挥炼钢、连铸及轧钢设备生产能力,获得最佳经济效益。
5.1.2 本条文按连铸生产的主要断面尺寸对连铸机型式进行划定,几点说明如下:
1 在方、圆坯连铸机中,主要是根据铸坯断面尺寸大小并由此而引起的连铸机结构特点的变化,区分为小方(圆)坯连铸机和大方(圆)坯连铸机。通常,小方(圆)坯连铸机生产的断面为边长(或直径)小于200mm,大方(圆)坯连铸机生产的断面为边长(或直径)大于200mm。小方(圆)坯连铸机采用刚性引锭杆,由于铸坯出结晶器后不致出现鼓肚现象,二冷区结构较为简单,除喷水装置外,只有外弧设少数托辊引导引锭杆。而大方(圆)坯连铸机一般采用挠性引锭杆,二冷导向段结构比较复杂,需要根据铸机弧形半径、浇注钢种及断面尺寸等条件设置一定长度的夹持段,以防止铸坯鼓肚变形。
另外,宽厚比小于2.5的矩形坯,一般也纳入方坯连铸机范围,统称方坯连铸机。
2 常规板坯连铸机主要根据浇铸断面尺寸的大中小分类。小型板坯连铸机主要为中宽带轧机供坯,而大、中型板坯连铸机则主要为不同规格的热轧机组供坯。
3 中薄板坯连铸机是介于常规板坯连铸机和薄板坯连铸机之间的过渡机型,俗称中等厚度的薄板坯连铸机。目前主要生产断面范围有两种,即(100mm~150mm)×(900mm~1620mm)和(130mm~160mm)×(1600mm~3250mm)。前者主要生产厚度为135mm,主要为热连轧机供坯。后者主要生产厚度为150mm,专为生产以中厚板产品为主的炉卷轧机供坯。
4 薄板坯连铸机和异型坯连铸机是近年投入生产的近终形连铸机。薄板坯连铸机是薄板坯连铸连轧生产线中浇铸设备,生产的铸坯厚度主要取决于布置在其后的热连轧机的配置,通常为50mm~100mm,而目前生产的最大宽度为1880mm。
异型坯连铸机主要是根据H型钢轧机的大小划定。目前供应大型H型钢轧机断面范围为550mm×440mm×90mm~1024mm×390mm×100mm;供应中型H型钢轧机的断面范围为430mm×300mm×90mm~660mm×370mm×90mm。而小型H型钢轧机使用的坯料主要是矩形坯。
5.1.3 本条根据铸坯质量要求,对连铸机生产的连铸坯最小断面尺寸进行了限定。
5.2 连铸机弧形半径
5.2.1 连铸机弧形半径可采用类比方法及理论计算,理论计算可按下列公式确定:
方圆坯连铸机: R=(30~50)×D (5.2.1-1)
异型坯连铸机: R=(25~35)×D (5.2.1-2)
板坯连铸机: R=(40~50)×D (5.2.1-3)
式中:D——铸坯厚度。
5.2.2 直弧形连铸机的基本弧半径可适当缩小,可根据铸坯在弯曲和矫直时的变形率确定。
5.2.3 采用计算方法确定连铸机半径时应进行有关铸坯的凝固及变形计算,计算结果应同时满足下列条件:
1 铸坯弯曲或矫直时,表面变形率或变形速率必须控制在钢种允许范围内。
2 铸坯带液芯矫直时,应使两相区综合变形率或变形速率小于钢种允许的极限要求。
5.3 连铸机拉坯速度
5.3.1 连铸机的拉速应根据铸坯断面、浇注钢种、与冶炼炉配合要求及连铸机冶金长度等因素确定,拉速选择应符合下列规定:
1 所选拉速应在所浇注钢种允许的拉速范围内。
2 应保证连铸机与上游冶炼设备相匹配。
3 应满足产品大纲中对产量的要求。
5.3.2 连铸机冶金长度确定后,实际生产操作拉速必须小于连铸机冶金长度确定的最大拉速。
5.3.1、5.3.2 这两条规定了连铸机拉坯速度(简称拉速)选择的原则及拉速限值。
拉坯速度是连铸工艺中非常重要的参数,它是连铸机生产能力的重要标志。为提高连铸机生产能力,希望尽量提高拉速。但拉坯速度受多种因素影响,拉速的提高受铸机长度、连铸生产的安全性和铸坯质量的限制,应根据建设工程的具体条件,综合考虑确定合理的拉坯速度,不宜盲目追求高拉速。
新建连铸机,应根据连铸机生产的铸坯断面、钢种、冶炼炉容量等条件,计算不同拉速和不同冷却条件下连铸机的冶金长度和铸坯出结晶器下口时的坯壳厚度,以便确定连铸机的长度等重要参数。通常,连铸机的冶金长度取决于铸坯的液芯长度,与浇注断面、钢种和拉速有关。连铸机冶金长度确定后,连铸机可能达到的最大拉坯速度也就随之确定了。生产操作的最大拉速必须小于连铸机冶金长度确定的最大拉速。近年来,由于连铸机设备结构的改进和配套技术的完善如采用优化的二冷制度、高频率、小振幅的结晶器振动装置、漏钢预报、计算机过程控制,选择适合钢种要求的保护渣技术措施,拉坯速度普遍有所提高。
综上所述,连铸机拉坯速度的确定应以连铸机生产能力、连铸生产过程的安全性和生产钢种的冶金质量要求等三个重要因素为前提。
5.4 连铸机冶金长度
5.4.1 连铸机的冶金长度应根据铸坯的液芯长度确定。液芯长度可按下式计算:
5.4.2 连铸机长度应根据所浇钢种和铸坯断面中的最大液芯长度确定。通常连铸机长度应取最大液芯长度的1.0倍~1.1倍。板坯连铸机长度最终应结合辊列设计确定。
5.4.1 连铸机的冶金长度取决于铸坯的液芯长度。液芯长度是指钢水从结晶器钢水弯月面至铸坯完全凝固时的长度,它是确定连铸机弧形半径和二次冷却长度的重要工艺参数。液芯长度与浇注钢种、铸坯厚度和拉坯速度有关。现代连铸机设计中,按最大拉坯速度计算的液芯长度即是连铸机的冶金长度。
条文中推荐的计算公式是根据凝固平方根定律导出的最基本的理论计算公式。对连铸机设计和指导连铸实际生产操作非常有用。鉴于二冷区凝固系数K值受多种因素影响,如钢水的成分、铸坯断面、二次冷却状态等。
现代板坯连铸机设计中,已广泛采用数学模型进行较详细的计算,以便确定相关的设计参数。
5.4.2 连铸机长度指结晶器钢水弯月面位置至铸机拉矫机最后一对夹棍中心线之间外弧线的长度。为保证连铸坯拉出连铸机之前完全凝固,连铸机的长度应大于连铸机的最大冶金长度。现代连铸机设计,不仅考虑连铸机可能达到的最大拉速,还应考虑连铸技术的发展为今后连铸生产留有进一步提高拉速的可能。通常,连铸机长度是在最大冶金长度基础上留有约10%的富余量。对小方坯连铸机的长度可延伸至切割机起切点位置。
5.5 连铸机流数的确定
5.5.1 一台连铸机的流数应根据炼钢炉容量、每炉钢水浇注时间、铸坯断面和拉速确定,并与铸机设计产量及铸机与冶炼周期的配合有关。
在一台连铸机上浇注一种断面时所需流数应按下式计算:
5.5.2 在一台连铸机浇注多种断面时,应分别计算流数,并应取计算结果中的最大流数为连铸机流数。
5.5.3 板坯连铸机的流数不宜超过2流。
5.5.4 大型异型坯连铸机的流数不宜超过4流,小型异型坯连铸机的流数不宜超过5流。
5.6 连铸机机型选择
5.6.1 机型选择应根据产品方案、质量要求和建设投资综合分析合理选择。
5.6.2 方坯、圆坯、异型坯可选用弧形多点(或连续)矫直型连铸机。
5.6.3 板坯连铸机宜以直结晶器连续(或多点)弯曲,连续(或多点)矫直型连铸机(直弧形)应为首选机型。
5.6.4 薄板坯可选用立弯式或直弧形连铸机。
5.6.5 水平连铸机宜用于炼钢炉较小的钢厂,也可用于浇注小断面的特殊钢和合金钢的方、圆坯。
5.6.6 浇铸极特殊的合金钢铸坯,可采用立式或立弯式连铸机。
5.6.1 连铸机机型经历了一个从立式、立弯式到弧形的演变过程。目前世界上发展成熟、且投入实际生产的连铸机,主要有立式、立弯式、弧形,直弧形和水平连铸机等。每种连铸机都具有它独自的工艺及设备结构的特点,都能在一定的适用范围内满足钢种和断面尺寸要求。连铸机机型直接影响连铸坯的质量。在设计连铸车间时,首要的问题就是要根据车间产品方案选择一种既要满足生产钢种及断面规格要求,确保生产高质量铸坯又要兼顾合理的投资效益的合适的连铸机。
对新建连铸机机型选择作如下分析和推荐:
1 立式连铸机是最早投入生产的机型,铸机主要设备布置在同一垂直线上,钢水在直立结晶器和二冷段逐渐凝固,有利于钢水中非金属夹杂物上浮,坯壳冷却均匀,铸坯在凝固过程中不受弯曲和矫直的作用,生产铸坯质量好更适合于对裂纹敏感性高的钢种的浇注。但是立式连铸机存在设备高、投资较大,设备维护和铸坯运送比较困难,环保条件差等不足,生产能力也受到限制。因此在炼钢及连铸生产技术已高度发展的今天,立式连铸机早已不是主导机型,只有在浇铸极特殊的合金钢铸坯或者特厚铸坯时,方可采用。
2 立弯式连铸机上半部和立式连铸机相同,它保持了立式连铸机垂直方向进行浇铸坯的特点,待铸坯完全凝固后,将铸坯顶弯并矫直,在水平方向切割和出坯,保留立式连铸机工艺方面的优点,克服了立式连铸机的部分缺点。目前,该机型在薄板坯连铸机采用较多。在常规板坯连铸机中已极少采用。
3 直弧形连铸机采用直结晶,在结晶下方设有2m~3m直线段夹辊,在工艺上保留了立弯式连铸机的部分优点,钢水在垂直结晶器和二冷直线段内初凝过程中,非金属夹杂物得以充分上浮,部分避免了弧形连铸机的铸坯中在内弧侧1/4处夹杂物聚集。改善铸坯的洁净度,有利于高质量钢的浇铸。带液相的铸坯经直线段后被弯曲成弧形,然后又在矫直区被矫直。这种机型设备高度和投资相对较低。由于采用连续(或多点)弯曲和连续(或多点)矫直技术,可使铸坯弯曲、矫直变形控制在钢种允许的范围内,可以保证铸坯在两相区不致产生裂纹,生产的铸坯内部质量比弧形连铸机好,利于生产高质量产品。因此直弧形连铸机得到较大发展。从20世纪90年代初开始新建的板坯连铸机几乎全部采用直弧形。已建的弧形板坯连铸机也在逐步改造为直弧形。近年研发投入生产的薄板坯连铸机也有比较多的厂家采用直弧形连铸机。
