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收藏词条   编辑词条 水平连铸

创建时间:2008-08-02

1.为什么要开发水平连铸技术?

水平连铸与传统的弧形连铸相比有以下优点:

(1)由于设备水平布置、机身低,现有厂房内即可安装,所以基建投资低。

(2)铸坯质量高。由于中间包与结晶器是直接相连,防止了二次氧化,且钢水中夹杂物易在中间包内上浮,提高了钢清洁度。据实际统计,钢中夹杂物含量在一般弧形连铸机中为190mg/l0kg钢,水平连铸中只有20mg/l0kg钢。由于实现了密封浇铸无“二次氧化”,铸坯中含氧量少,据实际统计弧形连铸为80ppm。而水平连铸只有31ppm。此外,铸坯不弯曲、无矫直内裂、无鼓肚疏松等。特别是水平连铸中结晶器导热集中于前端,铸坯出结晶器后不用喷水,冷却均匀,铸坯表面质量好。特别适用于高合金钢的铸造。

(3)能直接浇铸成小型铸坯(如70mm方坯),甚至几毫米的线坯,因此能用最小的轧制比取得终了产品,大大地缩短了冶金生产流程。

(4)安全可靠性好,由于设备水平布置,一旦拉漏对后续设备烧损少,而且水平连铸中安有专门的拉漏监控装置可以对拉漏进行监控。

目前,水平连铸适合于中小型钢厂与电炉相匹配生产小型断面铸坯。

2.水平连铸的技术关键是什么?

水平连铸发展中有三大技术关键:

(1)中间包与结晶器密封联接——分离环,此联接部位既要“密封”,实现“密封浇铸”,又要作为凝固的起点“人工液面”。如只采用一般的耐火材料进行密封,容易被钢水侵蚀形成“倒喇叭口”而无法拉出铸坯。此部分材质既要经受得起高温冲击,还要容易加工,才能使它与结晶器铜套严密配合。

我国生产以氮化硼(BN)为基加氮化硅(Si3N4)等热压成型的分离环,曾在马钢水平连铸机上一次使用时间达8h37min,完全能满足当前水平连铸多炉连浇的需要。

(2)拉坯方式及其驱动。由于中间包与结晶器联成一体,一般采用铸坯振荡方式,即铸坯作拉一停一推一停或拉一推一拉一推的动作,使铸坯向前运动。一般每分钟100~200次,反推量的精度要控制到0.1mm。拉坯方式及其驱动,直接影响铸坯质量与连铸工艺正常进行。

(3)结晶器的结构与正确设计。结晶器是连铸的核心部件,水平连铸中结晶器铜套进口处受钢水静压大,及拉坯特殊型式引起钢水流呈漩涡运动,因而使凝固传热密度高度集中于结晶器前端,它又是多种特殊材质在高温下工作的组合体,热胀设计比较复杂。

目前,国内在生产上使用有多段多级式结晶器、导流型结晶器、圆环拉方坯结晶器等型式。

3.目前在生产中使用的水平连铸机有哪些机型?

目前在生产中使用的水平连铸机,按铸坯尺寸分,有以下五种机型

机型
中间包容量(t)
流间距(mm)
铸坯尺寸(mm)
最高拉坯速度(m/min)
设备长度(m)
产量(万t/年)
SLD-200
15
1200
Φ100-Φ200
Φ90-Φ120
3.5
56
8~10
SLD-150
10
1000
Φ80-Φ150
Φ70-Φ140
4
48
6~8
SLD-100
5
800
Φ60-Φ100
Φ50-Φ90
4.5
39
3~5
SLD-60
3
600
Φ40-Φ70
 
Φ32-Φ70
5
30
2~3
SLD-20
0.3~0.5
150
Φ8-Φ20
6
20
0.1~0.2

机型选择时主要按照电炉容量、冶炼周期、浇注所需铸坯断面尺寸来确定,一般情况下要保证在一小时之内将一包钢水浇注完毕。

上表中产量是双流机一般产量。用户可以按冶炼炉数,容量(年产量)来匹配连铸机,选择单流、双流、三流或四流。为使工作可靠和实现全连铸,连铸机生产能应大于冶炼能力约1~1.5倍。

4.水平连铸中间包起什么作用?

