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连续矫直及其拉矫机的研究与应用 发表日期：2006-11-3阅读次数：149 随着现代连铸向高速的方向发展，铸坯在矫直时内部未完全凝固，即铸坯要经受液相矫直，用传统的一点矫直就会使铸坯壳的剪应力、拉应力、变形和变形速度均达到危险的峰值，以至使铸坯产生矫直裂纹。为此，比较了一些提高铸坯矫直质量新技术：压缩矫直技术、多点矫直技术、渐进矫直（又称连续矫直）技术等。其中连续矫直技术在近年来方坯连铸高效化改造中起着极为重要的作用。 在方坯连铸高效化改造与开发中，对铸坯带液芯矫直进行了深入研究，以满足改造及开发的连续矫直拉矫机在拉速为2.83m/min的条件下生产的铸坯无矫直缺陷、质量完好。研究中设定连续矫直曲线并着重减少应变速率，并使拉矫机在矫直区域内剪应力为零而矫直弯矩为恒值，并使整个矫直区间内铸坯总合力为零。为此，保证了高拉速下铸坯优良品质。 连续矫直结构优化特点 由于单点矫直不能满足高拉速技术发展需要，必须研究新的矫直技术。经研究，选三次抛物线作为连续连铸机弧形段和直线段的理想连续矫直曲线。 拉矫机矫直方式有单点矫直、多点矫直以及近年发展较快的渐进矫直（连续矫直）技术。其中小方坯的渐进矫直技术是一种优化的结构，被矫直的变形都不会集中在一点上，从而完成了渐进矫直的过程，使铸坯中心的两相区变形情况得到较大的改善。 渐进矫直（连续矫直）拉矫机的应用 近年来，渐进矫直拉矫机的推广使用取得一定成功，取代了单点拉矫机。单点矫直机在冶金等方面有比较大的问题。单点矫直会在切点处形成最大应变，这对全凝固铸坯的矫直已能满足要求，但许多钢厂为提高产量，要求再提高拉速，而冶金长度受厂房限制，铸坯带液芯不能实现单点矫直；由于铸坯液芯长度与拉速成正比，高拉速连铸机铸坯液芯必然很长，如仍采用固相矫直势必使连铸机半径很大，这明显不合理。因此在改造和新建连铸机上推广渐进矫直矫机，可按以下要求进行设计： （1）在切点前布置一个单支承辊。 （2）拉矫机布置在切点后的一定距离内，利用矫直力矩在铸坯内部的均匀分配形成在设定距离内均匀渐进的连续矫直，使坯壳矫直应力与应变最小，可以满足带液苡矫直的要求。 （3）渐进矫直原理。 矫直力矩均匀地分布地整个矫直区长度上，形成铸坯在区间各个长度上均匀的渐进变形。铸坯所有的各矫直区间内的实际应变值均将趋进于“0”，即使连铸机半径很小，也能达到铸坯带液芯通过拉矫机实现无缺陷矫直的要求，而单点矫直，铸坯内应变至少会有3%，因此采用渐进矫直，虽然铸机半径减小，但也能浇铸较大断面的合格连铸坯。 渐进矫直拉矫机布置在水平段上。拉坯辊的下辊表面与连铸机的弧形段相切，通过上辊来调节上、下辊之间距离，以适应浇铸不同断面的要求。采用这种布置，拉矫上、下辊可以做成一样，使拉矫机的全部辊子通用。它的传动装置放在拉矫机上方，采用立式电机，使拉矫机布置紧凑，并可缩小流间距。此外，拉矫机采用整体快速成更换方法，还可缩短检修时间，提高铸机的作业率。 酒钢小方坯150150连铸机高效化改造，由单点矫直改为连续矫直，拉速提高到2.8m/min。酒钢现有拉矫机3台，由于单点矫直改为连续矫直，空间布置不下，我们取消一台。从理论上讲取第一台或第二台都可以，代之以一个自由辊，但是取消第一台的方案，由于后两台紧挨着，机架大，后续设备移动太多。