當(dāng)前，薄板坯連鑄的發(fā)展方向是進(jìn)一步提高生產(chǎn)率和改善鑄坯質(zhì)量，結(jié)晶器是連鑄機(jī)的核心設(shè)備，起著至關(guān)重要的作用，因此不斷地優(yōu)化和改進(jìn)結(jié)晶器的性能、延長使用壽命是連鑄工作者十分關(guān)注的工作。本文將重點(diǎn)介紹在薄板坯結(jié)晶器領(lǐng)域國內(nèi)外的部分*新研究成果，如結(jié)晶器熱流研究的新成果、結(jié)晶器鍍層的新設(shè)計和新型AFM漏斗型結(jié)晶器等，供大家參考。

結(jié)晶器熱流技術(shù)的研究與應(yīng)用

 

1　Nucor鋼廠通過熱模型技術(shù)來優(yōu)化結(jié)晶器的冷卻設(shè)計

 

為了改善板坯的總體表面質(zhì)量，Nucor鋼廠采取了一些措施，包括對一些產(chǎn)品提高過熱度以改善表面質(zhì)量、調(diào)整結(jié)晶器的水流以抑制某些鋼種的裂紋等，這些調(diào)整的確改善了板坯的表面質(zhì)量，但會引起結(jié)晶器彎月面區(qū)域的裂紋，加速了結(jié)晶器的損耗，對結(jié)晶器的使用壽命有負(fù)面影響。

 

結(jié)晶器寬面銅板的OEM設(shè)計起始熱面厚度約為15mm，在銅板報廢前留有5mm厚的修磨量。在Nucor鋼廠的生產(chǎn)中，寬面銅板兩次修磨之間的平均澆鑄爐次變化很大，從100爐到300爐不等。修磨過程中銅板修磨總量很大，以致有時候?qū)捗驺~板的總體使用壽命只有400爐次。當(dāng)銅板接近報廢厚度時，易產(chǎn)生鑄坯質(zhì)量問題，原因是銅板接近*低厚度工作時，過度的傳熱導(dǎo)致了鑄坯表面裂紋。Nucor的計算結(jié)果也表明，當(dāng)結(jié)晶器銅板在9～10mm的工作厚度范圍內(nèi)生產(chǎn)時，彎月面附近冷卻水縫根部區(qū)域的溫度很高，沸騰的可能性極大。當(dāng)試圖增加結(jié)晶器冷卻水流量來降低水縫根部的溫度時，在現(xiàn)有結(jié)晶器設(shè)計和供水結(jié)構(gòu)的條件下，產(chǎn)品的表面質(zhì)量會進(jìn)一步惡化。

 

該廠根據(jù)模擬工作的結(jié)果，設(shè)計并制造了一套新銅板，與*優(yōu)冷卻水壓力和流量配套使用。同預(yù)想的一樣，新銅板設(shè)計給結(jié)晶器的工作熱面增加了5mm的厚度，但要求的水流量比Nucor鋼廠的OEM銅板設(shè)計高出約50%。新寬面銅板制造好不久，Nucor鋼廠便將它安裝到了一個結(jié)晶器上接受首期試驗(yàn)。結(jié)晶器的寬面上采用了厚度漸變的整面鍍鎳。為保險起見，生產(chǎn)了399爐以后拆下了新板，接受**檢查。結(jié)晶器在整個使用期生產(chǎn)的板坯表面質(zhì)量上佳。銅板彎月面區(qū)域的裂紋極小，銅板固定端修磨量為2.0mm，活動端為2.3mm。對結(jié)晶器背面水縫的檢查，確認(rèn)彎月面附近水縫根部沒有冷卻水沉淀物，說明在結(jié)晶器的整個使用期均沒有出現(xiàn)水縫部的沸騰現(xiàn)象。

 

2　結(jié)晶器傳熱和變形行為方面的研究

 

與傳統(tǒng)的板坯連鑄生產(chǎn)相比，連鑄薄板坯斷面小、凝固快、速度高，單位時間進(jìn)入結(jié)晶器的鋼液量較大，使得結(jié)晶器的熱負(fù)荷較大，從而使具有特殊結(jié)構(gòu)形狀的薄板坯連鑄結(jié)晶器的工作條件更加惡劣。經(jīng)驗(yàn)表明，薄板坯連鑄結(jié)晶器的壽命遠(yuǎn)比傳統(tǒng)板坯連鑄結(jié)晶器的壽命低。結(jié)晶器銅板厚度的選擇和冷卻水縫的設(shè)計將決定從鋼坯中帶走熱量的大小，進(jìn)而決定拉坯速度。如何優(yōu)化結(jié)晶器銅板的結(jié)構(gòu)，提高冷卻效率和使用壽命，對于薄板坯連鑄結(jié)晶器來說，是一個十分重要的問題。

 

干勇等通過有限元分析方法，得到生產(chǎn)實(shí)際使用的結(jié)晶器銅板的溫度分布和變形情況，作為結(jié)晶器結(jié)構(gòu)優(yōu)化、改進(jìn)設(shè)計的理論依據(jù)，使銅板的幾何結(jié)構(gòu)更加合理，減小產(chǎn)生塑性變形的可能性，提高結(jié)晶器的使用壽命。

 

3　結(jié)晶器熱流成像技術(shù)

 

鋼鐵研究總院以珠江鋼廠薄板坯連鑄結(jié)晶器為研究對象，在現(xiàn)場用預(yù)埋熱電偶實(shí)際測量了銅板溫度，開發(fā)了結(jié)晶器銅板溫度場在線監(jiān)測軟件，在線動態(tài)監(jiān)測結(jié)晶器銅板寬面及窄面的溫度變化過程。結(jié)晶器溫度監(jiān)測軟件開發(fā)步驟見圖1。通過結(jié)晶器銅板溫度分析有限元計算，根據(jù)現(xiàn)場埋設(shè)熱電偶的實(shí)際情況，回歸分析了從熱電偶埋設(shè)點(diǎn)到對應(yīng)位置熱面表面和熱面上各對應(yīng)位置之間的溫度變化規(guī)律，開發(fā)了結(jié)晶器溫度監(jiān)測軟件。