提高小方坯結晶器通鋼量的研究與應用

聶金喜，徐 軍，駱忠文

（陽春新鋼鐵有限責任公司，廣東 陽春 529600）

結晶器是連鑄機的關鍵部件，也是制約鑄機高效生產的最為關鍵的環節。高效方坯連鑄對結晶器的要求就是要在高拉速的條件下，鋼水能夠在結晶器內均勻形殼，并在結晶器出口位置達到一定的坯殼厚度。具體而言，就是要求結晶器四周及角部冷卻均勻，并且具有足夠的冷卻效率?，F同行業中大部分利用對結晶器內腔、錐度、鍍Cr層技術的研究攻關，通鋼量在8000t左右，而經陽春新鋼鐵經現場跟蹤分析，通過對結晶器足輥的改造、足輥開口度的調整、振動臺偏擺量等的跟蹤研究調整，均可有效降低銅管磨損量，保證鑄坯在結晶器內的冷卻均勻，提高鑄坯表面質量降低漏鋼機率,銅管通鋼量可達13000t以上[1]。

1 基本情況介紹

1.1 鑄機概述

3臺連鑄機機型：R9m兩臺、R8一臺弧形連鑄機。

鑄坯斷面：155*155mm。

工作拉速：0～5m/min。

振動機構：伺服電機電動缸非正弦振動機構。

銅管材質：銀銅。

銅管長度：1000mm。

銅管內腔：表面鍍硬鉻，厚度0.1mm。

1.2 結晶器運行現狀

隨著陽春新鋼鐵連鑄小方坯拉速的不斷提升，對各設備精度要求也越來越高。陽春新鋼鐵連鑄機原設計最高拉速3.5m/min，通過現場系列的改進創新，目前正常拉速在4.8m/min左右，試驗流次最高拉速達5.73m/min，拉速提升后鑄坯質量有明顯的波動。隨著拉速的提升，結晶器的問題也暴露出潛在的許多生產隱患。目前主要是結晶器通鋼量與結晶器下口磨損限制了產能的提升與銅管的使用壽命，因結晶器磨損量高造成漏鋼斷流事故較多，同時磨損量大也導致鑄機降速拉鋼和脫方降速，銅管通鋼量平均在7500t左右，消耗成本達2.8元/t鋼以上，嚴重牽制了煉鋼廠成本的控制及生產的穩定順行。

圖1 銅管通鋼量6800t磨損情況

2 影響銅管通鋼量原因分析

（1）鑄坯在結晶器下口支撐不足，銅管單面受力集中磨損加劇。

隨著我廠拉速的不斷提升，因結晶器足輥架強度及排輥數量未發生改變，足輥開口度精度在生產過程中嚴重丟失，初生坯殼在結晶器內偏心，保護渣的融入無法滿足其潤滑、填充氣隙傳熱要求，脫模效果變差。鑄坯在出結晶器后得不到有效支撐、導向作用，導致受力不均及內應力的影響發生裂紋漏鋼，鋼管內部磨損異常[2,3]。

（2）振動運行精度超標，導致鑄坯在結晶器內做不規則運動。

結晶器振動裝置是連鑄機的重要設備之一，主要作用是防止鋼水與銅管內壁的粘結，當振動臺振動時，結晶器與銅管內初生坯殼有相對運動而實現脫模，當粘結發生時，則通過振動強制脫模，消除粘結。在此情況下，如振動裝置仿弧精度、偏擺量超標，則導致鑄坯在結晶器銅管做不規則運動。

（3）銅管受熱脹冷縮及水壓影響內腔尺寸出現偏移。

銅的熱脹冷縮系數是17.7×10-6m/m·℃，通過建立三維開槽銅管有限元模型，進行熱-結構耦合計算。下圖為彎月面位置界面的變形圖，虛線是變形前的輪廓線。膨脹變形后的樣子如圖2所示。銅管中間雖然整體內凹，但與原位置相比，向外增加的量＞0.14mm，導致銅管錐度的改變、空間內腔變形、鍍層丟失。