按两台拉矫机最小距离800布置，后续设备移动量约为120，所以我们采用取消第二台拉矫机的办法，以自由辊代替，它距最后一台拉矫机取1000，这样后续设备移动量为380，所以这种方案好。为了保证后续设备即不移动又不与拉矫机相碰，最好的办法是将剪前辊道去掉一个。 酒钢R7500连铸拉矫机由单点矫直改为连续矫直，以适应高拉速下对铸坯质量的要求。其主要技术参数为：电功功率7.5kW(直流),n=1000r/min,电磁制动器制动力矩20m,总减速比I=224.76 ，拉速0.454.5m/min,液压缸125360,工作压力6.5MPa,max 8MPa. 辊径320320,拉矫辊开口度140316。 青钢连铸改造拉矫机由单点矫直改为连续矫直，同时强化结构，改善传动方式，减少设备故障。其主要技术参数为：弧形半径R5000，铸坯断面120120、130130、150150、拉速范围0.55m/min，拉矫辊开口度110300，拉矫辊300，压下气缸：大200430，小160450，工作压力0.7MPa,变频调速交流电机，N=7.5KW,n=1000r/min,总速比I=188.5。 结语 通过努力和研究，方坯连铸高效化改造及技术的攻关工作取得较好的效果，同时形成了小方坯高效连铸改造的系统技术，主要包括：连续锥度结晶器、半板簧振动、连续矫直、拉矫机优化等，改造后和新建的高效连铸机能实现高拉速、高作业率、铸坯高质量、高连浇率等。1 什么是高效连铸？答：高效连铸通常定义为五高：即整个连铸坯生产过程是高拉速、高质量、高效率、高作业率、高温铸坯。陆着市场经济的深入发展，应当添加高经济效益(大幅度降成本)这一项最直接的指标；另外，高自动控制也提到日程上来了。目前，国内的方坯高效连铸(以150方为例)，应在单流年产15万吨20万吨合格普碳钢铸坯的水平、板坯应在100万-150万吨合格铸坯的水平。其铸坯每吨的成本也在逐年降低。连铸机的全程自动控制水平也在逐年提高。2高效连铸技术有哪些主要内容?答：高效连铸技术是一项系统的整体技术，实现高效连铸需要工艺、设备、生产组织和管理、物流管理、生产操作以及与之配套的炼钢车间各个环节的协调与统一。主要技术内容如下： (1)保证适宜的钢水温度、最佳的钢水成分并保证其稳定性的连铸相关配套技术。(2)供应清洁的钢水和良好流动性钢水的连铸相关技术。(3)连铸的关键技术高冷却强度的、导热均匀的长寿结晶器总成(包括结晶器整体结构、精密水套、导热均匀的曲面铜管等等)。(4)高精度、长寿的结晶器振动装置是高效连铸关键技术之一，这其中包括振动装置硬件的优化及结晶器振动形式、振动工艺参数的软件优化。以往高效连铸采用的半板簧、全板簧及高频小振幅正弦波形起到了一定的正面效果。目前，中冶连铸研制的新型串接式全板簧振动装置，其精度更高，整体刚度增强，寿命长，对促进高效连铸进一步发展将起到重要作用。该装置可采用液压传动或机械传动，液压传动可增加正滑脱时间，提高保护渣用量，减小上振速度峰值，降低拉坯阻力，降低负滑脱时间，使振痕深度相应减小。机械传动可以降低成本，更易于，推广使用。 (5)保护渣技术。 众所周知，保护渣与拉速相匹配，拉速提高后，保护渣黏度等指标要相应改进，保证用量不减或在允许范围内减少，以保证铸坯的高质量。因此，连铸高效化后必须有低黏度、低熔点、高熔化速度、大凝固系数的保护渣。保护渣技术是连铸高效化的一项关键技术。(6)结晶器嚣钢水液面控制技术。拉速越高，结晶器液面波动越大。液面波动大易产生卷渣及夹杂物造成铸坯缺陷，因此液面稳定越来越变得重要了。