电炉炼钢电气运行与电炉技术的关1Word文档格式.docx
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关键的机械设备和工艺特点
由于考虑到铸机具有很宽的钢种生产范围，因此在设计阶段就集中精力寻找最佳设备和技术方案，以确保在浇铸每一钢种时，都能使铸机保持最佳性能，达到最好的铸坯产品质量，并尽可能提高生产能力，减少设备维修量。
——利用钢包倾动技术，提高金属收得率
在铸机顶部，达涅利戴维•迪斯汀顿设计的钢包回转台将采用钢包倾动技术，当检测到下渣时，可倾动容量为300t钢水的钢包，在确保不带渣的情况下，可使每炉钢水的金属收得率提高0.5%，相当于每年多浇铸46炉钢水。
这使得在钢包已采用锥形包型设计而增加收得率的基础上，又进一步提高了金属收得率。
——中间罐的合理设计可改善钢水洁净度
由于浇铸超低碳钢要求铸坯满足严格的内部洁净度标准，这就要求对中间罐进行精确的设计。
设计的重点是确保获得理想的钢水流动模式和合理的钢水滞留时间，以使钢水在进入结晶器之前能够最大限度地满足钢水洁净度要求。
通过对中间罐流场进行计算机模拟计算，可使容量高达72t钢水的大容量中间罐实现优化设计，其目的是向结晶器注入最洁净的钢水。
中间罐容量和包型是在经过对各种不同的稳态和非稳态浇铸条件进行多次模拟计算后才最终确定的。
无间隙原子钢（IF）要求夹杂物含量达到极低的水平，以增加材料在冲压过程中的拉伸性能。
宝钢连铸机中间罐设计所具有的促进夹杂物上浮的特点，将有助于实现这一目标。
——通过双重控制系统和内置式电磁涡流液位检测系统控制钢流
利用塞棒和滑动水口系统控制钢流，既便于开浇，又能够实现高精度控制。
将这两种控制系统与设在结晶器内的电磁涡流液位检测系统结合起来，不仅能够实现全自动开浇，而且可确保实现高精度结晶器液位控制。
通过在结晶器设计中采用的结晶器电磁制动系统，可进一步确保结晶器液面平稳、液位稳定。
——垂直布置的INMO结晶器－铸机的心脏
为使所有的浇铸钢种都能达到最佳表面质量，就必须采用最先进的结晶器技术。
900mm长INMO（INtegralMOtion）结晶器就拥有这样的技术。
它构成长达2,700mm的垂直段的一部分，可确保已经到达弯月面的任何细小夹杂物和气泡，能够浮出结晶器钢水液面，进入保护渣内。
因此，对洁净度要求严格的钢种来说，皮下缺陷将不再成为质量问题。
INMO结晶器将采用达涅利戴维•迪斯汀顿的专利技术，装有独特的零误差导向系统，可在液压振动装置的配合下，在任何浇铸条件下，都能确保获得卓越的铸坯表面质量。
该系统所固有的稳定性，还可以减少出现漏钢的危险，从而确保铸机达到很高的生产能力。
此外，通过集成在结晶器内的漏钢预报系统，还可以进一步减小漏钢危险。
结晶器液压振动系统可实现振动频率和振幅的最佳组合，再加上最合适的振动波形和偏斜率，可用于所有的浇铸条件和生产钢种。
结晶器动态宽度控制系统不仅可实现离线和浇铸过程中在线宽度调节，而且可以连续监视拉坯速度和冷却系统，以确保稳定的板坯宽度控制。
该系统可在浇铸过程中动态调节结晶器宽度和锥度，以补偿拉速变化造成的影响，避免因拉速变化而引起冷态板坯宽度波动。
结晶器铜板设计和结晶器锥度动态调节可在这一最为关键的区域，对初生坯壳提供最佳支撑，创造良好的凝固条件，确保获得最好的铸坯质量。
此外，INMO结晶器还可将铜板和冷却水箱作为一个独立的盒式结构，实现整体更换。
因此，该系统可以仅对易磨损部分进行快速更换，而保留结晶器框架不动，从而缩短设备停机时间。
如上所述，结晶器设计将采用结晶器电磁制动和流场控制技术，可在高速浇铸条件下，稳定结晶器内的钢水流场。
——连续弯曲／连续矫直、最佳扇形段设计和动态轻压下
