异形坯(工字型坯)连铸技术：——马钢方坯／异形坯连铸机

蚺 1 f l2、,\,

j维普资讯

小— 异形 (字型坯 )连铸技 坯工的马钢方坯/形坯连铸机异

工程师周干水 1前言 1 1综述 .

薅，、 .

连铸生产工字型坯的方法主要有连续铸轧方法和采用工字型结晶器两种方式。

异形坯连铸技术的发展主要得益于工字型结晶器的应用与发展，另外 .形坯的浇注异形式、坯二次软冷、坯的支撑以及铸坯的铸铸仿形切割等形成了异形坯连铸机的独有的技术特点。

现代连铸技术发展的一个突出特点是近终型连铸机的出现与发展，连铸薄板、铸如连带钢、铸型坯、铸管坯等。由于连铸坯的连连形状越来越接近于最终产品，产品的轧制其

费用将大大降低、率得以提高、少了轧钢效减的投资、同时也节约了能源。表 1

12世界部分异形坯连铸机的建设状况 ( .见表 1 )

世界部分异形坯连铸机的建设状况设置厂家冶炼炉连铸机主要参数年产量 () t20 0 0 0,08 0, 0 0 00

年份16 98.

3 Alo te C r . (拿大 ) g maS e l o p加 a a te o p ws ki e l r .M iu h ma日本 S C zsi

2流 R1 . m弧形， 07 15L 0 t D 7 5 5× 1 2断面 ( 7×3 6 0 O.

8/ i m m n)

1 7 K 93

1 0 8 tLD

4流 R1 ./ 8弧形， 2 52m 4 0 0× 1 0断面 ( . m/ n 6×4 0 2 O 9 mi ) 1流 R1 m弧形， 0 4 5 8×1 0断面 ( . m/ i ) 4×2 0 1 O 9 r n a

17 99.

9

To oS e l n fc ui g C . y te Ma ua t r o n (日本 )

26 AF tE

1 8 Y 90 a t g oKK Hi j日本 ) maoKo y mei(18 91.

1流 R1 . m直弧形， 25 5 tE 4 0 7× 1 0断面 ( 5 AF 6×3 0 4 O.

9/ i m m n)

20 0 0 2 .08,0 00 0 ( )月 1 1O0 0 .8,0

5 Ni p n Ko a p o k n KK k y m a (日本 ) 2 o Fu u

a 5 tLD

4流 R1/ 8弧形， 5 2m 4 0 0× 1 0断面 ( . m/ i ) 8×4 0 2 O 9 r n a

1 8 N 8 9

u o - y mao S e l美国 ) c r a t te(

4流 R1 . m弧形， 25 9h EAF 5 0 0 ( P 1×4 0×1 0断面 2 10 0 t3 5 6 tE

1 9 Ka g n I d sr l o o a g 90 n wo n u t a C .P h n i (国)韩 1 9 N 91 o t we trS e l. ie美国 ) rh se te&W r ( 1 9 N 93 u o - y mao S e l美国 ) c r a t t ( 19 98.

3流 R1/ 3弧形， 2 2m 40 8 2×4 0×1 0断面 2 3流 R1/ 5 3 m弧形， 0 1/ 0 63 0×5 0 1 8断面 0× 7

50 00 0,07 6, 0 2 00

1流 R1 ./ 5弧形， 2 52m 9 t AF 1 4× 4 0 1 0 E 0 8 5×1 0断面 3流 R1/ 5 3 m弧形， 0 1/0 6 tL 7 0 5 8 D 5×4 0×1 0断面 ( 2 O.

