南阳汉冶特钢特厚板坯连铸机新型导向系统

田 进，王西林，迟凤志

(中国重型机械研究院股份公司 陕西 西安 710032)

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南阳汉冶特钢特厚板坯连铸机新型导向系统

田 进，王西林，迟凤志

(中国重型机械研究院股份公司 陕西 西安 710032)

介绍了南阳汉冶特钢3号厚板坯连铸机铸流导向系统设备的结构特点，对厚板连铸机和传统连铸机铸流导向系统设备的结构进行了对比分析。通过分析厚板连铸的工艺特点，结合厚板连铸的实际工况，介绍了辊列设计和设备设计中的解决方案和实际应用效果。汉冶特钢厚板坯连铸机投产以来运行稳定，设计的效果在生产中得到了验证。

特厚板坯连铸机；刚度；大压下量压下；辊子冷却

0 前言

南阳汉冶特钢有限公司3号板坯连铸机于2011年5月19日热试车投产，该铸机立足国内设计制造，由中国重型机械研究院股份公司负责设备设计，铸坯规格420 mm×2700 mm。3号板坯连铸机的投产使南阳汉冶特钢一跃成为国内仅有的几家能够生产400 mm厚度特厚铸坯的钢铁企业之一。特厚板坯可以直接轧制保证性能和内部探伤要求的合格特厚钢板，满足核电、船舶、大型桥梁结构等行业的钢材需求，改变了过去由模铸钢锭轧制特厚钢板的工艺流程。铸流导向系统作为连铸机的本体设备，对保证铸坯的表面和内部质量起着关键性的作用。

1 铸流导向系统的功能

作为连铸机的重要组成部分，铸流导向系统包含直线段、弯曲段、扇形段。

直线段布置在结晶器下方，对出结晶器的凝固坯壳进行支撑，防止铸坯产生鼓肚变形并对铸坯起导向作用，同时对带液相铸坯的内、外弧表面进行强制喷水冷却，使铸坯坯壳不断加厚。

弯曲段布置在直线段下方，对出直线段的凝固坯壳进行支撑，防止铸坯产生鼓肚对铸坯起导向作用，并对带液相铸坯的内、外弧表面进行强制喷水冷却，使铸坯坯壳不断加厚。

扇形段区域布置在弯曲段之后，直到一次切割前辊道为止。它的主要功能是：①引导从弯曲段拉出的板坯，防止铸坯坯壳在钢水静压力下产生鼓肚变形。同时对带液芯的铸坯进行气—水雾化冷却，使铸坯在二冷区完全凝固；②通过布置在各扇形段上的驱动辊将铸坯拉出并矫直；③引导输送和夹持住引锭杆以便进行浇注和拉坯。

2 导向系统结构特点

连铸机主半径达到12 000 mm，钢水静压力较常规连铸机大得多，铸坯厚度大导致铸坯容易出现中心疏松、中心偏析等内部缺陷，影响钢板的轧制质量。特厚板连铸机智能导向系统在设计时，考虑这些不同于常规连铸机的特点，对设备结构进行了针对性的设计，使设备能够适应特厚板浇铸的实际工况，满足工艺要求。

2.1 直线段的设计

直线段是将常规弯曲段的直线部分单独成套制造，设备重量轻，方便设备起吊更换。汉冶特钢3号机直线段长度达到2 540mm，利于夹杂物充分上浮，直线段结构如图1所示。

2．2．1 所获病例的Apgar评分构成比 所获265份病例中，重度窒息组中，生后1min Apgar评分为1分、2分和3分的分别有2例（0．8%）、3例（1．1%）和27例（10．2%）；轻度窒息组中，生后1min Apgar评分为4分、5分、6分和7分的分别为11例（4．2%）、19例（7．2%）、56例（21．1%）和120例（45．3%）；而对照组中，生后1min Apgar评分为8分和9分的分别有25例（64．1%）和2例（5．1%）。

图1 汉冶特钢直线段Fig.1 The straight region of Hanye special steel

直线段布置了6对Φ170 mm辊子，辊身长2 800 mm，为4分段结构，采用SKF的CARB轴承，提高了辊子的承载能力。直线段内外弧框架采用螺栓夹紧式结构，上部两侧的耳轴固定在振动墙的支架上，下部两侧的限位槽固定在弯曲段顶部的导向板中，可上下滑动。直线段的下部设计有水气介质配水盘，当直线段安装就位后，水气介质自动接通。