目前国内自动控制液面技术趋于成熟，可使液面稳定在3mm左右。该技术对高效连铸也是不可缺少的。（7）二次冷却的硬件及软件技术这也是高效连铸中关键技术之，其硬件要求尽量做到冷却均匀(无障碍喷淋)且可方便调节。目前由于市场对合金钢、品种钢及普碳钢质量的高标准要求，新建连铸机趋向于增大半径，板坯趋向于弧形改造为直弯形连铸机，其目的就是使从结晶器到二冷形成全方位的铸坯对称凝固或接近对称凝固过程，以此获得高质量铸坯。近年来板、方坯连铸机二冷动态自动控制喷水冷却有了较快发展，软件的发展更具实用性、适用性，对各钢种、不同拉速、不同温度变化都可及时调整水量，以生产高质量铸坯。(8)连续矫直技术。根据铸坯带液芯矫直机理，选择三次抛物线作为连铸机弧形段和直线段的连续矫直曲线，在高效连铸中起到了良好效果。目前又已倾向于采用轻压下技术，以减小偏析、缩孔。提高铸坯质量。在小方坯中采用热压缩技术，以代替电磁搅拌技术、轻压下技术，也取得满意效果。 (9)其它技术：铸坯支撑及强化冷却技术、保护浇注技术、钢包技术、中间包技术、电磁搅拌技术、自动开浇技术、低温浇注技术等。3高效连铸对钢水有哪些要求?答：高效连铸与普通连铸相比对钢水的要求更力严格；主要体现在几个方面：(1)温度：与常规连铸相比，高效连铸钢水在结晶器内停留时间缩短13-14，为获得同样厚度的坯壳，除了进步强化结晶器冷却能力外，保证低温钢液是必须的浇注条件，高的钢水温度还会加剧二次氧化及对包衬的腐蚀。过低的温度也会引起质量缺陷。低温浇注并严格控制温度是实现高效连铸的前提。(2)化学成分：高效连铸要求严格控制钢水的化学成分。如多炉连浇，各炉间含碳量的差别要求小于 002，MnS比、S和P含量应严格控制在要求的范围内。(3)洁净度：随着市场对钢质量的要求越来越高，对钢的洁净度提出了更高的要求。如韩国浦项深冲钢磷、硫、氧、氮、氢5大元素总含量已降至 0008。钢水洁净度不仅体现在冶炼方面，洁净浇注即浇注过程中的钢水保护也是实现高效连铸的重要保证。4高效连铸机有哪些结构特征?答：高效连铸同传统连铸相比，其特点是高拉速、高质量、高效率、高作业率、高温铸坯。高效连铸机为了适应高效连铸的要求，具有如下结构特征：(1)高效连铸首先要有适合生产连铸坯钢种的最佳机型，即冶炼设备和铸机的装备水平要与实现高效连铸的钢种相匹配。(2)拉速的提高使得连铸机向着增大弧形半径和立弯式机型的方向发展。(3)主体设备要求长寿命，低故障率，可*，并能实现快速更换，事故快速处理。 (4)自动化水平高，高效连铸机实现自动化生产。5什么是洁净钢连铸?相关的工艺措施失什么? 答：高质量连铸坯的生产要求钢水夹杂物的含量控制在规定的范围内。在炼钢-精炼连铸工艺过程中，炼钢和精炼是保证钢水洁净的基础。同模铸相比，由于连铸的特殊条件，炼钢和精炼后的洁净钢水获得夹杂物含量极低的洁净铸坯比模铸存在更大的困难。如何保证钢水的洁净，获得洁净铸坯，这就是洁净钢连铸技术。洁净钢连铸相关的工艺措施是：(1)无氧化保护浇注：连铸浇铸时间长，钢液暴露于空气中的面积大，从而大大增加了钢液二次氧化的可能性。无氧化保护浇注技术包括五个方面的内容。大包内钢水的保护；大包至中间罐钢水的保护；中间罐内钢水的保护；中间罐至结晶器钢水的保护；结晶器内钢水的保护。其中大包、中间罐和结晶器内钢水的保护分别采用钢水覆盖剂和结晶器保护渣，大包至中间罐钢流使用保护套管法、高压厢法或气幕法，中间罐至结晶器钢流采用浸入式水口进行保护浇注。