50 00 4,0

6马钢三炼钢厂 (国 )中

5 m/ i 5 m n)

65 00 3,0

1 3马钢方坯/形坯连铸主要技术参数 (表 2 .异见 )25

维普资讯

表 2

马钢方坯/形坯连铸主要技术参数异项目名称单位参数

2 1异形坯的浇注特点 .为了确保结晶器内坯壳的良好润滑，保证铸坯的表面质量，形坯一般都要求采用异连铸保护渣浇注。 大多数异形坯连铸机均采用了结晶器液面控制技术，据浇注方式的不同，用流量根采

铸机型式 (径 )半

(

m)

弧形(— l/1/ 0/ R o 53

流数设计断面：形坯 B 异 B:方坯 BL:mm

3 70 5×1O 5×4 0 250 0× 3 00× 1 20

控制 (捧或滑动水口)式或拉速控制模塞模式。

3 0× 2 0 8 5

钢包容量 (承方式 )支

t

7i转台) o(

绝大部分异形坯的浇注采用敞开 (定双径水口+半浸入式水口 )注方式 (图 l所浇如

中间罐容量 (作液位 )tmm )工 (结晶器型式 (度 )长 (mm )

~2 (0 ) 5 8 0

板式 ( B: 0; B 7 0BL:

示 )这种方式浇注的铸坯，组织结构比较，其对称，只能浇注非 AI静钢。通过从中间但镇罐底部或顶部用绳子或钢帽堵塞中间罐水

8 0) 0

铸机泷间距结晶器液面控制铸坯支承长度工作拉速范围拉矫机

mm

2 O 6O C 17 s3

口，当中间罐内钢水注满一半时 .开绳子或拉烧通钢帽开始浇注。中间罐预热效果较好，若 使用钢帽可实现自动开浇。

m m/ i nl n

~7 1 . O2 2O,~ .

四机架，点矫直三4辊传动r, .、‘’^

引锭杆方式 (度 )长切割方式

( ) m

长引锭杆 ( 1 2)火焰切割 (炉煤气 )焦

筒{ j{¨ L I——

一

、、。、

n ㈦ll最 ., ;、

.f A日

、

J~ _f l ji

逍一l J l i￣r .

定尺长度设计产量投产日期

m 1 4/ 0t a

t 1~ 1 6. 35 1 9. 98 6

、 . r斗 i \ 1 rl『 r I

2异形坯的连铸工艺特点异形坯连铸机主要以生产结构用钢为主，管铸坯表面质量要求不如板坯严格，尽但

是，断面的特殊性决定了异形坯连铸机是其各种类型连铸机中最难操作的一种，注方浇式的选择及操作、火材料的选用、坯冷却耐铸制度的确定等均可直接影响铸坯质量。外，另 对钢水质量、度等也要进行严格控制。且温而对于 AI静钢的浇注可采用如下两种镇方式：圈 1异形坯定径水口浇注形式

结晶器结构复杂、价高，漏钢，成的损造若造失大、理时间也长。因此，形坯连铸机要处异求有其独特而严格的连铸工艺要求。2 6

①采用浸入式水口+塞棒 (滑动水或口)制的保护浇注。控

②采用三孔定径水口，孔浇注，孔一两

维普资讯

备用 .用孔用锌棒堵住，用时用氧气烧备使

④图 2( )单水口置于翼缘三角区， d.出口为三个侧孔在铸坯较宽、缘较高时使翼用。马钢三钢厂采用这种侵入式水口浇注

异形坯。

开，每孔使用寿命 3 O分钟或更长。为避免钢水的二次氧化，于优质结构对

钢等高级钢、镇静钢及低温钢要求采用保 Al护浇注 (包一中间包、间包一结晶器 )对钢中

⑤图 2 ( )单水口置于翼缘三角区， e,出

于保护浇注，入式水口的位置及合适的水浸口出口的设计是很重要的，以保证结晶器钢液弯月面的流动性和钢液均匀地进入两翼缘。浸入式水口形式主要有如下几种 (图见2) :

