周 磊

（攀钢提钒炼钢厂， 四川 攀枝花 617000）

1 连铸机方圆坯结晶器的主要工作参数

现有方圆坯结晶器的工作原理是通过电磁搅拌、塑形和降温结晶，在振动、重力和拉力辅助下完成铸坯的成形。良好的结晶条件可以提高铸坯材质的硬度、韧度，减少表面凹陷、断裂、中心缩孔、白亮带等缺陷。这些条件包括拉速、过热温度范围、冷却强度和振动频率等。黄小东研究了5Cr9Si3马氏体耐热不锈钢连铸工艺，马氏体耐热不锈钢是一类含铬和碳的合金钢，钢水黏性高，不易成型。研究采用高过热工艺实现了马氏耐热不锈钢的连铸生产。在黄小东的研究中，振动方式、温度、电磁搅拌电流大小、拉速和冷却方式均会影响铸坯的质量。振动方式和拉速的不同，坯壳脱离结晶器的速度不同；电磁搅拌参数不恰当，则会导致铸坯内部缺陷。经优化实验，研究确定了在非正弦振动、气雾冷却、过热度40℃左右，拉速1.1 m/min、结晶器电磁电流375 A，末端搅拌电流400 A时，铸坯的质量最好。曹学欠，陈卫强，陈杰在《Φ800 mm圆坯连铸机的技术特点和应用》一文中认为振动方式、铸机拉速、冷却方式、过热度控制等因素会影响连铸效果。研究以Φ380 mm～Φ800 mm的圆柱坯为实验对象，在采用结晶器电子搅拌和末端电磁搅拌联用，过热度范围20～35℃的基础条件下，优化了振动频率、冷却水量和拉速等条件。以Φ500 mm圆坯，42CrMo钢为例，当振动平台振幅为（0～±7.5）mm、频率 30～350 次 /min、非正弦系数在0～0.4之间、负滑脱时间在0.10～0.25 s内、结晶器水量 260～280 m3/h，拉速 0.36～0.44 m/min 时，产出的铸坯的碳偏析可控制在0.96～1.06范围内。

2 方圆坯结晶器连铸拉速参数

连铸拉速快，产品产出效率高，但也容易导致坯壳断裂、内部缺陷等问题。因此，连铸拉速是方圆坯连铸工艺研究中的重要参数。朱喜达和张立峰研究了小方圆坯连铸机设备的技术参数设定问题，研究对象是公司生产的10流的全弧形连续矫直连铸机，该机型可生产150 mm×150 mm的小方坯和直径在150～250 mm之间的圆坯，冷却采用水冷或气雾方式，研究采用的振动平台的振幅为±3～9 mm，拉速在0.2～3.5 m/min之间。邹中升研究了大方圆坯连铸机的结构特点，认为高拉速会导致拉矫机低频抖动，稳定性下降，因此，建议开浇速度为0.1～0.2 m/min，工作运行拉速也应小于1 m/min。王文章、洪名国、高和研究了四机四流方圆坯连铸机的结构特点，研究以直径Φ180～Φ350 mm的圆坯和280 mm×325 mm的方坯连铸技术为例，机型为全弧形连铸机，铸坯的输出方式为辊道、横移机和冷床，连铸的拉速随着坯材截面的增大而减小。截面的增大也增加了振动滑脱的摩擦力，坯壳下滑的阻力增加，因此拉速必须相应地降低[1]。

高拉速不仅影响钢水的结晶效果，而且由于摩擦生热等因素，铸坯表面的热力学状态会发生变化，进而影响铸坯的缺陷发生率。邱东升、吴国庆、李亮等人研究了不同拉速下结晶器内的热力学状态。研究以断面150 mm×150 mm的低碳钢为研究对象，采用二维—热—力学耦合有限元模型，研究认为高拉速下，坯壳出坯后热力学状态稳定，表面周向温差变化小，铸坯缺陷发生率会降低。研究同时分析了钢水过热度对坯壳结晶状态的影响，研究认为过热度过大，会导致冷凝后坯壳表面周向温差的扩大，进而导致坯壳表面的拉应增大，从而增加了铸坯的缺陷发生率。试验在过热度20～30℃条件下进行。采用方坯水量2 250 L/min，流速9.8 m/s；圆坯水量 1 950 L/min，流速10.5 m/s的冷却方案。保护渣碱度0.90～1.20，保护渣主要成分包括氧化钙、三氧化二铝和二氧化硅等。保护渣的作用主要是保证结晶器向坯壳传热的均匀性，润滑结晶器壁。通过冷却方案和保护渣方案优化，方坯的工作拉速平均提高了0.2 m/min，达到1.5 m/min左右，圆坯的工作拉速平均提高了0.25 m/min，达到1.6 m/min左右。