水平连铸中间包主要是联系炼钢炉与连铸机的中间环节。中间包主要作用是:

(1)保温、储存钢水;

(2)夹杂物能更充分上浮;

(3)容易实现“多炉连浇”。

中间包容量按炼钢炉容量或钢包容量选择。

在炼钢炉容量较小时,钢包温降大,为了保温中间包容量与钢包容量相同。在炼钢炉较大时,可分为3~4次将一包钢水注入中间包内,中间包容量为钢包容量1/2或1/3。

中间包容量过大,将引起炉衬材料消耗大,并且中间包烘烤困难,从而使连铸成本增加。

中间包包衬为铬镁整体打结或铬镁砖砌成。也可以使用绝热板作包衬。

5.水平连铸中间包采用哪些保温措施?

水平连铸浇铸铸坯断面小,浇铸时间长,钢水温降大,如何保持在浇注过程中中间包钢水温度的稳定性,对于实现多炉连浇、提高铸坯质量和降低成本有十分重要的意义。因此,除采用中间包保温外,目前在水平连铸中间包采用加热装置也是一个有效的措施。如衡阳钢管厂水平连铸中间包采用等离子体加热技术。广州南方水平连铸工程公司开发的2吨中间包有芯感应加热技术。目前正在积极试验之中。

6.水平连铸中间包滑动闸板的作用有哪些?

水平连铸中间包滑动闸板是一种安全装置。因为水平连铸中间包与结晶器直接相联,一旦结晶器铜套烧裂或密封失效,冷却水窜入结晶器钢水中,形成高压蒸汽,便会冲入中间包内引起中间包钢水“沸腾”(即爆炸)。有了中间包滑动闸板,可以在几秒种之内截断中间包与结晶器间的通道,完全堵绝中间包钢水继续流入结晶器,防止事故的发生。它也是多流式水平连铸机必备设备,如一流拉漏时,可以截断此流,另外一流仍可继续工作。它也是提高成坯率的一种手段,免除在连铸结尾时形成的“长鱼尾”。

滑动闸板由两块滑板组成。一块密封中间包,一块密封结晶器,在两块滑板之间,垫有快速干燥耐火胶泥垫,这种泥垫,也可调节多流式水平连铸机中间包与多级结晶器接合面的安装误差,保证多接合面同时密封。

7.水平连铸结晶器的结构特点是什么?

水平连铸结晶器铜套钢水入口初生态坯壳形成处受到中间包内钢水静压力的作用,而且由于拉坯的振荡动作引起此处形成剧烈的漩涡运动,因而热传导主要集中在铜套前端,在距分离环200mm长度内,热传导量占了结晶器总传热量70~80%。因此,水平连铸结晶器应采用多段多级式比较合适,即前段采用铍铜套,后段采用石墨套;前段倒锥度较大,后段倒锥度较小。由于石墨有自润滑性能,铍铜套一般均小于200mm,所以拉坯阻力较小。

这种多段多级结晶器如图1所示。

图1多段多级式结晶器

前段铍铜套的热流密度平均为1.5~1.6MW/m2,在分离环附近可达3.7~4.4MW/m2,而石墨套只有0.7MW/m2。

水平连铸结晶器平均凝固系数较弧形铸机要大,水平连铸结晶器后段石墨套较长,铸坯出结晶器后坯壳较厚(大约12~15mm),铸坯表面温度1300℃左右,所以铸坯出结晶器后不需要再继续喷水。这样不但铸坯冷却均匀、质量高,而且简化了连铸二次冷却喷淋系统及其相应的水处理装置。

8.水平连铸启注时水口容易冻住是什么原因?如何避免?