圖2 銅管彎月面位置界面的變形圖

（4）結晶器裝配修復：足輥開口度、水縫調整不滿足要求。

陽春新鋼鐵采用多錐度銅管，在結晶器足輥的安裝過程中，使用銅管內腔面弧板進行“零對零”的調整方式，對足輥開口度進行調整，使用過程發現銅管出現單面磨損嚴重，通鋼量達3000t后，磨損面長度：270mm、磨損量0.8mm，嚴重影響著銅管的使用壽命。

3 結論

經現場實際跟蹤分析研究，結晶器通鋼量的提高主要研究方向為，做好鑄坯在銅管內的支撐工作，保證鑄坯與銅管的同心度，確保初生坯殼與銅管內腔四個面的氣隙均勻，消除振動裝置與銅管的相互不規則運動。

4 關于提高銅管通鋼量技術研究

4.1 結晶器單排足輥改多排足輥應用研究

單排足輥不能滿足鑄坯的支撐、導向作用，容易出現鑄坯出結晶器后受力不均及內應力的影響發生裂紋漏鋼，鋼管內部磨損異常。將單排足輥改多排足輥，在生產不同鋼種情況下，可根據不同的鋼液凝固收縮率，綜合銅管的倒錐度逐級對足輥開口度進行調整，多排足輥的支撐效果，可有效改善鑄坯單點受力集中，在銅管內出現偏心的情況。

4.2 優化結晶器足輥開口度的調整尺寸

結晶器為連鑄機的心臟部位，作用是將注入結晶器內的鋼水成模并形成均勻的坯殼厚度，出結晶器后不受鋼水靜壓力鼓肚，變形，所以結晶器的傳熱的好壞對生產的穩定起決定性的作用。影響結晶器使用的主要因素為結晶器下口磨損超標，目前我們結晶器制定的標準為下口磨損超過1mm進行報廢處理，造成結晶器磨損的主要原因：因足輥開口度大，無法對鑄坯起到有效支撐，受二冷室精度影響，鑄坯偏向一邊對結晶器銅壁造成磨損。下口磨損后嚴重影響鑄坯在結晶器末端冷卻，使鑄坯產生表面與邊角裂紋，在出結晶器受鋼水靜壓力影響擴大造成漏鋼。

4.3 高精度導流水套研究應用

陽春新鋼鐵現結晶器水套與銅管配合間隙最大偏差達1mm，根據實驗證明水縫相差1mm，冷卻水水流速度變化達20%。而高拉速銅管主要作用是提高冷卻系數、提高冷卻均勻性通過高精度導流水套的研究開發應用，均勻銅管四面刻槽內水流量，提高水流速度，從而實現鑄坯在結晶器內的冷卻均勻及冷卻系數的提高。消除水套與銅管的配合間隙，對銅管起到定位及全覆蓋面的支撐作用，有效減少銅管受熱膨脹內腔尺寸的變形影響，減少事故率，抑制鑄坯的脫方，消除因銅管內腔變形而導致的異常磨損。

4.4 結晶器振動裝置偏擺量、精度與通鋼量關系研究

振動臺的偏擺量越大、仿弧精度越低，運行過程中將無法保證結晶器內鑄坯與銅管的同心度，導致運行過程銅管單面受力集中，鑄坯的負滑脫率變差，即無法保證結晶器通鋼量的提高，也致使了結晶器因漏鋼事故的發生而報廢。

5 結語

與同行業交流結晶器通鋼量相對低是及其普遍的現象，只要根據設備的實際使用情況，實時的規范結晶器修復工藝，制定振動裝置、鑄機扇形段精度維護標準，做好鑄坯在結晶器銅管的支撐導向工作，就可以有效提高結晶器銅管的銅鋼梁，提高連鑄機設備整體的工作效能。