多断面方坯连铸机设计及生产实践

赵莹娜

摘要：连铸机作为铸造工业中重要的设备，其主要功能是通过浇铸工艺，将高温的钢水铸成具备一定尺寸规格与断面形状的铸坯。本文针对多断面方坯连铸机在铸造工业中的实际需求，从实际设计与生产实践两个角度进行深入探索。所设计的连铸机拉速生产高，作业效率与铸坯质量大大提升，为此类连铸机的设计与实践改造提供重要经验。

关键词：多断面方坯连铸机;设计;生产实践

由于市场竞争激烈，钢厂对连铸机的适应性要求不断提高。生产大跨度、低中高碳钢种、多断面的钢坯成为连铸机的行业新需求。同时，连铸机的最终产品订单往往会导致在生产中断频繁更换断面，对有效工时产生影响，限制其生产能力。因此，在设计环节需要综合考量实际生产需求，并科学设计多断面方坯连铸机。

1.多断面方坯连铸机的设计分析

1.1设计二冷区的全长

根据冶金标准，一般二冷区喷水的全长介于冶金长度的40%到65%之间，铸坯表面对应的冷却速度为200℃/m以下，温度回升是低于100℃/m1。就高速生产的工艺而言，铸坯质量的提升不能仅仅靠二次冷水的强度调节。这在品种钢中表现的尤为明显，对此需要更长的二次冷却长度，对铸坯表面的温度回升进行控制。张凤新研究显示，在高速连铸机中，二次冷却的全长不足，二次冷却后的铸坯未经水冷覆盖，表面温度将大大提升，方坯连铸机的二次冷却全长介于7200到7300mm之间，各设计公司在具体设计中会略有差异。

本次设计选用的连铸机二冷却区全长为7685毫米，比目前的主流设计更长。分为4区：全水冷1区、2区，气雾冷却3区、4区。要同时考虑普通碳钢的高速钢生产和特种钢的低速生产。此外，把二次冷的4个区细化，分为4个区和14个扩展区。制造小断面普通碳素钢和高拉拔速度的低合金钢时，打开二次冷却4区扩展区。制造大断面的高碳钢与优质特殊钢时，拉拔速度会较慢，关闭二次冷却4区扩展区。

1.2二次冷却不同区的比水量与分配比

由于铸坯的横断面具有较大的跨度，钢材的种类涵盖低碳钢、中碳钢、高碳钢，凝固端不同于温度回升的物理特性，所以多断面方坯连铸机对应的比水量范围很广。在本次设计当中，设置每个区的分配比，关闭4区扩展区时为0.33、0.39、0.19、0.09，打开4区扩展区时为0.35、0.39、0.12、0.14，比水量在0.3至1.2L/kg的范围内。经实际生产验证，铸坯表面无质量上的缺陷，具有良好的内在质量。

1.3设计喷嘴的快换装配

用于传统多断面连铸机的二次冷却喷淋设计，通常每断面具有多个或一个的喷淋条。如果断面更换，则应调整或更换喷淋条，并固定在喷淋条调节支架上的不同定位孔上，但圆弧度和中精度较差，难以适应紧凑的生产节奏。嘴快换装配的设计，用于满足严格的工艺要求与生产节奏。二冷喷淋条在固定与调整之后。如果再改变断面，只需喷嘴在线更换。

图1为二冷区中全水喷嘴的装配图。所有断面都设计一套外圆弧、内圆弧与左右侧接管，并在接管上印上断面标记。内外圆弧接管通过计算长度来确定内外边弧对应的铸坯表面与全水喷嘴的距离，左右接管设计形状为Z字形，不仅应调整左右喷嘴因断面不同高度而产生的变化，调整铸坯的两侧表面与喷嘴之间的间距。断面更换时，每根连管在线下装配全水喷嘴，线上仅需直接替换。

1.4生产中电磁搅拌的工艺参数与位置设计

在设计连铸机时，进行凝固模型计算得到7.4m与9.2m等两个各断面生产拉速的安装位置。然而，面对实际生产中，特种钢企业频繁换断面的情况，电磁搅拌末端位置的每一次调整，都会对生产节奏产生重大影响。优化电搅拌与二次冷却的工艺参数后，综合考虑不同断面的位置情况，确定弯月面的9.2m为最佳位置，其对应的冶金效果良好。相应的中心固相比为0-0.1，这和王波研究提出的使用0-0.2的中心固相比相契合，其可以適应多种钢种，提高控制中心的偏析效果。

2.多断面方坯连铸机的生产实践

2.1铸机的日均产量实践

改造后，一号连铸机的连铸坯日均产量从最初的3400吨，提高到4100吨，可进行60Si2Mn等优质特钢和磨球等高碳钢的生产。连铸机投产以后，每年产量维持在144X10+t左右，生产过程中断面频繁更换，但断面生产稳定的情况下，生产量仍将不断提升，主要设备可靠、稳定地运行。设备性能与工艺参数的设置可契合不同钢种与不同断面的生产要求。生产出的铸坯表面质量与性能良好，无瑕疵。

2.2连铸机不同断面的生产拉速实践

设计连铸机的一个关键要求是，在每个工断面中实现更高的生产拉速，以解决因高炉产量增加而导致的钢产量增加与铁水过剩等问题。但冷却水量过少，冷却强度就会下降，影响生产拉速。因此实践中，将冷却水进出水口与出口水温的温差控制在适宜的范围之内。为实现均匀的坯壳厚度，生产过程中结晶器保持恒定的进出水温差与冷却水量，水压也控制在合适的范围内。为防止而冷水水隙之间出现间歇沸腾，增加水压，同时降低水隙以增加水流量，减少由于过热变形导致的铸坯变形与缺陷。本次测得的比水量为0.4L/kg，拉速为1.3m/min。从低倍检验铸坯结果来看，铸坯的中心疏松与偏析均符合行业内标准，不存在内裂与无缩孔等质量缺陷。

结束语

通过合理设计多断面方坯连铸机，将电磁搅拌的末端位置固定在弯月面的9.2m左右的位置，每个断面所有钢种的生产都具有较好的冶金效果，通过与生产实践结合发现，主要设备可靠、稳定地运行，设备性能与工艺参数的设置可契合不同钢种与不同断面的生产要求，生产出的铸坯表面质量与性能良好，无瑕疵，符合行业内标准，不存在内裂与无缩孔等问题，拉速生产高，作业效率与铸坯质量大大提升。

参考文献：

[4]陈玉亮，张文，张愉等.多断面方坯连铸机二冷喷淋系统设计优化[J].炼钢，2018，（6）：53-56.