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1、NERCCCT唐钢新型薄板坯连铸结晶器的唐钢新型薄板坯连铸结晶器的设计和运用效果设计和运用效果钢铁研讨总院钢铁研讨总院唐山钢铁公司唐山钢铁公司2006年年11月月19日日2006年薄板坯连铸连轧技术交流会报告年薄板坯连铸连轧技术交流会报告NERCCCT报告内容报告内容1. 薄板坯连铸结晶器技术概略薄板坯连铸结晶器技术概略2. H2结晶器的特点结晶器的特点3. H2结晶器的受力与凝固传热分析结晶器的受力与凝固传热分析4.结晶器的设计改造及运用情况结晶器的设计改造及运用情况5. 论文结论论文结论 NERCCCT1. 薄板坯连铸结晶器技术概略薄板坯连铸结晶器技术概略 薄板坯连铸结晶器是薄板坯连铸工艺
2、的中心关键，也是它区别于薄板坯连铸结晶器是薄板坯连铸工艺的中心关键，也是它区别于传统连铸的明显标志。薄板坯连铸结晶器技术的演化与开展，派生传统连铸的明显标志。薄板坯连铸结晶器技术的演化与开展，派生了多种不同类型的不同类型的薄板坯连铸连轧新技术。如：以漏斗了多种不同类型的不同类型的薄板坯连铸连轧新技术。如：以漏斗型结晶器为中心的型结晶器为中心的CSP消费工艺、以消费工艺、以H2长漏斗型结晶器为中心的长漏斗型结晶器为中心的FTSC工艺、以橄榄球型结晶器为中心的工艺、以橄榄球型结晶器为中心的ISP工艺、以及以平行板结工艺、以及以平行板结晶器为中心的晶器为中心的CONROLL工艺等。工艺等。 NERC
3、CCT采用漏斗型结晶器消费连铸坯的采用漏斗型结晶器消费连铸坯的纵裂纹缺陷纵裂纹缺陷 目前，在薄板坯连铸连轧消费领域中，CSP工艺和FTSC工艺是被广泛运用的采用漏斗型结晶器的典型消费工艺。由于两种漏斗型结晶器构造的不同，在实践消费运用中表现出的特点和铸坯裂纹缺陷也有所不同。CSP工艺铸坯纵裂纹以中碳钢如SS400 为主，低碳钢很少，并且裂纹主要集中在铸坯宽面的1/4处。 FTSC工艺在消费低碳钢如SPHC时，在开浇初期或拉速较低的情况下，铸坯纵裂纹主要发生在铸坯宽面的中心；在浇铸中碳钢时如SS400 ，纵裂纹主要发生在铸坯宽面约1/4宽度处。NERCCCT本文的研讨内容本文的研讨内容 1本文针
4、对目前FTSC薄板坯连铸机消费中所表现出的铸坯缺陷特征，以实践的漏斗型结晶器冷却构造和内腔曲面为根底，经过测定稳定消费条件下结晶器铜板的温度分布，获得了实践消费不同拉速时的结晶器热流分布；并以该热流为边境条件，建立了结晶器内流动传热与凝固的计算模型，模拟计算了漏斗型结晶器内的温度分布与坯壳凝固生长情况；分析了铸坯纵裂纹缺陷构成的机理。 2以上述结果为根据，提出了FTSC长漏斗型结晶器优化设计和改造的方案；并将新型运用于工业实践消费。NERCCCT2. H2结晶器的构造特点结晶器的构造特点1结晶器长度为1200mm；2结晶器铜板上口单侧最大开口度为40mm；3结晶器铜板的漏斗区分为上下两部分，上
5、部高900mm，漏斗区开口度自上而下逐渐变小，由40mm变为8mm；下部高300mm，结晶器铜板一直坚持8mm的开口度。而在结晶器下部的足辊和扇形0段的前5对二冷支撑辊仍坚持鼓肚形，并逐渐转变为平辊。这样就使得漏斗型的过渡区延伸到了约2100mm。4结晶器横截面面上漏斗区由三个不相等的圆光滑衔接，漏斗区与结晶器两侧的平面区域相交而不相切。5结晶器铜板任务面带有1mm镀镍层。6结晶器冷却方式采用打孔的圆管式冷却。NERCCCTNERCCCTNERCCCT3.2 H2结晶器浇铸中碳钢时的热流与温度结晶器浇铸中碳钢时的热流与温度 H2结晶器晶器浇铸中碳中碳钢时，结晶器晶器热流比流比较均匀，但由于均匀
6、，但由于铸坯断面增大，浸入式水口的通坯断面增大，浸入式水口的通钢量加大，出口射流的冲刷使量加大，出口射流的冲刷使中、下部垂直中心中、下部垂直中心线两两侧200500 mm区区间成成为高温区，在高温区，在横向距中心横向距中心300400mm处最大温差超越了最大温差超越了150，并使得坯，并使得坯壳壳变薄。薄。该区域正益区域正益处于漏斗区与平面区的交界于漏斗区与平面区的交界处，平面与，平面与圆弧的不相切必然弧的不相切必然导致致应力的添加，也就力的添加，也就进一步增大了在漏一步增大了在漏斗区的斗区的边缘产生生纵裂缺陷的危裂缺陷的危险性。性。NERCCCT3.3 漏斗型结晶器内腔曲面构造分析漏斗型结晶