4 弧形连铸机结晶器是弧形的,其铸坯导向段布置在1/4圆弧内并向水平方向延伸,铸坯在垂直中心线切点位置被矫直,然后在水平方向切割成定尺和出坯,因此铸机高度基本上等于圆弧半径。它的高度比立式、立弯式要低,设备安装维护较方便。铸坯在凝固过程中承受的钢水静压力相对较小,可减小坯壳鼓肚变形产生的内裂和偏析,有利于改善铸坯质量和提高拉速。这种机型虽有钢水在凝固过程中非金属夹杂物向内弧聚集的倾向和由于内外弧冷却不均匀,容易造成中心偏析等缺点,但是,随着连铸技术的发展和连铸机自身及配套设备的进步和完善,弧形连铸机在充分发挥自身优点,同时不断克服其不足,加之工艺操作的改进,在实际生产中得到了广泛的应用。特别是方坯、圆坯和异型坯连铸机,弧形多点矫直或连续矫直型仍是当今的主导机型。
5 水平连铸机主要设备如结晶器、二冷段、拉矫机和切割设备均布置在水平位置上,它的结晶器和中间罐是紧密连接的,在水口和结晶器连接处安装有分离环。在拉坯时不是结晶器振动,而是拉坯机带着铸坯拉-反推-停不同组合的周期运动。铸坯在水平位置凝固成形,不受弯曲、矫直作用。水平连铸机具有投资省、设备简单等优点。但由于结晶器部件价格高,生产规模小的限制,仅适合于现有中小企业改造时用于浇铸小断面的特殊钢和高合金钢的方、圆坯。
6 连铸机设备
6.13 液压、气动及润滑系统
6.1 一般规定
6.1.1 连铸机设备设计应根据连铸机长期在高温、重载、潮湿的环境中工作的特点,应在满足工艺条件下,做到结构简单、工作可靠,调整、操作、维护检查方便,更换迅速,并达到可靠、实用、经济、先进的原则。
6.1.2 高温区的构件应采取防止热变形的水冷措施;部件固定时,应允许热膨胀,并预留膨胀条件。寒冷冰冻的地区的设备及管道应采取防冻措施。
6.1.3 喷淋区经常拆卸更换的部件应采取防锈蚀的措施。喷水管、喷气管、连接螺栓应采用不锈钢材质。二冷区的维护结构及蒸汽排出管道等宜采用经防腐处理的材料。
6.1.4 高温区的设备应便于拆卸安装,其锚固件宜采用易拆卸的连接结构,并应设置漏钢防护板。
6.1.5 高温区的管线宜避免设置在红坯直接辐射的位置。当不可避免时,应采取隔热措施。高温区的水管和气管不宜采用橡胶软管。液压介质可采用耐高温、抗燃的介质;当采用矿物油时,应采取消防安全措施。
6.1.1~6.1.5 本节根据连铸机长期在高温、高负荷和潮湿的环境中工作特点,对连铸机设备设计共性问题作了原则规定。可概括为下列两个方面:
1 连铸机设备设计要求高的可靠性,以确保连铸机的高生产率。高的可靠性是指各种机械设备、电气自动化设备长期生产可靠、耐用,更换维修方便,维修量小。具体说,机械设备及其元器件在长期高温生产中应能抵抗变形,不易损坏,液压系统无泄漏,电控设备、检测仪表及计算机控制精度高运转平稳,各种配套设施在长期生产期间无故障或易排除故障,漏钢事故少而且漏钢后能够尽快恢复生产。
2 应根据设备所在位置的工作环境,加强设备构件的各种防护技术措施。例如,对高温区的设备因环境温度很高,并受漏钢的威胁,应采取水冷措施防止热蠕变,并设防漏钢挡板;各种管线应采取隔热措施以避免热坯的直接辐射。以及喷淋区设备部件应考虑防锈、防腐的措施等,这些防护措施对提高连铸设备使用寿命、确保设备高可靠性至关重要。
6.2 钢包运载浇注设备
6.2.1 新建和改建的连铸机应采用钢包回转台。
6.2.2 浇铸条件较差的旧有车间,应采用固定式钢包座架或带钢包移动小车的座架浇注。
6.2.3 大容量钢包回转台宜采用液压单臂单独升降回转台。
6.2.4 当座到回转台上的钢包未带盖时,钢包回转台上应设置钢包加盖装置。
6.2.5 钢包回转台应设置事故驱动装置。
6.2.6 当采用钢流保护浇注时,宜采用钢包升降装置。升降速度宜为0. 8m/min~1.8m/min;升降行程可取600mm~1000mm。
6.2.7 钢包回转台的回转驱动应设置制动装置。
6.2.8 钢包回转台宜设置称量装置,并应采取防侧向力和隔热冷却措施。
6.2.9 钢包回转台的基础螺栓应采用高强度预应力螺栓。
6.2.10 钢包回转台应设置单独的润滑系统。
6.2.1~6.2.3 钢包运载浇注设备的选择。钢包回转台可迅速将位于受包位置满载钢水的钢包旋转到浇注位置,同时将浇注完钢水的空包回转到受包位换包。操作方便,有利于连浇作业,可在同跨或过跨浇注。所以新建或改建的连铸机应采用钢包回转台。只有在浇铸条件较差的旧有车间,钢包容量较小时,允许采用固定式钢包座架或带钢包移动小车的座架浇注。
钢包回转台的主要类型有直臂式钢包回转台、单臂旋转及升降的钢包回转台和单臂升降、同时旋转的蝶形钢包回转台。应根据钢包容量和车间条件选择,从操作灵活、可靠和经济角度考虑,容量大于100t的钢包宜采用液压单臂单独升降的蝶形钢包回转台。
6.2.4 回转台上设钢包加盖机构对到达回转台上盛有钢水的钢包加盖保温,可以减少钢水温度损失,有利于减少中间罐钢水温度波动,稳定拉速,提高铸坯质量。
6.2.5 钢包回转台设置事故驱动装置,用于在发生停电事故或其他紧急情况而无法使用正常驱动装置时,能快速将浇注位的钢水包旋转至安全位置,以防止发生设备及人身安全事故。
6.2.6 为实现保护浇注,要求钢包在回转台上能升降运动,以便在钢包和中间罐之间安装长水口。同时钢包升降装置对快速更换中间罐也是有利的。
条文中规定的钢包升降速度及升降行程范围值是近年钢包回转台设计中使用的经验数据,设计钢包回转台时需根据钢包容量大小,在范围内选择合适的设计值。
6.3 中间罐车
6.3.1 中间罐车应能实现快速更换中间罐。换罐时宜缩短结晶器中钢水断流时间。
6.3.2 中间罐车应采取保证中间罐水口与结晶器准确对中的纵、横方向移动的微调措施。纵向(运行方向)靠行走驱动装置应在低速下行走对中。中间罐横向移动的微调,可采用手动、电动或液压传动的方式。
6.3.3 中间罐车的设计应采取防热、隔热及防止钢花飞溅的措施。
6.3.4 采用浸入式水口浇注时,应设置中间罐升降装置,升降速度宜为1.2m/min~2.4m/min;升降行程可取400mm~700mm。
6.3.5 中间罐车宜设置称量装置。
6.3.6 中间罐车的结构形式可根据具体条件确定,应便于操作人员操作。
6.3.7 中间罐车的设计应包括电缆和管线的防护措施。
6.3.1~6.3.3 这三条规定明确了中间罐车设计的基本要求。
中间罐车作为支承和运送中间罐的设备,应能确保在浇铸平台上准确地向浇注位置运载中间罐,并在多炉连浇时实现快速更换中间罐操作;还应便于中间罐水口和结晶器对中,纵、横向微调方便、准确。另外中间罐车长期在高温环境下工作,其构件应能耐长时间的热负荷而不变形;设置完善的防热、隔热及防止钢花飞溅的措施,不仅保护设备,也是操作人员在浇注操作时的安全生产防护措施之一。
6.3.4 浸入式水口保护浇注是提高铸坯质量的重要措施,为便于浸入式水口的安装、拆卸,中间罐升降机构已是近年设计中间罐车的常规配置。
条文中对中间罐升降行程和升降速度参数作了原则规定,其参数范围为近年实际设计经验值,设计应根据具体条件在范围内选定。
6.3.6 中间罐车的结构形式根据连铸机布置及操作要求,可设计成各种不同的形式。按中间罐车轨道的布置方式,目前广泛运用的有落地式、高架式和半高架式三种主要形式。各具优缺点,可根据具体条件确定。但要确保操作人员有足够的操作空间和对结晶器内观察液面的良好视角。
6.4 中间罐
6.4.1 中间罐的容量必须满足换包浇注时,不应降低拉速,并应保持允许的最低钢液深度。板坯中间罐的容量应满足钢水在罐内停留的时间8min以上。
6.4.2 中间罐的罐型应利于钢水分流和钢水中夹杂的分离。中间罐可设置挡渣墙和堰或其他改善流场的装置。
6.4.3 中间罐应设置罐盖保温。
6.4.4 中间罐内衬应有良好的保温性能,使用前应加热。
6.4.5 大断面方、圆坯应采用塞棒或滑动水口控制钢流。小断面方、圆坯的边长不应小于130mm,宜采用塞棒控制钢流,也可采用定径水口。
6.4.6 中间罐采用塞棒浇注时,宜在中间罐底部增设事故滑动闸板进行断流。
6.4.7 板坯连铸机中间罐水口的钢流控制,可采用塞棒或三板式滑动水口。
6.4.8 连铸机中间罐修砌设施宜设置浸入式水口的修砌对中装置。
6.4.9 中间罐应采用碱性工作层,宜采用干式料。
6.4.10 异型坯连铸宜采用定径水口,半浸入式水口半敞开式浇注或浸入式水口保护浇注。大型异型坯宜采用双水口。小型异型坯宜采用单水口,也可采用敞开式浇注。
6.4.1 本条文规定了中间罐容量的设计要求。
