結(jié)晶器種類及主要特點(diǎn)

1、結(jié)晶器種類及主要特點(diǎn)2010-9-27 9:09:27薄板坯和中薄板坯連鑄技術(shù)的核心是結(jié)晶器。對(duì)于結(jié)晶器的研究主要有以下種類：1 、漏斗形結(jié)晶器1 ）幾何形狀德馬克公司 ISP 工藝的第一代立彎式結(jié)晶器，上部是垂直段，下部是弧形段，側(cè)板可調(diào)，上口斷面是矩形，尺寸為（60-80 ） mnX（ 650-1330 ）mm意大利阿維迪廠采用了該工藝，并略作修改，上口斷面形狀，由原平行板形改為小漏斗形。西馬克公司CSP工藝所用的漏斗形結(jié)晶器，上口寬邊兩側(cè)均有平行段，再與圓弧段相連接，上口斷面較大。這個(gè)漏斗形狀在結(jié)晶器內(nèi)保持到長(zhǎng)700mm結(jié)晶器出口處鑄坯厚度為 50-70mm2 ）主要特點(diǎn)漏斗形結(jié)晶器打破

2、了傳統(tǒng)板坯連鑄結(jié)晶器在任意橫截面均相同的限制，其結(jié)晶器腔內(nèi)凝固殼的形狀及大小按非矩形截面逐步縮小的規(guī)律變化。但是，鋼液在這種結(jié)晶器內(nèi)凝固時(shí)要產(chǎn)生變形，特別是拉坯過(guò)程中機(jī)械變形產(chǎn)生的應(yīng)力可能導(dǎo)致固液界面裂紋發(fā)生，并最終影響熱軋帶卷的質(zhì)量。因此，漏斗形結(jié)晶器的理想形狀是盡量減小坯殼間兩相區(qū)的彎曲變形率，使坯殼在固液 變形率小于發(fā)生裂紋的臨界應(yīng)變率。、H2結(jié)晶器）幾何形狀意大利達(dá)涅利公司 FISC 工藝是其代表FISC 工藝優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)部容積達(dá)，通過(guò)的鋼液流量大，且有更好的鋼液自然減速效應(yīng)。該結(jié)晶器長(zhǎng)度為 1200mn,寬度為1220-1620mm厚度為50、 60、65、70mm。2 ）主要特點(diǎn)該結(jié)晶

3、器鼓肚形狀由上至下貫穿整個(gè)銅板，并一直延續(xù)到扇形I段的中部。結(jié)晶器出口處為將鑄坯鼓肚形狀矯平而特別設(shè)計(jì)了一組帶孔型的輥?zhàn)?，?duì)鑄坯鼓肚進(jìn)行矯平的設(shè)備長(zhǎng)度比僅用連鑄機(jī)結(jié)晶器時(shí)長(zhǎng)兩倍，即與僅用結(jié)晶器來(lái)矯平坯殼的鼓肚相比，坯殼上所受應(yīng)力大大降低。并且H2結(jié)晶器內(nèi)部體積增大，可以盛裝更多的鋼液。同時(shí)，結(jié)晶器上部尺寸加大，可使水口形狀設(shè)計(jì)更合理，保證結(jié)晶器內(nèi)液面穩(wěn)定，提高保護(hù)渣的潤(rùn)滑效果，改善熱交換條 件，提高拉速，減少裂紋傾向。3 、平行板形直結(jié)晶器1）幾何形狀?yuàn)W鋼聯(lián)公司CONROL工藝是其代表。CONROLL工藝的平行板形直結(jié)晶器， 浸入式水口也是扁平， 鋼液從水口兩側(cè)壁流出。結(jié)晶器斷面尺寸為（70-