对于裂纹最敏感的包晶钢和微合金钢，设法减小凝固坯壳应力是至关重要的。
为此，要求在具有很高刚度的支撑导向辊和扇形段设计中，采用连续弯曲和连续矫直技术，并实现二冷水动态控制。
通过选择9,500mm基本弧半径，并采用建立的连续变形基础上的连续弯曲、连续矫直技术，既可以尽可能减小铸坯内应力，又可使铸机高度保持在合理范围内。
通过将连续弯曲区分布在8个支撑导向辊上，将连续矫直区分布在10个导向辊上，而且将载荷均匀地分布在支撑导向辊、辊轴承和辊座上，可为凝固前沿区域有效控制位于固液两相界面处的铸坯变形率和变形速率创造有利条件。
通过上述措施，处于凝固过程中的铸坯在通过连铸机时，所承受的应力将达到最小，从而可为获得最佳内部和表面质量创造最为有利的条件。
同时，作用在连铸机上的应力也将保持在最小范围内，以保护所有的机械设备不受损坏，确保全部设备都达到很长的使用寿命。
在辊列布置和支撑导向辊结构设计中，采用不同的辊径和辊距，以尽可能减小铸坯在整个支撑区域内的鼓肚变形量和变形率。
导辊弯曲变形量也是造成铸坯鼓肚变形的一个因素。
因此在导辊结构设计，确定分节辊分节数时，对这一参数也做过仔细斟酌。
在弯曲、矫直区域内，支撑辊将产生较大的应力，因此将采用较短的辊身长度，以减小导辊挠曲变形量，从而减小铸坯鼓肚变形。
在整个铸坯支撑区域内，扇形段机架、导辊和所有的机械设备设计，都将从铸机生产、铸坯质量和减小设备维修量等方面，确保设备能够发挥最佳性能。
扇形段将能够实现动态轻压下控制，以便利用已经成熟的达涅利动态轻压下技术，进一步改善铸坯内部质量。
——先进的二冷水动态控制和PDR外围钻孔“通水冷却”辊技术
最后，为确保铸坯获得最佳表面和内部质量，连铸机将采用气水雾化多喷咀二冷系统。
该系统可实现冷却水流量和喷射宽度的动态控制。
二次冷却系统分布在长达41.355m的整个铸机冶金长度范围内，分为冷却水环、足辊冷却区（水冷）和10个气水雾化冷却区。
冷却范围覆盖铸机的各个区域。
二冷系统可分别控制喷射到铸坯内弧侧和外弧侧的二冷水量。
这样，就可以根据各种不同的浇铸条件，优化冷却水量，以确保各种不同的钢种，在稳定和非稳定浇铸条件下，均可获得合适的铸坯温度变化曲线。
通过专门设计的行之有效的导辊内部冷却系统，可确保支撑导向辊和辊轴承使用寿命。
所有的导辊，从弯曲段直到最后一个扇形段，全部采用内部通水冷却。
此外，铸机设计中还采用了最新推出的PDR（外围钻孔）“通水冷却”辊，可使导辊使用寿命延长50％。
这种高效通水冷却设计，可确保导辊获得更好的冷却条件，不仅有利于提高导辊使用寿命，而且由于能够有效减少氧化铁皮粘结倾向，由于导辊设计所决定的导辊固有的稳定性，以及能够改善铸坯冷却效果等原因，还有利于改善铸坯表面质量。
由于达涅利戴维•迪斯汀顿研制开发的PDR外围钻孔通水冷却辊具有较低的工作温度，因此导辊不仅能够保持良好的机械性能，而且在铸机较长时间的停机过程中，如在异钢种连浇时，仍能能保持最小的导辊挠曲变形量。
这样，由于最大限度地延长了导辊使用寿命，因此可减少设备维修量，减少备件数量。
自动控制系统
为满足铸机生产能力和铸坯质量要求，达涅利自动化公司将采用一系列先进的自动控制技术，以实现下列功能：
*中间罐自动快速更换；
*中间罐液位自动控制；
*自动开浇控制；
*结晶器液位模糊逻辑控制；
*INMO结晶器液压振动；
*建立在ELTM®
单元坯龄模型基础上的二冷水动态控制；
*漏钢和粘钢预报；
*结晶器宽度自动调节；
*“浇铸准备就绪”支持，通过跟踪故障信号和可以忽略的开浇限制条件，以避免错误开浇；
*用于模拟浇铸顺序和过程控制的“模拟浇铸”；
*出现故障时的应急控制系统自动切入控制。
上述功能可确保在浇铸的每一阶段，都能实现连续监视和自动控制，使浇铸过程具有可重复性，从而确保整个生产过程的作业质量和最终产品质量。