中间罐作为钢包和结晶器之间的缓冲容器,起着稳压和分流的作用。合理的中间罐设计还应具冶金作用和在长期高温作用下的结构稳定性。中间罐的形状、容量和钢水深度是中间罐的重要参数,形状应尽量简单,便于制造,散热面积小,保温性能良好;其容量和钢水深度应是钢水在中间罐内有足够的停留时间,促使夹杂物能上浮,并保证多炉连浇更换钢包时不致断流停浇。中间罐容量一般为钢包容量的20%~40%。现代中间罐设计用钢水在中间罐内的停留时间作为评判中间罐容量的主要标志,考虑到钢水在中间罐内的散热对钢水降温的影响,中间罐最大容量为钢水在中间罐内平均停留时间应不小于8min。
6.4.2 本条文规定中间罐内形的设计要求。
中间罐内形设计要使其具有最佳的温度场和热流分布。为使钢水在中间罐内不形成死角,依据水利学模拟试验(或FLUENT、ANSYS、SUB等计算软件辅助模拟),在中间罐内设挡墙与坝,或渣钢分离器等措施,有利于改善钢液流动,促进夹杂物上浮,获得合理的热流分布,各水口之间的温度差值最小。生产实践证明,中间罐采用挡渣墙、坝等技术措施以后,改善了钢的清洁度,提高了连铸坯的质量。
6.4.5、6.4.6 这两条规定了中间罐水口钢流控制方式选择。 目前常用的钢流控制方法为塞棒、滑动水口或定径水口控制。在中间罐底部水口安装事故闸板目的是发生事故时紧急切断钢流、确保生产安全。
6.5 结晶器
6.5.1 圆坯及方坯连铸结晶器宜采用管式结晶器,矩形坯连铸结晶器也可采用管式结晶器。板坯连铸结晶器和部分大方坯宜采用板式组合结晶器。结晶器下口宜设置导向足辊。
6.5.2 管式结晶器铜管的安装宜采用上端悬挂下端允许膨胀的安装方式。结晶器铜管的长度宜为700mm~1000mm。
6.5.3 管式结晶器的导流水套应保证有足够的刚度。水缝不宜过大,宜采用3. 5mm~5mm,水流速宜为8m/s~12m/s。铜管应同时满足传热和刚度的要求。
6.5.4 板坯连铸结晶器铜板应根据铸坯断面、拉速、铜板材质,厚度,镀层情况,水量、水温及水缝大小进行导热计算。铜板与水箱的连接应保证高刚度设计要求。
6.5.5 结晶器的设计应保证水路能自动接通及结晶器在振动台上对中简单方便。
6.5.6 结晶器锥度和上下口的尺寸应满足钢水的凝固收缩要求。
6.5.7 方、圆坯结晶器可设置内装式或外装式电磁搅拌。
6.5.8 板坯结晶器宜采用电动或液压调宽装置,宜配备漏钢预报装置。
6.5.1 本条文规定了不同型式的连铸机所使用的结晶器类型。
结晶器按结构区分有整体式、管式和组合式。目前,整体式结晶器已不再使用。
管式结晶器结构简单,易于制造和维护,一般用于浇铸圆坯和中小断面方坯、矩形坯。目前,随着铜管加工工艺的改进,也应用到大断面的铸坯。
组合式结晶器用于浇铸大断面的方矩坯和板坯。与管式结晶器相比,组合式结晶器角部冷却不好,铸坯容易出现角部缺陷,结构比较复杂,维修不方便。但组合式结晶器的铜板可以修复和反复使用,降低了生产成本。
6.5.2 本条文规定了管式结晶器铜管的安装形式和铜管的长度。
铜管长度的确定,要考虑拉坯速度和结晶器的冷却强度等因素,主要是根据铸坯在出结晶器下口时坯壳的厚度来确定。
6.5.4 本条文规定了板坯结晶器铜板的设计原则。
作为结晶器内腔的铜板与高温钢水直接接触,因此对铜板材质的性能有如下要求:热传导率(导电率)高;室温和高温强度高;再结晶温度(软化温度)高,耐磨和耐腐蚀性能好;热膨胀系数低;塑性好,易于加工。
同时铜板应具有更高的强度和塑性、更好的导热性、耐磨性和耐腐蚀性能。现在都是采用在铜板表面电镀、热喷涂的方法来满足这些要求。尽管铜板表面的电镀和热喷涂合金,大大提高了铜板的寿命,但由于镀层的热传导系数要比铜小很多,为了保证钢水在结晶器内能够快速形成坯壳,必须对镀层的厚度进行控制。
铜板的厚度通常与浇注速度有关,铸机的浇注速度高,铜板的厚度取得薄一些,浇注速度低,铜板厚度取得厚一些。一般铜板厚度在35mm~45mm选取。
设计铜板冷却水槽时,要考虑选定的冷却水量必须能够以规定范围内的流速(6m/s~10m/s)通过水槽,更重要的是要保证铜板在同一高度处温度分布均匀。
6.5.6 本条文规定了确定结晶器上下口尺寸和锥度的设计原则。
结晶器的断面尺寸是根据冷态铸坯的公称断面尺寸并考虑铸坯在冷却凝固过程中的收缩来确定的。而为了减小坯壳与结晶器铜板间的气隙,提高铜板的导热性能,加速坯壳的生长,在结晶器设计时,应采用倒锥度,即下口断面比上口断面略小。在确定结晶器宽度和厚度的尺寸时,应考虑钢种、拉速、结晶器的冷却强度、是否采用铸坯凝固末端动态轻压下等因素。
总之,结晶器的倒锥度是为了消除结晶器内收缩的坯壳和铜板之间的气隙而设置的。结晶器的倒锥度如果小于铸坯的收缩,就会在铸坯和结晶器铜板间产生气隙,使这部分坯壳的凝固变慢,这将引起铸坯龟裂。另外,冷却用的喷淋水一旦流入这个缝隙,还会引起铜板腐蚀损毁。如果结晶器的倒锥度大于铸坯的收缩,铸坯将在结晶器中受到挤压力的作用,这也会成为铸坯裂损的原因。近来的研究表明,结晶器内铸坯的收缩并非如结晶器锥度那样呈直线性锥度,而是呈现出抛物线形状。所以,在国内外的板坯连铸机上,有些已开始使用抛物线形状的结晶器铜板。随着研究的深入和使用经验的积累,会找到更加合适的铜板形状。
6.6 结晶器振动装置
6.6.1 小方坯连铸机宜采用液压或电动驱动四连杆仿弧振动机构,也可采用半板簧导向短臂四连杆振动机构。
6.6.2 板坯、异型坯和大断面方、圆坯连铸机可采用液压振动机构,宜采用导向钢板进行导向。
6.6.3 振动频率的调整可采用液压、电动伺服机构或交流变频装置调速。振动频率范围宜为30次/min~400次/min。
6.6.4 振动装置的振幅应设计成可调,振幅调整范围宜为±1mm~±7mm。
6.6.5 液压振动装置采用非正弦振动波形时,偏斜率宜小于40%。
6.6.1、6.6.2 这两条规定了结晶器振动装置的选择。
结晶器振动装置随着连铸技术的发展经历了多种形式的演变,按驱动方式主要有机械振动(近似于正弦振动曲线)和液压振动(正弦和非正弦振动曲线)两大类。从其基本结构形式分,目前广泛应用于连铸的振动装置有以下几种形式:
1 短臂四连杆式振动机构。这种振动装置结构简单,能较准确地实现结晶器的运动,设备的刚性大。改进型半板簧短臂连杆振动装置,可克服四连杆型的横向移和全板簧导向型的偏摆问题,具有较多的优点,在小方坯连铸机中广泛应用。
2 四偏心振动装置。这种振动装置利用两对偏心距不同的偏心轮和连杆机构产生结晶器的运动。振动台的导向装置是利用两条板式弹簧使结晶器只作弧线或直线运动,而不产生其他方向的移动。这种振动装置的最大优点是振动平稳,缺点是结构比较复杂。现代板坯连铸机的结晶器振动装置绝大多数都采用四偏心振动。同时为缩短在线设备的检修时间,提高铸机作业率,将结晶器、振动装置和零扇形段组合安装在一个框架内,构成快速更换台,可同时吊装,也可分解吊装。
3 液压振动。液压振动是近年研发推出的一项现代连铸机的核心技术,主要优点是可实现结晶器的正弦曲线和非正弦曲线运动,可在线调整振动参数如振幅、频率、负滑脱率及正滑脱率和非正弦系数。由于液压缸可与振动平台直连,因此系统中无弹性变形,并采用无磨损的水平钢板弹簧来精确导向等,液压振动装置已广泛应用于板坯及方坯连铸机上。采用该技术的直接优点是在低拉速时减小振痕深度,改善铸坯的表面质量;而在高拉速时能保证有足够的保护渣流入,避免漏钢事故。
目前,我国板坯连铸机双缸式液压振动装置和大方坯铸机内、外弧双缸式液压振动装置国产化技术已经成熟。几家单位已研发推出具有自主知识产权的新型液压振动装置,并在多台国产化连铸机应用,取得了良好的效果,达到国际先进水平。结晶器液压振动装置将成为现代板坯连铸机和大方、圆坯连铸机的常规配置。今后新建此类连铸机,应积极采用液压振动装置。
6.6.3~6.6.5 这三条规定了结晶器振动装置主要参数设计值。
6.7 二次冷却及铸坯导向装置
6.7.1 小方(圆)坯二冷及导向装置应根据引导引锭杆和铸坯设计,不应夹紧铸坯,结构设计应力求简单。内弧导辊的数量可比外弧导辊少,并应装设侧导向装置。
6.7.2 采用刚性引锭杆的小方(圆)坯连铸机,铸坯导向第一段可不设导辊,宜设置喷水管。
6.7.3 采用挠性引锭杆的大方(圆)坯连铸机,铸坯导向第一段宜采用可活动的导向段,并应根据铸机半径、钢种、浇注断面、拉速等条件设置一定长度夹持段。
6.7.4 方、圆坯连铸机的二冷喷水管应分段供水,宜采用纵向排管设计。
6.7.5 板坯连铸机的二冷铸坯导向段的辊列布置应进行辊列计算。连铸机应采用小辊径密排辊布置,并应根据情况采用分节辊。
6.7.6 板坯连铸机导向装置宜采用扇形段组合方式。扇形段宜按互换性设计,应保证安装拆卸简单方便、刚性及对中性好。
6.7.7 板坯连铸机扇形段宜采用液压缸夹紧的结构。需要时,可采用铸坯凝固末端动态轻压下技术。
6.7.8 板坯连铸机扇形段检修装置,应根据车间具体条件和更换方便的原则确定,宜采用内弧径向更换的形式。
6.7.9 板坯连铸机的二冷室,宜采用隧道式密封设计。
6.7.10 异型坯连铸机扇形一段、二段应采用小辊径密排辊夹持机构,并应严格控制铸坯鼓肚和鼓肚应变。二冷段应设置冷却水吸收及吹扫系统。
6.7.11 异型坯连铸机结晶器下方应设置顶辊夹持机构,并应对异型坯进行夹持和导向。
