新型大方坯连铸结晶器

LIU1018

新型大方坯连铸结晶器

    所谓整体式结晶器是一种新概念结晶器，这种结晶器不仅满足结晶器内腔“自由装配”的要求，而且几乎无需任何改动就可以很方便地应用在现有结晶器的外围设备上。用一个带有整体水冷系统和不锈钢支撑套管的薄壁结晶器铜管替代了传统的铜板装置。在浇铸操作时，这种设计使结晶器铜管没有自由热膨胀的问题，从而保证了结晶器内腔的稳定性。非常薄的结晶器铜管壁可使铜管的热面温度降得很低，从而在很大程度上延长了结晶器的使用寿命。
    作为解决长期以来存在于结晶器铜管内角部与铸坯坯壳间气隙问题的方法，康卡斯特研制出了一种新型的结晶器铜管系统，即所谓的整体式结晶器。现有的板式结晶器可以很容易地改造成整体式结晶器。在德国ArcelorMittal Ruhrort大方坯连铸机的正常生产条件下，整体式结晶器已经通过了大量的试验，试验时使用的铸坯断面尺寸是265×385mm2。就在试验阶段结论得出的同时，Ruhrort将其铸机的六个流全部都安装上了这种新型的整体式结晶器，并用其进行正常的生产操作。
    用以避免角部缺陷的设计
    板式结晶器结构上的薄弱环节就在沿长度方向上的结晶器铜板间连接处形成的角部区域。很多连铸机操作的经验表明：浇铸一定炉数后，气隙（最大有零点几毫米）出现在结晶器窄面和宽面连接处的角部区域。研究表明：表面缺陷，即所谓的铸坯折皱或振痕，与气隙的存在有直接的关系。而且结晶器内的熔渣也可能流入结晶器角部的气隙，在结晶器铜板连接处的这一关键区域使结晶器铜板的磨损增加。
    为解决上面所提到的问题，康卡斯特研制出整体式结晶器，不仅可以满足结晶器内腔“自由装配”的要求，而且无需任何改动就能很容易地装配到现有结晶器的外围设备上（结晶器的外围设备主要指水箱、放射源式结晶器液面自动控制系统和电磁搅拌设备等）。仅用带有整体水冷系统和不锈钢支撑套管的薄壁结晶器铜管（见图1和图2）代替传统的铜板装置即可，结晶器构件中所有其它的组件均可保留而无需进行任何改动。结晶器铜管与支撑套管间的连接应用了特殊成形和拆分式连接的专利技术（见图3）。在浇铸操作时，这种设计形式使结晶器铜管没有自由热膨胀的问题，从而保证了结晶器内腔的稳定性。非常薄的结晶器铜管壁可使铜管的热面温度降得很低，从而在很大程度上延长了结晶器的使用寿命。
    操作试验顺利通过
    整体式结晶器的使用试验是在德国Arcelor-Mittal Ruhrort六机六流大方坯连铸机其中的一个流上进行的，铸坯断面尺寸为265×385mm2，铸机弧半径为11.95/18 m，每炉浇铸钢水的重量为150 t。试验是在该大方坯连铸机正常生产的条件下进行的。试验结晶器的安装不需改变任何设备或连接装置。试验开始于2007年1月底，试验的结晶器使用了9个浇次共浇铸了1000多炉钢（钢包容量为150 t）。试验期间生产了约2.5万t大方坯。所生产的钢种中不但包括各种铁道用钢（约占32.2%），而且包括易切削钢、弹簧钢、锻造用钢、轴承钢和滚珠轴承钢、冷镦钢、建筑用钢和高碳钢等。
    在开始使用新型结晶器进行试验前，对结晶器电磁搅拌磁场的强度进行了测量。测量结果表明：管式结晶器与铜层厚度约为28 mm的板式结晶器具有相同的电磁场搅拌效果。
    在喷丸和清洗处理后对生产出的大方坯的表面质量，尤其是铸坯角部的表面质量，进行了肉眼的观察和检验（见图4）。结果表明：用新型结晶器铜管浇铸的大方坯表面质量良好，并未发现任何以前见到过的表面缺陷。整体式结晶器铜管在解决板式结晶器内由气隙引起的铸坯角部缺陷问题方面具有非常显著的效果。
    对生产出的大方坯的内部质量进行了金相和铸坯低倍酸浸及硫印检验。所有的铸坯样品均未发现内部裂纹（凝固时产生的裂纹），尤其未在最关键的铸坯角部区域发现凝固裂纹（见图5 和图6）。
    结晶器铜管的磨损和返修
    每个浇次结束时均要对结晶器铜管的磨损程度进行检查，并且分别在浇铸288炉、500炉和1000炉后，在结晶器修理车间检查结晶器铜管时，对铜管的尺寸进行了测量。整体式结晶器没有热变形，尤其是在弯月面下的高温区也没有热变形，结晶器内腔的几何尺寸表现出了更加稳定的特性。对于结晶器内壁下部的磨损量来说，即便是仅带有很薄Cr涂层（涂层厚度为150μm）的新型整体式结晶器铜管也要比带有较厚Ni涂层（涂层厚度为3mm）的板式结晶器铜板的磨损量小很多。
    结论
    在板式结晶器角部长久以来一直存在的气隙问题已经被新型的整体式结晶器完全消除了。此外，已经确认新型结晶器系统还具有更多的优良特性。在使用板式结晶器时，在铜板间结合处由于产生的气隙所造成的大方坯角部的表面缺陷已被新型整体式结晶器所克服和消除。
    仅用很低的投资费用就可以很容易地将新型结晶器套管装配到现有的结晶器外围设备上。在新型结晶器铜管的整个使用寿命期限内，由于在水箱中的结晶器内腔始终保持相同的位置状态，结晶器的安装、对中比以前更为简便。
    勿庸置疑，因为要在结晶器使用寿命期限内尽量减少甚至消除结晶器铜管壁的磨损，所以在结晶器冷却、熔融态保护渣的流入和结晶器电磁搅拌方面更为一致和持续的改进已经在进行中。由于铜管壁磨损的减少和整个铜管上温度分布的更为均匀，结晶器的寿命得以延长。旧铜管的更换也相对便宜和可靠。
    基于这些明确的试验结果，ArcelorMittal 于2007年底决定在其大方坯连铸机的六个流上全部安装这种新型的整体式结晶器。