方坯高效连铸的核心技术

方坯高效连铸的核心技术*

1 前 言

国外连铸技术近10年来自身完善和优化的速度很快。尤其是1993～1995

年以来,130×130(单位mm)小方坯拉速 大于4.0m/min,150×150(单位mm)小方

坯拉速超过3.0m/min已不少见,先进的铸机单流年产量可达13～15万t,单个中间罐寿命则达30～50h,作业率在90%。而且先进国家的思路与实践,已在发展130×130(单位mm)坯拉速5.0～6.0m/min的高效铸机,实现小方坯连铸单流产量达20万t左右。

国内连铸技术近10年来进步很大,1998年连铸比达到67%。然而,我国铸机台数堪称世界第一,平均年产能力之低也谓世界之最。因此,国家把发展高效连铸技术作为“九五”科技攻关的一项重要内容。经过近3年的努力,取得了显著的成效,先后有广钢转炉厂、首钢三炼钢、济钢一炼钢、新疆八钢炼钢厂4个钢厂于1998年通过了省部级鉴定。此外,杭钢、南钢等一批企业的高效连铸攻关也取得了重大进展,连铸高效化已经成为推动我国钢铁工业结构优化的重大技术,越来越多的企业正在着手于高效连铸的技改工作。

当今,高效连铸技术在减少投资费用、提高生产率、简化工艺流程、降低消耗和成本等方面更进一步发挥了连铸技术的优势,在世界各主要钢铁企业、工程公司、设备制造商中都受到高度重视,正在不断发展。

2 高效连铸技术的概念

所谓高效连铸技术,通常是指比常规连铸生产率更高的、以高拉坯速度为核心的技术,以高质量、无缺陷的高温铸坯生产为基础,实现高连浇率、高作业率的连铸系统技术［1］。高效连铸的涵义有5个“高”:高拉速、高质量无缺陷(特别是无表面缺陷)、高温铸坯、高连浇率、高作业率。

笔者结合国内外众多厂商各自开发的高速连铸技术,以技术集成的观点,将高效连铸技术划分成核心技术—结晶器技术和相关技术—重要技术两个方面,分别进行阐述。本文阐述第一部分—高效连铸的核心技术。

3 高效连铸的核心技术—结晶器技术

众所周知,结晶器是连铸机的“心脏”,国内外各种高速连铸技术的开发均是以结晶器为中心来展开的,这正是本文对高效连铸技术划分的主要原因。目前已经开发成功的高速结晶器有:Concast的Vonvex、Danieli的Danam、Manneisman-Demag 的抛物线锥度结晶器、VAI的Diamold、PaulWurth 的高速结晶器和Vibromold、Rokop的抛物线锥度结晶器、多家公司研制的喷淋结晶器和我国连铸技术国家工程中心开发的连续锥度结晶器等。

本文从结晶器本体技术和结晶器相关技术两部分来系统地阐述结晶器技术。

3.1 结晶器本体技术

结晶器是连铸机的核心,同常规连铸相比,高速连铸结晶器主要在以下3个方面进行突破。

3.1.1 增加铜管长度

高拉速 条件下,为加速结晶器内钢水的凝固,延长一冷段是直接有效的措施。如:VAI的Diamold［2］长度由普通结晶器的800mm增加到1000mm;PaulWurth的高速结晶器长度由700mm延长至1000mm;我国连铸中心研制的连续维度结晶器长度由700mm增至812mm或1000mm;冶金部设备研究院开发的GS-I型曲面结晶器长度由700mm加至1000mm等。

3.1.2 提高冷却强度

为改善结晶器的冷却效果,确保结晶器出口坯壳具有足够的厚度,一般采用减少铜管与水套之间的间隙、增加冷却水流速、减薄铜管壁厚、开发结晶器导热性能高的材质等措施来提高一冷强度。如Danilie的Danaml结晶器［3］铜管壁厚为11mm、冷却水压12×105Pa、结晶器材质是Cu-Cr-Zr;Rokop的抛物线结晶器［4］其铜管外与一个可重复使用的不锈钢水套之间的间隙是常规的一半等。

3.1.3 采用连续维度/多锥度铜管

拉速提高后,结晶器几何形状需适应铸坯的凝固收缩,从而使铸坯和模壁始终尽可能地接触良好,抑制气隙生产,传热增加且均匀稳定,角部坯壳能和中部坯壳一样均匀地生长,结晶器铜管多采用连续锥度或多锥度来满足这些要求。

如:Concast的Convex［5］、Demag的抛物线锥度结晶器［6］、PaulWurth 的高速结晶器、Diamold 结晶器、Rokop的抛物线结晶器、连铸中心的连续锥度结晶器、GS-I 型曲面结晶器等均采用了此技术。

以上述技术为核心开发的高速结晶器,可显著地提高拉速。如:Convex可提高拉速50%～100%,使德国Thyssen Sathl Ag 的133×133(单位mm)的铸机拉速由2.1～2.3m/min提高到3.3～4.2m/min、德国Ssarstahl的转炉厂150×150(单位mm)铸机拉速达到3.0～3.5m/min,最高达4.5m/min;Danam-1提高拉速54%,可将130×130(单位mm)连铸机的拉速由2.8m/min提高至4.3m/min，Diamold提速超过50%，使115ⅹ115(单位mm)断面的中碳钢和包晶钢拉速均达到5.2m/min，

140×140(单位mm)断面的中碳钢拉速达4.0m/min;连续锥度结晶器增速也达到50%,将广钢150×150(单位mm)铸机拉速由1.2～1.8m/min提高到2.2～2.7m/min,最大拉速3.5m/min,使首钢120×120(单位mm)铸机拉速由2.4m/min提高到

3.5m/min,最大拉速5.2m/min;另Demag、PaulWurth和Rokop等高速结晶器均提速50%以上。

3.2 结晶器相关技术

3.2.1 结晶器液面控制

在高速连铸时,为保持结晶器钢液面的稳定,除了选择适宜的浸入式水口的浸入深度和出口角度外,更主要的是采用结晶器液面控制系统。目前结晶器液面控制已经成为成熟的技术,可使钢液面的波动控制在±3mm,最高达±1mm［7］。德国AMPEA、MPC、Simens、意大利Pomini、Danieti、英国Davy,瑞典Interstop、卢森堡PaulWurth、芬兰Rautaruukki、奥地利VAI、美国Rokop等公司均已开发了自己的技术,参见图1。国内也形成了Co60、Ce137等液面自动控制技术。