Paper 4.1_Chn-奥钢联方坯及异形坯浇铸技术的最新进展

奥钢联方坯及异形坯浇铸技术的最新进展F. Leingruber, C. Chimani, M. Thalhammer,G. Shan –奥钢联工程技术公司前言VAI –优质钢的方坯连铸机该连铸机具有紧凑、模块式设计的特点，装备有高性能板式结晶器和结晶器外搅拌器的先进技术解决方案、DynaFlex 液压振动器、铸坯导向系统和带有D y naGap 轻压下的矫直系统。

除了机头采用技术软件包外，铸坯导向系统和独特的VAI D y naGap 轻压下明显改善了方坯内部质量。

VAI –近终形异形坯连铸，象用于生产板材产品的薄板坯连铸一样，在生产大中型型钢和工字梁钢方面具有相似的优点。

为了获得异形坯技术的最大效益，连铸机直接与轧机相连是必要的。

主要经济优点包括降低轧制成本、提高生产率和降低能耗。

因此，近终形异形坯连铸是生产H－型钢的普通方坯浇铸路径的极好解决方案。

优质钢的方坯连铸机技术方坯及异形坯连铸机的技术部分的设计具有相同的概念，比如:n 高性能机头先进的结晶器设计DynaFlex 液压振动技术。

n 铸坯导向系统紧凑式铸坯导向系统带有方坯用的D y naGap 轻压下的拉坯装置。

DynaGap 轻压内质下成功改善部量为了进一步改进内部方坯质量，特别是在浇铸瞬间的条件下，VAI开发了DynaGap 轻压下软件包。

最近的数学开发成果以三维方式评价了热跟踪结果，它可准确确定扁材以及长材的最终凝固区。

下图示出了方坯断面的横向温度图形。

在将DynaGap 软件包和VAI-3维热跟踪模型一起使用时，可形成一个完全动态的轻压下过程，图1。

图1:方坯断面的热剖面图计算DynaGap 轻压下，如图2所示，由下列各项组成：n 动态计算轻压下设定点的过程控制模型n 铸坯控制器(控制每一流上的夹送辊调节装置)n 每个夹送辊装置上的位置变速器n 每个夹送辊装置上的液压控制装置n 机械设备(带有可调辊缝的夹送辊装置)Position Controlled Taper for Soft -ReductionScrew Down with Hot -Stand -PressureScrew Down with Hot -Stand-Pressure图2DynaGap 轻压下软件包每个夹送辊装置的功能分成：n 普通压下装置功能，夹送辊装置将根据机器方式和跟踪值以预选的压力上下移动。

n 位置可控的轻压下，铸坯控制器将凝固区的每个夹送辊装置转换到位置控制装置。

辊缝设定点将根据各种参数进行动态计算。

VAI DynaGap 轻压下工艺(DSR)的操作结果在对方坯采用VAI D y naGap 轻压下时，碳中心偏析值要比不采用动态铸坯锥度控制的更均匀。

图3为此种状况的纵向段（0.5米长）的结果。

图3:中心偏析的结果使用VAI 的方坯-DynaGap 轻压下的好处主要有:n 执行市场最高要求时可产生更好的内部质量。

n 极大地降低了由于浇铸参数偏差引起的品质下降。

将D ynaGap 轻压下技术成功应用于操作实践的关键是VAI 的准确预测冶金过程的数字模拟工具的能力。

同样，数字工具在设计和优化近终形异形坯连铸机技术中起着关键的作用。

近终形异形坯连铸的最高效益：异形坯的分类n 普通异形坯.......................腹板> 100 mmn 近终形异形坯...................腹板< 100 mm n 极端近终形异形坯.......腹板约为50 mm 异形坯腹板和凸缘的平均厚度应根据所需的压下比和轧机的连接方式进行确定。

