1981年4月的生产调度会上,陈钢呈交了一份三页纸的总结报告。标题是“三号转炉技术改造第一阶段总结”。
报告用复写纸复印了十二份,每个参会者面前都摆着一份。李副厂长戴上老花镜,逐页翻阅。
第一页是数据汇总表:
改造项目:
1. 数据记录系统建立(1980年11月-12月)
2. 溅渣护炉工艺试验(1980年12月-1981年1月)
3. 顶吹氧枪改造(1981年1月-3月)
技术指标变化:
- 炉衬寿命:100炉→150炉(+50%)
- 吹炼时间:26分钟/炉→22分钟/炉(-15%)
- 吨钢氧耗:58m³→53m³(-8.6%)
- 终点碳命中率:78%→84%(+6个百分点)
- 作业率:71%→74%(+3个百分点)
经济效益(年度估算):
- 增产:1500吨/年
- 节约氧气:24万m³/年
- 节约耐材:3000元/年
- 节约石灰:120吨/年
- 合计年效益:约4.8万元
投入成本:
- 记录系统:2000元
- 溅渣试验:800元
- 顶吹改造:1500元
- 合计:4300元
投资回收期:0.9年。
会议室里很安静,只有翻纸页的沙沙声。几个车间主任交换着眼神,财务科长在按计算器核对数字,张德海则推了推眼镜,仔细看技术指标部分的备注。
“数据都核实过?”李副厂长问。
“每一炉都有原始记录。”陈钢指向报告附录,“三号炉从去年11月7日到今年3月31日,共冶炼312炉,每炉的23个参数全部记录。数据本在技术科存档,随时可查。”
“其他炉子呢?”生产科长问,“一号、二号炉顶吹改造,什么时候能完成?”
“方案已经做好。”陈钢从文件夹里抽出两张图纸,“一号炉的氧枪平台需要加固,预计工期7天。二号炉的冷却水系统要改造,预计5天。两座炉子错开改造,各停炉5天,影响产量约750吨。但改造后,年效益可增加约3万元。”
“停5天……”生产科长皱眉,“4月份的任务本来就紧。”
“用三号炉多干点。”老刘开口,“三号炉现在吹炼时间短,作业率高,每天能多炼一炉。两座炉子改造期间,三号炉全力生产,可以补回部分产量损失。”
李副厂长沉默了一会儿,在报告上签了字:“按计划进行。一号炉4月15日开始改造,二号炉5月1日开始。老刘,你负责协调生产。”
“明白。”老刘点头。
陈钢等会议室里安静下来,又拿出一份文件。这份只有一页纸,标题是“关于在全厂推广连铸技术的建议”。
“李厂长,各位领导,”陈钢说,“三号炉的改造证明,通过技术进步提高效益,这条路走得通。但我们现在做的,都是‘修补’——在现有设备和工艺基础上优化。要想实现质的飞跃,需要真正的技术升级。”
他顿了顿,说出那个词:“连铸。”
会议室里的气氛瞬间变了。连铸,这个词在1981年的中国钢铁界,代表着最前沿的技术。全国只有少数几家大厂在试点,而且都是国家重点项目。红星厂这样的地方小厂,想上连铸,简直是天方夜谭。
“小陈,”张德海先开口,声音里带着克制,“连铸的技术难度、投资规模,都不是我们现在能承担的。一台小方坯连铸机,至少五十万。还不算配套的钢水处理、切割、出坯系统。全厂一年利润才多少?赔不起。”
“而且技术从哪来?”设备科长接话,“国内能造连铸机的就那一两家,排队都排到三年后了。进口?外汇指标呢?”
“我们可以自己造。”陈钢说。
会议室里响起几声轻笑。自己造连铸机?这话从一个二十二岁的技术员嘴里说出来,显得荒诞。
“我知道这听起来不现实。”陈钢平静地说,“但请听我分析。我们不需要一上来就做多大多先进的连铸机。先从最简单的开始——单流小方坯连铸机,断面90×90mm,拉速1.0-1.5m/min,年产能3-5万吨。这个规模,正好匹配我们厂一台转炉的产量。”
他在黑板上画简图:“连铸机主要部件:钢包回转台、中间包、结晶器、振动装置、二冷段、拉矫机、切割机、出坯系统。大部分部件,我们厂都能自己加工。结晶器是核心,可以外购铜管,自己加工水套。振动台用偏心轮机构,机械厂能做。拉矫机用液压或机械传动,设备科有能力。”
“那控制系统呢?”张德海问,“连铸的拉速、冷却水、液面控制,都要自动控制。咱们厂有这技术?”