口为直孔加一个侧孔在铸坯较宽、缘较低翼时使用。

⑥图 2 ()单水口置于翼缘三角区， f,出口为直孔。液不易进入对侧翼缘，度分布钢温不均，腹板较薄、坯较窄、缘较低时使在铸翼用。

表 3列出了异形坯浇注条件在操作和，质量上的影响比较 (镇静钢 ) Al 图 3显示了国外某厂采用的水口形式对弯月面流动性的影响

图 4为国外某厂采用的水口出口形式， 浇注断面 50 6×4 0 1 0 0× 4 mm,作拉速 1 0工 .~

1 2 mi . m/ n。表 3 异形坯浇注条件在操作和质量上的影响比较 (镇静钢 ) AI无氧化浇注方式 () a方式 ( b)

( )操作 1堵塞水口( ) A1 Oa△ o

圈 2异形坯浸入式水口形式

堵塞水口(度 )温拉褥

XXo

oo△

①图 2 a,水口置于腹板中间，口 ()单出

均匀性

有直孔和两侧孔两种主要用于腹板较厚的铸坯，坯宽度短时用直孔，度宽时用侧铸宽孔

塞棒安置 ( )质量 2表面缺陷

△~X

o

o o

0 o

②图 2( )双水口分别置于两翼缘三 b.角区，口为直孔加三个侧孔。般在腹板较出一薄、铸坯较宽、缘较高时使用由于塞棒安翼装困难、晶器液面不易自动控制且水口易结结死，此不常使用。因

夹杂

2 2连铸耐火材料的要求 .为了防止非金属夹杂对钢的污染，火耐材料必须达到以下质量标准：——

③图 2()单水口置于翼缘三角区， c,出口为直孔加三个侧孔铸坯较宽、缘较高

在翼时使用。

高的耐火度 (于 1 0℃ )大 70;高的高温强度；良好的抗侵蚀和抗磨损强度；27

—

—

—

—

维普资讯

. .

,

∽

●

◆ 4“ -_

参

图 3水口形式对弯月面流动性的影响

图 4二孔浸入式水口

—

—

高的抗热震性能； 具有抗渣磨蚀的能力；

中心位置变化较大，此，中间罐底部水口因在区域设两种带不同孔型的活动底板，处永此久层留有 9O 4 5 9× 6 mm的座砖孔，利于更 以换底板及安装座砖及水口，余区域采用塑剩性打结料填充。

一

一

一

具有抗剥落、裂能力。抗

国外异形坯连铸机中间包大多数采用高质量长寿命的耐火材料 (采用高铝砖或高如

铝浇注料永久层、 Mg涂料或 Mg板工高 O O作层 )采用高耐火度长寿命抗烧氧冲蚀的定、

2 3连铸结晶器保护渣 .结晶器保护渣具有防止钢液的氧化和温

径水口 (高氧化锆质 )浸入式水口采用铝如、碳质。样可以保证较高的中间罐预热温度、这

降、持铸坯与结晶器壁间的润滑、收和溶保吸解浮渣等功能，与铸坯的质量有着密切的它关系。因此，护渣的选择是极其重要的。保

高连浇条件、少连铸环节带入的夹杂物并减有利于夹杂物的吸附。

对于低碳铝镇静钢和高硅钢，求增大要结晶器热流，证液渣润滑，用低凝固温保采度、粘度的保护渣。低 中碳钢具有强的裂纹敏感性，用高凝采

为保证中间罐自动开浇或开浇顺利，中间罐内衬表面温度应大于 1 5℃,口区域 00水

至少要达到 8 5。马钢中间罐设计预热时 2℃间 2小时 .热温度为 1 0预 2 0℃。

固温度和结晶温度、低粘度保护渣，为减较人弱结晶器的热传导。实现“冷却”以软。

Mg涂层的厚度根据连浇时间要求而 O

有所不同。般在 2~ 5 mm范围。马钢使一 5 0用 4 mm厚工作层时，浇时间曾达 1 0连 9小使用错质定径水口一般水口孔径越浇越大，至不能使用，察国外一些钢厂其寿命直考可达到连浇 1 0

炉的水平。马钢使用镶嵌式 0锆质定径水口，保证了质量又节约了费用。既马钢由于浇注 3种不同断面规格的铸

高碳钢液相线温度低，用低熔点、粘采低度的保护渣。

时，浇 3连 1炉钢。

保持渣熔融层一定厚度才能保证坯壳与结晶器壁的渣膜厚度均匀、滑充分。渣层润熔至少 5 mm以上。于大于结晶器振幅的 1 3处 .倍而小于结晶器振幅的 2 O 2 5倍之间比 .~ .较合适。 2 4连铸坯的冷却 .

