关于连铸机工艺设计有关问题的探讨

关于连铸机工艺设计有关问题的探讨

作者：吕健

来源：《城市建设理论研究》2013年第10期

摘要：随着经济的日益发展，人民的生活水平逐渐提高，连铸机的应用也越来越广泛，关于连铸机的工艺设计问题的探讨也越来越白日化，本文就连铸机在工艺设计方面有关问题如参数的确定、主要工艺设计思想等进行讨论，为完善连铸机的工艺设计提供参考。

关键词：连铸机，工艺设计，问题，讨论

前言：把高温钢水连续不断地浇铸成具有一定断面形状和一定尺寸规格铸坯的生产工艺过程叫做连续铸钢。而完成这一过程所需的设备叫连铸成套设备。浇钢设备、连铸机本体设备、切割区域设备、引锭杆收集及输送设备的机电液一体化构成了连续铸钢核心部位设备，习惯上称为连铸机。近年来，随着钢铁工业的迅速发展，连铸设计理念也得到完善，但是与国际水平相平，我国的整体实力仍有所差距。因此，努力提高连铸工艺设计水平有着重大意义。

正文：1.连铸机工艺设计的意义

随着现代工业对特殊钢、高质量钢的需求不断扩大，以及连续铸钢技术的迅速发展，对连铸工艺过程也有了更高的要求。连续铸钢工艺从原料到成品的过程中起着关键性作用。连铸工艺的优与劣直接影响钢产品的质量、性能和企业的经济效益。且随着炼钢和轧钢技术的进展，钢铁工业结构的变化和对产品的规格、质量的新要求，这使得采用常规和铸锭—开坯工艺难以满足一些大型钢铁企业的生产和发展，为此，研究连铸的新工艺和新技术是必要的。

2.大、小方坯的特点

通常,把边长220 mm(含圆坯、矩形坯)的方坯连铸机叫做大方坯连铸机。大方坯连铸机浇注的主要钢种为中、高碳钢、合金钢等,用于轧制重轨、硬线、无缝钢管、大中型H型钢、棒材、锻材等。大方坯连铸机钢种特殊且断面较大,在浇注过程中易出现表面纵、横裂纹、星状裂纹、角部凹陷、表面和皮下大型夹杂物和内部缩孔、白亮带、中心疏松、中心偏析和内部裂纹等缺陷,各大钢铁设计公司在大方坯连铸生产操作技术、生产组织、装备开发上作出了很多科研创新工作,使大方坯连铸技术得到了迅速发展。

而小方坯的铸坯断面小，热熔量比较小。所以比大方坯、板坯连铸设备工作条件要好。小方坯浇铸过程，坯壳有自支撑作用，铸坯没有鼓肚现象，象采用刚性银锭杆的洛克普连铸机，二冷连铸机等。

3.连铸机主要设计参数的确定

在连铸坯设计工艺工作里,主要参数的确定是其中最为重要也最为基础的一个环节,因为他关乎着工艺设计质量的优劣。如果连铸机生产产品达不到生产需求,或是达不到生产需求标准,那么连铸机就达不到最优生产指标。就像是弧型半径,如果铸机半径太小,矫直时会因铸坯内弧侧变形太大,而使内弧侧两相界产生裂纹。适当增大圆弧半径,有利于降低两相界应变,并使夹杂物得到充分上浮的机会,也有利于降低铸坯的矫直应力和应变。但过大的圆弧半径会因钢水静压力增加及连铸机高度增加而使设备费用及厂房、基础费用增大。因此，控制好弧形半径非常重要。一般连铸机的主要参数确定及计算包括铸坯断面、弧形半径、拉坯速度、铸机冶金长度计算及铸机流数等。

3.1铸坯断面的确定

铸坯的断面尺寸受冶炼设备容量、轧机组成、轧材品种规格和产品质量等因素的影响，在确定合理的铸坯尺寸时，必须考虑连铸机生产能力与炼钢能力能否合理匹配，以便充分发挥设备生产能力，获得最佳生产效益。根据轧机组成、设备性能、轧材品种、规格以及不同钢种要求的压缩比，兼顾炼钢、连铸和轧钢都能取得合理的经济效益为前提，在满足轧材品种质量的条件下，力争一火成材，不易过分加大铸坯断面。另外，每台连铸机的铸坯断面种类应尽量少。