3 方圆坯结晶器平台振动参数

振动的结晶器出坯方式可防止结晶器壁与坯壳黏着。重力、拉力和振动平台的摩擦力等会影响坯壳出坯效果，这些作用力与结晶器平台的振幅、振动频率和振动波形等参数密切相关。李文涛，李瑞刚，肖俊生等研究了伺服电机控制下的结晶器振动系统设计问题。伺服电机可以通过电源的变频控制技术实现电机运转的有效控制，与液压技术联用，可以组成PLC控制下的任意波形的振动平台系统。该系统可以通过输入振动参数而实现结晶器平台的跟踪振动。实验中，在输入4.5 Hz频率、偏斜率0.4，内外弧中心点位置52的非正弦曲线参数时，控制系统对振动曲线的跟踪性能良好。何庆文、王广连和房绪江等对改造后的莱钢特钢厂方圆坯共用连铸机的性能进行了研究。该厂改造前的结晶器平台为原有机械式四连杆设计,只能输出正弦波曲线振动方式，且存在偏振现象[2]，因此，本次设计将机械四连杆系统改成液压非正弦系统。为验证改造效果，研究以180 mm×220 mm、260 mm×300 mm的方坯和Φ280 mm的圆坯为实验对象，采用的非正弦波参数为：振幅（0～±5）mm,振动频率 40～360 次 /min,非正弦波最大偏斜率40%。结晶器冷却水流量180～200 t/h。经试验验证，铸坯质量明显改善。李百炼、高亦斌、王鹏等在《自振式结晶器在奥氏体不锈钢方圆坯上的应用》一文中研究了专门针对不锈钢结晶器振动方案。

4 方圆坯结晶器其他工作参数

电磁搅拌方式、冷却方式、水口长度等参数也会影响铸坯质量，相关研究人员对此类参数的设定也展开了分析。阎建武、李万国研究了某特钢厂Φ800 mm圆坯连铸机的性能。该连铸机为全弧连铸矫直型，铸坯的直径可达800 mm，拉速范围0.1～1.0 m/min，结晶器采用气水联用冷却，出坯方式可联用辊道、横移机、起吊机等设备。为保证特大圆坯内部质量，工程采用了结晶器液面自动控制技术，钢水搅拌采用了结晶器搅拌，二冷电磁搅拌和末端电磁搅拌的电磁搅拌联用技术。周力、高书成、蒋栋初等在《小方坯连铸机末端电磁搅拌位置及连铸工艺优化实践》一文中探讨了不同的末端电磁搅拌技术对铸坯中心偏析等质量缺陷问题的改善作用。研究用铸机为全弧形4机4流。平台非正弦振动，气水联用冷却，实验用铸坯为200 mm×200 mm方坯，拉矫机距离结晶器液面14.1 m。电磁搅拌采用变频电流形成的变化磁场实现结晶器内钢水的流动，从而达到搅拌效果。电磁搅拌强度大有利于均匀传热，但过大的搅拌强度会造成液面控制困难和保护渣的混入。因此，应在现场条件下优化电磁搅拌强度，以提高铸坯质量。电磁搅拌器的安装高度可以影响搅拌强度，在一定的拉速条件下，改变末端电磁搅拌器的安装高度可减少铸坯的中心偏析等现象。实验中，设计人员将末端电磁搅拌（FEMS）后移到距离结晶器9.85 m处，显著地降低了碳钢的中心偏析度。通过实验，研究还发现二次冷却强度与末端电磁搅拌强度需要完美匹配，否则搅拌液芯厚度会不符合要求。通过优化，研究在加强末端搅拌强度的前提下，将冷却水量从130 m3/h降低至110 m3/h，从而抑制了铸坯内柱状晶生长，扩大了等轴晶区比例，改善了铸坯质量。

马铖佑对结晶器水口长度对结晶器流场数值模拟的影响进行了分析[3]。研究认为由于水口长度的变化会影响水口出水的最大流速，因此，结晶器流场模拟计算时应特别注重水口长度的变化。研究以220 mm×260 mm的方坯为实验对象，拉坯速度为0.9 m/min。水口为浸入式直通型，水口内径40 mm，浸入结晶器液面深度为100 mm。研究采用了水口长度为 0、300、600、1 000 mm四个类型的水口，分别计算了水口出口最大流速和最大冲击深度等数值，研究认为，为保证模拟计算数值的准确行，推荐使用水口长度为1 000 mm的原型水口。除开本文提到的拉速、振动方式、搅拌方式、出水水口长度因素，结晶器水冷的冷却时间，压强，结晶器的形状等因素，也会影响方圆坯结晶器的出坯质量，后续的研究应采用多因子实验设计方案，以确定多种影响因素下的特定方圆坯结晶器的最佳工作状态。

[1]黄小东.连铸工艺参数对5Cr9Si3马氏体耐热不锈钢方坯质量的影响[J].江西冶金，2018（1）：24-25.

[2]曹学欠，陈卫强，陈杰.Φ800 mm圆坯连铸机的技术特点和应用[C].高品质钢连铸生产技术及装备交流会，2014.

[3]朱喜达，张立峰.小方圆坯连铸机设备技术应用[C].连铸装备的技术创新和精细化生产技术交流会会议，2015.