自动控制系统使操作人员能够通过操作人员工作站，对自动设定的参数进行手动修改，并将这些操作过程记录下来，用于离线分析和性能监视。
通过与能够实现全厂范围内物料跟踪和根据浇铸钢种设定工艺参数的宝钢2级计算机系统的交互作用，在钢水到达连铸机时，即可对各种不同钢种的所有浇铸参数进行自动选择和设定。
利用现代硬件设备、软件工具和一体化解决方案，可形成一个达到顶级水平的自动控制系统，具有极高的系统性能和良好的鲁棒性。
所选用的自动控制设备将具有下列主要特点：
*SiemensS7H-型（冗余）PLC，带有Ethernet以太网和Profibus接口设备；
*建立在PC机基础上的操作人员工作站，可运行客户机／服务器上配置的SiemensWinCC管理控制和数据采集（SCADA）软件；
*达涅利自动化公司将开发所有的内部应用软件。
通过下列解决方案，可确保自动控制系统获得极高的可靠性：
*可实现SCADA功能的冗余服务器；
*冗余操作人员工作站；
*光导纤维以太网中的独立局域网；
*
PLC至PC机和PC机至PC机通讯（TCP／IP）网络，采用冗余配置；
*用于PLC至PLC和PLC至驱动器通讯的独立的光导纤维Profibus网。
除此以外，达涅利还提供下列辅助功能，用于系统维护和调试：
*广泛使用远程输入／输出装置（RI／O）；
*
专用软件维护和工程工作站；
*
预留能够通过外部电话线远程访问达涅利自动化公司，寻求远程帮助（远程服务）的专用工作站。
自动化系统的成套工艺软件
新建达涅利戴维•迪斯汀顿板坯连铸机具有各种先进的过程控制功能，可通过各种成套软件和预置创新技术来实现，其中包括：
MLC-FL：
建立在模糊逻辑基础上的结晶器液位控制系统；
INMO-HOC：
INMO结晶器液压振动控制器；
INMO-WAM：
INMO结晶器宽度自动调节系统；
ELTM®
：
二冷水动态控制用“单元坯龄”模型。
板坯连铸机主要技术参数：
机型
直弧形铸机，连续弯曲／连续矫直
钢包容量
300t
钢包支撑装置
钢包回转台，单臂升降，带钢包称重和倾动系统
流数
2流
流间距
6,600mm
铸坯宽度
900–1,750mm
铸坯厚度
230mm
结晶器长度
900mm
垂直段长度
2,700mm;
基本弧半径
9,500mm
冶金长度
41,355mm
扇形段数量
18
最大拉坯速度
2.20m/min
滚动元件导向系统
无磨擦／无需润滑／可减小设备维修量；
无弹性或弹簧元件；
可实现高精度运动。
液压振动系统
工作参数可灵活调节（频率、行程、波形、偏斜率）；
直接作用在振动质量上精确的液压驱动；
布置在二冷室外面的液压油缸便于维护；
可在浇铸过程中动态调节工作参数。
盒式结晶器
可就地实现结晶器铜板／冷却水箱快速更换；
可减少结晶器框架备件数量。
结晶器框架
采用整体式结晶器框架设计，内设电磁制动装置；
通过装有高效丝杠的快速更换端驱动装置，可实现结晶器远程自动调宽；
驱动电机安装在二冷室外；
设有软夹紧机构。
扇形段机架
采用结构坚固的刚性设计，便于操作和检修人员接近，驱动油缸布置在二冷室外；
可快速改变浇铸厚度；
扇形段设计预留将来采用动态轻压下控制的可能性。
支撑导向辊
导辊表面镀有较厚的镀层，可最大限度地延长导辊使用寿命；
外围钻孔通水冷却辊可实现支撑辊冷却最优化。
辊轴承
硬表面轴承座可提高轴承使用寿命；
轴承设计可确保99.9%的轴承达到预期使用寿命。
液压介质和冷却水连接
当扇形段坐在铸机香蕉座上的时候，即可实现液压介质和冷却水系统的自动快速连接。
（董成茂译，2005年7月23日）
康力斯集团Aldwarke新建5流大方坯连铸机
FabioCostanzo，2005年7月12日
1.
