高质量圆坯连铸生产的经验

高质量圆坯连铸生产的经验

2010-07-07 14:15:27 来源:TNC Steel Datebase

1、前言

一年前，纽柯钢铁公司孟菲斯钢厂浇铸出第一炉铸坯。这台连铸机是整个钢厂改造工程的一部分。整个钢厂的改造项目包括：上游的连铸机，一个单篮装料的交流电弧炉，对现有钢包炉和VD真空精炼炉进行改造，对下游的轧钢厂进行升级改造。连铸的断面尺寸为，Φ10.5英寸(267mm), Φ12.25英寸(311mm),Φ13.5英寸(343mm), Φ16.25英寸(412mm) and Φ20.125英寸(511mm)。

通过热装系统，连铸机将铸坯直接送入轧钢厂，或者通过传统工艺或冷床进行冷却。因为连铸机生产率高，钢厂也可以将铸坯进行出售。该连铸机的生产率正常是三流150短吨。它具有传统连铸机4流的生产能力。根据上面的铸坯断面，在50短吨每流的条件下，每一种断面的最大拉速是69英寸/min (1.75 m/min)，51英寸/min (1.30m/min), 42英寸/min (1.07m/min)，29英寸/min (0.74m/min)，19英寸/min (0.48mm/min)。连铸机主要的生产钢种是冷镦钢、辗环、轴类、管线钢。

结晶器铜管采用了一项新设计(Power Mould TM),在铜管上做出冷却水的导水槽，使铸坯得到均匀的冷却。由于结晶器铜管表面的温度降低，这个结晶器可以保证连铸生产的稳定和顺行，生产率很高，结晶器的变形非常小。和传统结晶器铜管相比，铜管下部的磨损也大为减少，显著的提高了结晶器的使用寿命。

为了减少在拉矫机ALN和碳氮化合物的沉积现象，连铸机安装一套淬火系统。这套系统对直接热装生产线非常重要。

2、主要铸机参数

连铸机的总图见图1，连铸机为三流，含有四个矫直点，流间距为5.9英尺(1800mm)。

图1连铸机的总图

钢包的钢水量为90短吨，目前的大包转台和中间包车保留使用。

中间包容量为24.8短吨，钢水高度31.5英寸(800mm)。

从中间包到结晶器的钢水流量为电动塞棒进行精确控制。整体式中间包浸入式水口可避免钢水的二次氧化。

一个液压振动台架严格控制的结晶器振动方式，使铸坯质量和连铸的生产过程得到保证。

使用了一个新式的结晶器的设计理念(Power Mould-达涅利专利)。结晶器长度为780mm。结晶器的液位测量使用传统的放射源系统。为了提高铸坯的内部质量，结晶器电磁搅拌器和末端电磁搅拌器。

表面质量的关键问题是在二冷区对铸坯进行均匀冷却。连铸过程中对坯壳的冷却是根本和基础，因为，一方面，均匀冷却使坯壳可以均匀的增长，另一方面，这可以防止由于不均匀冷却造成铸坯中裂纹的产生。对圆坯均匀的二次冷却必须比其它形状的铸坯还要高。为了获得均匀的二次冷却，采用相邻各排的喷嘴45°布置，如图2所示。可以保证圆坯的表面冷却均匀。

图2二冷喷嘴布置

3、结晶器设计

Power Mould 的管壁上有为水冷设计的导水槽。相同的设计在矩形坯和方坯连铸中已使用10年以上了，该设计的主要优点：

(1)强度高和均匀冷却。导水槽的设计保证了在每一个结晶器铜管横截面上都可以使温度梯度均匀分布，这是坯壳均匀生长的基本条件。这个设计消除了水套的需要，水管布置问题被完全解决。

(2)很好的刚度。和传统铜管相比，这种铜管的变形能力非常有限，由于结晶器外壁的温度非常低，结晶器外部的温度不受钢水中的热流影响。同时，结晶器铜壁温度低防止了铜的二次结晶发生。有限的结晶器变形可以确保非常好的圆坯形状和一个非常好的锥度，使在圆坯上发生裂纹的几率降低。结晶器高效的冷却使结晶器的使用寿命较传统结晶器延长。经验表明，结晶器的使用寿命延长了2到3倍。结晶器底部的磨损非常小。结晶器的结构将对连铸过程和圆坯的质量有非常重要的影响。

