1、1小方坯连铸机结晶器高效化改造与实践任灵元 张太生 王鸿飞（安阳钢铁股份有限公司第二炼钢厂）摘要：本文分析了该厂 1#小方坯连铸机结晶器的设计缺陷，经改造高效化以后，在实际应用中取得了良好的效果。关键词：小方坯 结晶器 高效化 改造High-efficiency improving and practice of mould of little square billet continuous castingRen Lingyuan Zhang Taisheng Wang Hongfei(Anyang Iron & Steel Stock Co.,Ltd)ABSTRACT The paper
2、introduces the problems on design of mould of NO.1 little square billet continuous casting.after High-efficiency improving,a good effect was obtained in production practiceKEY WORDS little square billet mould High-efficiency improving0、前言安阳钢铁股份有限公司第二炼钢厂长期以来因为铸机拉速低，产能小一直是三炉对四机的生产组织模式，为提高铸机生产能力，实现高效炉机
3、匹配，该厂于 2007 年 10 月份对小方坯连铸机进行了系统的高效生产技术优化，而实现连铸的高效生产的技术核心是高拉速，实现高拉速关键技术之一在于结晶器的高效设计，本文仅从该厂 1#小方坯原结晶器设计缺陷进行系统分析，并详细介绍了对其进行全面高效技术优化的措施。通过结晶器的高效优化，极大地提高了铸机的拉速，释放了铸机的生产潜能，使铸机最大设计拉速由 3.2m/min 提高到4.0m/min，最高工作拉速达到 4.5m/min，单流年产能达到 20 万吨。 一、1 #铸机主要工艺参数1、 铸机曲率半径：5250mm2、 铸坯断面：120mm120mm3、 设计拉速 2.83.2m/min4、
4、铸机流数:四机四流二、原 1#小方坯连铸机结晶器主要参数： 结晶器装配及设计 优化前 优化后铜管长度（mm） 812 850铜管壁厚（mm） 10 12铜管材质 磷脱氧铜 银铜合金铜管锥度 单锥度 连续锥度进水压力(MPa) 0.60.7 0.81.0导流内水套形式 四板直角对焊整体引伸圆角水套材 普通碳素钢 不锈钢水缝宽度(mm) 5 4.0钢管固定方式 上卡板固定 翻边上法兰压紧结晶器出口冷却 无零段 附加零段铜管平均过钢量（吨/支）3215 6715三、原结晶器工艺结构及参数分析1、铜管支撑和固定方式原结晶器总成为卡板式结构，因设计时间较早，随着二炼钢对连铸的要求愈来愈高，逐渐显示出其不
5、适应高效化连铸的诸多缺点：随着拉速的提高，结晶器铜管将要承受更大的热量，尤其上口承受的热应力、钢水静压力很大，而卡板式结构没有限制其热应力变形的措施；卡槽处铜壁更薄，承受的热应力、摩擦力更大，此处强度显得极其薄弱；同时卡板限制了冷却水继续往上冷却，使卡板以上 30mm 左右无冷却水，在热传递作用下，上口无水区的铜壁变形加剧，严重时破坏结晶器铜管的内腔原始倒锥度趋势，影响铸坯质量和结晶器铜管使用寿命。22、水套形式内水套为直角四板对焊结构，对于 1#小方坯而言，随着拉坯速度的提高（3.84.0m/min） ，热交换也随之加快，就要求内水套内的水速、水量能满足铸坯在结晶器内的过热、潜热、显热与水的
6、交换平衡，同时要求弯月面处缓慢冷却，降低上口铸坯的温度梯度，使凝固应力均匀一致，而在高拉速下四板对焊结构精度差、角部呈直角，存在焊接应力，易发生变形，造成弯月面无法缓冷，满足不了高效连铸的要求。3、铜管壁厚结晶器铜管壁厚 10mm，在结晶器装配后检测铜管内腔，倒锥度发生了变化，尤其下口锥度增大 0.010.12mm（下口 0200mm） ，破坏了原始设计的倒锥度，使拉坯阻力增大，液面无法提高（距上口 200250mm） ；同时铜壁壁薄使得在高拉速下传热敏感性增强，初生坯壳应力较大，而且在高温下抗变形能力差，冷面温度较高，易产生间歇沸腾，影响传热均匀性和传热效果。4、铜管长度目前结晶器铜管 81
7、2 mm，随着拉速的提高，铸坯在铜管内停留时间较短，出结晶器坯壳减薄，漏钢的几率增大，最高月份溢漏率达到0.68%。5 铜管材质目前使用的普通材质是磷脱氧铜，普通磷脱氧铜的再结晶温度一般只有 270280，当拉速提高时，沿铜管壁厚方向，内外温差可达200以上，弯月面下方 150mm 处，铜管热面温度高达 250以上。当热面温度达到或超过再结晶温度时，铜管即产生热再结晶，组织内晶粒长大，硬度下降，导致铜管塑性变形，上外膨胀鼓肚，形成局部锥度过大或负锥度，增大拉坯阻力和坯壳凝固的不均匀性。6、结晶器的锥度原结晶器倒锥度为单锥度，由于在弯月面处结晶器变形往往形成负锥度，在负滑动时负锥度与初生坯壳相互