6.7.12 板坯连铸机铸坯导向段的辊子和轴承应内部通水冷却。
6.7.13 板坯连铸机铸坯导向段的最大开口度,应按铸坯冷凝后不能矫直的情况下切成若干段仍可取出的条件确定。
6.7.14 板坯连铸机铸坯导向段的二次冷却可采用铸坯宽度分路冷却控制。
6.7.1、6.7.2 小方(圆)坯连铸机浇铸的铸坯断面较小,凝固快,铸坯拉出结晶器后,坯壳厚度一般已足够承受钢水静压力的作用而不易产生鼓肚变形,不需对铸坯进行夹持。二冷区主要作用是支撑和引导引锭杆。因此,小方(圆)坯二冷导向装置的结构设计可以比较简单,结晶器下面第一段不设导辊,只设喷水管。这种二冷装置的结构与刚性引锭杆配合使用,结构简单而紧凑,而且处理漏钢事故比较方便。
6.7.3 大方坯连铸机,当凝固坯壳被拉出结晶器后,受内部钢水静压力的作用,铸坯会产生鼓肚现象而影响铸坯质量。因此,大方坯的二次冷却装置结构,需采用密排多辊式夹辊来支撑铸坯,而且对大断面方坯往往四个面都需要夹持辊支撑。随着铸坯进一步冷却,坯壳不断增厚,当凝固壳厚度达到足以承受钢水静压力时,就不再需要外部夹辊的支撑。因此,通常把大方坯连铸机内需要夹辊支撑铸坯这一部分导向装置设计成可移动的整个部件,以适应生产不同断面铸坯的快速更换。
6.7.5~6.7.9 这五条规定了板坯连铸机的二冷铸坯导向段的设计原则。
二冷铸坯导向段布置在结晶器出口到切割前辊道的整个二冷室区域内,一般分为弯曲段、弧形段、矫直段、水平段;二冷区域内的全部水气喷嘴也安装在扇形段上。钢水在结晶器内初步凝固成坯壳后,由安装在扇形段上的驱动辊连续拉出结晶器,进入扇形段区域,在扇形段区域内完成弯曲、矫直并且完全凝固。因此,铸坯内部质量和表面质量的好坏,与扇形段的设计有直接的关系。同时,整个扇形段都工作在高温、高湿的环境中,扇形段的上部由于结晶器保护渣残留物的存在,对设备和辊子有很强的腐蚀性;另一方面,扇形段在整个工作周期内,始终要承受铸坯的鼓肚反力、弯曲和矫直反力、拉坯力的作用,为了提高铸机的作业率,扇形段设备应该具有较长的寿命和维修更加方便。因此,板坯连铸机扇形段要以能够获得最佳的产品质量、最大的生产效率、最少的设备维修量为设计原则。同时,为了进一步提高铸坯内部质量和作业率,扇形段要能够实现动态轻压下控制和远程调节辊缝。
6.7.10、6.7.11 这两条规定了异型坯连铸机铸坯导向段的设计。
异型坯连铸机的基本结构与矩形坯连铸机相似,但由于异型坯的特殊横断面形状及凝固特点,异型坯连铸机设备某些方面具有特殊性,主要区别在于结晶器的形状和二冷区支撑辊的布置不同。
二冷段夹辊的设计是根据鼓肚凝固特点确定的,为防止鼓肚变形,铸坯导向装置支撑腹部要到铸坯基本完全凝固为止。通常设计导向段1段~3段为异型坯专用,第4段以后可与矩形坯导向段基本相同。因此在浇注断面更换时,从结晶器直到基本完全凝固为止的部件要同时更换。为防止鼓肚变形,在连铸机上部(第一段)需用辊子分别支撑铸坯翼缘的顶部、端部及工字形的腹部,后两段辊子数可适当减少(如翼缘端部),这对保证铸坯质量非常重要。
在拉矫机前的二冷段适合位置设置除水装置,是为了将二冷喷淋沿内弧工字坯腹部流下的部分冷却水排除,以防铸坯表面质量恶化及影响铸坯切割。
6.8 拉矫机或扇形段驱动装置
6.8.1 方、圆坯连铸机的拉矫机宜采用液压压下。
6.8.2 小方、圆坯连铸机的拉矫机可采用五辊整体机架的型式。大方,圆坯和异型坯连铸机的拉矫机宜采用可更换单机架的型式。
6.8.3 拉矫机的拉矫辊和轴承座应通水冷却,机架宜采用通水冷却,辊子轴承应采用大间隙轴承。
6.8.4 方、圆坯和异型坯拉矫机宜采用上辊驱动或上、下辊同时驱动的方式,传动辊的数量应根据拉矫力及拉矫机的数量确定。当布置在弧线内的拉矫机其上、下辊的转速不同时,应由电气控制保证铸坯内外弧同步运行。
6.8.5 拉矫机的最大开口度,应按铸坯冷凝后不能矫直的情况下切成若干段仍可拉出的条件确定。方坯连铸机采用刚性引锭杆时,拉矫机的压下缸行程除应满足拉坯要求外,尚应满足脱锭及铸坯事故处理的要求。
6.8.6 拉矫机应采取防热和冷却措施。方、圆坯拉矫机结构允许时,宜使铸坯在冷却通道中运行,拉矫机机架宜采用水冷却结构。
6.8.7 圆坯连铸拉矫机的压下辊应严格控制压下力,拉矫机为多机架时,压下力应沿拉坯方向逐渐加大,必要时可设置压下限位装置,拉矫机的辊子表面应带有弧形槽口,其半径应大于铸坯的最大半径。
6.8.8 板坯连铸机扇形段的驱动装置应设计为当更换扇形段时能快速脱离的形式,并应布置在二冷室外。
6.8.9 板坯连铸机的驱动装置,宜向前布置,并应确保当引锭杆处于待浇注位置时,至少应有两对传动辊夹持引锭杆。
6.8.10 拉矫机或扇形段驱动装置应采用交流变频传动。当停止状态需夹紧引锭杆的传动机构的减速机无自锁条件时应装设制动器,当采用编码器进行测长和引锭杆跟踪时,编码器可装在电机轴上,并应配置防护。
6.8.11 拉矫机或扇形段驱动装置的拉矫能力应满足在事故状态下,铸坯温度稍降低时仍能将铸坯拉出并矫直。
6.8.12 拉矫机的传动装置和电机的布置宜避开红坯的直接辐射。
6.8.1 方、圆坯连铸机的拉矫机采用液压压下,系统压力可选择较高,便于调节冷、热坯不同压力要求,与气动系统相比,液压缸体积较小,具有行程容易控制,动作平稳等优点。
6.8.2 本条规定了方、圆坯连铸机的拉矫机选型。
小方、圆坯连铸机的整体机架五辊拉矫机是近年来在总结以往小方坯连铸机成功经验基础上,设计制造的一种新型拉矫机,采用连续矫直技术,可上、下辊传动,上辊液压压下,具有足够的拉坯能力。拉矫机区域内设置水冷隧道,铸坯在隧道内运行,提高了拉矫机的热防护能力,另外,所有部件都安装在一个机架上,结构紧凑,方便整体更换,离线检修。
对大方、圆坯和异型坯应采用可更换的单机架拉矫机,根据铸坯断面和拉坯力大小等要求,采用不同数量的单机架组合成多机架拉矫机,实现连续或多点矫直,确保铸坯质量。另外对大方坯连铸机还可根据需要实施动态轻压下技术。
6.8.3 拉矫机长时间处于高温辐射状态下工作,特别是多炉连浇时,拉矫机部位温度很高,如不对拉矫机各部分设备进行有效的冷却和防护,就会出现设备部件产生高温蠕变、润滑条件恶化、液压缸泄漏等问题,使拉坯阻增加,严重时影响拉矫机正常工作。
6.8.11 当进行换中间罐操作或出现事故时,铸坯会在二冷区短时间停留,重新拉坯时,拉坯阻力增加。因此拉矫机或扇形段驱动装置的拉矫能力应留有足够的裕量。
6.9 铸坯切割机械
6.9.1 小方坯短定尺切割时可采用电动或液压机械剪剪切,长定尺时宜采用火焰切割机切割。
6.9.2 板坯、圆坯、方坯和异型坯应采用火焰切割机切割。薄板坯宜采用机械剪剪切。圆坯用火焰切割机宜采用仿弧运行切割型式。
6.9.3 电动机械剪以蜗杆副作传动件时,应确保蜗杆副处于良好润滑状态。
6.9.4 剪切力不大于5000kN时可采用电动机械剪或液压剪。剪切力大于5000kN时宜采用液压剪,方坯宜采用45°对角剪。铸机采用刚性引锭杆时,剪机开口度应大于脱锭时铸坯的翘头。
6.9.5 液压剪液压介质工作压力不宜大于21MPa,最大工作压力不宜超过30MPa,最大工作压力为30MPa时,宜单设液压站。液压站泵的流量应能满足多流同时剪切时的用量。
6.9.1、6.9.2 这两条规定了铸坯切割机的选型。
1 小方坯连铸采用的切割设备种类较多,主要有电动机械剪、液压剪和火焰切割机等,三种型式都能满足小方坯切割的技术要求。电动机械剪和液压机械剪设备紧凑,切割速度快,金属损耗小,特别适合于切割定尺较短的铸坯,但设备重,一次投资较大,设备维护要求高,切口质量略差。而火焰切割机,在线设备结构简单,一次性投资低,切口比较平整,不受铸坯温度限制,虽然金属损耗较高,但被广泛采用,因此小方坯短定尺切割时可采用机械剪,长定尺时宜采用火焰切割机。
2 板坯、圆坯、大方坯和异型坯受断面尺寸限制,应采用火焰切割机切割。薄板坯采用机械剪剪切是由于薄板坯连铸机拉速高,要求快速切割。
3 火焰切割机包括机械设备、能源介质供应和控制以及电气仪表和控制等为自成系统配套的机电一体化单元产品。可由专业化生产厂成套集成设计制造,工程设计单位提供订货技术条件,包括切割机工艺参数及技术要求和切割介质条件。
6.9.3 从多年的使用中总结的经验,蜗轮副润滑是电动机械剪良好运行的关键;大蜗轮油箱较小,不适应重负荷工作,长期连续使用则油质恶化,降低剪切机剪切能力。通常采用润滑油体外循环的办法即设置专用润滑站供大蜗轮啮合处润滑。
6.10 辊道
6.10.1 小方坯连铸机宜采用单流链条式分组传动,也可采用多流共用单独驱动辊道。
6.10.2 小方坯连铸机的辊道应设置铸坯侧导向,辊道之间应设置盖板。
6.10.3 大方坯和板坯连铸机可采用单独驱动的辊道。
6.10.4 高温区辊道(切割前辊道和切割区辊道)应设置水冷。采用热送工艺时,辊道应设置铸坯保温罩。
6.10.5 辊道传动电机可采用交流变频装置调速,传动机构应便于安装与维修,采用刚性引锭杆的切前辊道可不驱动,但切割机前应设置处理尾坯用的夹送辊。
