2013-4-25特殊钢超大断面方坯连铸先进工艺装备研发与应用

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1、特殊钢超大断面方坯连铸先进工艺装备研发与应用中冶连铸技术工程股份有限公司1简介当前，我国钢铁工业已进入结构调整和转型发展的关键阶段，过去那种依靠简单的大规模扩张来获取利润的方式已无法解决微利时代的问题，因此特殊钢有望迎来前所未有的发展机遇，特殊钢是重大装备制造和国家重点工程建设所需的关键材料，主要应用于动力机械、能源装备、化工装备、海洋工程设施等方面，代表了一个国家的工业化发展水平。世界产钢大国在钢产量达到一定规模后，发展的共同点就是优、特钢比重上升，发达国家各主要产钢大国的特殊钢产量，已占到钢材总产量的10%～45%，而我国仅为6%左右。国外特殊钢生产企业，除生产

2、少量用于特殊用途的钢种时仍采用模铸工艺外，其它绝大部分都采用连铸工艺生产，部分企业的特殊钢连铸比已达90%以上，但我国特殊钢连铸比只有61.17%，特钢行业正在向铸机多功能、控制技术集成、生产低成本、铸坯高质量方向发展。随着我国连铸装备设计制造水平的提高，中冶连铸技术装备已实现了从最初的追随国外先进技术到自主创新的飞跃，部分国产装备的技术水平已经达到了国际领先水平，不仅在替代进口方面功不可没，而且代表了相关技术的发展方向，实现了专业“引领”。由中冶连铸自主设计、制造、安装的新冶钢（原大冶特钢）410mm×530mm四机四流合金钢大方坯连铸机，是国内最大断面方坯连铸机

3、，自2011-5-16日热试以来，已成功浇铸2600多炉、29万吨钢水，产品涵盖400多个牌号的特殊钢，包括合金结构钢（40CrMnMo、40Cr、SAE4140）、弹簧钢（60Si2Mn、58SiMn）、齿轮钢（20CrMnTi、16MnCrS5、SCM420）、轴承钢（GCr15、GCr15SiMn）、不锈钢（H13）、高压锅炉管（15CrMoG、SAE4130、12Cr1MoVG）、低碳高合金钢（T91、T22、P11）等。其中，不锈钢H13由于合金含量高、硬度强、矫直难度大，以往都是采用模铸生产，通过技术攻关，针对困难一一制定应对措施，使得H13模铸工艺改连

4、铸工艺一次试制成功，有效提高了H13的成材率和产量，为新冶钢降本增效和抢占市场份额打下坚实的基础。本铸机集成国内外最先进的连铸新技术，包括：1.水模拟和数值模拟试验优化中间包内腔结构（带感应加热）；2.高效多锥度结晶器，满足不同钢种凝固收缩特性；3.自主开发的优化辊列设计模型，确保铸坯断面几何尺寸和精度；4.连续矫直技术，避免矫直裂纹；5.结晶器和末端组合电磁搅拌技术，改善铸坯表面和内部质量；6.双单元板簧导向非正弦液压振动技术，优化振痕深度，改善铸坯表面质量；7.自主研发的二冷动态配水和凝固末端轻压下控制模型；8.远程辊缝动态控制系统：包括具备轻压下功能的拉矫机，

5、自动化控制系统、动态轻压下控制模型；9.铸坯质量跟踪系统，最终为生产工艺流程优化和轧材产品质量的诊断提供强有力的支持。中冶连铸不仅拥有先进、可靠的铸机硬件设备，还具备自主研发的高效连铸结晶器、辊列设计、二冷动态配水、动态轻压下、质量跟踪系统等提升铸坯质量软实力，通过多个新工艺、新技术系统集成，整体提升铸坯质量，为客户带来可观的经济效益。表1铸机基本参数铸机类型全弧型弧半径16.5m矫直方式连续矫直流数4断面规格425mm×530mm拉速0.38～0.54m/min拉矫机台数11台定尺长度4～6m图1拉矫机布置2铸机主要设备设计特点2.1中间包内腔结构设计轴承钢、弹簧

6、钢、齿轮钢等钢种对钢中夹杂数量和粒度有严格的要求，且在浇注过程中，要求中间包内钢液的温度波动尽可能小。中包内腔结构设计带湍流器、挡墙（带导流孔）、挡坝等控流装置，中间包内形成两个流动状态完全不同的区域：注流区和分配区，有利于中间包流场的合理分布。通过多个试验方案的水模型实验和数值模拟计算比较，选择最优化的内腔结构，改善中间包内钢液的流动状态和分布，从而达到均匀温度以及使钢液中非金属夹杂物充分的上浮去除，满足提高铸坯质量和连铸工艺顺行的要求。实际冶金效果：不带感应加热装置的中间包浇注钢种40Cr，浇注过程中第1流（侧边）与第2流（中心）水口内钢水实测温度最大温差为4℃

7、，连浇八炉后中间包内的控流装置完好无损，且中间包钢液中T[O]约为10×10-6。图2中间包水模试验和数值模拟计算2.2结晶器铜板设计结晶器锥度设计原则是:在浇铸时,高温变形下的结晶器壁面应和收缩的坯壳表面贴合在一起。采用自主研发的专用软件设计多锥度型组合板式结晶器，提高冷却效率，满足不同合金钢铸坯的收缩特性，降低拉坯阻力，四个面铜板背面水槽通水冷却，结晶器铜板通过背板固定在内外弧水箱和窄面支撑板上，有利于铜板的快速更换。结晶器铜板上固定的钢丝螺套采用不锈钢材质。铜板采用Cu-Cr-Zr材质，内表面镀Ni-Fe，提高结晶器铜板使用寿命，结晶器维护工作量小。图3结