2.2 弯曲段的设计

弯曲段采用10点弯曲，两相界最大弯曲应变控制在0.13%，两相界最大综合应变≦0.3823%，均小于允许值0.4%，减少了铸坯的弯曲裂纹。弯曲段采用细辊密布，在有效控制辊子错位应变的基础上将铸坯的鼓肚应变控制到最小，减轻了设备负荷。

相比较常规连铸机，由于将直线段独立成套，分解了设备重量，便于起吊更换，同时弯曲段的长度缩短，提高了设备的变形刚度，弯曲段结构如图2所示。

图2 汉冶特钢弯曲段Fig.2 The bending zone of Hanye special steel

2.2.1 框架的设计

厚板坯的弯曲力大，再加上冷坯头通过时的过载荷，因此弯曲段内外弧框架设计时采用了液压缸夹紧方式，这样不但提高了设备的承载能力，保护了设备，而且实现了辊缝远程调整，节省了辊缝调整时间，确保了连铸机的安全运行及作业率。

弯曲段上部两侧的耳轴固定在振动墙的支架上，下部两侧的两个耳轴放置在二冷段基础框架顶部的鞍座上，可上下滑动。弯曲段框架的下部设计有水气介质配水盘，当弯曲段安装就位后，水气介质自动接通。

2.2.2 辊子的设计

2.3 扇形段的设计

汉冶特钢3号机扇形段采用细辊密布，在有效控制辊子错位应变的基础上将铸坯的鼓肚应变控制到最小，减轻了设备负荷。同时，细辊密排减小了辊间距，在框架设计时，由于主要承力钢板的间距缩短，提高了整个框架的机械刚性和承载能力，为有效的支撑铸坯及实施轻压下提供了可靠的设备承载能力。

矫直段采用10点矫直，使矫直区两相界最大矫直应变控制在0.10%。，两相界最大综合应变≦0.3453%，小于允许值0.4%，减少了铸坯的矫直裂纹。铸坯凝固终点位置位于矫直终点以后，铸坯在通过矫直区时是带“液芯”矫直，而不是全凝固矫直，矫直应力及扇形段设备的载荷下降了40%～50%，有利于机械设备的优化设计。

2.3.1 框架的设计

特厚板连铸机钢水静压力增大以及板坯宽度的增加给扇形段带来了更大的鼓肚力，铸坯通过矫直区时，由于厚度的增加，设备需要克服更大的矫直反力。此外，由于坯壳厚度显著增加，常规的轻压下已经不能有效地改善铸坯的中心疏松缺陷，必须对铸坯凝固末段实施大压下量压下，所需的压下力也大幅提高。由于铸坯宽度达到2 700 mm，扇形段外形庞大，夹紧油缸支撑点距离加大，也降低了设备的刚度。

为保证设备的刚度满足工艺要求，同时优化设备重量，降低制造成本，对扇形段本体的焊接框架结构，利用Ansys软件进行了上机计算，要求框架在拉坯时的变形量不影响辊子的开口度，达到工艺要求的设备刚度，汉冶特钢扇形段框架有限元计算结果如图3所示。通过软件分析，对框架主要承力钢板的厚度和高度进行了优化，使框架在重量优化的前提下，仍能对铸坯进行有效的支撑，并能实施大压下量压下，从而减少铸坯中心疏松和缩孔等缺陷，提高铸坯的内部质量。

图3 汉冶特钢扇形段框架有限元计算结果Fig.3 The result of FEA for segment frame

通过实际生产的验证，钢种460C，断面规格350 mm×2100 mm，在扇形段9、10实施轻压下，压下量2.9 mm、2.4 mm，保探伤板材厚度120 mm；在扇形段9、10、11实施大压下量压下，压下量5.3 mm、3.5 mm，保探伤板材厚度达到140 mm。