图4为最终轧制的H －型钢产品的浇铸断面尺寸的选择图。

Kinds of applicable material are influentialto equipment planning .BloomsBeam Near -Net-Shape BeamBlanksWeb height H (mm)F l a n g e w i d t h B (m m )图4:最终轧成的H －型钢产品的浇铸断面尺寸在选择有效的浇铸断面尺寸时，应考虑上述最终产品尺寸和轧机配置，例如可逆式、半连续式、连续式等。

异形坯连铸机的主要技术特点和典型平面布置图德国佩纳厂(PTG)异形坯连铸机该连铸机于2001年10月投产，由VAI 供货，其年生产能力为120万吨，由100吨电炉、钢包炉和氩气搅拌装置等供给钢水。

装备有能浇铸800X440X130mm 规格的、带有弧形结晶器和连续矫直的大型异形坯连铸机，将来设计的尺寸为1150x 450x 130mm ，是世界上最大的异形坯，比较图5。

中国山东莱芜钢厂的VAI 近终形异形坯连铸机该连铸机的年生产能力为120万吨，由130吨转炉和钢包炉供给钢水。

该厂的设备为带有弧形结晶器和连续矫直的大型异形坯连铸机，可浇铸555x 440x 90mm, 750 x 370 x 90 mm 和1024 x 390 x 90 mm 异形坯，比较图6。

图5:PTG 的2流大型近终形异形坯连铸机图6:山东莱芜钢厂3流大型近终形异形坯连铸机连铸机的典型设备中间包车为悬臂式或半悬臂式设计，带有组合式称重系统，见图7。