“从简单开始。”陈钢说,“拉速用手动调速,工人看结晶器液面手动调节。二冷水分区手动控制,根据铸坯表面温度经验调节。先解决‘有没有’,再解决‘好不好’。”
他转身面向李副厂长:“厂长,我们算一笔账。现在全厂模铸,钢水到钢锭的收得率是87%。如果上连铸,收得率能到95%以上。按年产30万吨钢计算,同样的钢水,用连铸能多出钢2.4万吨。一吨钢净利润按100元算,一年就是240万元。”
“而一台简易连铸机的造价,”陈钢说出关键数字,“如果大部分自己加工,外购关键部件,总费用可以控制在20万元以内。投资回收期,不到两个月。”
240万效益,20万投入。这个数字让会议室彻底安静了。
“20万……你确定?”李副厂长声音有些发干。
“我做过详细预算。”陈钢从文件夹里拿出第三份文件,厚达十几页,“这是连铸机自制方案和预算明细。每个部件,材料费、加工费、外购费,都列出来了。总预算19.8万元,含5%预备费。”
文件在参会者手中传递。有人看得仔细,有人草草翻过,但所有人的表情都变得凝重。这不是天方夜谭,这是一份有数据、有方案、有预算的可行性报告。
“如果……”张德海缓缓开口,“如果失败了呢?20万打水漂,谁负责?”
“我负责。”陈钢说,“但我需要厂里给我机会。不用一次性投入20万。我们可以分步走:第一步,做技术准备,画详细图纸,做部件清单。这个阶段,只要500元资料费。第二步,加工非关键部件,同时外购关键件。这个阶段,投入约8万元。第三步,安装调试。这个阶段,再投12万元。每完成一步,评估效果,决定是否继续。”
“时间呢?”
“三个月技术准备,三个月加工制造,一个月安装调试。如果顺利,今年年底前可以试生产。”
李副厂长摘下眼镜,揉了揉眉心。这个决定太大了。20万,几乎是厂里一年的利润。成功了,红星厂将成为全国地方钢厂中第一个拥有连铸机的,一举跨入先进行列。失败了,20万损失,他这个厂长就不用干了。
“我需要时间考虑。”他说,“散会。小陈,你留一下。”
二、 连铸教室
散会后,陈钢在李副厂长办公室坐了半小时。没有争论,没有说服,只是回答技术问题。连铸机的结晶器锥度设计多少合适?二冷区长度怎么确定?切割定尺精度如何保证?漏钢如何处理?
陈钢一一解答。有些答案来自2023年的知识,他需要转换成1981年能理解的语言。有些答案,他自己也需要计算——在没有计算机辅助设计的年代,所有计算都要手算。
“最后一个问题。”李副厂长看着他,“你真觉得,咱们厂能搞成连铸?”
“技术上能。”陈钢回答,“我们有机械加工能力,有装配能力,有懂钢铁工艺的人。缺的是经验和信心。但经验可以积累,信心需要一次成功来建立。”
“如果让你负责,你需要什么?”
“三样。”陈钢说,“第一,一个团队。机械、电气、液压、工艺,每个专业至少一个人。第二,一间办公室,放图纸和资料。第三,500元启动资金,买技术资料、绘图工具、计算尺。”
“人我给你调。”李副厂长在便签上写名字,“机械厂老赵,他懂加工。电工班小王,懂控制。液压……设备科有小李。工艺,你自己就是。办公室,技术科隔壁那间空屋给你们用。500元,我批。”
他顿了顿:“但有个条件。三个月内,我要看到完整的技术方案。如果方案不行,项目终止。”
“成交。”陈钢说。
三天后,“连铸技术准备组”正式成立。成员四人:
- 陈钢:组长,负责总体设计和工艺
- 赵建国:机械厂车工班长,八级工,负责机械设计加工
- 王建军:电工班技术员,负责电气控制
- 李学明:设备科技术员,负责液压系统
办公室是间十几平米的小屋,原来放废旧资料。打扫干净,摆上两张旧办公桌,一块绘图板,几个文件柜。墙上挂起了一块小黑板。
第一天开会,陈钢在黑板上写下三个字:为什么。
“在画图之前,我们先搞清楚,”他说,“为什么要搞连铸?连铸比模铸好在哪里?难在哪里?”
他在黑板上画了两个流程图。
左边是模铸:钢水→钢包→浇注→钢锭→脱模→清理→加热→开坯→轧制。收得率:钢水到钢锭约87%,钢锭到钢坯约85%,综合约74%。
右边是连铸:钢水→钢包→中间包→结晶器→二冷→切割→热送轧制。收得率:钢水到铸坯约96%,热送率80%时综合收得率约90%。
“看明白了吗?”陈钢指着数字,“同样的钢水,连铸比模铸多出16%的成材。按我们厂年产30万吨钢算,就是4.8万吨钢材,价值480万元。”
赵建国盯着数字,深吸一口气:“这么多?”