2.3.2 辊子的设计

扇形段的辊径为Φ230 mm～Φ280 mm, 辊身长2 800 mm,弧形段的辊径为3种规格，避免了因辊径相同引起的液面波动现象。自由辊的结构采用了四分段型式，是两个2分段芯轴式单元，安装时只用装配两个芯轴式辊子的组合方式，这种结构在方便安装的同时，提高了辊子的强度和刚性。

图4 扇形段导辊水流路径示意图Fig.4 The cooling route for segment roller

扇形段导辊的冷却方式为新型的冷却形式，水流路径如图4所示，冷却水的流动路径为芯轴-辊套-芯轴，冷却水从芯轴分三路进入到辊套，每路在辊套内通过S形连通三路径向冷却孔后，再汇合到芯轴中。自由辊的两段芯轴单元之间通过专门设计的不锈钢水套使水路接通。这种新的冷却方式扩展了冷却范围，使辊子冷却水更靠近辊子表面，提高了冷却效率，当浇铸特厚铸坯时，辊子长期低拉速运行也能得到充分冷却，使辊子拉热坯时的机械性能提高，提高了堆焊层的耐磨性，延长了辊子的使用寿命。3号连铸机投产至今，扇形段导辊已上线生产4年多，基本没有因为辊面磨损龟裂而进行辊子修复的现象。

2.4 二冷喷淋水设计

由于铸坯厚度几乎是常规板坯的2～3倍，在铸坯凝固过程中就会需要更长凝固时间，因此拉速和二次冷却强度的确定不同于常规板坯连铸。如果拉速高，二次冷却强度大，会导致在二冷区铸坯内部温度梯度大，影响铸坯凝固组织，促进柱状晶生长，凝固末端由于柱状晶的“搭桥”使得中心偏析、疏松、缩孔加重，同时，柱状晶的发达还会降低铸坯凝固组织的等轴晶率，影响合金钢的性能指标。

针对特厚板钢种凝固过程的特征分配各区水量，创新性地突破传统概念中弱冷方式的极限，通过合理配水，确保铸坯在通过矫直区域时表面温度大于900～950 ℃(示浇铸钢种高温力学性能而定)，避开“脆性口袋区”，有效防止板坯表面因冷却不当出现矫直裂纹。

喷嘴布置的设计中，意大利达涅利公司采用管路幅切且各幅切支路水量不可调，奥地利奥钢联公司采用液压式喷嘴升降无极调节喷淋宽度(实际生产喷淋架升降会有卡阻现象且喷嘴高度变化太大时对冷却效果有影响)，3号连铸机的喷嘴布置根据铸坯浇铸宽度对二冷水喷水宽度采用管路幅切且各幅切支路水量可调的方案，设备结构简便，冷却效果稳定，精度可控，操作方便。

3 结束语

南阳汉冶3号厚板连铸机投产以来，共生产合格特厚铸坯约100万t，铸坯表面横裂纹、中心疏松等缺陷率低，铸坯合格率稳定在98%以上。保探伤一级轧制板材厚可达120～150 mm，保性能轧制板材厚可达150～200 mm，改变了以往生产120 mm以上特厚板材采用600 mm以上大铸锭的生产方式，节约了能耗。南阳汉冶3号厚板连铸机的成功投产扩大了我国厚板坯连铸的规格范围和应用范围，在高效、节能、减少设备投资、加强环境保护等方面具有显著的意义。

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The new smart strand guide system of thick slab continuous casting machine of Nanyang Hanye special steel Co.,Ltd.

TIAN Jin, WANG Xi-Lin, CHI Feng-zhi

(China National Heavy Machinery Research Institute Co., Ltd., Xi’an,710032,China)

This paper introduced the structure characteristics of the 3# thick slab strand guide system equipment of Nanyang hanye special steel Co., Ltd., it compare the structure with traditional casting machine. Solutions and actual application effect of roller-layout design and equipment design, is introduced through analyzing the process characteristics, according to the actual working condition of slab continuous casting. It shows that the thick slab casting machine run steadily, which proved the design in production.

thick slab continuous casting machine; rigidity; large reduction; roller cooling

2015-10-12；

2015-11-28

田进(1975- )，高级工程师，主要从事连铸设备的设计研究工作。

TF777.2

A

1001-196X(2016)02-0011-04