连铸设备

简介

生产钢材,铁、纯铁及铁合金的工业被称为连铸工业,钢铁工业是一个工业化国家的基础工业,钢产量和质量是衡量国家工业水平的指标。连铸技术的出现及高速发展使得连续铸钢的生产具备生产流程短、能源消耗低、铸造造成本低、生产率率高等特征。比普通铸造生产技术优势明显且易于自动化。连铸技术相对传统的模铸技术优势明显。由于连铸工艺产品收得率极高,易于实现工业自动化,劳动强度低等原因迅速获得普及,但是现今钢铁产业日益过剩。时下互联网技术高速发展,国家推出钢铁产业转型升级及“互联网+”战略为克服地理距离障碍和日渐增人力成本,远程监控生产制造己经被用于实际生产中,逐渐形成社会发展趋势。连续铸造是将金属融化成液体,然后把液态金属浇入一套冷凝设备中,在金属部分冷凝的情况下,从冷凝设备的另一段拉出某特定长度和形状的铸造件的制造过程。这是目前一种主流的钢铁成型方法。用于该制造流程的设备我们称之为连铸设备或连铸机 [1] 。

连续铸钢技术的主要设备

连续铸钢技术的主要设备主要包括:钢包、钢包回转台、中间罐、结晶器、二次冷却及导向装置、结晶器振动装置、拉矫机、引锭存放装置、切割装置、铸坯运出装置等。连铸技术的生产工艺主要包括以下几个过程。首先,将开采的铁矿石放入炼钢炉中进行烧结熔融变为液态钢水,调质除去氮硫磷等工序形成满足连续铸造冶炼要求的钢水,钢包从高炉里取出钢液并置于钢包回转台上,经钢包回转台转动使得钢包置于中间包上方浇位;然后,打开钢包底部滑门开关,将钢水注入到中间包中,调节钢水液位和对钢水做中间包冶金处理:浇铸开始,调节塞棒控制钢水按照生产要求流速进入结晶器内,在结晶器内进行钢液冷却使得液流形成结壳形成铸件,经结晶器振动和二次冷却装置,使钢水由外至内逐步形成铸坯;铸坯经拉矫机拉出并经二冷短冷却矫直形成凝固铸坯;最后,铸坯经切割装置切割形成特定长度的铸件,经过传送装置进行批量处理或直接进入连轧环节。经过上述连铸工艺过程,形成特定形状和长度的铸坯。根据工业生产需要,部分铸坯需经加热和扎制等工序,调节其组织成分和晶粒大小,使其变成符合特定力学性能要求的钢材 [2] 。

连续铸钢技术优势

这种先进的铸造技术因国内外钢铁工业的高速发展而在国内外得到普及。它可被应用于生产连续铸钢锭、有色金属锭,连续铸管等钢材的生产。和普通铸造过程相比较,连续铸造制造过程具有很显然的优势如下:1、根据连续铸造工业制造的原理优势可知,在整个制造过程中,熔融的液态金属被结晶器、二次冷却设备快速冷却,形成微观组织致密、均匀的钢材,从微观组织上提高机械性能。普通模铸很难保证铸件上部和下部组织均匀;2、普通铸造所必须的冒口在连续铸造生产时成为非必须选项,保障生产的连续铸锭质量的均一性。不必像普通铸钢那样轧制时切头去尾,节约金属,甚至可以提高钢材生产的收得率至99%以上;3、连铸铸造原理决定这种制造过程工序更简单,除去了造型及其它造型准备工序,减小了生产占用土地面积,降低了劳动强度;4、机械化和自动化生产模式很容易在连续铸造生产中推行,大规模的连铸生产保障产品质量的均衡稳定,直接把连轧生产无缝对接到连铸生产线的末端组成连铸连轧生产线。连铸连轧使得钢材的生产更为迅捷高效 [3] 。