图7:悬臂式中间包车中间包或为矩形或T 形，盛钢水重量为24吨至35吨，最大深度为850mm 。

根据所需的清洁度和钢种，连铸机具有两种浇铸方式。

n 带有塞棒系统和事故滑动水口的全保护长水口方式，见图8。

n 象大多数异形坯生产厂家所使用的那样，采用稀油润滑或漏斗和保护渣润滑的开式铸流浇铸。

图8:浇铸状况–结晶器该机器装备有板式、高性能异形坯结晶器。

对于300 X 400mm 以外的横断面的异形坯断面来说，板式结晶器更合适、更经济。

铜板固定在支承板上。

一次冷却水用冷却槽或孔进行引导。

图9:板式结晶器－底视图在采用板式结晶器时，可优化铜板表面温度，以保证良好的凝固条件，特别是弯月面。

目标是正确布置好冷却孔或冷却槽，以便在结晶器的整个周围实现表面温度均匀分布。

为了计算异形坯结晶器铜板的弯月面区域的结晶器温度场，进行了稳态热传递有限元分析。

用上述分析计算的结晶器宽侧的温度场，见图10。

图10:板式结晶器－宽侧的温度分布更重要的设计参数是结晶器的锥度，同时应考虑几何形状、钢种和浇铸速度。

在采用板式设计的情况下，可以在肩部区域安排负锥度，以便考虑腹板的收缩率。

为了计算结晶器范围内异形坯的收缩率和坯壳形成，进行了热－机械偶合的有限元分析。

分析的结果是坯壳均匀生长的结晶器优化设计，见图11。

图11:坯壳生长的优化正如图12所示，DynaFlex 液压振动装置和众所周知的优化表面质量、高生产能力和低维修费用优点一起，将保证结晶器精确导向振动。

在浇铸过程中改变行程和频率的灵活性以及波形（正弦－非正弦）可实现操作和冶金的最高要求。

现代化的铸坯导向系统分成3个扇形段，带自动对中装置。

图13中所示的第二个扇形段提供有所需的铸坯支承装置，第三个扇形段仅用于导向热坯和引锭杆。

在改变尺寸的情况下，第三扇形段不需要进行更换。

图12:带有DynaFlex振动装置的高性能机头图13:扇形段1和扇形段2为了设计铸坯支承长度，对异形坯断面，进行了瞬间热传递分析。

此类分析提高了必要的坯壳生长信息和准确的冶金长度。

腹板区的铸坯支承太短可能引起鼓肚或甚至重新熔开腹板中心，并且重新充填异形坯腹板引起偏析和较高的不希望有的腹板厚度。

凸缘区的铸坯支承太短可能引起鼓肚和界面裂纹。

典型的铸坯支承布置见图14。

图14:S 铸坯支承装置的布置通用的有限元程序ABAQUS 被用于计算瞬间温度场。

在纵向上的热通量可忽略不计的情况下，将采用2－维四开断面模型来进行分析。

除了瞬间温度场外，浇铸过程中的坯壳生长是应分析的主要目标。

对于1.0米/分的浇铸速度，图15中介绍了坯壳生长的各个阶段。

mold exit exitzone2exit zone3exit zone4exit zone5SolidifiedshellLiquid coreCastingspeed: 1.0 m/min Section : 800 x 440 x 130 mm图15:坯壳生长分析直至腹板最终凝固前，腹板都应进行支承，但是在凸缘区附近仍有液相穴，称之为热点。

此现象意味着有内部静压钢水，其有可能熔开腹板，特别是腹板长度短，尤其是这样。

支承长度不足和/或腹板喷雾冷却会引起鼓肚或甚至熔开腹板。

一般来说，铸坯不需要附加支承。

铸坯的几何形状和凝固的外壳具有足够的刚性来支承坯壳自身。

图16为时间关系曲线图，画出了浇铸过程中横断面上各点的温度变化。

此计算的温度与试验测量值完全吻合。

对于二次冷却段端部的典型温度（600秒），凸缘顶尖的测量值为850–870°，腹板处为990 –1050°C图16:异形坯断面上不同点的温度时间关系曲线二次冷却二次冷却系统由五个带空气雾化喷嘴的冷却段组成。

该设计保证了四周和铸坯长度上的最佳凝固过程，同时考虑了不同的钢种和不同的二次冷却策略。

正如图17所示，拉矫过程是根据VAI 连续矫直曲线以每流四台拉钢装置完成的。

拉坯装置是通过2个液压缸来进行调节的，并且热坯压力可进行遥控。

图17:拉矫装置引锭杆系统为链式设计，由下面插入。

在经火焰切割后，辊道用横向输送设备将异形坯输送到热装辊道上或送到收集格栅上。

典型的钢种组别和成分为：n A 组: 结构钢(%C < 0,09, %Mn < 1,0)n B 组: 结构钢(%C > 0,16, %Mn < 1,0)异形坯表面质量和内部质量完全能满足市场要求。

图18示有PTG 厂矫直的第一批异形坯的两个低倍浸蚀试样。

特别是对于PEINE 厂来说，轧制的工字梁表明，与用板坯轧制的工字梁相比，其在表面质量和内部均匀度方面，均提高了产品质量。

图18: PTG 浇铸的第一批异形坯的低倍浸蚀试样异形坯浇铸的好处异形坯浇铸的经济优点主要规因于降低了轧制过程的成本。

这是开坯机轧制工作量减少的结果。

开坯机的作用是生产供进一步轧制成成品规格所需的断面。

典型型钢轧机的典型优点包括：n 开坯机轧制道次少n 现有轧机生产率提高15%左右n 开坯机的能耗减少40%。

n 由于减少了孔型，轧辊成本下降。

n 开坯机机架上的维修费用少n 由于改进了形状，结果成为近终形异形坯，特别是轧制的工字梁开始时，从而产量提高2%以上。

n 在冷装的情况下，由于异形坯具有良好的表面体积比，再加热热能费用节约30%左右。

n 改善了成品的表面质量。

直接装人异形坯的工艺流程与通过冷装方坯和随后轧制的普通生产流程的全面经济比较体现了重要的节约潜力：n 投资成本减少30%左右。

n 能耗减少50至60% 。