4、135 ） mnX 1500mm2）主要特點(diǎn)平行板形直結(jié)晶器內(nèi)腔的橫截面從上到小均為全等矩形，在鑄坯厚度較薄情況下，可避免因鑄坯變形產(chǎn)生的坯殼應(yīng)力，而且在寬度和長(zhǎng)度方向 上，結(jié)晶器熱量能夠保證均勻散失。漏斗形結(jié)晶器、 H2 結(jié)晶器、平行板形直結(jié)晶器各有特點(diǎn)，從坯殼受力情況來(lái)看，平行板形直結(jié)晶器優(yōu)于漏斗形和H2結(jié)晶器，從空間大小來(lái)看,漏斗形和H2結(jié)晶器優(yōu)于平行板形直結(jié)晶器。目前，國(guó)內(nèi)研發(fā)主要集中在漏斗形結(jié)晶器，并應(yīng)用于多條薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線。今后應(yīng)在H2結(jié)晶器、平行板形直結(jié)晶器方面的關(guān)注研究。 (成王)薄板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器的主要特點(diǎn)及其技術(shù)進(jìn)步潘秀蘭 ;梁慧智; 王艷紅作者單位： 鞍鋼股份有限公

5、司文 摘： 介紹了薄板坯和中薄板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器的形狀和主要特點(diǎn)，對(duì)比分析了不 同類型結(jié)晶器內(nèi)鋼液的表面積、鋼液流動(dòng)、結(jié)晶器傳熱、薄板坯厚度、拉坯速度等對(duì) 連鑄過(guò)程和鑄坯性能的影響， 討論了鞍鋼 ASP 采用的先進(jìn)技術(shù)， 指出近年來(lái)新建和改 造的薄板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器厚度呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，從而解決了設(shè)備運(yùn)行的一些問(wèn)題，改 善了鑄坯的品種質(zhì)量。關(guān)鍵詞： 薄板坯;結(jié)晶器;主要特點(diǎn) ;鑄坯質(zhì)量Analysis on main features and technology progress of thin slabcontinuous caster moldPAN Xiu-lan ，LIANG Hui-zh

6、i ，WANG Yan-hong( Angang Steel Co., Ltd. )Abstract ：The paper introduces the sharp and main features of thin slab and medium-thin slab continuous caster ，andcomparatively analyzes that the main factors on the effect of slab quality on steel surface area，steel flow ， moldheattransfer ， thin slab thic

7、kness and withdrawal speed and so on for the different types of mold. The advanced technologies ofASP are discussed in Angang. It points out the trend of mold thickness increased in the new and reconstruction thin slabcontinuous caster， solving the problems in theequipment operation ，improving slab

8、variety and quality.Key words ： thin slab; mold; main feature; slab quality0 前言 結(jié)晶器是連鑄機(jī)上的鑄坯成型裝置，也是連鑄機(jī)的核心設(shè)備之一，其作用是通 過(guò)強(qiáng)制冷卻連續(xù)注入結(jié)晶器內(nèi)腔的鋼液，導(dǎo)出熱量，使鋼液逐漸凝固成具有所要求斷 面形狀和一定坯殼厚度的鑄坯，并將芯部仍為液相的鑄坯連續(xù)地從結(jié)晶器下口拉出。 在鋼液注入結(jié)晶器逐漸形成一定厚度坯殼的凝固過(guò)程中，結(jié)晶器同時(shí)受機(jī)械應(yīng)力和熱 應(yīng)力的綜合作用，其運(yùn)行狀況直接關(guān)系到連鑄機(jī)的順行、鑄坯的質(zhì)量和產(chǎn)量。目前， 國(guó)內(nèi)外常規(guī)大板坯、大方坯和小方坯連鑄機(jī)結(jié)晶器技術(shù)基本成熟，此文僅探

9、討薄板坯 和中薄板坯連鑄機(jī)的結(jié)晶器的相關(guān)技術(shù)。截至 2008 年底，世界上共建設(shè)薄板坯 ( 包括中薄板坯 ) 連鑄連軋生產(chǎn)線 65 條，年生產(chǎn)能力達(dá)到11 008萬(wàn)t。其中，CSP生產(chǎn)工藝占世界薄板坯連鑄-連軋總產(chǎn) 能的50%以上；其次是FTSR工藝，占總產(chǎn)能的18.35%。其中，中國(guó)共建設(shè)不同類型 的薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線 14 條，年產(chǎn)能 3 530 萬(wàn) t。1 結(jié)晶器的種類及主要特點(diǎn)薄板坯和中薄板坯連鑄設(shè)備的核心是結(jié)晶器。 設(shè)計(jì)要求結(jié)晶器彎月面區(qū)域必須 有足夠的空間，以插入浸入式水口，且滿足水口壁與結(jié)晶器壁之間無(wú)凝固橋形成，鋼 液溫度分布均勻，有利于保護(hù)渣熔化；彎月面區(qū)鋼液流動(dòng)平穩(wěn)，防止過(guò)

