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 efficiencyHigh efficiency improvingimproving andand practicepractice ofof mouldmould ofof littlelittle squaresquare billetbillet continuouscontinuous castingcasting Ren Lingyuan Zhang Taisheng Wang Hongfei Anyang Iron Steel Stock Co Ltd ABSTRACTABSTRACT The paper 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 practice KEYKEY WORDSWORDS little square billet mould High efficiency improving 0 0 前言 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 5250mm 2 铸坯断面 120mm 120mm 3 设计拉速 2 8 3 2m min 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 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 6 0 70 8 1 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 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 8 4 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 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 01 0 12mm 下口 0 200mm 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 200 250mm 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 270 280 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 5 4mm 变化 水速 13 39 11 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 212 30 0 1 25 R3气隙 15 R4凝固层厚 51020 R2铜板厚 R1冷却水流速 201510 0 020 04 46 25 0 080 06 108 30 0 12 14 10 5 热 阻 R4R3 R1 R2 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 TP2 Cu 99 9 P 0 015 0 04 b 245Mp s 196Mp 280 320 TAg0 1 Cu 99 9 Ag 0 08 0 12 b 265 34 3Mp s 195 27 5Mp 350 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 水缝设计为 3 5 4mm 水速 12m sec 进 水压力为 0 8 1 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 8 3 2m min 提高到 3 8 4 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