3.2连铸机工作拉速

连铸机工作拉速主要是由两个因素确定，一是机器参数，一是铸坯质量要求。对于机器参数如弧形半径(铸坯矫直时，内弧表面变形率必须控制在钢种的允许范围内，以避免表面产生裂纹。铸坯带液芯矫直时，应使两相区的变形率小于钢种允许的变形率，避免内部产生裂纹);结晶器长度(结晶器长度850 mm,有利于保证结晶器出口的坯壳厚度,减少漏钢事故);连铸机冶金长度以及曲线参数等。就满足铸坯质量要求来说,它一直是工作的重点,因此,为了确保连铸机拉速适当稳定，必须确定合适的拉速范围，经过长年的经验总结以及大量丰富的实验数据，我们确立了铸坯工作拉速的经验公式：

V=f/D式中：V——拉速，m/min； f ——系数，对板坯取f=250；D——铸坯厚度，mm

此公式为连铸设计准确选择设计参数创造了非常好的有利条件。

4.二冷动态配水系统的设计和特点

动态二冷模型是建立在冶金机理的基础上，结合先进的计算机控制技术，针对连铸过程的二次冷却喷水控制，所开发的一套模型。该模型能够针对不同的钢种、不同的铸坯规格和不同的生产工艺参数，实现二次冷却水动态控制。二冷模型中水量控制的基本原理是：作为模型基础的传热计算部分采用经典的热传导方程计算，水量控制部分采用智能控制算法。二冷模型的运行效果在很大程度上决定于模型与工艺和生产状况的协调，对可靠性的要求也非常高，这是模型开发的主要难点。由于实际连铸生产过程的复杂性，任何环节都可能出现一些异常情

况。动态二冷模型设计之初就把模型的安全性和可靠性放在第一位。其内部嵌入了一套完善的异常处理机制，一旦生产过程中有异常发生时，模型会自动判断异常类型和严重程度，然后采取合理的措施，保证生产过程的安全、可靠、连续和稳定。

5.电磁搅拌技术

近年来，为改善连铸坯质量，电磁搅拌技术已被广泛应用，其工艺已由单一式的搅拌工艺发展成组合式搅拌工艺，其作用已由减轻中碳钢和高碳钢方坯的中心偏析，发展为进一步诱发等轴晶。对轴承钢而言，为获得良好的表面、皮下、凝固结构、中心疏松和中心偏析质量，须采用组合式三段电磁搅拌工艺，安装在结晶器的搅拌器（M-EMS）用于消除过热，促进等轴晶凝固；安装在二冷区的搅拌器（S-EMS）用于改善晶粒尺寸；安装在凝固末端的搅拌器（F-EMS）可减轻偏析的最终等级，特别是采用凝固末段的电磁搅拌可以阻止粘稠钢液的等轴晶区域移动，使铸坯的中心偏析得以分散，中心疏松得以改善，现在山阳、神户、大同等公司都采用多级电磁搅拌。

液相穴压下技术

为解决高碳钢连铸坯凝固过程中，由于导辊之间铸坯产生鼓肚引起的坯壳内容积变化和补偿凝固收缩，导致因残留钢液的宏观流动引起的中心偏析，对液相穴附近压下处理，具体方法一般有以下三种：轻压下、大直径辊强压下、连续锻压。

通过研究发现,进来连续出现的轴承钢连铸中心偏析等问题可由轻压下”技术解决,它可以补偿铸坯最后凝固时的收缩，防止浓化钢液的流动，避免中心偏析和中心疏松的发生。最合适的压下量是液相穴内残留钢液处于被挤出而又没被挤出的临界状态。而大直径辊强压下技术可充分保证铸坯内部变形量，而且凝固界面的畸形也较小。当采用大直径辊压下时，以较小的压下量就能改善中心偏析，另外，由于在等轴晶内压下，有助于减轻铸坯内裂纹。连续锻压法是利用装有异形锻头的锻压装置对液相穴端进行连续锻压，使凝固末端的固液共存层合在一起，可有效地使浓缩的钢水和破碎的晶粒向上游方向移动，同时大压下变形还可以防止铸坯内裂。应用连铸工艺，不仅能完全消除中心偏析，而且能根据质量要求选择在产品中心部位元素的最佳浓度及降低中心部位的P、S浓度。

结语:通过对连铸机设计工艺各环节特点的探讨,了解了工程设计是一个实践性很强的工作,只有经过不断的实践,反复的探索,才能从中发现问题并解决问题。总之，只有经过大家的共同努力,连铸机设计工艺才能进一步完善,才能为提高我国的国际水平,提高国际地位做出贡献。

参考文献:马春武，对特厚板坯连铸机工艺问题的分析和探讨，2011.4

李万国，连铸机工艺设计若干问题的认识，2011

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