水平连铸启铸时容易失误出事,水口容易冻住。工人说水平连铸容易得“食道癌”。其原因是中间包与结晶器直接密封相连,由于水冷套的冷却作用,水口通道烘烤温度只有300~400℃,高温钢水流过通道时必然在通道与分离环内表面凝固结壳,形成结瘤,以后才逐步被高温钢水“熔刷”,掉。

在启注钢水流过10s内,分离环内径表面结壳厚达6~7mm。70s后结壳才被熔刷掉。水口通道内表面在启铸后3s内表面结壳厚达3mm,19s结壳才被熔刷掉。当注入钢水温度过低,结壳厚度可达8~9mm,并且长期无法“冲刷”掉,就很容易产生水口冻结。

为防止水口冻结,启铸时应注意:

(1)启铸时间要适当:钢水进结晶器后停留一定时间就要启铸,时间过长了新的坯壳与水口坯壳相连,拉坯阻力过大,以后就会“冻死”,启铸时间过短,钢水进入启铸空间来不及充填或者坯壳来不及完整凝固,容易拉漏。

(2)启铸速度要适当:由于启铸时水口通道与分离环内壁冻结严重,钢水实际通道窄小,启铸时拉速过快钢水充填来不及,使坯壳凝固不完整,容易拉漏;如果启铸速度过慢,高温钢水流速过慢,水口通道与分离环内壁冻结的坯壳也不能很快“冲刷”掉,甚至严重时,水口冻结坯壳将加厚,使水口冻结。

(3)启铸距离要适当:铸环与分离环的距离,标志着启铸时钢水填入结晶器的容量,此段距离过小,水口容易“冻死”,此段距离过长,又会使拉坯阻力过大,甚至拉毛结晶器铜套。

(4)启铸冷却水量要适当减少。

(5)注入中间包钢水时要实行大流浇注,尽快使注流溢过结晶器水口通道。

(6)铸坯拉出结晶器后,要缓慢、逐步增速。

(7)启铸时要使凝固壳稳定生长,拉坯速度和拉坯频率要低一些。

衡阳钢管厂掌握上述规律后,拉成率长期稳定在99%左右。

9.水平连铸的拉坯方式与弧形连铸有何不同?

弧形连铸机采取结晶器振荡方式拉坯,结晶器作正弦波振荡,拉坯机等速拉坯,当向下振速大于拉速时,产生“负滑脱”。

水平连铸机采取铸坯振荡的方式拉坯,即结晶器固定,拉坯辊作拉一停一推一停的动作。

两者的区别是:

(1)弧形连铸机拉坯中“停”很短或没有,铸坯与结晶器铜套壁面无相对静止阶段,热传导性能较差。

(2)弧形连铸机拉坯“负滑脱”时,只对结晶器内的铸壳表面产生“压缩”作用,压缩力为表面摩擦阻力,也很有限。水平连铸的“反推”是对全冶金长度上的铸坯进行“压缩”,压缩力由拉坯机供给,压缩力可以较大。

(3)弧形连铸机“负滑脱”与水平连铸“反推”不同,前者负滑脱时铸坯受压缩很有限,对金属液无搅动涡流,而水平连铸反推,使铸坯受压缩,这样才能充分补偿铸坯的冷缩拉应力,铸坯表面不易拉裂。由于周期的反推动作会使钢水在结晶器进口段产生剧烈的“涡漩”,从而增强了结晶器的导热性能,而且在“反推”较大时,对铸坯在铜套表面的焊合粘连点有“松脱”作用,以减少拉坯阻力。

由此可见,水平连铸的拉坯技术比弧形连铸的内容要丰富得多。对改善铸坯质量,减少拉坯阻力效果要明显得多。

10.水平连铸是如何实现拉坯的?