6.10.6 火焰切割区的辊道,应采取防止火焰烧损辊子的措施,宜采用伸缩辊道、平移窜动辊道或摆动辊道。
6.10.7 辊道区可设置去毛刺装置、铸坯打(喷)号机、铸坯称量装置等。
6.10.8 圆坯连铸机的辊道应带弧形槽口,弧形槽口半径应大于所生产圆坯的最大半径。
6.10.1 小方坯断面小、铸坯单位长度重量较轻,通常输送辊道采用一个马达驱动主动轮带动多个链传动的从动轮的单流传动方式,可相对减少辊道的传动马达数量。同样,在铸坯切割后的辊道采用单独驱动的多流共用长辊道,也可减少辊道传动装置数量。
6.10.2 设备侧导向装置的作用是防止铸坯在运送过程中跑偏。辊道之间设盖板是为了方便于辊道区的事故处理操作,同时保护驱动装置和轴承免受热辐射。
6.10.3 单独驱动辊灵活性大,检修更换方便,互换性较好。
6.10.4 切割前和切割区辊道,长时间接触高温铸坯,所以设计成水冷辊道。热送辊道设保温罩对铸坯隔热保温,可提高铸坯热送温度。
6.10.5 辊道传动电机是否设变频调速装置应根据生产工艺要求确定,通常对大方坯、板坯连铸的切前辊道、切割辊道和切后一组辊道,拉坯时需要与拉速同步,拉坯结束后要便于处理尾坯操作,因此应采用变频调速装置。现代板坯连铸机出坯线上的去毛刺机,铸坯打号(喷)机和称量辊道等操作也要求该设备处的辊道变频调速。
对于采用刚性引锭杆机型的切前辊道(即中间辊道)不承担输送引锭杆的任务,故可设计成自由辊使其在浇铸期支撑铸坯。但为处理尾坯,应设尾坯夹送辊(即辅助拉矫机),停浇时将离开拉矫机的最后一根铸坯送出。
6.10.7 现代板坯连铸机辊道区各种型式的去毛刺机、铸坯打(喷)号机、铸坯称量装置等设备对提高铸坯质量、提高生产率、提高管理水平起着重要作用,新建板坯连铸机可根据设计条件选择采用。
6.11 引锭杆和引锭杆存放装置
6.11.1 小方(圆)坯连铸机宜采用刚性引锭杆。连铸机半径大于8m的刚性引锭杆系统,宜采用卧式存放。
6.11.2 大方坯、圆坯、异型坯和板坯连铸机,宜采用挠性引锭杆和自动脱引锭装置。
6.11.3 板坯连铸机在生产率高、冶金长度较长时,宜采用上装引锭杆。
6.11.4 小方坯拉矫机不采用抬辊操作时,引锭杆身至杆头的过渡段的角度宜小于3°。
6.11.5 传送刚性引锭杆时,应保证拉矫机传动与引锭杆存放装置传动之间的同步。
6.11.6 板坯连铸机采用下装引锭杆时,引锭杆存放装置宜采用侧面存放方式。大方坯、圆坯和异型坯连铸机引锭杆存放装置宜采用摆动四连杆侧面存放方式。
6.11.1~6.11.3 这三条规定了引锭杆结构型式的选择。
小方坯连铸机采用刚性引锭杆,而大方坯、板坯和异型坯连铸机采用挠性引锭杆是长期生产经验的总结。小方坯引锭杆重量轻,拉坯时如遇结晶器拉坯阻力大时,挠性引锭杆容易发生同步抖动而影响铸坯质量,甚者造成漏钢。而刚性引锭杆因刚度大、拉坯时不抖动,不会产生链节间轴孔磨损的偏摆伸缩等弊端。小方坯连铸机采用刚性引锭杆可简化二冷区导向装置,比较容易处理漏钢事故。
大方坯、板坯、异型坯等连铸机由于浇铸断面及形状差异较大,二冷导向区需根据冶金要求设计不同型式和不同长度的结构复杂的支撑段,拉坯阻力大,引锭杆的断面要与之相适应。采用挠性引锭杆适应性好,通过导向装置可顺利进入结晶器下口。拉坯时铸坯运行平稳,不偏摆不振动。大方坯、板坯、异型坯连铸采用挠性引锭杆结构差别虽较大,但都为链节式引锭杆,设计时除引锭头应与浇铸断面形状相适应外,引锭杆的宽度、厚度等要根据具体条件确定。
引锭杆装入方式可分为上装引锭杆和下装引锭杆两种方式,上装引锭杆只在板坯连铸机中采用。由于上装引锭杆可以在上一个浇注周期末尾坯离开结晶器后某个位置就可以向结晶器送入引锭杆,装入引锭杆和拉尾坯同时进行,可缩短生产准备时间20min~30min,从而提高了连铸机作业率,对于生产率要求高,生产批量大,铸机冶金长度较长的大型板坯连铸上采用是合适的,20世纪80年代后期得以广泛采用。但上装引锭杆系统设备比较庞大,结构复杂,自动化控制系统要求相对高些。随着连铸技术的发展,现代板坯连铸机连浇炉数已大大提高,连铸机设备可靠性也大为提高,更换周期短,能较好的确保连铸机的高生产能力。引锭杆采用何种装入方式应进行技术经济比较确定。
6.11.4 该角越大,拉坯时产生的水平推力越大,当水平推力大于辊子的摩擦力(拉坯力)时,水平推力作用于拉坯力的相反方向,拉坯停止,则拉辊打滑。根据设计生产经验,该角度宜小于3°。
6.11.6 本条规定了引锭杆存放方式的选择。
6.12 铸坯冷却输出装置
6.12.1 多流方、圆坯连铸机可采用集中出坯冷床或分流式冷床。
6.12.2 分流式冷床出坯时,可采用液压推钢机。在集中冷床出坯时,可采用液压或电动推、拉、移钢机,也可采用双层翻转推钢冷床。
6.12.3 小方坯定尺长度大于8m时,应采用步进式翻转冷床出坯;定尺长度小于8m时,可采用单排或双排冷床出坯。
6.12.4 圆坯宜采用步进翻转冷床或推钢冷床。
6.12.5 采用立式剪切机剪切铸坯,且出坯采用并拢推钢方式时,铸坯宜先翻转90°。
6.12.6 采用磁盘吊吊运铸坯时,铸坯的温度应小于550℃。
6.12.7 板坯的输出装置,可采用冷床、辊道直送、推钢机-垛板台下线、推钢机-卸板台上线、横移台车、铸坯转盘、利用跨间吊车直接在辊道上下线等形式。
6.12.8 冷床的设计在结构上应避免滑轨受热时的膨胀变形。
6.12.9 铸坯热送时,应采取保温及缓冲措施。
6.12.1~6.12.9 铸坯冷却输出装置区域的设备尽管对铸坯的凝固冷却、浇注,切割没有关系,但对整台铸机的作业率和管理水平有很大影响;由于本区域设备不像主机区域设备可以快速更换,一旦本区域设备出现故障,会影响整台铸机的正常生产。因此,本区域设备要求结构简单可靠,故障率低,便于维修。
在有条件和需求的情况下,尽量使用铸坯质量判定和铸坯保温缓冷技术。
6.13 液压、气动及润滑系统
6.13.1 连铸机设备以液压介质为动力时,工作压力不应大于21MPa,水-乙二醇介质的工作压力不宜大于18MPa。
6.13.2 液压装置应在制造厂进行组装、试压及功能调试,并应在检验合格后再出厂。
6.13.3 液压泵的底座宜设置橡胶减振器,泵的吸、排油口宜设置一段软管或避振喉吸收振动。
6.13.4 油箱和液压管道应采用质量合格的材料,管道的加工、焊接、安装、酸洗、冲洗等技术要求应符合现行国家标准《冶金机械液压、润滑和气动设备工程安装验收规范》GB 50387的有关规定。液压系统经循环冲洗后,液压介质的清洁度采用颗粒计算法检测应介于15/12级~18/15级,有伺服阀控制的伺服系统时不应低于15/12级。
6.13.5 液压站应根据具体情况设置吊装设施、通风设施,并应配置安全消防设施。
6.13.6 连铸机设备以压缩空气为动力时,应采用洁净、干燥的压缩空气,应在压缩空气的进气总管或阀门站总管上设置气动三大件,并应在电气换向阀的排气口上装设消声器。
6.13.7 板坯连铸机的主机(除中间罐车外)应采用集中或分段集中润滑方式。小方坯连铸机的主机可采用集中润滑或分散润滑,润滑点较多的连铸机应根据具体情况将设备分成几部分,并应各设一套集中润滑装置。连铸机可采用油脂润滑系统或油气润滑系统。
6.13 液压、气动及润滑系统
6.13.1 在连铸机的液压系统中,为了提高液压设备的使用寿命,降低故障率,使用难燃的脂肪酸酯替代水-乙二醇,是近来的趋势;但在易燃的部位,需要考虑消防措施。
6.13.7 方、圆坯连铸机主机区域的润滑方式,目前有采用油气润滑的形式,板坯连铸机主机区域也有采用油气润滑或干油智能润滑的形式,取得了不错的效果。
7 电气及自动化
7.1 供配电
7.1.1 电源应符合下列规定:
1 连铸机应按二级负荷设计,宜单独设变电所(电气室),宜由两路高压电源(不同母线段)供电。
2 当一路电源故障时,另一路电源应带动全部负荷正常工作。
3 基础自动化、过程控制自动化的可编程序控制器、人机接口、服务器、通信网络设备应由不间断电源供电。不间断电源宜采用共用方式。
7.1.2 供配电系统应符合下列规定:
1 宜按工艺设备的布置将用电设备分组,各组应由单独的电动机控制中心和变频传动装置供电。电动机控制中心和变频传动装置的划分应与可编程序控制器的分组相一致。小型连铸机也可只设一组电动机控制中心,但应由两路可互为备用的低压电源供电。
2 车间内离线设备集中的地方,可设置动力配电箱供电。
3 电动机控制中心和变频传动装置的控制电源宜选AC 220V或DC 24V,采用AC 220V时宜通过隔离变压器,从电动机控制中心的低压母线引出。
4 DC24V应主要用于电磁阀、可编程序控制器输入输出接口及检测元件的控制电源。
7.1.1 对本条部分条款规定说明如下:
1 根据负荷性质,连铸机需要从上级供电系统引来不同母线的两回路电源,并且两回路电源应能100%备用。因为一般连铸机的负荷都比较大,故宜有两路高压电源供电。某些用电负荷较小的连铸机,如某些小方坯连铸机,可以不采用两路高压电源供电,但应采取相应措施保证二级负荷的供电要求。