(2)中间罐夹杂物分离技术：在中间罐内设置各种形式的挡渣墙、坝，设过滤网等使夹杂物上浮分离、过滤。6炉外精炼对连铸的作用是什么?答：炉外精炼可使连铸钢水温度和化学成分均匀化，根据需要调整钢水温度，调整钢水成分，去除有害元素，降低钢水中的含气量，改变钢中夹杂物形态和组成，洁净钢水，尤其是保证大型夹杂物不超标，改善钢水流动性。炉外精炼设备还可以起到协调连铸与炼钢之间生产节奏的作用，使生产流畅顺行。7为什么高效连铸特别强调要保证浇注钢水温度?答：适宜的钢水温度(不同的钢种有不同的温度要求)可使高效连铸生产获得高质量的铸坯，而钢水过热度提高，钢坯坯壳减薄，钢水易于二次氧化，夹杂物增多，耐材严重冲蚀，易出现鼓肚、漏钢、柱状晶发达、中心偏析严重、缩孔严重等一系列问题。高效连铸的生产实践和理论都得出了相同结论，即低温浇铸是提高拉速及改善铸坯质量的重要手段之一。当然，温度低要有界限，温度过低会出现钢水流动性差、水口冻结、夹杂物难以上浮等问题所以高效连铸特别强调要保证浇注钢水温度，即钢水浇注温度均匀稳定地保证在规定的范围内。8.高效连铸机的钢包支撑装置有何特点?答：高效连铸机的钢包支撑无论是回转台还是三包位行走小车，都应该做到换包快捷，易于上水口，易于阻挡下渣，最好能配有耐用的动态称重装置，以适合多炉连浇、保护浇铸等高效连铸的基本要求。 9高效连铸机对中间包的要求是什么? 答：高效连铸机对中间包的要求是：(1)中间包容量大，钢水液面深度要保证足够的夹杂物上浮时间。目前，年产60万吨的4机4流高效方坯连铸机中间包容量可达25吨、液面溢流标高900mm。 (2)中间包要有最佳温度场及热流分布(通过内腔形状，坝、挡墙等方法获取)，以达到各水口之间的温度尽可能的均匀，即外侧水口与内侧水口温度差在3为好。 (3)高效连铸由于连浇炉数高，要求中间包外壳体及底部不变形，炉衬经久耐用，最好是整体喷涂。耐材不易腐蚀脱落污染钢水，尤其水口要经久耐用，最好配置水口快速更换装置。 10高效连铸机对中间包车的要求是什么?答：高效连铸机作业率高，因此要求中间包车的事故率要低。中间包车的升降系统要可*耐用，升降平稳，以适应保护浇铸的要求。称重装置尤其应可*，使用寿命长，保证监控中间包液面高度，使中间包液面稳定，波动小，满足高效连铸的需要。中间包车的横向移动要平稳精确，保证水口与结晶器的准确对位。目前小方坯上多采用高低腿门式中间包车，这种中间包车易于操作，采用液压驱动，更快捷、平稳。11.什么是“凸形”结晶器?答：“凸形”结晶器是康卡斯特公司推出的一种高效方坯结晶器技术，又名Convex结晶器。它的基本特征是：结晶器上部内腔铜壁面向外凸出而不是平的，即上口内圆角大于90,往下沿整个结晶器长度方向上逐渐变为平面，即至铜管出口处内圆角又恢复到90角,康卡斯特公司认为：上部凸面区传热效率高，角部气隙小，能使坯壳与结晶器尽量可能保持良好接触，坯壳向下运行时，逐渐冷却收缩并自然过渡到平面段。结晶器下部壁面呈平面正好适应了坯壳本身的自然收缩，使结晶器传热效率大为改善。 12什么是自适应结晶器? 答：自适应结晶器是达涅利(Danieli)公司开发的一种高效方坯结晶器，又称Danam结晶器。其具体做法如下；采用薄型铜管，加大并调节结晶器冷却水压，使薄铜壁紧粘坯壳以消除气隙，实现高拉速。在Danam结晶器里，通过调节水压，使其上部对铸坯侧面和角部采取不同的横向冷却，来控制气隙的形成，确保坯壳均匀凝固。