对弧形连铸机,凝固开始于结晶器的弯月面,结晶器振动,向下拉坯。对水平连铸机,由于中间包与结晶器密封连结,钢水供应与拉坯方向垂直,拉坯方式就不能按弧形连铸机的办法。

水平连铸钢水凝固开始于与结晶器连接的分离环(BN),钢水从中间包水口流入结晶器首先是与分离环接触,由于分离环的导热形成了凝固壳,如果连续拉坯,从分离环开始沿拉坯方向凝固壳厚度逐渐减薄以致被拉断。如果要使连续拉坯时凝固壳足够厚,能把与分离环接触的凝固拉走,则必须限制拉速在10~30mm/min。这样的拉速在工业生产上是无意义的。为了提高拉速,就必须采用间歇拉坯方式,即在一个拉坯周期内,拉一停一反推一拉。拉之后,停的目的是使坯壳继续增厚,有足够的强度,将整个新的凝固壳从分离环拉走。反推的目的是使凝壳受到机械压缩,以补偿凝壳的收缩量,有利于提高拉速。

拉速主要决定于钢种、铸坯断面、钢水过热度以及拉坯周期(即一个拉坯周期内的拉坯长度、停顿、反推的时间)。如拉速6.0m/min时,拉坯位移量为25mm,时间0.25s;反推2mm,时间0.02s;停顿0.23s。如果铸坯表面冷隔太深,可以减小拉坯行径(如20mm),停顿时间可以减小到0.17s。

拉坯参数对铸坯表面冷隔的焊合有重要影响,应及时加以调整。

11.水平连铸拉坯模式有哪几种?

按拉、停、推组合方式来分,水平连铸拉坯模式有以下几种:

(1)拉一停1一推一停2(单反推式)

(2)拉一推一拉一推(振荡式)

(3)拉一推1一停一推2(双反推式)

单反推式为国外通用(德、英、美)型式,振荡式类似弧形连铸机拉坯方式(日本),双反推式是我国研究反推的作用,创造的一种新式拉坯模式。

12.什么是水平连铸的拉坯曲线?

拉坯曲线是指在“拉坯过程”中的速度图。目前使用较多的有正弦曲线与双折梯形曲线两种,前者波形产生容易,但启铸加速度为最大值,对铸坯凝固前沿铸壳易拉裂;后者启铸加速度小,动载荷小,拉坯工作更可靠,但控制信号波形电路较复杂些。

13.水平连铸拉坯参数有哪些?

拉坯过程中要控制的参数有:拉程(㎜)、反推量(mm)、中停时间(s)、拉程速度(%)、反推速度(%)、平均拉坯速度(m/min)、频率(次/min)。以上参数构成拉坯模式与拉坯曲线,可以显示在操作屏幕上。操作者可以按连铸工艺要求随时进行调节。

14.什么叫水平连铸的拉坯制度?

按不同钢号、不同铸坯断面而确定的拉坯制度包括有:

(1)启铸制度:启铸时间、启铸安全循环,启铸速度及启铸增速规律等。

(2)恢复制度:即接到拉漏信号后,立即进入恢复制度,使拉漏的坯壳恢复,包括有:恢复时间、安全循环恢复速度等。

(3)正常生产制度:正常拉坯参数。

以上各制度汇编成一程序号,储入计算机、编程库中,可以随时调用。

15.水平连铸对“拉漏”是怎样进行监控的,它的效果如何?

在结晶器钢水进入口及分离环、铜套、坯壳的交点上(称为三重点)进行温度测定,即在铜套法兰上插入铠装热电偶如图2所示。

图2三重点温度测定拉漏监控装置

1一水口;2一分离环;3一铍铜套;4一坯壳;

5一热电偶;6一转换器;7一显示器

一旦坯壳拉断,残留在三重点处的断壳被冷却水强烈冷却,三重点处温度急剧下降。此温降信号成为拉漏信号,急报操作者采取恢复措施或输入计算机立即进入“恢复程序”。

此项控制非常有效,它保证了水平连铸有较高的拉成率。水平连铸结晶器无润滑,拉坯阻力大,容易拉漏,有了此项技术后,衡阳钢管厂拉成率经常保持在99%以上。

16.水平连铸坯壳是怎样凝固成型的?