在连铸机设有电磁搅拌系统的情况下,一般电磁搅拌系统另由独立的电源变压器供电,故此时会有三路或四路电源供电的情况。
2 本款为强制性条款,连接于两路高压电源的动力变压器按可带动全部负荷正常工作来选择容量,即在任何一台动力变压器故障或检修时,另一台动力变压器仍可保证连铸机的正常生产。用电负荷较小的连铸机在取得高压电源有困难时,可以从就近的其他供电系统引入足够容量的低压电源,或采取其他措施,保证故障状态时的设备安全。
7.2 传动
7.2.1 连铸机的电气传动宜采用全交流电动机传动方式。连铸机主要设备的传动方式应符合表7.2.1的规定。
7.2.2 连铸机系统的供水泵,蒸汽排出风机等大功率电机,随工艺状况而在较大转速范围工作的负荷宜采用交流变频调速的方案。
7.2.2 目前的连铸机系统的供水泵、蒸汽排出风机等设备大多没有采用交流变频调速的方案,但从节能角度应积极推广其应用。
7.3 自动化仪表
7.3.1 自动化仪表检测、控制项目应符合表7.3.1的规定。
7.3.2 连铸机自动化仪表选型应符合下列规定:
1 钢包、中间罐的钢水温度测量值,除应在主控制室显示外,尚应在操作现场设大屏幕显示。
2 钢包和中间罐的钢水称量系统的设备,应满足多个荷重传感器的荷重不平衡性与荷重过载系数的要求。同时应满足称重操作时垂直和水平方向的冲击力对荷重传感器的影响的要求。系统的控制精度应优于1%,环境温度应为-20℃~+70℃,过载能力不应小于200%。钢水称量的测量值应同时在操作室显示和在操作现场设大屏幕显示。钢包回转台,中间罐车上的钢水称量传感器,其接线盒的安装和电缆管线的敷设方式应与钢包回转台、中间罐车的机械设备同时设计。
3 钢包钢水下渣检测可选用由测量传感器、操作箱和工控机组成的系统。
4 结晶器钢水液面测量宜选用电磁型、涡流型、放射性射线型等仪表系统。
结晶器钢水液面计的液面控制波动范围应小于±3mm,系统响应时间应优于100ms。
5 在结晶器铜板结构上矩阵式安装热电偶,测点布置应满足工艺要求。热电偶引线宜穿过结晶器冷却水箱连接到插座盒。
结晶器漏钢预报的误报率应低于5%。
6 连铸机二次冷却水的流量测量宜选用电磁流量计,设备冷却水流量测量可选用电磁流量计或流量开关,其他介质的流量测量宜选用标准节流装置,并宜配差压变送器仪表。
7 控制连铸机二次冷却水量的调节阀、切断阀使用气动执行机构时,应设置专用仪表气源。气源应满足气动仪表的技术要求。
8 二次冷却水量采用动态控制方式时,连铸坯表面温度测量宜选用红外高温计。测温点应按工艺要求布置。
7.3.3 现场安装的指示仪表应安装在便于观看和维护的部位。其他仪表、执行器和调节阀等应安装在便于检修的地方。
7.3.4 连铸水处理系统自动化仪表应符合下列规定:
1 连铸水处理系统应设置监视仪表,设置的范围和装备水平应根据连铸机的规模、工艺要求及水处理设施的具体内容确定。
2 事故安全供水装置,应设置高低水位声光信号,并应分别传送至连铸机主控室和循环水处理操作室。
3 连铸水处理的检测、控制项目应符合表7.3.4的规定。
7.3.1 本条规定了连铸机自动化仪表检测、控制项目。
表7.3.1中第3项,钢包钢水下渣检测是在钢包水口处安装钢渣检测元件,钢渣检测元件检测出钢水中含渣量的百分数,输出的检测信号经放大器/信号转换器处理后,传送给PC机,当钢水中含渣量达到设定值,将发出声光报警信号,通知操作人员关闭大包滑动水口,从而提高钢水的洁净度和收得率。
表7.3.1中第5项,中间罐钢水测温可采用连续测温系统,中间罐钢水连续测温系统由机械手夹持测温探头,进行浸入、拔出、升降,可连续检测20h~40h。
中间罐钢水连续测温可满足连续浇注对连铸温度的严格要求。掌握大包和中间罐钢水温度匹配关系,防止水口堵塞、漏钢、断浇和缺流。实时监控钢水温度及温度变化趋势,对连铸坯的二冷水控制数学模型、钢坯凝固末端动态软压下模型的建立与使用有指导和实施作用。
表7.3.1中第9项,结晶器液面控制系统由液面计、控制柜、工控机、塞棒数控电动缸和现场操作箱等设备组成。
结晶器钢水液面计的灵敏度为0.1mm,测程0~300mm,可精确检测出钢水液面的波动情况,当钢水液面脱离操作设定值时,工控机将输出控制信号,调节中间罐塞棒数控执行机构,该执行机构采用精密电动缸,它由步进电机驱动,响应速度快、控制精度高。及时调节中间罐流出至结晶器钢水量,使结晶器钢水液面控制在允许波动的范围内。
表7.3.1中第17项,在结晶器宽面和窄面铜板上矩阵式布置安装热电偶。采集到的温度信号送入PC机进行处理,计算出结晶器热量分布,并绘制出热量分布趋势图。遇到结晶器温度局部过高,出现漏钢征兆时,及时发出不同预警级别的漏钢警报。通过人工干预或自动控制,将铸坯浇铸速度降低,从而防止漏钢情况的发生。
7.4 电信
7.4.1 连铸车间电信系统设计应符合下列规定:
1 生产管理、检修等部门应设置行政管理电话,并接入公司电话系统。
2 生产计划等业务需通过调度员组织实施时,应设置调度电话系统。调度电话系统应采用程控数字调度电话总机。连铸与炼钢同属一个车间管理时,可共用调度电话系统。
3 应设置扩音对讲通信系统。连铸与炼钢同属一个车间管理时,可共用扩音对讲通信系统。
4 需发布全车间性生产信息时,宜设置有线广播系统。
5 需监视设备运行或生产工(部)位工况的场所,应设置工业电视系统。图像信号需上传时,应设置相关的配套设备。
6 移动操作岗位之间,或移动操作岗位与固定操作岗位之间的生产联系,宜设置无线电话系统。
7 电气室、过程计算机室、变电所和电缆隧道等场所,应设置火灾自动报警系统。火灾自动报警系统设计应符合现行国家标准《钢铁冶金企业设计防火规范》GB 50414的有关规定。
7.4.2 电信系统供电应符合下列规定:
1 火灾自动报警系统供电应符合现行国家标准《火灾自动报警系统设计规范》GB 50116和《钢铁冶金企业设计防火规范》GB 50414的有关规定。
2 其他电信系统供电宜按二级负荷供电。限于条件按三级负荷供电或不允许中断通信的系统,应配置备用直流电源。
3 交流电源电压波动超过系统设备正常工作范围时,应设置具有净化功能的稳压电源。
7.4.1 本条根据连铸车间生产工艺要求,对设置的电信系统作出了规定。
1 行政管理电话,主要提供如车间办公室、检修值班室、电气值班室等有关部门对内对外公务联系的通信终端。
2 调度电话系统在一些企业继续得到应用,在一些企业已不再应用。因此,调度电话系统的设置应根据车间的管理模式和生产组织机构的职能需要等因素确定。连铸与炼钢同属一个车间管理时,可共用一套调度电话系统,利于管理,减少总机设备的投资。
3 扩音对讲通信系统适用于环境噪声较大的场合下的通信联系,具有操作岗位之间群呼、组呼以及直通键呼叫等功能,具有抗噪性。连铸车间一般在主控室、过程计算机室、电气室、操作平台、变电所、液压站等设置系统用户端站。系统用户端站在10点及以下时,可采用无主机扩音对讲通信系统。连铸与炼钢同属一个车间管理时,可共用一套扩音对讲通信系统,便于管理,减少设备投资。
4 一些企业已不再使用有线广播系统。如有线广播业务有需求时,也可在已设置的扩音对讲通信系统中增加功率放大器模块兼顾广播的功能。
5 工业电视系统具有可视性、客观性等特点,能够协助操作人员准确操作,提前发现故障,做到及时处理,保证生产的连续性。在生产线上的一些关键部位,或操作人员需要边观察边操作又难以用眼睛直接观察的场所,设置工业电视系统是必要的。连铸车间一般在浇铸区、铸坯在辊道上运行、拉矫区、坯号打印区、切割区等部位设置工业电视摄像机,监视设备运行或生产工(部)位工况。
6 无线电话系统是流动巡网检修人员之间,起重机司机与地面指挥人员,固定操作岗位人员与流动巡回检修人员之间的通信手段。无线电话系统使用的频率和功率等需报当地无线电管理部门批准。
7 对有火灾危险的场所,应按照现行国家标准《钢铁冶金企业设计防火规范》GB 50414的规定执行。在连铸车间的电气室、过程计算机室、变电所和电缆隧道等场所应设置火灾自动报警系统。火灾自动报警控制器应设在有人值班的控制(操作)室内。
7.4.2 本条是对电信系统供电作出的规定。
2 其他电信系统包括:扩音对讲通信、工业电视等。如系统已配套备用直流电源时,不必再单独设备用直流电源。
7.5 自动化
7.5.1 自动化设计应符合下列规定:
1 电气、仪表、计算机及电信专业应根据生产工艺要求、工厂技术及管理水平与资金等基础条件,正确设计经济实用、互相协调的自动化系统。
2 自动化系统设计应选用经过生产实践证明确实能满足工艺要求、运行安全可靠、技术经济效益显著,并具有一定的先进性和扩展能力的设备和系统。
3 电气、仪表及过程控制计算机宜组成一体化控制系统。
4 自动化系统设计应满足系统结构的统一,人机接口的统一,减少基建投资及运行维护费用的要求。
5 连铸机自动化系统可分为基础自动化级和过程控制级。
7.5.2 基础自动化级应符合下列规定:
1 基础自动化级应直接控制工艺设备的运行,并对生产中工艺参数进行设定、检测和调节,应由可编程控制器、人机接口及通信网络组成。通信网络宜选用工业型通信网络。基础自动化级应可打印事件及报警报告。在没有过程控制计算机参与的情况下,基础自动化系统应能进行无数学模型优化的正常生产。