“但难也难在这里。”陈钢说,“模铸是间歇作业,一炉钢水浇成几个钢锭,慢慢冷却,有问题能发现处理。连铸是连续作业,钢水从液态到固态,几分钟内完成。温度控制、拉速控制、冷却控制,一个环节出问题,整炉钢水可能报废,甚至漏钢引发事故。”
他在黑板上写连铸的七大技术关键:
1. 钢水纯净度(防止水口堵塞)
2. 钢水温度控制(±10℃)
3. 结晶器液面稳定(波动±5mm)
4. 二冷配水合理(避免裂纹)
5. 拉速与温度匹配
6. 铸坯矫直温度(>900℃)
7. 切割精度(定尺误差±20mm)
“这七个关键,每一个都要解决。”陈钢说,“我们第一步,先攻克最核心的——结晶器和振动台。”
三、 结晶器的诞生
结晶器是连铸机的心脏。钢水在铜质水冷结晶器内初步凝固,形成坯壳。结晶器的设计,决定了铸坯的表面质量和内部结构。
陈钢设计的结晶器参数:
- 断面:90×90mm
- 长度:700mm
- 锥度:0.8%/m(上大下小,补偿凝固收缩)
- 材质:紫铜内壁,镀铬,壁厚10mm
- 水缝:4mm,水速8-10m/s
“问题来了。”陈钢在图纸上标注,“铜管内壁要加工锥度,还要保证水缝均匀。我们厂的车床,能加工1米长、内孔90×90mm方孔,还要带锥度的铜管吗?”
赵建国摇头:“没干过。车床一般是车圆孔,方孔得铣。而且铜软,容易变形,这么长的方孔,保证不了精度。”
“那换个思路。”陈钢说,“不用整体铜管,用四块铜板拼。每块铜板加工成带锥度的平面,然后拼成方管。拼缝处留水缝,正好做冷却水道。”
他画结构图:四块铜板,每块厚20mm,宽90mm,长700mm。工作面加工出锥度——从入口到出口,宽度减少0.5mm(700mm×0.8%/m≈0.56mm)。四块板拼合,用螺栓紧固,外面套钢质外壳,铜板与外壳之间形成4mm水缝。
“这个能加工。”赵建国看着图纸,“铜板铣平面,磨锥度,钳工划线钻孔。精度能控制在±0.1mm。但镀铬怎么办?咱们厂没这条件。”
“外协。”陈钢说,“省城有电镀厂,能做硬铬镀层。铬层厚0.05-0.08mm,硬度HV800以上,耐磨耐蚀。就是贵点,一套结晶器铜板镀铬,估计要一千元。”
“一千就一千。”李副厂长看过方案后拍板,“关键部件,该花的钱要花。但其他部件,能省则省。”
结晶器水套用10mm钢板焊制,内部加工出4mm水缝。赵建国带着徒弟干了三天,焊了试,漏水。补焊,再试,还漏。连续返工五次,终于做到0.6兆帕水压试压十分钟不漏。
“焊接变形控制不住。”赵建国满头大汗,“钢板薄,一焊就翘,水缝宽度不均匀,有的地方3mm,有的地方5mm。”
陈钢看了半天,说:“改设计。不用整体水套,用两层板。内层板加工出4mm凸台,和铜板背面贴合。外层板压上,螺栓紧固。两层板之间形成水缝,这样不用焊接密封,靠密封垫。”
重新加工。这次成功了。水缝宽度4.0±0.2mm,水流分布均匀。
结晶器总成装配完成那天,四个人围着看。紫铜内壁镀铬后泛着冷冽的银光,水套喷了防锈漆,进出水口焊着法兰。700mm长的方孔,从入口到出口缓缓收敛,像一柄精致的金属模具。
“这玩意儿,”赵建国摸着结晶器内壁,“真能让钢水在里面凝固成方坯?”
“能。”陈钢说,“但还要配上振动。”
四、 机械振动台
连铸结晶器必须振动。上下往复运动,频率100-200次/分钟,振幅±3-5mm。振动的作用是防止初生坯壳与铜壁粘连,获得良好的表面质量。
“振动方式有三种。”陈钢在小黑板上画,“正弦振动、非正弦振动、梯型振动。我们做最简单的——正弦振动,偏心轮机构实现。”
振动台设计参数:
频率:0-200次/分可调
振幅:±4mm
最大载荷:2吨(结晶器+钢水重量)
驱动:7.5kW电机,减速机,偏心轮
王建军负责电气控制:“电机要调速,用电磁调速电机,配控制器。还要有振幅显示,频率显示,急停按钮。”
李学明负责液压系统:“振动台用四个液压缸支撑,起缓冲和调平作用。液压站要独立,压力可调,带蓄能器保压。”
赵建国负责机械部分:“偏心轮用45号钢,调质处理。轴承用双列调心滚子轴承,耐冲击。导向用四根镀铬光杆,直线轴承。”
这是连铸项目中第一个复杂的机电液一体化设备。四个人白天各自忙,晚上在办公室碰头,对图,协调接口。问题一个接一个:
电机功率够不够?减速比怎么算?偏心轮偏心距多少?轴承寿命多少小时?液压缸同步怎么保证?导向间隙调多少?