坯，时采用多种不同的水口浇注方式，口同水2 8

异形坯完全凝固时间总体上可按经验公

维普资讯

式 B= 2 k考虑，中 B为异形坯三角区内切其圆直径。 结晶器内的平均凝固系数 k为 1~ 2, 5 0二冷区的平均凝固系数 k为 2~ 2。 6 9由于异形坯断面复杂，部位的冷却情各况差别较大。圆角部位最易受钢水流动的影响，论在结晶器内还是在二冷区，凝固系无其

②采用“弱冷”制制度。据钢种及断控根面的不同 .却水比水量在 0 4 1 0 lk 冷 .~ ./ g范围；

③二次冷却控制采用自动 (度关联 )速模式，据 P C内某一冷却曲线，拉速自根 L随

动调节水量。马钢设有三种控制模式：自动、 手动及计算机控制； ④采用特有的喷嘴及喷嘴设置方式。在

数都比较小，易出现表面质量问题的区域；是 腹板的凝固系数，结晶器内内弧侧大于外在

马钢，缘顶面喷水冷却仅限于足辊区，、翼内外弧喷嘴数量视铸坯宽度不同采用 1个或 2 个，然喷射角及覆盖区的设计是关键。总当之，目的是防止翼缘过冷、证铸坯各部位的保

弧侧，二冷区的情形刚好相反，在内弧侧小于外弧侧。 2 4 1一次冷却 . .

钢的一次冷却在结晶器内，晶器冷却结水由铜板背面的水槽或水孔从底部引入，顶部流出。

凝固基本同步且保持一定的铸坯表面温度，进入空冷区时，缘部分表面温度通常在翼80 90之间； 5~ 5℃

由于结晶器冷却水流量的一定范围内的

⑤采用喷水开、循环

控制。用于浇注闭中更换中间包，让喷淋系统此时进行周期即性的开闭循环。

波动对其冷却效果没有太大的影响，常控通制结晶器冷却水为一恒定流量，冷却水通使过水槽或水孔的流速为 6 1 m/,防止水~ 2 s为槽或水孔内产生蒸汽，保持冷却水背压为需 0 1 0 1 MP,出水温差 ( T)制在 3 .~ . 5 a进△控~7比较合适。℃ 2 4 2二次冷却 ..输入连铸机的总热量中的 3~ 4 O O

2 5连铸坯的矫直要求 .

2 5 1变形率要求 ..异形坯通常出现的侧面弯曲和鼓肚的原

因是侧面雾化冷却及铸坯支承不当，非矫而直时外弧所受的压应力。一般要求铸坯表面变形率小于 1 0。马钢连铸机总的表面最 .大变形率为 2 2, 3个矫直点大致平均 .5在分配 (. 5。 0 7 )

是在二冷区散出的，次冷却直接影响铸坯二的凝固及铸坯质量。过二次冷却。形坯的经异凝固顺序为：

对于大方坯，由于带液芯矫直，以应考所虑内部变形率的影响。马钢采用 1 m半径时 0

①翼缘两端先完成凝固；

②最终凝固位置是圆角部，离翼缘表在面中央约 10 0 mm靠近中心的位置；

的内部变形率[] 0 2,凝固系数按 k一￡一 . 5其2~2 8 9考虑。

③随着腹板部的凝固，凝固液相穴的未形状由锐角三角形变化为椭圆形。异形坯的比表面积大，却条件好，冷但

2 5 2矫直温度要求 ..