由于非常有限的变形，连铸坯表面质量非常好。

铜板内侧的镀层应力非常小。

结晶器组装不需要特殊维护服务。结晶器安装不影响结晶器冷却效果。

任何连铸条件下，都不存在水沸腾的情况。

4、连铸生产和圆坯的质量

优化连铸生产操作工艺使连铸机以很高的生产率生产特殊钢棒材。连铸的产品质量达到用户提出的要求和标准，废品率降低到最低水平。所有钢种的连铸生产数据在表1中。铸流产量非常高, 每流50短吨。

表1 所有钢种的连铸生产数据

在优化参数以后，表面质量非常好，没有凹陷和裂纹。铸坯的表面非常光滑，振痕非常规则。

铸坯的内部质量非常好，三个钢种发现没有裂纹和其它的缺陷。由于优化了电磁搅拌和其它连铸工艺参数，中心疏松被最小化。

为了研究偏析，意大利Breda实验室使用发射光谱分析511mm直径的LF2钢种的圆坯截面。可以看到钢种的横截面化学成分非常均匀。

和矩形坯、方坯相比较，圆坯的连铸技术需要沿着铸坯中心线更均匀的冷却，否则产生影响铸坯质量和生产稳定的质量问题，例如凹陷和纵裂等(由于纵裂引发的坯壳断裂，导致了漏钢)。在弯月面的第一次凝固是基础，不均匀的冷却会产生纵裂纹和凹陷。结晶器保护渣在减少热流发挥非常重要的作用。在开始阶段，钢厂测试了不同的保护渣以防止纵裂纹的产生和坯壳断裂。

为了获得均匀的热流，对结晶器的工艺参数进行调整，主要是碱度和粘度。保护渣很容易在弯月面产生渣圈，这些渣圈容易影响连铸坯的表面质量。在这种情况下，主要应该调整保护渣结晶温度。

即使没有凹陷和裂纹出现，不适当的结晶器保护渣仍然会产生不均匀的铸坯坯壳。在铸坯向下运动的过程中，由于热应力和形变，纵裂就会产生。在这种情况下，即使有很均匀的二冷水控制，也无法避免裂纹的产生。

不产生凹陷和裂纹的坯壳一次凝固是基础，但是这一个因素不能保证有一个很好的圆坯质量。结晶器的传热、二冷区的布置、拉轿单元的施力分布也非常重要。在结晶器长度方向，热流必须均匀。这是形成均匀坯壳的必要途径。Power Mould具有导水槽和外部的铜管不参与传热，可以对铸坯进行均匀冷却。

由于组装的问题(水缝不均匀)，传统结晶器的传热并不均匀，有局部水沸腾和结晶器过度变形的问题。而且我们无法检查结晶器的工作状态(水缝，水质)，所以在高连浇炉数的情况下，结晶器不均匀的传热会更严重。

二冷区的布置决定了圆坯的质量。这台铸机的二冷区布置中，相邻水环的4个喷嘴有45°的夹角，确保了非常均匀的冷却，避免了纵裂的产生。但是，当不均匀的凝固坯壳已经在结晶器产生时(由于结晶器保护渣的问题或者在结晶器内不均匀冷却)，二冷区的均匀冷却不能避免凝固坯壳的变形。在二冷区的不均匀冷却也会使铸坯变成椭圆型。这一情况取决于凝固坯壳的不均匀程度和二冷水的冷却强度。

为了达到高等级的圆坯质量，结论是：在结晶器内形成均匀的坯壳；在二冷区进行均匀的冷却。

(1)中间裂纹是由于不均匀的二冷区冷却造成的。二冷区的冷却水强度必须避免圆坯表面的回温，否则中间裂纹就产生了。

(2)中心裂纹，在拉坯/矫直单元施加压力是非常重要的确保圆坯外形尺寸的工艺参数。拉坯/矫直单元上施加在圆坯上的力决定了圆坯的内部质量。过大的力可能导致中心裂纹。拉坯/矫直单元施力的要点是更多的实体力施加在较厚和温度较低的凝固坯壳上。

符合合同保证值要求的浇铸圆坯外形和长度值(见表2)。