前言
位于罗瑟勒姆的Aldwarke钢厂一台新建5流FastCast特殊钢高速大方坯连铸机于2005年2月20日浇铸了第一炉钢水。
截止到3月12日，热试全部结束，并投入每天24小时正常生产。
从设备刚一投产，不仅能够达到很高的产品质量水平，而且产量增长很快。
这台基本弧半径为10m的大方坯连铸机，在浇铸断面为180×
180mm的低碳易切削钢（含铅和无铅）和断面为210×
210mm的中／高碳钢、铬钢、CrMo钢方坯时，小时产量可达到140t/h。
在浇铸上述两种断面的大方坯时，拉坯速度可分别达到1.9m/min和1.4m/min。
2.
生产情况
Aldwarke钢厂新建5流大方坯连铸机（图1），是为专门生产特殊钢而设计的，由一座165吨电弧炉提供钢水。
所有的钢水均由现有2套钢包精炼炉中的一套设备进行精炼，而且大约35％的产品要经过真空脱气装置进行真空处理。
新建铸机生产（2005年6月30日）的各钢种比例见图2。
180×
180mm断面铸坯用于专门浇铸低碳钢和低碳易切削钢（含铅和无铅），约占总产量的42％；
210×
210mm断面铸坯用于合金含量更高的钢种，如中、高碳钢、中碳易切削钢（含铅和无铅）、铬钢、CrMo钢、CrMoV钢，约占总产量的58％。
经过2月份的热试后，铸机产量迅速增长：
与3月份相比，6月份的月产量已增长130％。
图1：
用广角镜头拍摄的康力斯Aldwarke钢厂新建大方坯连铸机
图2：
新建铸机生产（2005年6月30日）的各钢种比例
与3月份相比，各月产量增长趋势
2月
3月
4月
5月
6月
月产量
图3：
Aldwarke钢厂新建大方坯连铸机自2月20投产后，各月产量增长趋势
3.
设备
康力斯－Aldwarke的产品大纲要求设计一台能够采用多项先进技术的连铸机，以满足最佳产品质量要求（表1）。
铸坯表面和内部质量，内部夹杂物含量，以及严格的内部公差要求，都是必需满足的。
为此，对下列设计要点给予了特别关注：
*全保护浇注；
*中间罐设计；
*结晶器保护渣检测装置和保护渣自动喂入装置；
*1000mm长结晶器和最新设计的铸坯支撑段；
*外置式结晶器电磁搅拌器；
*气水雾化二次冷却；
*最终冷却方式自动控制。
表1：
大方坯连铸机主要技术参数
3BLC1005
铸机流数
5
10m
小时生产能力
140t/h
1300mm
钢水罐容量
145t
钢水罐支撑装置
钢包回转台
中间罐容量
25.5t
中间罐车
悬挂式可升降中间罐车
中间罐钢流控制
电控塞棒机构
1000mm
结晶器润滑
保护渣自动喂入系统
结晶器液面控制
放射性同位素＋电磁涡流
电磁搅拌
外置式，带独立的冷却水回路
二次冷却二冷1区：
水冷
二冷2区和3区：
气水雾化冷却
矫直半径
19m
引锭杆
刚性
铸坯切割装置
火焰切割机
定尺长度
8m至13.5m
铸坯冷却
步进式冷床（常规冷却）
横移辊道（缓冷）
全保护浇注
通过采用钢包保护套管（带氩封）和结晶器浸入式水口（图4），可实现从钢水罐到结晶器的全保护浇注。
这些钢流保护装置可减少空气吸入量，从而减少钢水的二次氧化和在凝固过程中形成的夹杂物数量。
惰性气体保护（氩气）
钢水罐－中间罐保护套管
中间罐保护渣
中间罐－结晶器浸入式水口
结晶器润滑用保护渣
图4：
注流全保护浇注示意图
中间罐设计
中间罐是影响铸坯内部质量的一个重要因素。
因此，必须根据拉坯速度，认真考虑中间罐容量和包型，以满足下列条件：
钢水在中间罐内的滞留时间应保持在10min左右；
各流均应保持恒定的钢水滞留时间；