对矫直温度的要求，指导思想为在铸其坯进拉矫机之前，可能使铸坯的表面温度尽较高，应出现过冷现象 .不否则会影响表面质量和变形。通常矫直温度在 15℃左右， 00铸坯进入空冷区后还没有完全凝固。

是，部位的凝固特性相差较大 .且内弧侧各而易积水，不注意，易引起冷却不均或过冷稍极

等问题。异形坯的二次冷却具有如下特点：

①采用气雾冷却。使铸坯表面冷却均匀，少表面的强冷一回温循环，免内弧侧减避的积水，大冷却水量的调节范围；增

2 6连铸坯的定尺切割 .异形

坯的定尺切割普遍采用仿型火焰切割方式，用单炬或双炬，采主要与铸坯断面尺2 9

维普资讯

寸、割速度和切割面要求等有关，炬要求切单大功率，切割缝要大一些。其考虑到异形坯与大方坯兼用，钢采用单枪大功率割炬，马翼缘、板采用不同的切割速度，到了良好的腹得切割面。

异形坯的扇形 O段，支承方式不同，按

分为上、两组。上组对铸坯的各个面 (下 8个面 )行全支撑，组仅对铸坯的腹板和翼缘实下侧 4个面进行支撑，图 5 a所示。如 () 异形坯扇形 I的支撑方式与扇形 O下段组相同，对铸坯的腹板和翼缘侧 4个面进即行支撑，图 5 ( )示。如 . b所

3异形坯的连铸设备3 1钢包回转台 .采用双臂共同旋转式钢包回转台，转旋半径 5 0 mm。转台带有液压升降系统。 20回采

扇形 I段仅外弧设有支撑，面及内弧 I侧设导向，外在扇形 I设有空气吹水器，另 I段 以去除内弧腹板上的积水，止铸坯过冷等，防每流共设有三处。‘ . .. .

用单臂液压升降，降行程 80升 0 mm。设有钢包称重系统，量连续显示回转台的旋转驱重动和事故驱动均采用液压传动。动平衡，传定位准确。

【,

.

7\ .-一J| . -} F…: : -

¨I

…f J

_~-,_ ! - l l, _| _ l},

3 2中间罐 .采用 2 t大容量梯形中间罐，作液面 5工 80 0 mm。中间罐设有液压控制的塞棒机构， 可实现结晶器液位的流量控制。 中间罐底部水口区设计成特殊开口，以利于不同水口及其活动底板的安装。

一 I

±一

…{ .;

l

。/【 l l 一一 _ J

}

;{

0

.

3 3中间罐车 .中间罐车设计成半门型结构。 为使用内装浸入式水口加保护渣浇注操作，间罐车上设有中间罐机械升降机构，中交流变频电机驱动，位准确。定 中间罐走行采用交流变频电机驱动，调速范围大，动制动平稳，位准确起定 3 4结晶器 .采用单锥度结晶

器，个结晶器由四块每

呲 ≥『)}}3 6拉矫装置 .

:

图 5二冷段铸坯支撑方式

每流的拉矫装置由包括上、两个对辊下

的 4个机架组成 .个上辊采用直流电机驱每动、压缸压下，个直流电机分别由两套驱液四动系统控制。

铜板和支撑铜板的钢结构框架组成，晶器结

底部带一排足辊异形坯铜板宽面厚度20 2 mm,面厚度 5 mm,板工作面采用窄 0铜 NiC复合镀层，层厚度 0 3、r镀 . mm结晶器设有液位控制系统

NO. 2和 No. 4机架的上辊分别安装了双通道脉冲发生器，于驱动系统的速度反用

馈及铸流跟踪系统的位置反馈。拉矫装置的液压设备由 MMI制， 控手

3 5二冷支撑 .二冷支撑设计成 o、、I个扇形段， II三扇形 I段为异形坯与方坯共用，同规格的铸 I不坯使用各自的扇形 O段 .换断面时需要更更换扇形 O、段 I3O

动操作及液压设定值的输入均通过 MMI液，压压下压力取决于铸流的工作模式、坯尺铸寸及引锭杆和铸坯的位置。 3 7火焰切割机 .

