小方坯高效结晶器的改造与实践

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 casting Ren Lingyuan Zhang Taisheng Wang Hongfei (Anyang Iron & Steel Stock Co.,Ltd)ABSTRACT The pa

2、per 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

3、高效炉机匹配，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：120mm×120mm3、 设计拉速2.83.2m/min4、 铸机

4、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）812850铜管壁厚（mm）1012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)0.60.70.81.0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)54.0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）32156715三、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，逐渐显示出其不适应高效化连铸的诸多缺点：随着拉速的提高，结晶器铜

5、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。2、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，

6、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812 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

7、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

8、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

9、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，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

10、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。4、结晶器铜管材质采用TAg0材质化学成分机械性能再结晶温度TP2Cu99.9P：0.0150.04b：245Mps：196Mp280320TAg0.1Cu99.9Ag：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

11、、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