7、器内腔曲面构造分析 漏斗型结晶器程度截面上曲线的设计是结晶器设计的一个重要组成部分， 不同薄板坯连铸工艺其漏斗型结晶器程度截面上的曲线构造有所不同。FTSC工艺的H2结晶器上口曲线构造见以下图。特点是采用两种非等圆弧衔接，凸圆半径小于凹圆半径。 H2结晶器上口曲线外形表示图结晶器上口曲线外形表示图NERCCCT 为研讨曲线构造对结晶器内坯壳受力的影响，本文对三种不同圆弧的搭配方式即：R1R2、R1R2、R1R2，建立了Marc软件计算模型，模拟了坯壳在结晶器内的运动情况，确定了不同曲面外形条件下坯壳在结晶器内受力情况，得到坯壳在结晶器内变形分布规律。 NERCCCT在漏斗区底部出口处坯壳外表节
8、点在在漏斗区底部出口处坯壳外表节点在X向的应变分量向的应变分量 X向铸坯宽度方向的应变是直接导致纵裂纹产生的缘由，图中X向的应变分量有正有负，应变在曲面凸凹弧交界处附近改动方向，阐明漏斗型结晶器的过渡曲面弧半径和交界位置对铸坯的变形有很大的影响。在接近中心等效应变值越大，受拉应变，在接近边部是受压变。其中，R1R2时的应变最大，R1R2时应变最小。较大的压应变虽然对铸坯质量不产生影响，但其将影响其它方向应变的添加。NERCCCT在漏斗区底部坯壳外表节点在漏斗区底部坯壳外表节点Z向的向的应变分量应变分量 坯壳在Z向拉坯方向的应变量最大，并且是易使坯壳产生裂纹的拉应变。Z向应变分量沿宽面中心向两边
9、逐渐减小，应变变化速率也趋平缓。R1R2的应变最差，其应变值和应变速率都最大。 NERCCCT 经过三种不同圆弧曲线组合模型的对比，可知R1R2的等圆过渡曲面漏斗型结晶器在减少初生凝壳应力应变方面效果更佳。与其他两个模型相比，该模型应变分布更均匀，应变梯度更小，因此性能更优越。 NERCCCT采用等圆弧或等抛物线曲线的对比采用等圆弧或等抛物线曲线的对比1 减少初生凝壳向下运动过程中的应力应变不断是漏斗型结晶器上口曲线优化设计的目的。本文还对采用等圆或等抛物线组成的结晶器上口曲线进展了分析，得出： 首先在空间位置上，在结晶器漏斗区宽度和最大开口度一定的情况下，等圆和等抛物线组成的空间曲线非常相近
10、，两曲线在空间上的位移偏向最大只需0.05mm。NERCCCT采用等圆弧或等抛物线曲线的对比采用等圆弧或等抛物线曲线的对比2 第二，由于等圆弧曲线与等抛物线曲线在空间位置上相近，其各向的应变分量分布也相近；但与等圆曲线相比，等抛物线曲线明显表现出了应变值大和应变分布动摇大的缺陷。 因此，采用等圆曲线可以较好的满足初生凝固壳在结晶器内受力变形的需求。X方向应变分量Y方向应变分量Z方向应变分量NERCCCT3.3 结晶器漏斗区自有锥度的选择结晶器漏斗区自有锥度的选择 漏斗区自有锥度是指结晶器漏斗区弧线长度比结晶器出口处直线长度大所呵斥的锥度。典型企业薄板坯连铸连轧消费线结晶器自有锥度情况见下表，可
11、以看出：CSP结晶器漏斗区自有锥度普通在0.91.1，即漏斗区自有锥度可以满足漏斗区内坯壳本身凝固收缩的需求。而唐钢FTSC铸机结晶器由于上口铜板最大鼓肚量较小，为40mm，因此其自有锥度仅为0.65%，较小的自有锥度意味着为了改善结晶器内坯壳与结晶器的接触，提高传热效率，必需从窄边对宽面坯壳施加一个向中心的挤压，这也就是FTSC结晶器采用大锥度的根本缘由。 本次我们在新结晶器的改造中，将漏斗区自有锥度提高到了1.0。 企业称号 唐钢 企业B 企业C 企业D 消费线种类 FTSC CSP CSP CSP 最大鼓肚量mm 40 60 50 55 漏斗区自有锥度% 0.65 1.06 0.87 1