2 基础自动化级与现场控制设备的连接宜采用通信网络方式。
7.5.3 过程控制级应符合下列规定:
1 连铸机宜设置过程控制计算机系统。
2 连铸过程控制计算机系统的控制范围应从钢包到达连铸钢包回转台开始,到铸坯离开铸坯输送辊道或热送辊道为止。
铸坯精整管理作业和坯库管理作业功能不应包括在连铸过程控制计算机系统的控制范围内。
3 连铸过程控制计算机系统应采用C/S结构、B/S结构或C/S结构与B/S结构相结合的形式。
用于热装轧制的高作业率连铸机的过程控制计算机系统宜采用服务器冗余、网络冗余以及磁盘阵列冗余,其他情况下宜采用磁盘阵列冗余。
4 连铸过程控制计算机系统的功能应满足生产工艺要求及信息化管理的要求,主要功能应符合表7. 5.3的规定。
7.5.4 自动化系统网络通信应选用以太网标准,并应采用TCP/IP协议。
7.5.3 对本条部分条款规定说明如下:
1 在新建的连铸机工程中,为了在连铸机生产中保证产品质量、提高操作管理水平,满足企业信息化的要求,原则上都应设置连铸机过程控制级(以下简称L2)计算机系统,但有些小型企业的连铸机,对产品质量和操作管理水平要求不高,可不设置连铸机L2计算机系统。
3 过程控制计算机系统的结构介绍:
C/S结构的特点是很多工作可以在客户端处理后再提交给服务器,能充分发挥客户端的快速处理能力,其缺点是只适用于局域网,而且其维护和升级只能在现场进行。
B/S结构的优点是便于通过互联网进行连铸机生产实绩的查询和监视,只要有一台能上网的电脑,在任何地方都能实现,且客户端零维护。
就连铸二级系统而言,亦可以是对模型计算、生产控制等功能采用C/S结构,而像生产实绩的浏览、报表打印等功能推荐用B/S架构实现。
在具体工程中,连铸机L2计算机系统供应商与用户协商确定最终系统结构。热装轧制生产情况下,需要由连铸机L2计算机系统实时地将铸坯相关信息传递给后工序L2计算机系统,如果连铸机L2计算机系统发生故障,物流与信息流不同步,将不能保证正常的高效连续的热装轧制生产,因此宜采用服务器、网络、磁盘等全面的冗余系统;而在非热装轧制情况下,当连铸机L2计算机系统发生故障时,尚不致严重影响正常生产,因此在具体工程中连铸机L2计算机系统供应商应与用户协商确定适宜的系统冗余结构。
4 过程控制计算机系统的功能介绍:
二次冷却水控制计算(二冷水动态控制模型)是根据浇钢速度、铸坯钢种和规格、钢水温度等信息,对铸坯温度、冷却强度进行优化计算的数学模型。采用该控制模型后,对铸坯表面和内部质量的改善有明显效果。
动态轻压下计算(铸坯凝固末端动态轻压下数学控制模型)是根据铸坯在浇注过程中对铸坯内钢液凝固终点位置的计算,在凝固末端对铸坯实施一定压下量控制的数学模型。PLC控制系统将采集设备液压缸位置传感器的信号,根据轻压下的指令,在数学模型计算出的压下位置实施轻压下,以改善铸坯中心偏析,减少铸坯中心疏松,提高产品质量。
7.6 电气
7.6.1 操作室、电气室和过程控制计算机室,应符合下列规定:
1 连铸主操作室应设置在连铸浇铸平台上,并应设置空调。
2 水处理设施宜设置集中操作室,并应设置空调。
3 电气室内应装有可编程序控制器、电动机控制中心、不间断电源、变频装置、变流及配电设备,并应设置空调。
4 过程控制计算机室靠近主操作室或电气室设置,并应设置空调。
7.6.2 照明应符合下列规定:
1 主厂房宜采用高效节能的光源和灯具。
2 连铸浇铸平台和生产线上应设置局部照明,并应设置检修照明插座箱,同时应加防护措施。
3 操作室、电气室、过程控制计算机室宜采用荧光灯,同时应设置应急灯及疏散指示灯。操作室应采取防止眩光的措施。
7.6.3 接地应符合下列规定:
1 供配电系统应设置可靠的接地系统。
2 车间内应设置保护接地,应与接地制式相配合(包括接零)。
3 计算机、可编程序控制器等电子设备应按设备制造商要求设置接地系统。
4 电信系统宜采用共用接地。
7.6.4 电缆敷设应符合下列规定:
1 连铸机高温区可选用耐热电缆,其允许温度不应小于180℃,并应采取隔热和阻燃措施。
2 传送模拟量信号的回路应选用屏蔽电缆,并应在控制设备一端将屏蔽层接地。同轴电缆、双绞电缆和光缆应按相应技术要求敷设。
3 动力电缆、控制电缆和通信电缆应分层敷设。在采用桥架敷设电缆时,动力电缆、控制电缆宜采用梯形桥架;通信电缆宜采用托盘桥架。桥架应与接地干线可靠连接。
4 在浇铸区敷设的电缆路径应避开事故时钢水外溢所可能波及的范围。
5 连铸机(车间)各类电缆、导线宜沿安全走道、平台下穿钢管或桥架敷设,个别地段可埋钢管敷设。管线宜避开高温区,无法避开时,应采取隔热措施。
7.6.1 连铸车间操作室、电气室和过程控制计算机室等房间位置和室内空调技术参数的确定,需满足生产操作和设备正常可靠工作的要求。
7.6.2 在满足生产作业照明的条件下,提倡采用节能光源和灯具。
7.6.4 本条是对连铸车间各类电缆的选型及其敷设方式作出的规定。
8 水处理设施
8.1 一般规定
8.1.1 连铸机冷却用水的水质应满足连铸工艺用水设备对水质指标的要求。
8.1.2 连铸机供水系统、水处理设施的组成及各供水系统补充水的处理深度,应根据工艺对连铸机用水水质指标的要求确定。
8.2 连铸机用水水质及用水条件
8.2.1 连铸机用水水质指标应由连铸工艺确定,可按表8.2.1确定。
8.2.2 连铸机用水及排水的设计参数应由连铸工艺确定,宜符合表8.2.2的规定。
8.2.1 在日常观察时,可使用电导率计测定循环水的电导率来间接反映循环水的含盐量。
8.2.2 对表8.2. 2中的一些名词解释如下:
1 供水压力:指结晶器冷却水、设备间接冷却水、二次喷淋及设备直接冷却水与工艺专业在配水室入口交接点处的压力。
2 安全供水:指浇铸过程中,发生停电事故时,为确保设备安全所需的供水。
8.3 供水系统
8.3.1 在满足连铸工艺用水水质及用水参数的条件下,应贯彻节约用水、保护环境的原则,并应结合当地的水资源、原水水质及自然条件等因素,通过技术经济比较后,确定连铸机供水系统。
8.3.2 在旧厂区新建和扩建连铸机时,应合理利用原有的给排水设施。
8.3.3 连铸机供水系统应采用间接冷却水与直接冷却水分流分质的循环供水系统。
8.3.4 结晶器冷却水宜采用软水全密闭或半密闭循环水系统,设备间接冷却宜采用敞开式净循环水系统,二次喷淋冷却和设备直接冷却宜采用敞开式浊循环水系统。
8.3.5 各循环水系统的排污水应回收利用。当必须排放时,排污水水质应符合国家和地方的排放标准。
8.3.6 净循环水系统中旁通过滤处理的水量,可按补充水的悬浮物含量、空气飘尘含量、循环水系统设计的浓缩倍数和循环水中悬浮物控制的指标等因素经计算确定,可为净循环水用量的5%~10%。
8.3.7 二次喷淋冷却水在采用平流池加过滤器处理方式时应全部过滤,过滤器反洗排水不得直接排入下水道,应处理后回收利用。
8.3.8 各循环水系统的设计,应充分利用剩余压力。
8.3.9 有多台连铸机时的供水系统及相应设施,应满足各台连铸机的用水要求,并应结合连铸机之间的生产制度等因素确定。
8.3.4 软水密闭循环分全密闭和半密闭方式。全密闭方式是指系统的回水经过热交换器(或蒸发冷却器)冷却后直接用泵加压供用户循环使用,半密闭方式是指系统的回水经过热交换器(或蒸发冷却器)冷却后,存入冷水池,再用泵加压供用户循环使用。
8.3.5 排污水回收利用,是为了提高水的重复利用率。需要排放的排污水,应符合有关排放标准。
8.3.7 过滤器的反洗水可送至污泥处理系统处理后,上清液返回二次沉淀池回收利用。
8.3.8 充分利用剩余压力是为了节能,尤其体现在软水全密闭循环水系统中。
8.4 水处理主要设施
8.4.1 软水密闭循环水系统应符合下列规定:
1 软水全密闭循环水系统的主要设施应包括热交换器(或蒸发冷却器)、加压水泵、补水调压罐(或高位稳压水箱)、补水泵、投加杀菌剂设施、安全供水水箱或柴油机驱动的水泵及软水回收水箱。补水调压罐的气相应采用氮气。当采用水-水热交换时,冷媒水宜采用净循环水。
2 软水半密闭循环水系统的主要设施应包括热交换器(或蒸发冷却器)、软水循环水池、加压水泵、投加水质稳定剂设施、杀菌灭藻设施、安全供水水箱或柴油机驱动的水泵。当采用水-水热交换器时,冷媒水宜采用净循环水。
3 贮存软水的构筑物,应进行防腐处理。
8.4.2 净循环水系统主要设施应包括冷却塔、循环水池、各环节加压水泵、旁通过滤设施、投加水质稳定剂设施、杀菌灭藻设施、安全供水水箱或其他安全供水设施。
8.4.3 净循环水系统应设置旁通过滤设施。
8.4.4 浊循环水系统主要设施应包括铁皮沟、一次沉淀池(漩流池)、二次沉淀池(化学除油器、稀土磁盘)、清渣除油设施(排泥设施)、过滤设施、冷却塔、各环节加压水泵、安全供水设施、加药设施及过滤器的反洗排水处理设施。
8.4.5 浊循环水的铁皮沟设计,应符合下列要求:
1 铁皮沟内水的流速不应小于3.0m/s,宜采用铸石流槽。
