多斷面方坯連鑄機設計及生產實踐

趙瑩娜

摘要：連鑄機作為鑄造工業中重要的設備，其主要功能是通過澆鑄工藝，將高溫的鋼水鑄成具備一定尺寸規格與斷面形狀的鑄坯。本文針對多斷面方坯連鑄機在鑄造工業中的實際需求，從實際設計與生產實踐兩個角度進行深入探索。所設計的連鑄機拉速生產高，作業效率與鑄坯質量大大提升，為此類連鑄機的設計與實踐改造提供重要經驗。

關鍵詞：多斷面方坯連鑄機;設計;生產實踐

由于市場競爭激烈，鋼廠對連鑄機的適應性要求不斷提高。生產大跨度、低中高碳鋼種、多斷面的鋼坯成為連鑄機的行業新需求。同時，連鑄機的最終產品訂單往往會導致在生產中斷頻繁更換斷面，對有效工時產生影響，限制其生產能力。因此，在設計環節需要綜合考量實際生產需求，并科學設計多斷面方坯連鑄機。

1.多斷面方坯連鑄機的設計分析

1.1設計二冷區的全長

根據冶金標準，一般二冷區噴水的全長介于冶金長度的40%到65%之間，鑄坯表面對應的冷卻速度為200℃/m以下，溫度回升是低于100℃/m1。就高速生產的工藝而言，鑄坯質量的提升不能僅僅靠二次冷水的強度調節。這在品種鋼中表現的尤為明顯，對此需要更長的二次冷卻長度，對鑄坯表面的溫度回升進行控制。張鳳新研究顯示，在高速連鑄機中，二次冷卻的全長不足，二次冷卻后的鑄坯未經水冷覆蓋，表面溫度將大大提升，方坯連鑄機的二次冷卻全長介于7200到7300mm之間，各設計公司在具體設計中會略有差異。

本次設計選用的連鑄機二冷卻區全長為7685毫米，比目前的主流設計更長。分為4區：全水冷1區、2區，氣霧冷卻3區、4區。要同時考慮普通碳鋼的高速鋼生產和特種鋼的低速生產。此外，把二次冷的4個區細化，分為4個區和14個擴展區。制造小斷面普通碳素鋼和高拉拔速度的低合金鋼時，打開二次冷卻4區擴展區。制造大斷面的高碳鋼與優質特殊鋼時，拉拔速度會較慢，關閉二次冷卻4區擴展區。

1.2二次冷卻不同區的比水量與分配比

由于鑄坯的橫斷面具有較大的跨度，鋼材的種類涵蓋低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼，凝固端不同于溫度回升的物理特性，所以多斷面方坯連鑄機對應的比水量范圍很廣。在本次設計當中，設置每個區的分配比，關閉4區擴展區時為0.33、0.39、0.19、0.09，打開4區擴展區時為0.35、0.39、0.12、0.14，比水量在0.3至1.2L/kg的范圍內。經實際生產驗證，鑄坯表面無質量上的缺陷，具有良好的內在質量。

1.3設計噴嘴的快換裝配

用于傳統多斷面連鑄機的二次冷卻噴淋設計，通常每斷面具有多個或一個的噴淋條。如果斷面更換，則應調整或更換噴淋條，并固定在噴淋條調節支架上的不同定位孔上，但圓弧度和中精度較差，難以適應緊湊的生產節奏。嘴快換裝配的設計，用于滿足嚴格的工藝要求與生產節奏。二冷噴淋條在固定與調整之后。如果再改變斷面，只需噴嘴在線更換。

圖1為二冷區中全水噴嘴的裝配圖。所有斷面都設計一套外圓弧、內圓弧與左右側接管，并在接管上印上斷面標記。內外圓弧接管通過計算長度來確定內外邊弧對應的鑄坯表面與全水噴嘴的距離，左右接管設計形狀為Z字形，不僅應調整左右噴嘴因斷面不同高度而產生的變化，調整鑄坯的兩側表面與噴嘴之間的間距。斷面更換時，每根連管在線下裝配全水噴嘴，線上僅需直接替換。

1.4生產中電磁攪拌的工藝參數與位置設計

在設計連鑄機時，進行凝固模型計算得到7.4m與9.2m等兩個各斷面生產拉速的安裝位置。然而，面對實際生產中，特種鋼企業頻繁換斷面的情況，電磁攪拌末端位置的每一次調整，都會對生產節奏產生重大影響。優化電攪拌與二次冷卻的工藝參數后，綜合考慮不同斷面的位置情況，確定彎月面的9.2m為最佳位置，其對應的冶金效果良好。相應的中心固相比為0-0.1，這和王波研究提出的使用0-0.2的中心固相比相契合，其可以適應多種鋼種，提高控制中心的偏析效果。

2.多斷面方坯連鑄機的生產實踐

2.1鑄機的日均產量實踐

改造后，一號連鑄機的連鑄坯日均產量從最初的3400噸，提高到4100噸，可進行60Si2Mn等優質特鋼和磨球等高碳鋼的生產。連鑄機投產以后，每年產量維持在144X10+t左右，生產過程中斷面頻繁更換，但斷面生產穩定的情況下，生產量仍將不斷提升，主要設備可靠、穩定地運行。設備性能與工藝參數的設置可契合不同鋼種與不同斷面的生產要求。生產出的鑄坯表面質量與性能良好，無瑕疵。

2.2連鑄機不同斷面的生產拉速實踐

設計連鑄機的一個關鍵要求是，在每個工斷面中實現更高的生產拉速，以解決因高爐產量增加而導致的鋼產量增加與鐵水過剩等問題。但冷卻水量過少，冷卻強度就會下降，影響生產拉速。因此實踐中，將冷卻水進出水口與出口水溫的溫差控制在適宜的范圍之內。為實現均勻的坯殼厚度，生產過程中結晶器保持恒定的進出水溫差與冷卻水量，水壓也控制在合適的范圍內。為防止而冷水水隙之間出現間歇沸騰，增加水壓，同時降低水隙以增加水流量，減少由于過熱變形導致的鑄坯變形與缺陷。本次測得的比水量為0.4L/kg，拉速為1.3m/min。從低倍檢驗鑄坯結果來看，鑄坯的中心疏松與偏析均符合行業內標準，不存在內裂與無縮孔等質量缺陷。

結束語

通過合理設計多斷面方坯連鑄機，將電磁攪拌的末端位置固定在彎月面的9.2m左右的位置，每個斷面所有鋼種的生產都具有較好的冶金效果，通過與生產實踐結合發現，主要設備可靠、穩定地運行，設備性能與工藝參數的設置可契合不同鋼種與不同斷面的生產要求，生產出的鑄坯表面質量與性能良好，無瑕疵，符合行業內標準，不存在內裂與無縮孔等問題，拉速生產高，作業效率與鑄坯質量大大提升。

參考文獻：

[4]陳玉亮，張文，張愉等.多斷面方坯連鑄機二冷噴淋系統設計優化[J].煉鋼，2018，（6）：53-56.