主流股应靠近钢水液面。
通过利用FEM有限元分析程序进行模拟计算，可确保钢水内固体夹杂物的去除效率，最终提高钢水清洁度（图5）。
在康力斯Aldwarke钢厂，新建连铸中间罐采用三角形包型，中间罐钢水工作容量可达25.5t。
各流钢水平均滞留时间[S]
602.0
724.0
704.0
中心流
中间流
边流
钢水流迹线按不同的流股流速（m/s）给出不同的颜色
2004年5月06日
图5：
钢水在中间罐内滞留过程中质点行为的有限元模拟分析
结晶器保护渣检测装置（MPMD）和保护渣自动喂入装置
结晶器保护渣检测装置是一种创新系统，可通过一个安装在结晶器本体内的电磁传感器，控制结晶器保护渣层厚度。
该系统通过与来自放射性同位素式结晶器液位控制装置的液位检测结果进行比较，可按给定的间隔时间，定时检测位于弯月面处的保护渣层厚度：
在需要的时候，可启动保护渣喂入控制气动阀，以便向结晶器内补充新渣。
这样，可以更好地对结晶器保护渣喂入系统进行控制，优化结晶器保护渣消耗量，并使结晶器得到最佳润滑，从而提高对方坯表面质量的控制能力。
目前，达涅利已经开发了三种不同的保护渣控制系统：
MANUAL（手动控制）系统：
通过浇注工按动设在流盘上的按钮，直接控制保护渣喂入量；
AUTO1：
根据拉坯速度，预设定保护渣喂入量；
AUTO2：
通过可将目标喂入量与MPMD检测得到的实际喂入量进行比较的闭环回路控制器，控制保护渣喂入量（见图6）。
图6：
相应铸流的结晶器保护渣控制HMI人机接口画面。
右面的红线为保护渣层位置实时变化趋势；
左面列出的白色数值为保护渣喂入量。
图7：
结晶器保护渣控制总画面。
1000mm长结晶器和最新设计的铸坯支撑段
带有3排足辊的1000mm长高速结晶器可对铸坯提供良好的支撑，从而减小铸坯表面鼓肚变形，提高铸坯几何精度。
此外，铸机上还装有一个“防扭曲”装置（ATR）。
该装置在二冷活动段和固定段之间，设有两个侧导向辊，以确保铸坯满足严格的侧边和对角线几何公差要求（图8）。
该装置是根据对方坯在凝固过程中出现的扭曲变形所作的理论研究得出的结果而开发的，并在实际应用中获得良好的使用效果。
有限元模拟计算结果表明，因方坯坯壳生长的不均匀性而导致铸坯几何变形，在二冷冷却过程中将进一步加剧（图9）。
ATR防扭装置在二冷活动段和固定段之间可对铸坯实施强有力的几何精度控制。
图8：
ATR防扭装置示意图
二冷一段
支撑辊
二冷二段
平衡辊
ATR防扭装置
图9：
对二次冷却过程中方坯出现几何变形问题的FEM有限元模拟计算
外置式结晶器电磁搅拌器
新建铸机上装有结晶器电磁搅拌器，用于提高钢坯洁净度，改善铸坯内部凝固组织。
选用外置式电磁搅拌器是一种节省投资的设备配置方案，因为180mm和210mm两个铸坯断面可共用一个电磁搅拌线圈。
气水雾化二次冷却
位于结晶器下面的二次冷却系统，用于尽可能减小在凝固过程中的铸坯表面温度回升。
新建Aldwarke连铸机上采用的二次冷却系统的特点是，在二冷一段采用喷水冷却（一段长度为480mm，对应于结晶器足辊区），其余二段采用气水雾化冷却（两段冷却区总长度为4400mm）。
气雾冷却具有十分灵活的冷却能力，在浇铸裂纹敏感性很高的钢种时，可将比水量降至0.3l/kg。
所有的主要参数（如水量、压力、阀门位置），均可在计算机人机接口上的“铸流总体画面”进行控制（参见图10）。
图10：
计算机人机接口上的“铸流总体
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