【摘 要】
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以高拉速为主题内涵的高效方坯连铸技术,实现了连铸—大型转炉生产节奏的合理匹配,大幅提高了生产效率,可减少铸机流数,显著降低基建投资与生产成本,还能增加铸坯显热的利用,起到节能减排的目的,倍受各界青睐。当前我国普通建筑用钢常用150mm× 150mm方坯连铸拉速一般在2.8～3.5m/min之间,与国外先进水平之间尚有一定差距,其难点在于随着拉速的提高,漏钢、脱方、鼓肚等机率大大提升。高拉速的实现是
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以高拉速为主题内涵的高效方坯连铸技术,实现了连铸—大型转炉生产节奏的合理匹配,大幅提高了生产效率,可减少铸机流数,显著降低基建投资与生产成本,还能增加铸坯显热的利用,起到节能减排的目的,倍受各界青睐。当前我国普通建筑用钢常用150mm× 150mm方坯连铸拉速一般在2.8～3.5m/min之间,与国外先进水平之间尚有一定差距,其难点在于随着拉速的提高,漏钢、脱方、鼓肚等机率大大提升。高拉速的实现是一项集工艺、装备、生产操作与自动化控制于一体的综合性技术。本文通过自主开发的结晶器锥度设计软件仿真计算出150mm× 150mm断面铜管出口处单侧坯壳收缩达到0.773mm,铜管热面中心最大膨胀位移为0.228mm,最大气隙量为0.817mm,从而对双曲线型铜管锥度进行修正得到最终的理想锥度曲线,开发出的梅花型结晶器铜管上部为四边凸形,中下部收成矩形,保持双曲线锥度设计,角部分离距离呈线性增加,实现了高拉速小方坯结晶器铜管内腔结构的合理设计,解决了坯壳与铜管间的不均匀接触的难题。详细介绍了结晶器铜管温度测量试验方法、步骤,采用自主开发的铜管温度在线采集系统测得B钢厂方坯结晶器铜管宽面中心、厚度1/2处温度与ANSYS三维有限元模型模拟仿真结果基本吻合,平均误差率小于6%。生产过程实测结果表明结晶器铜管温度场是不稳定的,各点温度都在做非周期性的起伏变动,其中弯月面区域温度波动较大,铜管下部温度波动小些。结晶器内同一高度横截面上温度分布不均匀:振动装置偏摆量越小,铜管四面的温度越均匀;拉速越快,铜管四面温度不均匀倾向越大。浇铸钢种碳含量越低,则铜管温度越高:以距弯月面250mm处铜管各面测温结果为例,生产XGL低碳钢时铜管各面温差在60-70℃范围波动,而HRB400及HPB300等中碳钢在20-30℃范围波动。采用3.5m/min拉速生产HPB300钢种时,梅花型铜管各处温度要高于传统铜管,证明其换热效率更高。利用测温试验获取的大量铜管温度数据,根据非线性反算模型迭代求解得出高拉速时较为准确的第二类界面传热边界条件,采用ANSYS建立真正符合现场实际的三维有限元模型对小方坯高拉速时结晶器铜管传热的进行仿真分析:随着拉速提高,铜管温度显著增加;选择合适的铜管内腔尺寸可促进坯壳表面温度沿截面周长分布更加均匀;而冷却水流量对热流密度的影响最小。150mm× 150mm断面传统结晶器,拉速4.0m/min时铜管最高温度为363.8℃,角部温度比中部温度低108.5℃。采用无水缝结晶器铜管技术解决了传统水缝冷却不均的难题,自主开发的梅花型刻槽式高效结晶器铜管过钢量可达15000t,热面温度分布更加均匀,角部与中部温差仅4.8℃,铜管热面最高温度可降至260.5℃,减小了铜管的变形,平均热流提高7.8%,有利于小方坯实现高拉速。小方坯高拉速二冷传热模型计算结果与铸坯红外测温试验数据相吻合,据此开发出高压全水二次冷却工艺与装备:供水总管压力约1.8MPa,比水量1.6～1.8L/kg。阐释了高拉速小方坯连铸冶金长度、二冷区总长度确定准则,提出了冷却区长度划分、喷嘴布置与选型、典型高效二冷制度等指导性参数,为高拉速铸机的二冷设计奠定了科学基础。最后利用三维蠕变有限元鼓肚计算系统,准确地预测出方坯的鼓肚量,结合生产统计数据,提出了足辊设计准则,开发出高拉速小方坯铸机的密排导向段。生产160mm×160mm以上断面的普碳钢,一旦拉速超过5.2m/min需增设独立的密排导向段才能有效控制铸坯的鼓肚变形。小方坯高拉速连铸关键技术已成功地应用于工程实践:150mm× 150mm方坯生产HRB400时工业化稳定生产拉速达5.0m/min,160mm× 160mm方坯生产HRB400时创下了 6.02m/min的行业新纪录,高拉速铸机生产的铸坯外形尺寸与内外部质量完全可以满足后续轧钢要求。
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