8、作用，使振恨的深度和不均匀程度都增加，造成四面传热不均匀，形成坯壳不均，增大了拉坯阻力和漏钢的危险性。7、结晶器冷却水参数现用水缝宽度和水速均不能满足生产工艺要求，在同等条件下，水缝宽度（4mm） ，流速慢（12m/sec） ，进出水温差大（7） ，有可能使铜管冷面温度超过 100，出现水的核沸腾现象，造成铜管永久性变形。现用结晶器冷却水压较低，水量偏小，不能满足水速12m/sec 和避免出现间歇沸腾的最低要求。8、结晶器装配现用结晶器装配复杂，一方面使得加工过程中产生的累积误差较大，影响整体装配精度；另一方面使维修成本增加,职工劳动强度增大。四、结晶器高效技术优化1、结晶器固定支撑方式的改造
9、结晶器是一高负荷的热交换器，使其有良好的传热，对铸坯质量和自身的寿命都有好处。故采用翻边上法兰压紧，周边密封固定方式，使结晶器铜管几乎无冷却盲区，改善传热的同时，减小热变形；因其装配部件少，装配累积误差小，整体精度高。2、水套形式改造采用国内先进的不锈钢整体引伸圆角内水套，整体引伸压力加工，为了防止内水套的变形，壁厚设计增加为 8mm，同时筒体的整体性也牵制了变形；内腔采用倒锥度，从下口到上口水缝在 3.54mm 变化，水速13.3911.58m/s，使得上口水速低于下口水速，起到弯月面缓冷的效果；在高拉坯速度下，角部采用圆角，使其角部水缝与面部水缝一致，使铸坯冷却均匀；由于弧度与铜管一致性好
10、，内腔定位更加方便，从而保证了铸坯在结晶器内冷却均匀，使铸坯在出结晶器时有足够和均匀的铸坯厚度，对提高拉速至关重要。3、增加铜管壁厚将原结晶器铜管壁厚增加至 12mm，一方面可提高其强度，比原 10mm 的壁厚强度提高 8%左右，增强其抵抗钢水静压力的能力；另外结晶器铜管壁厚增加后，其热阻比 10mm 增加 2.5%左右，可减轻铸坯对冷却强度的敏感性，缓解弯月面冷却速度。结晶器传热热与各工艺因素关系如下图 1。3热 阻 和 各 工 艺 因 素 的 关 系21230.5R气 隙4凝 固 层 厚510铜 板 厚冷 却 水 流 速.68410热阻 R434、结晶器铜管材质采用 TAg0材质 化学成分
11、 机械性能 再结晶温度TP2Cu99.9P：0.0150.04b：245Mps：196Mp 280320TAg0.1Cu99.9Ag：0.080.12b：265343Mps：195275Mp350由表可以看出，银铜合金的强度、再结晶温度要高于磷脱氧铜，抵抗钢水静压力、热应力的能力更强。5、增加结晶器铜管长度增加结晶器铜管长度至 850mm，使得在同等拉速下，坯壳凝固时间延长，出坯厚度增加3%。6、倒锥度优化结晶器铜管倒锥度设计采取新的锥度设计理念，由单锥度设计为连续的抛物线，更加接近坯壳凝固收缩曲线，大大提高结晶器的冷却效果，有效的减少了漏钢几率，延长结晶器铜管的寿命。7、改进冷却水参数水缝设
12、计为 3.54mm，水速12m/sec，进水压力为 0.81.0MPa，进出水温差 4-7，使冷面温度保持在 100以下，增大了温度梯度，可防止间歇沸腾，有利于降低热面温度和减小铜管变形。8、简化结晶器装配铜管采用上口翻边上法兰压紧的装配方式，防止了结晶器上口变形和漏水，而且拆卸上法兰后，即可更换结晶器铜管；采用简易的零段喷淋结构，实现在线快速更换，减轻劳动强度，确保了结晶器的整体冷却效果。五、生产实践效果1、 提高了铸机拉速。结晶器经高效技术优化后，设计拉坯速度由原来的2.83.2m/min 提高到3.84.0m/min，最高工作拉速达到4.5min。2、 提高了结晶器铜管通钢量。结晶器经系
13、统高效优化后，单支结晶器铜管平均通钢量达 6715t（最高达到 9876t） ，较原结晶器铜管通钢量提高 3480t。3、 铸机漏钢事故提高大幅减少，铸机溢漏率由改造前的 0.48%降至目前的0.10%左右，铸坯质量稳步提高。4、 拉速和生产作业率的提高，使铸机产能得到极大释放，实现了转炉与铸机的高效匹配生产。六、结语1、结晶器的高效优化技术是提高铸机拉速，释放铸机产能的关键技术。在现阶段不大的投入的情况下，对常规的结晶器的进行高效化改造，完全能满足生产的需要。2、结晶器高效技术是系统技术，必须从结晶器的工艺结构和工艺参数进行全面优化，才能达到高效生产的目的。参考文献1 田燕翔主编现代连铸新工艺、新技术与铸坯质量控制北京：当代中国音像出版社，2004.