国内外研究现状

国外连续铸造技术发展现状

美国人亚瑟(B.Atha)和德国人达勒恩(R.M.Daelen)分别在1866年和1877年提出以水冷、底部敞口固定结晶器为特征的常规连铸概念。1840年Sellers在美国申请了连续铸锭铅管的专利。1846年第一次出现了应用旋转双辊式水冷连铸机制造出的铅、锡、玻璃材质薄板,与此同时有人提出移动结晶器和垂直浇注的设计构思。1910-1935年间,连铸制造方法开始应用于铜和铝等有色金属铸造,变频和振动结晶器想法被瑞典人皮尔逊提出。值得注意的是德国人Junghans于1933年发明了立式带振动结晶器的连铸机并进行铜铝合金浇铸取得极大进步,大大的提高了连铸生产浇铸速度,为钢铁领域应用连铸生产技术奠定了坚实的发展基础。40-50年代,首台实验用钢液浇注连铸机由德国人容汉斯(Junghans)设计建成。随后相继在美国、英国等国建成了中间性试验连铸机。与此同时英国人提出“负滑脱”概解决了高速浇铸坯壳与结晶器粘结的问题。连续铸造技术处在工业试验层次,这些连铸设备主要安装应用于特殊钢生产厂。整个50年代,连续铸钢年产量约为115万连铸比仅0.34%左右,连续铸钢技术整体处于工业入门阶段。60年代,连续铸造技术开始大规模应用于钢铁制造厂,连铸机行业最具革命性意义’的是弧形铸机的诞生。这个突破是由德国曼内斯曼公司通过把弧形结晶器连铸机的设想付诸工业性试验而获得。从全球范围来讲,截止上世纪60年代末,连续铸机总数接近200台,连续铸钢的年产量超过2600万t,连铸设备总生产能力可达5000万t 。70年代,连续铸造技术经历了两次全球性能源危机,能源紧张的巨大压力给连续铸造行业带来了巨大的发展契机,推动了连铸设备逐渐开始普及。从世界范围看,连续铸钢产量占铸钢总产量比例己超过60%,年产量将近2亿t,连续铸钢年产量超过1970-年的8倍之多。80-90年代,连续铸造技术作为一种成熟的冶金铸造技术被世界各国所采用,各个钢铁生产商也普遍建立了完善的教育、培训和生产维护制度;在生产工艺方面,钢包冶金工艺得到不断的完善使得连铸生产控制更加简捷,结晶器自动调宽技术出现增加了铸坯制造柔性,流式结晶器液面控制、漏钢预报、中间包等离子加热等技术的涌现进一步提高了连续铸钢铸坯质量和生产的自动化。90年代,连续铸造技术又掀起了一场新的变革,许多新的连铸技术被先后提出,部分已处于开发试生产阶段。进入21世纪后,连铸制造工艺和连铸设备都取得了很大飞跃。结晶器的改进,电磁搅拌技术的出现使得连铸生产获得质地更均匀的铸坯;电磁制动技术的应用,薄板坯连铸,近终形连铸的出现减少了产品生产流程降低了生产成本,中间包冶金,保护渣技术等方面采用新技术快速获得高质量、高强度钢材,提高连铸生产率,降低生产成本。

国内连续铸造技术发展现状

我国连铸技术研究起步发展也比较早,到目前为止中国己经成为钢铁生产大国。我过连铸技术的发展从上世纪50年代开始,最典型的代表包括:重工业部钢铁综合研究设计制造的圆坯半连铸试验装置;上海钢铁建成一台用于生产方坯的高架立式连铸机;唐山钢铁厂设计制造并建成中国第一台应用于工业生产的立式连铸机。60年代后,我国发展的连铸机以立式连铸机为主,整体上连铸生产率还很低,而弧形连铸技术的开发和使用则进入快速发展阶段。整个70年代,我国连铸生产技术水平因此远远落后于国外生产水平,我国连铸的发展一度出现了落后和停滞。80年代初期我国分别从西德施罗德引入了生产板坯的弧形连铸机和用于生产小方坯的连铸机设备。这些连铸设备和连铸技术的引进和消化吸收使得我国连铸技术的水平得到了提升,促进了我国连铸技术的发展和创新,有力的推动了我国连铸技术的发展和进步。90年代初,我国凌源钢厂生产了中国第一台用于生产方坯的连铸机,值得注意的是该连铸机的设计和生产采用了将近20项先进技术,性能优良具有国际先进水平实现连铸机第一次实现完全国产化。自90年代中期,“九五”重点攻关课题-连铸机高效化改造课题的提出揭开了高效化连铸改造的序幕。高效化连铸改造突破性进展最早由广钢集团与连铸技术国家工程研究中心合作取得,经改造后的铸机可生产无缺陷率在90%以上,铸机作业率达85%以上,拉坯速度最高可达3 .7 m/min 。90年代末,我国连铸机的发展进入高产出世界其中包括首都钢厂顺利的做到把小方坯连铸机的拉坯速度提高到5 m/min以上,产量提高30%以上。马鞍山钢铁设计研究院在21世纪初开发了组合式弧形引锭杆拉坯、引锭杆存放装置、双辊摩擦驱动等连铸新技术,并首次成功将新技术应用于锡钢集团三机三流合金钢方坯连铸生产中,在全国范围内引起连铸设备设计、制造业广泛关注。到目前为止,我国己经成功构建一套可生产钢种多样、齐全、成熟的连铸工业制造体系。目前为止我国连铸比达到99.8%,己基本实现了全连铸钢铁生产 [1] 。