12、.04NERCCCT3.4 锥度沿结晶器高度的分布锥度沿结晶器高度的分布 在浇铸低碳钢时，以窄断面为主，结晶器总锥度为 1.73%，结晶器上口锥度为3.5%/m ，下口锥度为0.3%/m ；在浇铸宽断面中碳钢时，结晶器总锥度为 1.89%，上口锥度为3.3%/m ，下口锥度为0.61%/m 。 结晶器上口部分锥度过大是呵斥粘结的主要缘由。浇铸低碳钢时结晶器下口锥度太小或因下口磨损呵斥的锥度丧失，而无法对中心漏斗区坯壳进展补偿是低碳钢消费中“冷结产生的根本缘由。1270mm低碳钢1520mm中碳钢NERCCCT4. 结晶器的设计改造及运用情况结晶器的设计改造及运用情况 4.1 新结晶器的构造特点
13、新结晶器的构造特点 (1) 结晶器上口漏斗区曲线采用半径相等的二个凹圆弧(弧半径R2)和一个凸圆弧(弧半径R1)光滑衔接，结晶器漏斗区曲线与边部直线部分坚持相切过渡，这样有助于减小坯壳的部分应变。 (2) 提高结晶器漏斗区自有锥度，将漏斗区自有锥度设计为1.0%。 (3) 取消原H2结晶器下部8mm深的小漏斗区，新型结晶器下部300mm区域为平面区，结晶器漏斗区缩短为900mm，使铸坯在结晶器内完成最终成型。 (4) 取消二冷支撑辊的漏斗形，二冷支撑辊全部运用平面辊。 (5) 结晶器背板的冷却水槽与新的结晶器外表任务曲面坚持平行。 (6) 热电偶的布置方式及位置与原有结晶器坚持一致。NERCC
14、CT4.2 新结晶器运用时开浇过程的起步拉速新结晶器运用时开浇过程的起步拉速 思索到新型结晶器漏斗区高度降低、自有锥度比原有结晶器大的特点，为了保证开浇的顺利进展，决议提高起步拉速。将起步拉速提高到3.2m/min。以下图描画了典型开浇过程连铸机拉速变化情况。新型结晶器起铸平稳，阅历大约170s的时间后，到达3.2m/min的起步拉速。在整个新结晶器的运用过程中，起步都未出现异常事故，阐明新结晶器可以满足现有铸机消费工艺的要求。 NERCCCT 对粘结漏钢事故的准确判别和处置后的再起步是FTSC结晶器的一个宏大优势。以下图为运用新结晶器时典型粘结事故发生的拉速变化。当发生粘结时，结晶器铜板的温
15、度异常变化并导致铸机粘结漏钢处置程序启动，拉坯速度马上降低至0。随后连铸机自动按照粘结处置的计算机程序执行再启动、恢复浇铸。在整个结晶器试消费过程中，一切的粘结都得到了胜利恢复。由此可见，新型结晶器完全可以满足了铸机原有的漏钢预告与粘结处置功能，并对低拉速有较好的顺应性。4.3 粘结事故发生与处置粘结事故发生与处置NERCCCT4.4 新型结晶器对钢种和铸坯断面的适用性新型结晶器对钢种和铸坯断面的适用性 上表所示为采用新型结晶器消费SPHC、SS400、SS490和Q345B等4个钢种的情况。可见，新型结晶器对于钢种和铸坯断面具有良好的顺应性，可以消费不同铸坯断面的低碳类和中碳类钢种。 NER
16、CCCT4.4 新型结晶器的运用寿命新型结晶器的运用寿命 上表所示为消费考核阶段新结晶器镀层一次运用寿命的考核情况。从表中可以看出：有镀层的结晶器的浇钢总炉数为326炉，浇钢量大约为54200吨，与唐钢原有结晶器的运用寿命相当。 NERCCCT4.5 铸坯质量铸坯质量 唐钢原有结晶器在消费冷轧基料SPHD钢种时，铸坯纵裂纹或结晶器漏钢事故的发生频率较高，采用新型结晶器后，铸坯质量得到了大幅度的提高，表如今两个方面：一是头坯根本消除了铸坯纵向裂纹；二是在铸坯的宽面上的纵向裂纹大幅度降低。新型结晶器在低碳钢的浇铸实验中，浇钢炉数为221炉，仅在结晶器寿命到达极限时出现了1炉细微纵裂。 因此可以以为
17、，新型结晶器在消费低碳钢时的铸坯合格率大幅度提高。NERCCCT5. 结论结论 1在分析研讨H2结晶器构造特征的根底上重新设计了新型结晶器。它坚持了原H2结晶器热流低、变形应力小的优点；并且具备在结晶器内完成铸坯最终成型的特点。 2新型结晶器可以适宜于唐钢FTSC薄板坯连铸机的正常消费，运用寿命到达了原进口结晶器铜板的程度； 3与现有结晶器相比，运用新型结晶器具有消费的铸坯质量好、钢种顺应性强、浇铸初期的铸坯纵裂少、结晶器温度均匀等优点。 4新型结晶器取消了足辊段的漏斗外形，将二冷支撑辊由凹面辊改为平面辊，使之易于加工制造；同时简化了开浇和收尾坯的操作工艺，防止了由于操作过程复杂带来的铸坯裂纹和漏钢事故的发生等问题。NERCCCT 欢迎各位指点和专家指正！