13什么是“钻石”结晶器?答：“钻石”结晶器是VAI公司推出一种高效方坯结晶器，又称DIAMOND。VAI采用的技术解决办法如下：VAI认为提高拉速，坯壳在结晶器内生长的均匀性和增加坯壳厚度很重要，解决结晶器内坯壳生长均匀性问题，其本质就是如何降低结晶器内气隙热阻。VAI采用比常规抛物线锥度大一些的新抛物线形锥度，提高整个结晶器长度上坯壳与结晶器的接触性，方便坯壳在结晶器内均匀生长。增加坯壳厚度的有效办法是延长结晶器长度，增加结晶器中铸坯质点在结晶器内的生长时间。VAI经过计算，认为铜管延长至1000mm长较好。采用过大的抛物线锥度和延长铜管至100mm后，会使结晶下部摩擦力增加很大，不利于拉坯。VAI通过研究，发现摩擦力过分增大的压力峰值出现在结晶器下部四角边沿区域。为了减小摩擦力，VAI采用从距结晶器顶部300400mm处开始，一直到下口为直结晶器角部区域没有锥度，而且愈往下角部无锥度区域也增大。这种方法既确保了结晶器内坯壳的均匀生长，又有效防止了结晶器中尤其下部摩擦力的过分增大。VAI认为由于结晶器角部区域为二维热传递，因此在这个区域中小方坯角部区域的直接接触没有绝对必要，因为这个区域中的坯壳总能充分生长。1 什么是高效连铸？答：高效连铸通常定义为五高：即整个连铸坯生产过程是高拉速、高质量、高效率、高作业率、高温铸坯。陆着市场经济的深入发展，应当添加高经济效益(大幅度降成本)这一项最直接的指标；另外，高自动控制也提到日程上来了。目前，国内的方坯高效连铸(以150方为例)，应在单流年产15万吨20万吨合格普碳钢铸坯的水平、板坯应在100万-150万吨合格铸坯的水平。其铸坯每吨的成本也在逐年降低。连铸机的全程自动控制水平也在逐年提高。2高效连铸技术有哪些主要内容?答：高效连铸技术是一项系统的整体技术，实现高效连铸需要工艺、设备、生产组织和管理、物流管理、生产操作以及与之配套的炼钢车间各个环节的协调与统一。主要技术内容如下： (1)保证适宜的钢水温度、最佳的钢水成分并保证其稳定性的连铸相关配套技术。(2)供应清洁的钢水和良好流动性钢水的连铸相关技术。(3)连铸的关键技术高冷却强度的、导热均匀的长寿结晶器总成(包括结晶器整体结构、精密水套、导热均匀的曲面铜管等等)。(4)高精度、长寿的结晶器振动装置是高效连铸关键技术之一，这其中包括振动装置硬件的优化及结晶器振动形式、振动工艺参数的软件优化。以往高效连铸采用的半板簧、全板簧及高频小振幅正弦波形起到了一定的正面效果。目前，中冶连铸研制的新型串接式全板簧振动装置，其精度更高，整体刚度增强，寿命长，对促进高效连铸进一步发展将起到重要作用。该装置可采用液压传动或机械传动，液压传动可增加正滑脱时间，提高保护渣用量，减小上振速度峰值，降低拉坯阻力，降低负滑脱时间，使振痕深度相应减小。机械传动可以降低成本，更易于，推广使用。 (5)保护渣技术。 众所周知，保护渣与拉速相匹配，拉速提高后，保护渣黏度等指标要相应改进，保证用量不减或在允许范围内减少，以保证铸坯的高质量。因此，连铸高效化后必须有低黏度、低熔点、高熔化速度、大凝固系数的保护渣。保护渣技术是连铸高效化的一项关键技术。(6)结晶器嚣钢水液面控制技术。拉速越高，结晶器液面波动越大。液面波动大易产生卷渣及夹杂物造成铸坯缺陷，因此液面稳定越来越变得重要了。目前国内自动控制液面技术趋于成熟，可使液面稳定在3mm左右。该技术对高效连铸也是不可缺少的。