水平连铸中结晶器与中间包直接密封联接,分离环、水口受水冷影响温度较低。因此钢水传热除径向通过铜套壁而被冷却水流带走外,沿轴向经过分离环也将导热。因此钢水首先在分离环处形成三角形断面坯壳,铸坯被周期性拉动后,钢液填入沿旧坯壳方向也将有少量传热凝固成小三角断面坯壳。水平连铸坯壳形成过程参见图3。

图3水平连铸坯壳形成示意图

17.什么叫“冷隔”,它是如何形成的?

所谓“冷隔”是水平连铸机实现间歇拉坯时在铸坯表面上留下的一种缺陷,它是水平连铸坯所特有的。冷隔深度相当于一个拉坯周期形成的坯壳厚度。它在铸坯表面上反复出现。两个冷隔之间距离相当于一个拉坯周期所走的距离,它是与拉速有关的(S=V/ƒ,S拉坯行程,即冷隔间距离mm,V拉速m/min,ƒ频率次/min)。冷隔处常伴随有元素的偏析。

冷隔的形成过程如图3所示。(图a)表示一个拉坯周期形成的完整坯壳。拉坯开始,坯壳从分离环处拉出(图b),钢水流入已凝固坯壳与分离环之间进行凝固结晶,由于分离环与已凝固坯壳的冷却条件不同,钢水从两边结晶速度是不一样的,故两个结晶面在A点汇合。再继续拉坯,两个结晶面都在长大,A点也随之发生移动(图c、d)。当拉坯周期结束时,新形成的坯壳与已有的坯壳之间仍存在A点(图e)。如继续拉就可能在A点处断裂。为此,在拉坯过程中对铸坯实行暂停或反推,可使A点坯壳继续增厚新老坯壳稳固联接。再继续拉坯时,就能把整个新形成坯壳与分离环脱开,又开始下一个拉坯周期。如此反复实现连铸拉坯。这样在分离环处结晶的坯壳在铸坯表面留下了明显的标记叫冷隔。

拉坯频率增加(相当于缩短拉坯周期T=S/ƒ,S为拉坯行程㎜),冷隔深度减小。如频率>100次/min。冷隔深度

如果新旧凝固壳焊合不良,特别是初生坯壳与分离环和结晶器接触的三重点温度过低而导致焊合不良,常产生冷隔裂纹。拉坯频率增加。则冷隔裂纹消失。

18.水平连铸坯质量有何特点?

水平连铸坯表面缺陷常有:(1)表面纵裂:主要是由于结晶器坯壳凝固生长不均匀引起的,采用结晶器电磁搅拌,纵裂有明显的减少。(2)表面冷隔:这是水平连铸坯的特征。采用电磁搅拌,冷隔减轻。冷隔深度小于1.5mm,可完全消除。(3)热裂纹:与冷隔平行的一种横裂纹,它是由于铸坯热收缩集中发生在凝固壳最薄的热点处而引起的。为此,适当加反推以补偿热收缩,可以防止热裂纹。但反推压缩力过大,铸坯表面会产生纵向凹坑。(4)重皮:钢水流入结晶器与铸坯之间间隙造成的。分离环损耗严重,拉、停时间过长,坯壳收缩过大等都可能造成重皮缺陷。

常见的内部缺陷有:(1)铸坯中心有明显的疏松、缩孔和中心偏析。结晶器或二冷区采用电磁搅拌,扩大了铸坯中心等轴晶区,可明显减轻上述缺陷。(2)铸坯清洁度。由于中间包与结晶器的密封连接,钢水不易发生二次氧化,可以得到非常清洁的铸坯。以大颗粒夹杂物指数来对比,立式连铸:100~200μm、1.3,200~500μm、3.8,>500μm、0.5。水平连铸:100~200μm、0.2,200~500μm、1.5。>500μm、0.15。

19.水平连铸一次冷却和二次冷却有何特点?

