高效连铸小方坯多级结晶器应用实践

2014-06-05牟桂梅

中国铸造装备与技术 2014年3期

牟桂梅

（秦皇岛首钢长白机械有限责任公司，河北秦皇岛 066311）

目前高效连铸以高拉速为主要特征，普遍存在漏钢现象，解决办法是在结晶器下方采用多级结晶器，首钢二炼钢通过将小方坯连铸结晶器足辊结构改造为多级结晶器，提高连铸机拉坯速度20%，多级结晶器具有良好的提高拉速和防漏效果。

1 高效连铸小方坯结晶器

在连铸设备中，结晶器是连铸机的关键部件，钢液通过结晶器壁散热冷却，形成一定厚度的坯壳。目前高效连铸结晶器一次冷却普遍采用水缝管式结构，水缝作为结晶器冷却水通道，结晶器冷却水以9～12 m/s的速度自下而上从水缝中流过，使结晶器具有良好的冷却效果。

为实现高拉速，要求结晶器具有足够的冷却强度，主要通过采用高效结晶器铜管和高精度水缝技术实现。高效结晶器铜管内腔几何形状采用连续锥度或多锥度，以适应铸坯的凝固收缩规律，减小坯壳与结晶器铜壁之间的气隙热阻，尤其是减小角部气隙热阻，增加传热效率；水缝采用高精度窄水缝设计，其宽度一般取3.5～4 mm，窄水缝能提高冷却水的流速，水缝高精度可改善水流的均匀性，保证结晶器冷却强度。结晶器一次冷却保证铸坯出结晶器时，形成厚度均匀而强度足够的坯壳，以能抵抗钢液静压力和拉坯力，避免漏钢事故。

2 高效连铸小方坯足辊结晶器

2.1 结晶器足辊装置和零段喷淋

初出结晶器下口的铸坯没有完全凝固，只形成一个厚度较薄的(10～20 mm)坯壳，中心还是高温液体，需要在结晶器下方设计支撑结构和零段喷淋以支撑和冷却铸坯。目前高效连铸小方坯结晶器下方普遍采用足辊结构支撑铸坯，并配合适量的喷水以进一步增加坯壳厚度。

足辊装置是在结晶器出口下方四周安装足辊，其安装位置与结晶器铜管对弧，以防对铸坯形成横向应力，对高拉速铸坯初出铜管的薄弱坯壳起支承作用，减少铸坯变形或漏钢，足辊对拉坯阻力影响较小，足辊调节不当、足辊间隙过大或足辊发生变形均会诱发铸坯菱变。足辊区的喷水冷却属于零段二次冷却系统，是对初出结晶器铜管薄而高温坯壳的强制冷却，一般设计都是喷在铸坯平面上。足辊装置和零段喷淋对薄坯壳的辅助支撑和均匀冷却，可增厚坯壳，控制菱变，保证连铸坯质量。

在高速连铸过程中，小方坯发生漏钢事故，冷钢粘结在足辊上导致停浇或划伤铸坯，清理足辊上的冷钢工作比较困难，对损坏的足辊及喷嘴需要更换。

2.2 连铸小方坯角裂漏钢原因分析

连铸小方坯断面小，在高拉速条件下，由于结晶器冷却不均匀及结晶器铜管内气隙热阻的影响，使初出结晶器的坯壳薄且不均，容易产生漏钢，而且漏钢率比较高。连铸生产实践表明：大多数漏钢为角裂漏钢，发生在铸坯出结晶器下口一段距离后的角部，由铸坯纵向角裂引起。在连铸机拉速过快条件下，结晶器冷却不均、铜管倒锥度不合适等均能使铸坯在结晶器铜管内发生轻微的菱变，并伴有角部内裂，菱变铸坯受到零段喷淋的非对称冷却，特别是铸坯角部的冷却强度不足，促使角部裂纹进一步发展，当裂纹延展至坯面时便出现漏钢，拉漏直接影响铸机产量和连浇率。

3 高效连铸小方坯多级结晶器

3.1 多级结晶器技术

多级结晶器由Concast提出，是为提高铸坯拉速而产生的。多级结晶器是在结晶器出口下方铸坯表面设置4块带有弹簧压紧装置的铜板，以加强对初离结晶器坯壳的支撑和冷却，并通过设置在铸坯角部的喷淋加强对坯角的冷却。多级结晶器铜板靠弹簧支撑紧贴在铸坯表面，确保冷却均匀，拉坯阻力稍大些，但支撑、冷却效果较好，主要应用在小方坯连铸机管式结晶器上。

多级结晶器能有效保护结晶器下方的薄坯壳，减少漏钢危险，保证连铸坯最佳冷却。与足辊结构相比，在对薄弱坯壳的支撑和对初离结晶器铸坯冷却的均匀性方面，都更具有优越性，更有利于坯壳均匀生长。

3.2 首钢小方坯多级结晶器应用

首钢二炼钢2号连铸机生产钢种有普碳钢、低碳钢、低合金钢等。130 mm×130 mm小方坯结晶器下方原为足辊结构，如图1，零段喷水冷却是在结晶器下方设计两排喷淋，每排在铸坯的四周分布八个全锥形水喷嘴，对铸坯面部喷水，由于冷却强度不足及冷却均匀性较差，随着拉坯速度的提高，初出结晶器下口的铸坯坯壳厚度越来越薄，漏钢率较高，主要是角裂漏钢，漏钢后修复工作量较大。

为了避免铸坯菱变或出现漏钢事故，采用多级结晶器结构，它由紧接在结晶器下方刚性连接的长约320 mm的多级结晶器及铸坯4个角部的喷水冷却装置组成，如图2。

图1 足辊结晶器

图2 多级结晶器

（1）多级结晶器结构。多级结晶器通过法兰将分别装配有铜板的4个支架与结晶器壳体下部联接，支架上的每块铜板布置在结晶器下方铸坯面部。在浇注过程中，每块铜板通过支架支撑板上的2个压缩弹簧产生的压力缓缓地压紧铸坯表面，铜板与铸坯接触面积大，支撑效果好，同时铜板受弹簧压紧作用能够消除气隙，使铜板与铸坯表面接触良好，改善热流传输效果，增加冷却强度。

（2）零段喷淋冷却结构。连铸小方坯在高速浇铸条件下，铸坯角部受结晶器相邻两侧的双向冷却，使其在结晶器铜管内先收缩，由于冷却效率低，铸坯出结晶器铜管后角部坯壳薄，应在铸坯角部增加二次冷却强度，对改善铸坯变形有利。因此零段喷淋设计在铸坯的角部喷水，并加大二次冷却强度，设计5排喷淋，每排在角部分布4个全锥形水喷嘴。由于铸坯角部是敞开的，对其大量喷水冷却，使铸坯角部冷却充分，利于铸坯角部坯壳厚度的迅速增长，同时使铜板表面受到较好的喷水冷却，可以减少小方坯的菱变和角部裂纹，避免角裂漏钢。零段喷淋冷却水量根据断面、钢种和拉速确定。

首钢二炼钢130 mm×130 mm小方坯连铸机结晶器下方由原足辊结构改进设计为多级结晶器，连铸生产实践表明：多级结晶器比足辊结构可提高连铸机拉坯速度20%，同时铸坯菱变和角裂缺陷明显减少，降低拉漏率，增加铸机作业率。