大圆坯连铸机的设计特点及装备水平

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1、大圆坯连铸机的设计特点及装备水平　　【摘要】本文主要介绍了中冶京诚（CERI）自主设计的大圆坯连铸机的设计特点，保证铸坯质量所采取的技术措施、装备水平等。连铸机所采用全程无氧化保护浇注、大容量中间罐、结晶器技术、结晶器液压振动装置、电磁搅拌技术、二冷动态控制及铸坯保温措施、铸坯导向支撑、连续矫直及拉矫机、过程检测及自动控制技术，确立了中冶京诚（CERI）在大圆坯连铸机自主设计研发领域的国内领先地位。　　【关键词】大圆坯连铸设计特点装备水平中冶京诚　　1前言　　由于连铸技术具有显著的高生产效率、高成材率

2、、高质量和低成本的优点，近年来我国的连铸技术在成熟生产技术的应用、新技术的开发、应用基础研究等方面都得到了迅速发展。　　随着石油、化工、铁道等行业的发展和连铸圆坯对后续加工的独特优点，市场对高质量大断面连铸圆坯的需求强劲增长。　　中冶京诚（CERI）在大圆坯连铸机的核心技术领域取得了突破性进展，为用户提供了具有自主知识产权的结晶器液压振动、结晶器漏钢预报、动态二冷控制等核心技术和设备。　　2008年12月，中冶京诚自行设计并制造的弧型半径R14m的Φ600mm大圆坯连铸机一次性热试成功，标志着我国自主

3、开发大断面圆坯连铸机的里程碑；2009年5月，江阴兴澄特钢厂弧型半径R17m的Φ6800mm的大圆坯连铸机一次热试成功，成为世界上直径最大的圆坯连铸机；次年10月，Φ900mm大圆坯热试成功，把记录再次扩大；2011年，Φ1000mm连铸圆坯研发成功，再次刷新了记录，标志着我国大圆坯连铸技术水平进入了国际先进水平行列。　　2连铸机设计特点及装备水平　　连铸过程是一个钢水连续填充、连续凝固的过程，铸坯要经历三个冷却区：结晶器冷却区、二次冷却区和空冷区。在这个过程中，热量（包括过热、潜热和显热）通过传导、

4、对流、辐射的传输方式传递出来，钢从液态钢水转变为固态坯料。　　2.1全程无氧化保护浇注　　钢水的合金元素极易与空气中的氧反应生成氧化物，形成钢水的二次污染。采取如下保护浇注工艺，可以防止浇钢过程的二次氧化：钢包和中间罐之间采用长水口保护浇注；钢包滑动水口与长水口连接处吹氩气密封；中间罐和结晶器之间采用整体式浸入水口；中间罐内采用保护渣或覆盖剂；结晶器内采用保护渣浇注等。　　2.2大容量中间罐　　采用优化设计的T型中间罐内形有最佳的流场分布，同时也便于档渣墙、堰的砌筑；大容量中间罐内钢水有足够深度保证夹

5、杂物有充分的上浮时间和更换钢包时钢水液面的稳定。6　　中间罐称重系统与钢包滑动水口连锁，保证浇注过程中中间罐钢水液面高度稳定；涡流液面检测系统和塞棒伺服系统闭环控制，实现结晶器钢水液位自动控制，改善铸坯表面质量；采用中间罐连续测温技术，确保连铸机生产稳定，提高铸坯内部质量。　　2.3结晶器技术　　在结晶器设计上，采用内表面镀硬铬的管式结晶器和2排足辊支撑装置。结晶器冷却水采用快速连接板方式自动连接。针对大断面圆坯凝固收缩特点做了如下研发工作：　　（1）选择最佳的水缝结构和铜管的支撑方式，通过温度场计算

6、和分析，选择最佳的冷却水量，使铜管上下的温度分布更加均匀，最大温差控制在2～6℃以内；　　（2）采用高刚度的结晶器水箱设计，使铜管在全长范围内获得有效的固定支撑，确保浇注过程中足够的稳定性，以获得最佳的铸坯表面质量；　　（3）结晶器铜管采用捏合抛物线锥度以适应铸坯的收缩，使铸坯在结晶器内达到最佳的冷却并形成最佳的坯壳厚度；　　（4）结晶器铜管内表面采用镀硬铬技术，提高铜管的使用寿命。　　2.4结晶器液压振动装置　　结晶器液压振动装置由内、外弧两个单独立的振动单元和一个振动底座组成，其振幅为0～±7.5

7、mm、频率30～350cpm、非正弦系数可在0～0.4之间内调整。通过在线调整液压振动参数可控制负滑脱时间在最佳范围之间，改善铸坯表面振痕深度，提高铸坯表面质量，改善结晶器润滑，减少漏钢。该装置技术的先进性及特点如下：　　（1）采用计算机仿真和有限元方法进行优化设计，保证系统长期稳定运行；　　（2）采用无磨损设计，无易损件和润滑点，维修工作量小；6　　（3）采用高精度的预应力板簧导向，各向的偏差小（≤0.10mm）；　　（4）可在线根据拉速变化自动调整振幅、频率；　　（5）通过设定非正弦系数，获得正弦

8、和非正弦振动波形；　　（6）工作过程中动态监视振动参数；　　（7）对坯壳与铜管之间的摩擦力监测及润滑状态分析；　　（8）安装方便，不需要额外的调试。　　2.5电磁搅拌技术　　对大断面圆坯，为了尽可能获得稳定优良的冶金效果，改善铸坯的表面质量和内部质量（中心疏松和偏析），连铸机基本都配置了结晶器电磁搅拌系统（MEMS）和凝固末端电磁搅拌系统（FEMS），部分连铸机还配置了铸流电磁搅拌系统（SEMS）。其中，铸流电磁搅拌和末端电磁搅拌位置可根据浇注断面的不同