目前生产上使用的水平连铸机结晶器结构有两种:

(1)一次冷却与二次冷却分开:与弧形连铸机一样,结晶器材质为铜镀Ni或Cr层(厚度100μm),长度一般为700mm(也有500mm),由于结晶器不能用油或保护渣,采用内壁涂二硫化钼(MoS2,15μm厚)作润滑剂,中间包水口与结晶器之间的分离环用氮化硼、或氮化硅和氮化硼的化合物。这些材质具有良好抗热冲击和钢水侵蚀能力。铸坯拉出结晶器后接受喷水冷却。二次冷却区长度一般为4~5m。比水量一般为0.3~0.6L/kg钢。

(2)一次冷却与二次冷却结合在一起,组成一个长结晶器,它由二段组成:1)钢水冷凝段,钢水与水冷铜板直接接触,形成初生坯壳。铜套为铍青铜材质,长约300mm;2)坯壳冷却段,它是由石墨套构成的二次冷却部件,长约900mm,使坯壳逐渐凝固加厚。二次冷却段的水冷板与坯壳四周的接触压力要均等。以保证冷却均匀。

水平连铸这两种冷却方式已在生产上应用,均可得到良好的铸坯质量。

20.水平连铸冷却系统有什么特点?

水平连铸冷却系统的一般要求如水质、水量、事故水等与弧形连铸基本相同外,有以下特点:(1)由于水平连铸采取密封浇铸,结晶器铜套壁面易沉积冷凝水,所以在开浇前结晶器要采用热水循环系统,热水温度约80℃,使铜套温度超过空气露点。开浇时再切换成“冷水冷却”。因此有热水循环系统及其相应的冷热水切换阀门装置。

(2)为了提高结晶器导热性能,结晶器冷却采用“低水量、高水压、高温差”的操作制度,水平连铸与弧形连铸水量在同一铸坯断面相比要少近30%,温差要高一倍(20℃)。水压为0.8MPa要高40%。但水量过低、温差过高将降低铜套寿命,结晶器密封圈易损坏。

(3)结晶器冷却水与设备冷却水均为全封闭循环用水,水处理设备大大简化。

21.保证水平连铸生产主要消耗件的要求是什么?

(1)分离环:我国吸取德国SBN分离环的长处自行开发生产成功,其质量不低于德国、美国产品,其产品市场供应价格只相当于国外价格30%左右,这种分离环使用寿命长,在国内使用的最高记录是一次连铸8h37min,钢水量少时,可以多次连续使用,最高记录曾4次连续使用。

(2)结晶器铜套:水平连铸热传导密度大而且集中于前端,因此这种铜套要有高温强度。铜套的前端又要求与分离环紧密配合,因此在工作过程中要防止铜套热变形,否则分离环与铜套间配合困难而不得不将铜套报废。所以这种铜套抗热变形的能力很重要。铜套使用成功的有两种。一是铍钴铜套,主要成分是:Be0.4~0.2%,Co2.4~2.7%。另一种是铬锆钴铜套。因为铍蒸气对人体有害,机加工时要用湿加工,铍又比较昂贵,铬锆代替铍后,机械性能相差不多,价格要低80%,使用又较方便。

(3)中间包滑动闸板:这种闸板过去采用75%氧化锆,但价格比较贵。最近改用碳锆砖代替,使用效果相当,而价格要低近一倍。

(4)结晶器石墨套:结晶器石墨套要求有较高的耐磨强度及导热性能。质量要求主要是气孔率和密度,气孔率大、密度小的石墨导热性差,使用寿命短。一般要求密度在1.73g/cm3左右,气孔率不大于18%。

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李哲

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