陈钢成了枢纽。他要在机械、电气、液压之间翻译,要把2023年的知识分解成1981年能实现的技术方案,要在理想设计和现实条件之间妥协。
振动台的机架用了半个月焊好。2吨重的钢铁结构,焊后要退火消除应力,然后上龙门铣加工安装面。光加工费就花了八百元。
偏心轮组件加工时出了问题。车工按图纸车好偏心轮,但动平衡测试时,振动超标。转速上到150转/分,整个台子都在抖。
“不平衡量太大。”赵建国摇头,“得重新做动平衡,在偏心轮上钻孔去重。”
“不行。”陈钢说,“偏心轮结构不对称,去重解决不了根本问题。要改设计,在对称位置加配重块。”
重新设计,加工配重块,装配,再做动平衡。这次好了,200转/分时振动也在允许范围内。
液压系统调试时,四个液压缸不同步。升起时,一角高一角低,相差3mm。
“同步阀精度不够。”李学明检查后说,“换精密同步阀,或者改机械强制同步。”
“机械同步。”陈钢决定,“在四个角加同步连杆,强制机械同步。液压只管升降,同步靠机械保证。”
又改。加工同步连杆,装配,调试。这次四个缸升起落下,高度差小于0.5mm。
振动台总装完成那天,通电试车。合闸,电机启动,减速机转动,偏心轮旋转,振动台开始上下振动。频率从50次/分慢慢调到200次/分,台面平稳,只有轻微的嗡嗡声。
振幅表显示:±4.1mm。频率表显示:200次/分。液压压力稳定,温度正常。
“成了。”王建军盯着控制柜的仪表,长舒一口气。
陈钢看着振动台规律地上下运动,心里却没有太多喜悦。这只是开始。振动台之后,还有二冷段、拉矫机、切割机、出坯系统……每一个都是难关。
但他知道,必须过。不过,就连铸不成。
五、 钢水之难
就在振动台试车成功的第二天,炼钢车间出了问题。
三号炉炼了一炉优质碳素钢,准备做连铸试验用。钢水成分:碳0.20%,硅0.25%,锰0.45%,硫0.020%,磷0.018%。温度1655℃。按说是合格的连铸钢水。
但浇注时,中间包水口堵塞了。
不是完全堵死,是流量越来越小。工人用氧气烧,通了,浇几分钟又堵。一炉钢水,浇了半小时才浇完,温度降了40℃,铸坯表面全是皱纹和裂纹。
“什么原因?”陈钢到现场,查看堵塞的水口。水口内壁附着一层暗红色的沉积物,厚约2-3mm。
“氧化铝。”王师傅用锤子敲下一块沉积物,“钢水脱氧产物。铝脱氧时生成的氧化铝夹杂,在水口内壁聚集,越聚越多,最后堵死。”
“钢水纯净度不够。”陈钢明白了问题所在。
模铸对钢水纯净度要求相对低。夹杂物会上浮到钢锭头部,切掉就行。但连铸是连续浇注,夹杂物会堵塞水口,或者进入铸坯形成缺陷。
“要炉外精炼。”陈钢说,“钢水出钢后,在钢包内进一步处理,去除夹杂,均匀温度,微调成分。”
“炉外精炼?”张德海听到这个方案,连连摇头,“那是大厂才有的技术。钢包吹氩、真空处理、喷粉……我们哪来这些设备?”