2 漩流沉淀池入口处的铁皮沟沟底应高于水面200mm~300mm。
8.4.6 大、中型连铸机的一次沉淀池宜采用漩流沉淀池,且应采取防止泵房被淹的安全措施。一次沉淀池应设置清除氧化铁皮的设施。
8.4.7 漩流沉淀池的水力停留时间不应小于15min。在采用内旋式漩流池时,其内筒直径宜取4. 0m~6.5m,外筒的表面负荷不宜大于20m3/m2·h。在采用外旋式沉淀池时,其内、外筒的表面负荷均不宜大于42m3/m2·h,用于火焰清理工段时,不应大于24m3/m2·h。
8.4.8 二次沉淀池宜采用平流池、化学除油器或其他形式的处理设施。
8.4.9 平流沉淀池的设计,应符合下列要求:
1 每格长度与宽度之比不宜小于4,长度与有效水深之比不宜小于8。
2 平流沉淀池的格数不宜小于2格。
3 平流沉淀池的表面负荷宜根据实验确定,当缺乏资料时,宜取4m3/m2·h~6m3/m2·h。
4 池底纵向坡度不宜小于0.5%。
5 平流沉淀池的超高宜取0.3m。
6 平流沉淀池的进水管不应淹没出流。
7 平流沉淀池应设置除油、除泥设施。
8.4.10 浊环水过滤器反洗排水应收集处理后回用。
8.4.11 冷却塔应根据建厂的自然条件、综合工艺用水制度及参数选择,冷却塔应采用阻燃填料。
8.4.1 对本条中的一些名词解释如下:
1 软水全密闭循环水系统:是指结晶器冷却回水经热交换器(或蒸发冷却器)冷却后,再直接经结晶器供水泵加压供用户使用。系统的渗漏或更换结晶器损失的水量,由系统设置的补水泵通过补水调压罐送入循环水管网。
2 软水半密闭循环水系统:是指结晶器冷却回水经热交换器(或蒸发冷却器)冷却后,贮存在软水循环水池中,再经结晶器供水泵供用户使用。为防止降尘污染,软水循环水池必须加盖并设通气帽。
8.4.2 当采用水-水热交换器时,净循环水系统的水量平衡图中应包括热交换器的冷媒水用量。
8.4.3 净循环水系统旁通过滤器无论采用砂过滤器还是纤维球(束)过滤器,均可不设气洗,有条件时可不设置专门的反洗水泵,直接利用滤前水进行反洗。
8.4.4 浊循环水系统中的设备直接冷却供水系统,是否在一次沉淀池后需要后续处理,可根据连铸工艺的具体要求确定。一般情况下,板坯连铸机的设备直接冷却水不需要后续处理,可以直接经一次沉淀池处理后供给,方坯连铸机的设备直接冷却水需要后续处理。
8.4.5 铁皮沟内水的流速小于3.0m/s容易产生沉积。铁皮沟进入漩流池的入口处应避免淹没出流。
8.4.6 漩流沉淀池除必要的有效容积外,还应考虑贮存当停电事故发生时二次喷淋水的安全水水量和铁皮沟内积存水量。此外,漩流沉淀池泵站应设置回流装置,与漩流池水位连锁。
8.4.8 二次沉淀池也可以采用化学除油器等处理设施。化学除油器的泥浆可采用污泥调节池处理。调节池的上清液可返回化学除油器。
8.4.9 如果平流池进水管为淹没出流,当漩流池停电时,漩流池水泵出口止回阀的压头很低,难以保证止回阀不泄漏,使平流池的水倒回入漩流池,造成漩流池淹没事故。
8.4.11 在施工或维修过程中,由于电焊火花,曾多次造成冷却塔填料燃烧事故,故本规范规定冷却塔应采用阻燃填料。
8.5 安全供水
8.5.1 连铸机冷却水系统应设置安全供水设施。用电负荷等级应与主体工艺专业一致,除应设置备用水泵及两路电源外,尚应设置安全供水的高位水塔或其他安全供水设施。
8.5.2 安全供水高位水塔的有效容积及高度,应根据用水户要求的安全供水量、安全供水时间及安全供水压力进行设计。当采用柴油机水泵进行安全供水时,其安全供水水塔的有效容积可按5min~8min的安全用水量确定。
8.5.3 不同水质的安全用水可合建在同一水塔中,合建时应贮存最高水质的水种,供水时间应满足最长供水时间的要求。
8.5.4 安全水塔内的水应流动置换,应设置高、低水位报警,并应设置低报警水位与连铸机的开机连锁。
8.5.5 软水系统的安全回水应设置相应的贮存水池予以回收。
8.5.1 对于供水设备,其供电负荷等级不应低于主体工艺设备的供电负荷等级。同时,为防止某个水泵损坏时,造成供水不足对生产的影响和事故的发生,在水处理应设置备用水泵,以应对此类事情的发生。
另外,当水泵发生事故不能供水时,为避免高温铸坯对设备的损坏,应设置短时间的安全供水设施。如果厂区已有高位安全水池,能满足连铸机安全供水的水量和水压要求时,也可不再另设单独的安全供水水箱,直接采用已有高位安全水池供水。
8.5.2 当连铸机的安全用水量较小时,优先采用单一的安全水塔供水方式。因连铸机的安全供水时间一般不超过40min,采用柴油机泵会增加维护及管理工作量。
8.5.3 连铸机的安全用水中,结晶器采用软水,间接冷却采用净环水,二次喷淋采用浊循环水,且安全供水时间也不尽相同。合建在一个高位水塔内时应贮存软水,供水时间应按最长供水时间确定。
8.5.4 安全水塔内的水进行流动置换,是为了防止水变质。低报警水位与连铸机的开机连锁是指安全水塔水位在低报警水位以下时,连铸机不能开浇。
8.5.5 软水的造价较高,故安全回水应回收利用。
8.6 水质稳定
8.6.1 循环水系统应设置水质稳定设施。
8.6.2 水质稳定设施需要投加的药剂及剂量,应根据补充水及循环水的水质、工况条件及设备材质等因素确定。
8.6.3 循环水系统应设置杀菌灭藻剂设施。
8.6.1 为了防止管道的结垢、腐蚀、滋生藻类等问题的发生,应配备这些药剂的投加装置。
8.6.2 对不同的补水水质及循环水水质,要根据实际的循环水水体进行专门的水质稳定试验,才能得到具体的加药品种和剂量。
8.7 补充水
8.7.1 循环水系统补充水的水质应根据原水条件及工艺专业对循环水系统水质要求、设计的浓缩倍数等因素确定。
8.7.2 二次喷淋冷却循环水系统的补充水,宜使用净循环水系统的压力排污水,但排污水水质应满足二次喷淋冷却循环水系统补充水的水质要求。
8.7.3 开路循环水系统的正常补充水量,应根据系统蒸发水量、风吹损失水量、排污和渗漏水量,以及生产中损耗的水量等参数计算确定。
8.7.4 软水全密闭循环系统的补充水量应由计算确定,当缺少计算参数时,可按冷却用水量的0.3%~0.5%确定。
8.7.1 如果厂区的给水水质较差(如硬度较高),在净循环水系统或浊循环水系统中,可以采用生产水与软水联合补水的方式,以保证循环水的水质。
8.7.2 净循环水的排污,可在冷却塔的进水管或旁通过滤器的进水管处设置阀门,有压排入浊循环水池。
8.8 水质分析及监测
8.8.1 连铸水处理的水质分析项目,宜纳入全厂或厂内其他车间的水质分析室;当全厂或其他车间不具备水质分析条件时,应设置水质分析室。
8.8.2 连铸水处理水质分析室的主要检测内容,应根据连铸机的生产规模、水处理工艺流程和生产管理中水质监控的必要项目确定,可按下列内容设置检测项目:
1 补充水应每天进行一次分析,主要分析项目应为悬浮物、pH值、总碱度、总硬度、碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度、氯化物、硫酸根、电导率等。
2 循环水应每周进行一次分析,主要分析项目应为悬浮物、油、含盐量、总硬度、碳酸盐硬度、碱度、电导率、pH值及Ca2+、Mg2+、Cl-等离子含量等。
3 循环水应每月进行一次菌藻、微生物、结垢和腐蚀率分析。
4 污泥处理系统应每周进行一次脱水前的泥浆浓度分析、脱水后的泥饼含水率分析。
8.8.3 循环水系统,宜在下列管道设置水样采集管:
1 各循环水系统冷却设施进水管。
2 过滤器(含旁通过滤器)的进、出水总管。
8.9 水处理设施的布置
8.9.1 水处理设施的工艺布置,应流程通顺、紧凑,不应迂回和逆向,并应遵循节能、少占地和便于生产管理的原则。
8.9.2 水处理设施的总体布置,可根据主体工程发展的前景确定,并应满足分期建设和发展的可能性。
8.9.3 漩流池宜靠近车间布置。
8.9.2 水处理设施的总体布置,与主体工艺的发展规划密切相关,如分期建设,可以把水处理构筑物一次建设,设备分期安装,这样可以更加经济有效。
本规范用词说明
1 为便于在执行本规范条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:
1)表示很严格,非这样做不可的:
正面词采用“必须”,反面词采用“严禁”;
2)表示严格,在正常情况下均应这样做的:
正面词采用“应”,反面词采用“不应”或“不得”;
3)表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的:
正面词采用“宜”,反面词采用“不宜”;
4)表示有选择,在一定条件下可以这样做的,采用“可”。
2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为:“应符合……的规定”或“应按……执行”。
引用标准名录
《火灾自动报警系统设计规范》GB 50116
《冶金机械液压、润滑和气动设备工程安装验收规范》GB 50387
《钢铁冶金企业设计防火规范》GB 50414