连续铸造远程监控系统现状及其发展趋势

随着当前我国互联网技术的高速发展,中国网络的发展速度超过了世界上任何一个国家,互联网、物联网行业空前繁荣,远程控制和服务业也初露峥嵘。就目前情况来看,远程控制这一块的趋势是一一先进的现代控制技术和图形技术慢慢融入远程控制软硬件系统中,远程控制正朝着简单易用,实用便利、链接无缝、高质保真、高性价比等方向发展,迅速融入了我们的生活。监控技术信息传输方式由传统的模拟信息传输快速发展到现在的数字化、网络化、信息化传输。以Internet技术,TCP/IP协议和WWW规范为基础的远程监控系统逐渐发展为远程监控的主流趋势。这类监控设备以软件架构为主要特征,使用者可以依据自己的身份权限和角色访问服务器,获取与自己权限相对应的监控和管理内容,排除超出权限操作导致监控错误情形发生。就目前情况来看,由于ARM类单片机在近几年的高速发展,远程监控开发朝着以嵌入式系统为硬件架构基础的方向发展。嵌入式结构具备体积小、结构简单,尤其是随着智慧型手机的高速发展,嵌入式硬软件系统具在处理器性能、本地化处理能力及互联网远程服务接入的独立实现方面都取得了极大的提高,在监控系统中引入嵌入式结构硬软件极大的拓展了远程监控的范围和远程监控的质量。只有把监控技术和最新科技紧密的结合起来用新技术促进监控技术的发展才能更加便捷的实现远程监控,满足新条件下对实时性要求更苛刻的挑战。因此在监控技术发展的道路上必须实时了解新技术动态,把最好最新的技术更快更好地应用到远程监控系统中来以满足人们的多样化需求 [2] 。

总结

在连续铸造制造设备上实现远程监控是一个比较复杂的过程。经过对远程控制方案进行了大量的遴选和调研,确定并设计出一套可应用于连铸设备的嵌入式远程控制系统;进行了包括硬件系统和配套软件系统最优化选取、搭建和研究,构建一套基于ARM平台的GPRS远程监控系统;依据连铸设备生产现场生产要求进行了连铸设备生产线WinCC组态监控界面设计和网页远程监控界面设计;搭建了用于支撑远程控制控制数的控制参数数据库,构建了实现底层设备与WEB控制页面之间数据交换的驱动层,并对连铸设备监控系统性能从准确性、快速性和稳定性方面进行测试和分析,基本实现连铸设备远程无线监控远程控制参数的浏览、查询、修改、程序的远程上下载功能要求。在研究和设计过程中取得了一些科研成果如下:(1)对连铸设备生产控制系统进行研究,分析控制设备硬件结构连接拓扑特征,依据生产现场数据协议,连铸生产现场和设计要求和监控内容,提出了远程监控系统的总体设计方案。(2)研究了连铸设备远程监控系统功能总体设计,依次研究并进行了控制系统硬软件搭建积累了丰富的实际动手经验,提高了系统整体设计能力,掌握了监控数据的处理,Web服务器设计实现,建立控制数据库和CGI与SQLite交互的实现方法。(4)研究了WinCC和Web连铸设备监控界面的设计包括参数界面,动态图形界面,趋势界面和报警界面,建立了控制参数关系模型,控制参数数据表,驱动层进而建立了参数控制数据库,详细研究了初始化模块,数据连接模块和信息采集模块的工作原理和运行过程。(5)公司和学校工控中心之间搭建该远程控制系统,并对系统进行可行性、稳定性、快速性、准确性测试分析,通过分别对比本地控制、远程WinCC控制和网页控制结果证实该设计基本满足控制要求具备远程实现连铸设备控制需求 [3] 。

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