“不用那么复杂。”陈钢已经在画草图,“我们做最简单的钢包吹氩。在钢包底部装一块透气砖,通氩气。氩气气泡在钢水中上浮,搅动钢水,促进夹杂物上浮去除。同时均匀温度,使上下层钢水温差小于5℃。”
透气砖要外购。陈钢打电话到洛阳耐火材料研究院,询问透气砖规格价格。对方答复:镁质透气砖,Φ120×100mm,每块80元,寿命10-15炉。
“先买十块。”陈钢向李副厂长申请,“800元。如果有效,这笔投资值。”
透气砖到货,安装。在钢包底部钻孔,砌筑,用捣打料固定。氩气用厂里制氧站的副产品,纯度99.5%,压力0.3-0.5兆帕,流量20-30L/min。
第一炉吹氩试验,效果明显。吹氩前,钢水上下温差18℃。吹氩5分钟后,温差降到3℃。浇注时,水口没有再堵。铸坯表面光滑,没有明显皱纹。
但新的问题又来了:铸坯内部有中心疏松。
切开铸坯断面,中心区域有肉眼可见的缩孔和疏松。这是凝固补缩不足导致的。
“二冷配水有问题。”陈钢分析,“冷却太强,铸坯表面凝固太快,中心钢液补缩通道提前封闭,形成疏松。”
二冷区设计是分五段喷淋冷却。每段水量可调,但要调到什么程度,没有经验。陈钢只能试。
第一组参数:水量从大到小,强冷。铸坯表面温度低,但中心疏松严重。
第二组参数:水量从小到大,弱冷。疏松减轻,但铸坯表面有裂纹。
第三组参数:水量中间大两头小。疏松和裂纹都有改善,但没根治。
“需要数学模型。”陈钢在办公室算到深夜,“凝固传热方程,有限差分法求解。但手算太慢,三天算不了一组参数。”
他想起了厂里那台计算机。
六、 DJS-130
红星厂有一台计算机,DJS-130,1974年产品。字长16位,内存32KB,速度50万次/秒。这是当年为生产管理配的,但基本闲置——没人会用。放在计算站,盖着防尘布,偶尔开机维护一下。
陈钢找到计算站站长,一个五十多岁的老技术员,姓吴。
“吴师傅,我想用计算机算个东西。”
吴师傅推了推眼镜,打量陈钢:“你会用?这机器,要打孔纸带输入,FORTRAN语言编程。咱们厂,除了我,没人碰过。”
“我学过一点。”陈钢说。他在2023年当然用过计算机,但那是Windows、Linux、Python。DJS-130,他只在教科书上看过图片。
“学一点可不够。”吴师傅摇头,“这机器金贵,弄坏了可赔不起。”
陈钢不放弃。他每天下班后去计算站,看吴师傅操作,帮忙整理纸带,打扫卫生。吴师傅编程时,他在旁边看,问问题。慢慢地,吴师傅发现,这个年轻人是真懂——不是懂操作,是懂原理。寄存器、指令集、中断、浮点运算……说得头头是道。
“你在哪学的?”吴师傅问。
“书上自学的。”陈钢说。
吴师傅信了。那个年代,真有年轻人靠自学啃下计算机原理。
半个月后,吴师傅同意让陈钢上机。“先算个简单的,解线性方程组。我看看你水平。”
陈钢用三天时间,写了人生第一个FORTRAN程序——在纸上写,然后翻译成机器指令,再在纸带上穿孔。程序功能:解五元一次方程组。
纸带输入,编译,运行。半分钟后,结果输出:正确。
“可以啊。”吴师傅点头,“你想算什么?”
“连铸凝固传热。”陈钢拿出公式和边界条件,“二维非稳态传热,相变潜热,变物性参数。要算不同冷却制度下的温度场,预测凝固终点和中心疏松倾向。”
吴师傅看了半天公式:“这个……复杂。机器可能要算几个小时,甚至几天。”
“能算就行。”
陈钢开始编程。真正的困难来了。DJS-130内存只有32KB,要存网格数据、温度场、物性参数。他必须精打细算,用整型代替浮点,用稀疏存储,用迭代算法减少内存占用。
程序写了两个星期。二百行FORTRAN代码,在纸上改了又改。然后翻译、穿孔,得到一卷厚厚的纸带。
上机运行。第一次,编译出错——少了个逗号。改纸带,重来。第二次,运行到一半溢出——数组下标越界。再改。第三次,运行正常,但算出的温度场明显不对——边界条件设错了。
调试用了一个星期。每天下班后,陈钢就在计算站,对着打印出来的调试信息,一行行查。吴师傅有时过来看看,指点几句。
终于,程序能跑出合理结果了。但运行太慢——算一种工况要两小时。陈钢要算二十种工况,就是四十小时,机器要连续运行两天。
“机器不能连开两天。”吴师傅说,“发热大,不稳定。最多开八小时。”
“那就分段算。”陈钢说,“我晚上来,算八小时,存中间结果,第二天继续。”
那些夜晚,陈钢就在计算站度过。机器运行着,发出有节奏的嗡嗡声,指示灯闪烁。他坐在控制台前,看着打印纸缓缓吐出数字。困了,趴在桌上眯一会儿。饿了,啃个冷馒头。
吴师傅有时来陪他,带点花生米,两人就着白开水,聊计算机,聊钢铁,聊技术。
“小陈,”有天夜里,吴师傅突然说,“你这些知识,不像自学的。”
陈钢心里一紧。
“但我不问。”吴师傅笑笑,“只要对国家有用,对厂子好,怎么来的不重要。这机器,你随便用。需要我帮忙,开口。”
陈钢鼻子有点酸。这是穿越以来,第一次有人对他说这样的话。
“谢谢吴师傅。”
七天七夜,二十种工况算完了。陈钢得到了最优的二冷配水制度:水量呈“马鞍型”分布——结晶器下方强冷,快速形成坯壳;中间适当弱冷,避免冷却过快;凝固末期再稍强冷,控制凝固终点位置。
他根据计算结果,重调了二冷区喷水参数。又炼了一炉钢,连铸试验。
这次,铸坯切开,断面致密,中心疏松基本消除。表面质量良好,只有少量微小振痕。
“成了。”王师傅拿着铸坯样品,手在微微颤抖,“这……这真是咱们自己连铸出来的?”
