提高小方坯結(jié)晶器通鋼量的研究與應(yīng)用

聶金喜，徐 軍，駱忠文

（陽(yáng)春新鋼鐵有限責(zé)任公司，廣東 陽(yáng)春 529600）

結(jié)晶器是連鑄機(jī)的關(guān)鍵部件，也是制約鑄機(jī)高效生產(chǎn)的最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。高效方坯連鑄對(duì)結(jié)晶器的要求就是要在高拉速的條件下，鋼水能夠在結(jié)晶器內(nèi)均勻形殼，并在結(jié)晶器出口位置達(dá)到一定的坯殼厚度。具體而言，就是要求結(jié)晶器四周及角部冷卻均勻，并且具有足夠的冷卻效率?，F(xiàn)同行業(yè)中大部分利用對(duì)結(jié)晶器內(nèi)腔、錐度、鍍Cr層技術(shù)的研究攻關(guān)，通鋼量在8000t左右，而經(jīng)陽(yáng)春新鋼鐵經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤分析，通過對(duì)結(jié)晶器足輥的改造、足輥開口度的調(diào)整、振動(dòng)臺(tái)偏擺量等的跟蹤研究調(diào)整，均可有效降低銅管磨損量，保證鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的冷卻均勻，提高鑄坯表面質(zhì)量降低漏鋼機(jī)率,銅管通鋼量可達(dá)13000t以上[1]。

1 基本情況介紹

1.1 鑄機(jī)概述

3臺(tái)連鑄機(jī)機(jī)型：R9m兩臺(tái)、R8一臺(tái)弧形連鑄機(jī)。

鑄坯斷面：155*155mm。

工作拉速：0～5m/min。

振動(dòng)機(jī)構(gòu)：伺服電機(jī)電動(dòng)缸非正弦振動(dòng)機(jī)構(gòu)。

銅管材質(zhì)：銀銅。

銅管長(zhǎng)度：1000mm。

銅管內(nèi)腔：表面鍍硬鉻，厚度0.1mm。

1.2 結(jié)晶器運(yùn)行現(xiàn)狀

隨著陽(yáng)春新鋼鐵連鑄小方坯拉速的不斷提升，對(duì)各設(shè)備精度要求也越來越高。陽(yáng)春新鋼鐵連鑄機(jī)原設(shè)計(jì)最高拉速3.5m/min，通過現(xiàn)場(chǎng)系列的改進(jìn)創(chuàng)新，目前正常拉速在4.8m/min左右，試驗(yàn)流次最高拉速達(dá)5.73m/min，拉速提升后鑄坯質(zhì)量有明顯的波動(dòng)。隨著拉速的提升，結(jié)晶器的問題也暴露出潛在的許多生產(chǎn)隱患。目前主要是結(jié)晶器通鋼量與結(jié)晶器下口磨損限制了產(chǎn)能的提升與銅管的使用壽命，因結(jié)晶器磨損量高造成漏鋼斷流事故較多，同時(shí)磨損量大也導(dǎo)致鑄機(jī)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(dá)2.8元/t鋼以上，嚴(yán)重牽制了煉鋼廠成本的控制及生產(chǎn)的穩(wěn)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(jié)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(jié)晶器足輥架強(qiáng)度及排輥數(shù)量未發(fā)生改變，足輥開口度精度在生產(chǎn)過程中嚴(yán)重丟失，初生坯殼在結(jié)晶器內(nèi)偏心，保護(hù)渣的融入無法滿足其潤(rùn)滑、填充氣隙傳熱要求，脫模效果變差。鑄坯在出結(jié)晶器后得不到有效支撐、導(dǎo)向作用，導(dǎo)致受力不均及內(nèi)應(yīng)力的影響發(fā)生裂紋漏鋼，鋼管內(nèi)部磨損異常[2,3]。

（2）振動(dòng)運(yùn)行精度超標(biāo)，導(dǎo)致鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。

結(jié)晶器振動(dòng)裝置是連鑄機(jī)的重要設(shè)備之一，主要作用是防止鋼水與銅管內(nèi)壁的粘結(jié)，當(dāng)振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)時(shí)，結(jié)晶器與銅管內(nèi)初生坯殼有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)脫模，當(dāng)粘結(jié)發(fā)生時(shí)，則通過振動(dòng)強(qiáng)制脫模，消除粘結(jié)。在此情況下，如振動(dòng)裝置仿弧精度、偏擺量超標(biāo)，則導(dǎo)致鑄坯在結(jié)晶器銅管做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。