（7）二次冷却的硬件及软件技术这也是高效连铸中关键技术之，其硬件要求尽量做到冷却均匀(无障碍喷淋)且可方便调节。目前由于市场对合金钢、品种钢及普碳钢质量的高标准要求，新建连铸机趋向于增大半径，板坯趋向于弧形改造为直弯形连铸机，其目的就是使从结晶器到二冷形成全方位的铸坯对称凝固或接近对称凝固过程，以此获得高质量铸坯。近年来板、方坯连铸机二冷动态自动控制喷水冷却有了较快发展，软件的发展更具实用性、适用性，对各钢种、不同拉速、不同温度变化都可及时调整水量，以生产高质量铸坯。(8)连续矫直技术。根据铸坯带液芯矫直机理，选择三次抛物线作为连铸机弧形段和直线段的连续矫直曲线，在高效连铸中起到了良好效果。目前又已倾向于采用轻压下技术，以减小偏析、缩孔。提高铸坯质量。在小方坯中采用热压缩技术，以代替电磁搅拌技术、轻压下技术，也取得满意效果。 (9)其它技术：铸坯支撑及强化冷却技术、保护浇注技术、钢包技术、中间包技术、电磁搅拌技术、自动开浇技术、低温浇注技术等。3高效连铸对钢水有哪些要求?答：高效连铸与普通连铸相比对钢水的要求更力严格；主要体现在几个方面：(1)温度：与常规连铸相比，高效连铸钢水在结晶器内停留时间缩短13-14，为获得同样厚度的坯壳，除了进步强化结晶器冷却能力外，保证低温钢液是必须的浇注条件，高的钢水温度还会加剧二次氧化及对包衬的腐蚀。过低的温度也会引起质量缺陷。低温浇注并严格控制温度是实现高效连铸的前提。(2)化学成分：高效连铸要求严格控制钢水的化学成分。如多炉连浇，各炉间含碳量的差别要求小于 002，MnS比、S和P含量应严格控制在要求的范围内。(3)洁净度：随着市场对钢质量的要求越来越高，对钢的洁净度提出了更高的要求。如韩国浦项深冲钢磷、硫、氧、氮、氢5大元素总含量已降至 0008。钢水洁净度不仅体现在冶炼方面，洁净浇注即浇注过程中的钢水保护也是实现高效连铸的重要保证。4高效连铸机有哪些结构特征?答：高效连铸同传统连铸相比，其特点是高拉速、高质量、高效率、高作业率、高温铸坯。高效连铸机为了适应高效连铸的要求，具有如下结构特征：(1)高效连铸首先要有适合生产连铸坯钢种的最佳机型，即冶炼设备和铸机的装备水平要与实现高效连铸的钢种相匹配。(2)拉速的提高使得连铸机向着增大弧形半径和立弯式机型的方向发展。(3)主体设备要求长寿命，低故障率，可靠，并能实现快速更换，事故快速处理。 (4)自动化水平高，高效连铸机实现自动化生产。5什么是洁净钢连铸?相关的工艺措施失什么? 答：高质量连铸坯的生产要求钢水夹杂物的含量控制在规定的范围内。在炼钢-精炼连铸工艺过程中，炼钢和精炼是保证钢水洁净的基础。同模铸相比，由于连铸的特殊条件，炼钢和精炼后的洁净钢水获得夹杂物含量极低的洁净铸坯比模铸存在更大的困难。如何保证钢水的洁净，获得洁净铸坯，这就是洁净钢连铸技术。洁净钢连铸相关的工艺措施是：(1)无氧化保护浇注：连铸浇铸时间长，钢液暴露于空气中的面积大，从而大大增加了钢液二次氧化的可能性。无氧化保护浇注技术包括五个方面的内容。大包内钢水的保护；大包至中间罐钢水的保护；中间罐内钢水的保护；中间罐至结晶器钢水的保护；结晶器内钢水的保护。其中大包、中间罐和结晶器内钢水的保护分别采用钢水覆盖剂和结晶器保护渣，大包至中间罐钢流使用保护套管法、高压厢法或气幕法，中间罐至结晶器钢流采用浸入式水口进行保护浇注。(2)中间罐夹杂物分离技术：在中间罐内设置各种形式的挡渣墙、坝，设过滤网等使夹杂物