陈钢点头,看着那根暗红色的、截面方正的小方坯,心里涌起一种复杂的情感。在2023年,这不算什么。在1981年,这是奇迹。
但马上,下一个问题就来了。
七、 切割的难题
连铸坯要切成定尺长度。设计定尺3米,误差±20mm。切割方式有三种:火焰切割、机械剪切、液压剪切。陈钢选了最简单的——火焰切割。
火焰切割机设计:铸坯行走,割枪固定。铸坯走到定尺位置,触发限位开关,割枪点火,氧气-丙烷火焰切割。切完,割枪抬起,铸坯继续前进。
听起来简单。但做起来,问题不断。
第一次试切,铸坯走到位置,限位开关动作,割枪点火。但点火延迟了0.5秒,铸坯又前进了30mm,切口位置偏了。
“限位开关动作到割枪点火,有时间滞后。”王建军检查电路,“继电器动作时间、电磁阀响应时间、气体混合时间,加起来就是0.5秒。而拉速1.2m/min,0.5秒就走10mm。如果考虑铸坯惯性,能走30mm。”
“提前触发。”陈钢说,“在定尺位置前30mm就触发切割程序。但要精确控制,就得知道实际拉速,动态计算提前量。”
“那得用PLC。”王建军说,“可咱们厂没有。”
“用凸轮控制器。”陈钢想出个土办法,“在拉矫辊轴上装凸轮,凸轮每转一圈对应铸坯前进一定长度。凸轮触发微动开关,控制切割。这样切割位置只与铸坯实际行程有关,与时间无关。”
赵建国加工凸轮。铸坯定尺3米,拉矫辊直径300mm,周长942mm。铸坯走3米,辊子转3.18圈。凸轮设计成每转一圈触发一次,但最后一次触发位置要精确——要在铸坯走到3米时触发。
凸轮加工安装,调试。这次切割位置准了,误差±5mm。
但切割质量不行。切口不平,有挂渣,有时切不透。
“气体配比不对。”陈钢调整氧气和丙烷压力,“氧气压力0.6兆帕,丙烷0.05兆帕。预热火焰要中性焰,切割氧要纯。”
“割嘴到铸坯距离也有影响。”李学明说,“距离远了,切口质量差。距离近了,容易回火烧坏割嘴。最佳距离10-15mm,但要随铸坯表面起伏动态调整。”
“用浮动装置。”陈钢设计了一个弹簧浮动架,割枪装在架上,能随铸坯表面上下浮动,保持恒定距离。
又试。这次切口平整,挂渣少,能切透。但切割速度慢——切90×90mm铸坯,要40秒。这段时间,铸坯还在走,切口会被拉斜。
“要么提高切割速度,要么降低拉速。”陈钢说,“提高切割速度,要换大号割嘴,但气耗增加。降低拉速,影响产量。”
“在切割时暂定拉矫机。”王建军建议,“切完再启动。”
“可拉矫机一停,铸坯在结晶器里还在拉,会造成拉漏或裂纹。”
争论半天,最后折中方案:切割时拉速降到0.6m/min,是正常拉速的一半。切割时间40秒,铸坯走40mm,切口斜度在允许范围内。
切割问题勉强解决。但新的问题又来了:出坯。
八、 出坯系统
出坯系统要把切好的铸坯从切割位运送到收集位。设计是:切割后铸坯落在辊道上,辊道输送至冷床,人工吊运收集。
问题出在辊道输送。铸坯温度900℃以上,要连续输送。辊子要耐热,轴承要耐高温,传动要可靠。
第一批辊子用的普通碳钢,没几天就变形弯曲。900℃高温下,碳钢强度只剩三分之一,自重就会压弯。
“换耐热钢。”陈钢查手册,“3Cr24Ni7N,1100℃时还有足够强度。但贵,一根辊子要两百元。出坯线要二十根,四千元。”
“太贵。”李副厂长看了报价直摇头,“想想别的办法。”
“在普通辊子外面套耐热护套。”赵建国建议,“护套用耐热钢,薄壁,成本低。坏了只换护套,不换整根辊子。”
“护套怎么固定?”