（3）銅管受熱脹冷縮及水壓影響內(nèi)腔尺寸出現(xiàn)偏移。

銅的熱脹冷縮系數(shù)是17.7×10-6m/m·℃，通過建立三維開槽銅管有限元模型，進(jìn)行熱-結(jié)構(gòu)耦合計(jì)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(nèi)凹，但與原位置相比，向外增加的量＞0.14mm，導(dǎo)致銅管錐度的改變、空間內(nèi)腔變形、鍍層丟失。

圖2 銅管彎月面位置界面的變形圖

（4）結(jié)晶器裝配修復(fù)：足輥開口度、水縫調(diào)整不滿足要求。

陽(yáng)春新鋼鐵采用多錐度銅管，在結(jié)晶器足輥的安裝過程中，使用銅管內(nèi)腔面弧板進(jìn)行“零對(duì)零”的調(diào)整方式，對(duì)足輥開口度進(jìn)行調(diào)整，使用過程發(fā)現(xiàn)銅管出現(xiàn)單面磨損嚴(yán)重，通鋼量達(dá)3000t后，磨損面長(zhǎng)度：270mm、磨損量0.8mm，嚴(yán)重影響著銅管的使用壽命。

3 結(jié)論

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際跟蹤分析研究，結(jié)晶器通鋼量的提高主要研究方向?yàn)?，做好鑄坯在銅管內(nèi)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(nèi)腔四個(gè)面的氣隙均勻，消除振動(dòng)裝置與銅管的相互不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。

4 關(guān)于提高銅管通鋼量技術(shù)研究

4.1 結(jié)晶器單排足輥改多排足輥應(yīng)用研究

單排足輥不能滿足鑄坯的支撐、導(dǎo)向作用，容易出現(xiàn)鑄坯出結(jié)晶器后受力不均及內(nèi)應(yīng)力的影響發(fā)生裂紋漏鋼，鋼管內(nèi)部磨損異常。將單排足輥改多排足輥，在生產(chǎn)不同鋼種情況下，可根據(jù)不同的鋼液凝固收縮率，綜合銅管的倒錐度逐級(jí)對(duì)足輥開口度進(jìn)行調(diào)整，多排足輥的支撐效果，可有效改善鑄坯單點(diǎn)受力集中，在銅管內(nèi)出現(xiàn)偏心的情況。

4.2 優(yōu)化結(jié)晶器足輥開口度的調(diào)整尺寸

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

4.3 高精度導(dǎo)流水套研究應(yīng)用

陽(yáng)春新鋼鐵現(xiàn)結(jié)晶器水套與銅管配合間隙最大偏差達(dá)1mm，根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明水縫相差1mm，冷卻水水流速度變化達(dá)20%。而高拉速銅管主要作用是提高冷卻系數(shù)、提高冷卻均勻性通過高精度導(dǎo)流水套的研究開發(fā)應(yīng)用，均勻銅管四面刻槽內(nèi)水流量，提高水流速度，從而實(shí)現(xiàn)鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的冷卻均勻及冷卻系數(shù)的提高。消除水套與銅管的配合間隙，對(duì)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(nèi)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(nèi)腔變形而導(dǎo)致的異常磨損。

4.4 結(jié)晶器振動(dòng)裝置偏擺量、精度與通鋼量關(guān)系研究

振動(dòng)臺(tái)的偏擺量越大、仿弧精度越低，運(yùn)行過程中將無法保證結(jié)晶器內(nèi)鑄坯與銅管的同心度，導(dǎo)致運(yùn)行過程銅管單面受力集中，鑄坯的負(fù)滑脫率變差，即無法保證結(jié)晶器通鋼量的提高，也致使了結(jié)晶器因漏鋼事故的發(fā)生而報(bào)廢。

5 結(jié)語(yǔ)

與同行業(yè)交流結(jié)晶器通鋼量相對(duì)低是及其普遍的現(xiàn)象，只要根據(jù)設(shè)備的實(shí)際使用情況，實(shí)時(shí)的規(guī)范結(jié)晶器修復(fù)工藝，制定振動(dòng)裝置、鑄機(jī)扇形段精度維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，做好鑄坯在結(jié)晶器銅管的支撐導(dǎo)向工作，就可以有效提高結(jié)晶器銅管的銅鋼梁，提高連鑄機(jī)設(shè)備整體的工作效能。