异型坯连铸技术基础及操作结果

异型坯连铸技术基础及操作结果

H.Hoedl F.Wimmer K.Ma y rhofer

（奥钢联工程技术公司）

G.Hartmann J.Den g ler H.Baumann

（德国图林根钢铁公司）

摘要近终形异型坯连铸对大、中型材和轨梁生产的优点与薄板坯连铸对板带生产的优点相似，可降低轧制成本、提高生产率以及降低能耗，因而是常规大方坯连铸工艺的一个理想的替代方案。

关键词异型坯连铸基础操作结果①

BEAM BLANK CASTING TECHNOLOGY FUNDAMENTALS

AND OPERATING RESULTS

H.Hoedl F.Wimmer K.Ma y rhofer

（VOEST-ALPINE Industrieanla g enbau GmbH，Austria）

G.Hartmann J.Den g ler H.Baumann

（Stahlwerk Thurin g en GmbH，German y）

ABSTRACT Near net sha p e beam blank castin g offers similar advanta g es for the p roduction of heav y and medium sections and beams as thin slab castin g does for the p roduction of flat p roducts，namel y lower rollin g costs，hi g her p roductivit y and reduced ener gy consum p tion.It is，therefore，an excellent alternative to the more conventional bloom cast route.

KEY WORDS beam blank castin g，fundamental，o p eratin g result

1前言

用异型坯连铸来生产轨梁和型钢的经济优势主要体现在由于铸坯断面接近于最终产品的形状从而减少了开坯轧制工作量，因此降低了轧制过程的成本。具体优点总结如下：投资成本减少约30%；生产率提高约15%；开坯机轧制道次减少；收得率提高1.5%；操作成本降低；开坯机能耗下降约55%；轧制量减少而降低了轧辊成本；开坯机维修成本可下降约55%；吨钢工时更少；消除了铸坯的中间存放步骤。

为充分发挥异型坯连铸工艺的优势，有必要把铸机与轧机直接匹配。图1和图2将异型坯连铸/热装轧制流程与传统的大方坯连铸

/冷装轧制流程的

e

①联系人：孙运涌，高级工程师，北京（100004）朝阳区光华路7号汉威大厦西区18层B8—B10室奥钢联北京联络处

图2大方坯连铸/冷装

Fi g.2Heav y section billet castin g/cold char g e

时间—温度图进行了比较。

上述优点促使异型坯连铸工艺在近年来快速发展。在过去的6年内，世界上共建设了18台异型坯连铸机，其中有6台是奥钢联工程技术公司（VAI）提供的。

2异型坯连铸机设计基础

2.1结晶器设计—管式与板式

异型坯结晶器有2种基本结构：一种是管式结晶器，主要用于生产断面尺寸小于300mm×400 mm的异型坯。根据异型坯规格的不同，铜管壁厚最高可达25mm，在铜管外表面和专门的缓冲管之间通入一次冷却水。由于加工原因，翼腹过渡区不能带有负锥度，也无法为使周边温度保持均匀而使铜管壁厚有变化。这种结构的主要优点是制造成本低，方便使用。

板式结晶器适用于更大断面的异型坯。每块铜板固定在支承板上并用螺栓连接构成截面，一次冷却水通过冷却槽和冷却孔导入。这种结构中翼腹过渡区有负锥度可以补偿腹板收缩，可以合理安排冷却孔位置以保证铜板表面温度均匀化。

2.2锥度设计

要得到表面和内部质量出色的坯料，结晶器内初生坯壳所处位置的几何条件和热状态是至关重要的。因此正确设计的一次冷却系统和结晶器锥度是满足这些要求的先决条件。奥钢联开发了二维全耦合热机械有限元模型以计算结晶器内初生坯壳的温度场和位移场。通过这种模拟可以充分了解特定异型坯断面的复杂收缩行为，以便确定结晶器内部轮廓的形状和锥度。

这些二维有限元模型在计算坯壳生长、异型坯内部和表面质量以及结晶器磨损等方面的作用已在阿尔贝特集团图林根钢厂得到成功验证。

图3是佩纳厂异型坯连铸机800mm×440mm ×130mm（最后尺寸是腹板厚度）断面的二维有限元模型计算示例。用忽略纵向热流的瞬态分析给出温度场和位移场，便于研究结晶器锥度对坯壳生长、温度场和坯壳收缩造成的接触压力等的影响。当坯

壳通过结晶器时内部的钢水静压力是增加的。

图3用于全耦合温度—应力分析的有限元模型

Fi g.3FEM for full y cou p led tem p erature-

stress anal y sis

2.3铸坯支承段的长度

设计铸坯支承段时要作异型坯断面的瞬态传热分析。这种分析能给出铸坯支承段内坯壳生长的必要信息和确切的冶金长度。如果腹板的支承段太短，可能会产生鼓肚甚至腹板中部打开，这就会由于钢水重新注入轨梁坯腹板区而造成偏析和不希望的腹板区过厚。翼板的支承段太短则会造成鼓肚和界面裂纹。图4是典型的铸坯支承系统。

由于异型坯断面形状独特，其表面的4个不同区域要分别考虑。

（1）腹板

为了防止异型坯腹板鼓肚和由此产生严重的中心偏析，腹板要一直支承到在宽度方向上已充分凝固为止。这可由成品断面来判断，二维热分析也能给出关于所需支承段长度的信息。

（2）翼板

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・钢铁第37卷