“热装。护套内径比辊子外径小0.5mm,加热护套,膨胀后套上,冷却后收缩紧配。”
试制一根。护套用5mm厚耐热钢板卷焊,加工内孔。加热到400℃,套在辊子上。冷却后,紧配合,不松动。
装到出坯线上试。运行正常,护套不变形。
但轴承又出问题。普通滚动轴承在高温下润滑脂会流失,轴承会卡死。试运行两小时,三套轴承报废。
“用石墨轴承。”陈钢说,“自润滑,耐高温。或者用耐高温轴承,但得通水冷却。”
“石墨轴承强度不够,会碎。”赵建国说,“水冷轴承结构复杂,容易漏水。”
“那就用最简单的——滑动轴承,铜套,开润滑槽,人工加油。温度高,油烧干了就加,勤加。”
于是出坯线旁多了个岗位:加油工。每半小时给轴承加一次高温脂,用长柄油枪。工作环境温度50℃以上,辛苦,但有效。
出坯线能运行了,但问题还没完。铸坯从切割位落到辊道上,有时会撞歪,卡在辊道间。要人工撬,耽误时间,危险。
“加导向装置。”陈钢在切割位下方装了两块导向板,铸坯落下时沿导向板滑到辊道中心。
导向板角度要合适。角度太大,铸坯下落速度快,冲击大。角度太小,铸坯会停在导向板上,不下去。调了七八次,找到最佳角度:15度。
最后是冷床。冷床是收集铸坯的地方,要能让铸坯均匀冷却,方便吊运。最简单的设计:一排固定梁,铸坯横放在梁上自然冷却。
但问题又来了:铸坯冷却会弯曲。900℃的铸坯在冷床上冷却,底部接触梁,冷却快,收缩大。上部暴露在空气中,冷却慢,收缩小。结果铸坯向上弯曲,变成弓形。弓形铸坯不好吊运,也影响后续轧制。
“要控制冷却速率。”陈钢说,“在冷床上加保温罩,延缓上部冷却。或者让铸坯定时翻面,两面均匀冷却。”
“翻面机构太复杂。”赵建国说,“保温罩简单,用石棉板做个罩子,扣在铸坯上。”
石棉保温罩做好,试。铸坯弯曲减轻,但还有。因为即使有保温,上下冷却还是不同步。
“那就让它弯。”陈钢最终决定,“在冷床上设计弧形支撑,让铸坯按预定弧度弯曲。吊运时,用带弧度的吊具。”
弧形支撑加工,弧形吊具制作。这下,铸坯弯曲不再是缺陷,是设计允许的形状。吊运顺利,后续轧制也能适应轻微弧度。
出坯系统终于能稳定运行了。从切割到收集,全程人工干预点从八个减到两个,劳动强度大大降低。
九、 第一炉连铸钢
1981年8月15日,下午2点30分。
三号炉出钢。钢水碳0.20%,硅0.25%,温度1655℃。钢包吊到连铸机钢包回转台上,开浇。
钢水从钢包流入中间包。中间包液面到预定高度,打开塞棒,钢水流入结晶器。
结晶器液面稳定在距上口80mm。拉矫机启动,拉速1.0m/min。铸坯从结晶器下口缓缓拉出,暗红色,表面有规律振痕。
进入二冷区,水雾喷淋。铸坯从暗红变成暗黑,表面温度降到900℃左右。
经过拉矫机,铸坯完全凝固,温度约850℃。
到切割位,限位开关动作,火焰切割机启动。40秒后,3米长的铸坯被切断,落在出坯辊道上。
辊道启动,将铸坯输送到冷床。吊车吊起,堆放。
整个过程持续25分钟。一炉钢水,13.5吨,全部连铸成90×90mm小方坯,总长约200米,切成67根定尺坯。从钢水到铸坯,收得率95.3%。
车间里,所有人都在看着那些整齐堆放的铸坯。暗红色的方坯在空气中慢慢变黑,表面还散发着热量扭曲空气。
王师傅走到冷床边,伸手想摸,又缩回来——温度还高。他就那么站着,看着,看了很久。
“真成了。”他低声说,像是在对自己说,又像是在对所有人说。
陈钢也在看。但他看的不是铸坯,是连铸机——那个简陋的、拼凑的、但确实在运转的设备。结晶器、振动台、二冷段、拉矫机、切割机、出坯线……每一个部件,都凝聚着这个团队四个月的心血。
这设备很粗糙,效率不高,自动化程度低。在2023年,这样的设备早该进博物馆。但在1981年,在红星厂,这是最先进的生产力。
“取样检验。”陈钢说。
铸坯取样,做低倍检验。切下一段铸坯,刨光,酸洗,观察断面。中心疏松轻微,等轴晶比例约30%,表面无裂纹。质量达到模铸钢锭水平,有些指标还更好。