维普资讯

每流设一台 Ge a火焰切割机用于铸坯 G

量，过低的粘度并将导至保护渣的局部流动 .

定尺切割，形坯采用仿型切割，质燃料为异介氧气一焦炉煤气。台切割机设两支割枪，每一支工作 .支备用，故时也可以两支枪同时一事使用。 异形坯的切割速度范围为 1 O~ 6

使凝固壳的形成不均匀。形坯的浇注中，异较高粘度的保护渣有利于阻止纵裂的形成。

③结晶器振动偏移量大于 0 2 . mm时将影响保护渣的流入。 另外，次冷却不当时也会产生纵向裂二纹。结晶器下的软冷却可减少纵裂的发生。 小分层是由敞开浇注中不当的氧化所引

60 2 mm/ n翼缘和腹板区使用不同的速 mi,度，割缝~ 8切 mm。

采用三流共用的取样切割机，置在铸布流末端 .割厚度为 2~ 10切 5 0 mm。

起的，且将保留下去，为异形坯的缺陷。并成( )表面横向裂纹是由铸

流方向所产生 2

3 8引锭杆 .采用挠性链节式长引锭杆，长总

的纵向应力引起的，发生在振痕的凹槽处。易导致纵向应力发生的因素主要有：

20 0 1 0 mm引锭杆由引锭杆体、渡件和引过锭头三部分组成。锭杆体为共用件，渡件引过和引锭头为不同规格铸坯专用件。 3 9铸坯称重设备 .

①不均匀的冷却产生的热应力； ②铸坯与结晶器、撑导向辊之间的摩支擦力；

⑧铸坯在矫直过程中的变形。钢的化学成分对横向裂纹的敏感性有一定的影响，碳含量超过 0 2,加入合金当 .及元素 Cr V、、 Nb时，增加横向裂纹产生的倾会向。

铸坯称重设备设于每流输送辊道区，采用液压升降。每块铸坯进行称量，程 0对量~1 t精度± 0 5。量结果反馈到火焰切割 2, .称

机进行优化切割。 31 . 0铸坯标号机设有三台标号机，台移动式标号机设一

4 2内部缺陷 .异形坯的内部缺陷是较大的中心疏松和内部裂纹，范围在两翼缘中心，最后凝固其即区。产生原因主要为：

置在铸流末端，个冷床入口处各设一台固两定式标号机，便对长短不同的铸坯进行标以号。

①过高的中间罐钢水过热度； ②过强的二次冷却；

4异形坯的质量问题由于异形坯的比表面积大，状特殊，形对结晶器和二冷区的铸坯冷却以及铸坯的支撑要求相当严格，则，容易导致铸坯的质量否很缺陷。

③不良的设备对中及支撑。

5结语 马钢三钢厂异形坯连铸机 19 9 8年 6月

中旬热试车成功，产大方坯和异形坯是绝生对不成问题的。

4 1表面缺陷 .( )在异形坯中最典型的表面缺陷为纵 1向裂纹和小分层。裂通常起源于结晶器，纵主要发生在内弧圆角处，响因素主要有：影

先进的铸机设计，良好的浇注条件和浇注技术的改善将能保证稳定的铸坯质量。裂纹是异形坯的主要质量问题，好的良

①钢液成分 (、 S Mn含量 )钢液中的 S,含量是增强裂纹敏感性的一种元素。

设备对中，适

的保护渣及浇注方式的应用，合

结晶器下的软冷及合格的钢水等措施可避免裂纹的发生。31

②保护渣粘度直接影响保护渣的流入

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/i3z4.html