“成本核算。”陈钢对财务科的人说。
财务科长拿着本子,一项项算:这炉连铸钢,从钢水到铸坯,加工成本(能耗、人工、耐材、辅料)比模铸低18%。成材率高8.3个百分点。综合效益,吨钢降低成本约25元。
一炉钢,13.5吨,就是337.5元效益。如果全厂30万吨钢都连铸,年效益就是750万元。
这个数字报到厂部,李副厂长看了三遍,然后拿起电话,拨通了省冶金厅。
十、 新的开始
三天后,省冶金厅来了个考察组。厅长带队,还有几个专家。他们在连铸机前看了整整一下午,问了几十个问题。
陈钢一一解答。从结晶器锥度设计原理,到二冷配水数学模型,到切割定尺精度控制。有些答案让专家点头,有些让他们惊讶——这个二十二岁的技术员,懂的比他们想象的多得多。
考察结束,厅长对李副厂长说:“你们这个连铸机,是我在地方钢厂见过的第一个。虽然简陋,但思路对,效果实。省厅支持你们完善推广。需要什么,提。”
“我们需要三样。”李副厂长早就准备好,“第一,技改资金,完善现有连铸机,再建一台。第二,技术人员培训指标,送人去大厂学习。第三,政策支持,连铸坯的市场准入。”
“资金,省里可以给二十万贴息贷款。培训指标,给你们五个。市场准入……只要质量合格,省里协调钢厂试用。”
条件比预想的好。李副厂长送走考察组,回到办公室,把陈钢叫来。
“小陈,连铸成了,你功不可没。厂里决定,提拔你为技术科副科长,主管技术改造。连铸项目,继续由你负责。完善现有设备,再建一台,争取年底前形成十万吨连铸能力。”
“我……”陈钢想说点什么。
“别推。”李副厂长摆手,“这个位置,你坐得住。但责任也重。接下来,你要考虑的不仅是连铸,是全厂的工艺升级。连铸出来了,对炼钢提出新要求——钢水要更纯净,温度要更稳定。对轧钢也提出新可能——连铸坯热送轧制,能省多少能耗?这些,你都要想。”
陈钢点头。他当然在想。连铸只是第一步。接下来,他要推动铁水预处理,要搞炉外精炼,要上高效连铸,要搞热送热装,要建全连铸车间。
路还很长。但有了连铸这个突破,后面的路,会好走些。
下班后,陈钢又来到连铸机前。夜班工人在操作,钢水在结晶器里凝固,铸坯缓缓拉出。火光映在工人们脸上,专注,认真。
王师傅也在,看到陈钢,走过来。
“小子,当副科长了。以后得多关照我们老家伙。”
“王师傅,您别这么说。”
“我说真的。”王师傅点了支烟,“我干了一辈子钢铁,没见过这么大的变化。几个月前,还在为炉衬寿命发愁。现在,连铸都搞出来了。这速度,不敢想。”
他看着连铸机,沉默了一会儿:“但我也愁。我这样的老工人,习惯了模铸,习惯了看钢锭。连铸一来,好多经验用不上了。以后,是不是都得靠你们年轻人,靠机器?”
陈钢听出了话里的担忧。技术革命,会淘汰旧技能,会让老工人产生危机感。
“王师傅,经验不会没用。”陈钢认真说,“连铸操作也要经验。钢水温度判断,拉速控制,事故处理……这些,机器替不了人。而且,您有三十年炼钢经验,最懂钢。您来带年轻人,教他们怎么看钢,怎么炼钢,这比什么都重要。”
王师傅看着陈钢,笑了:“你小子,会说话。行,我信你。这连铸,我跟你学。学会了,我教别人。”
他拍了拍陈钢肩膀,走向操作台,去盯浇注了。
陈钢站在那,看着连铸机,看着车间,看着这个1981年的钢铁厂。
高炉还在冒烟,转炉还在倾转,天车还在运行。一切似乎没变。但有些东西,已经悄悄改变了。
在车间一角,那台自制的连铸机正在运转。钢水变成铸坯,连续不断。这是生产力的变革,是技术的突破,也是这个厂,这个时代,向前迈出的一小步。
但对陈钢来说,这是一大步。从数据记录到溅渣护炉,从顶吹氧枪到全连铸,他用八个月时间,在这个落后的钢厂,点燃了技术革命的火种。
火种已经点燃,接下来,是燎原之势。
他知道,这只是开始。在这个改革开放的春天,在这个万物复苏的年代,钢铁工业的现代化浪潮,正在涌来。而他要做的,是站在潮头,引领方向。
夜色渐深,但车间的灯火通明。钢水在流,铸坯在走,钢铁的洪流,正奔向新的时代。
(第五章完)