10、大紊流而卷渣； 結(jié)晶器幾何形狀應(yīng)滿足拉坯時(shí)坯殼承受的應(yīng)力最小。1.1 漏斗形結(jié)晶器1.1.1 幾何形狀德馬克公司 ISP 工藝的第一代立彎式結(jié)晶器，上部是垂直段，下部是弧形段， 側(cè)板可調(diào)，上口斷面是矩形，尺寸為(6080) mmx (6501 330) mm。意大利阿維迪生 產(chǎn)線采用該結(jié)晶器后，發(fā)現(xiàn)這種形狀的結(jié)晶器只能使用薄片形浸入式水口，而且即使 這種特殊形狀的長(zhǎng)水口很薄，插入結(jié)晶器內(nèi)與結(jié)晶器壁也只能保持1015 mm的間隙,造成水口插入處寬面?zhèn)缺Ｗo(hù)渣熔化不好，且很難獲得可恒定控制的保護(hù)渣層，薄板坯 的表面質(zhì)量較差。阿維迪廠在 1993 年開(kāi)始改進(jìn)該結(jié)晶器，重新設(shè)計(jì)了其上口斷面形狀，由原平

11、行板形改為小漏斗形，結(jié)晶器上口寬邊最大厚度為60+(10 x 2) mm這種形狀一直保持到結(jié)晶器下口仍有 (1.5 x2)mm 的小鼓肚。近年來(lái)，其結(jié)晶器的小鼓肚越改越大，現(xiàn)使 用的上口寬邊最大厚度已達(dá) 60+(25 x 2) mm,下口為60+(5 x 2) mm,浸水式水口仍是 薄片形，盡管壁厚有所增加，但其距器壁兩側(cè)的間隙大大增加，改善了保護(hù)渣層的熔 化狀況，薄板坯表面質(zhì)量也有了很大改進(jìn)。西馬克公司 CSP 工藝所用的漏斗形結(jié)晶器， 上口寬邊兩側(cè)均有平行段， 再與圓 弧段相連接，上口斷面較大。這個(gè)漏斗形狀在結(jié)晶器內(nèi)保持到長(zhǎng)700 mm結(jié)晶器出口處鑄坯厚度為5070 mm結(jié)晶器總長(zhǎng)為1 1

12、20 mm上口的漏斗形狀有利于浸入式水口 的浸入，在結(jié)晶器的兩寬面板間垂直方向形成了一個(gè)帶錐度的空間，而漏斗區(qū)以外的 兩側(cè)壁仍然是平行的，兩側(cè)壁間的距離相當(dāng)于板坯厚度。漏斗形結(jié)晶器在形狀上滿足 了長(zhǎng)水口插入、保護(hù)渣熔化和薄板鑄坯厚度的要求，經(jīng)多條生產(chǎn)線使用，均收到較好 效果。1.1.2 主要特點(diǎn)漏斗形結(jié)晶器的創(chuàng)新點(diǎn)在于其打破了傳統(tǒng)板坯連鑄結(jié)晶器在任意橫截面均相 同的限制，其結(jié)晶器腔內(nèi)凝固殼的形狀及大小按非矩形截面逐步縮小的規(guī)律變化。但 是，鋼液在這種結(jié)晶器內(nèi)凝固時(shí)要產(chǎn)生變形，特別是拉坯過(guò)程中機(jī)械變形產(chǎn)生的應(yīng)力 可能導(dǎo)致固液界面裂紋的發(fā)生，并最終影響熱軋帶卷的質(zhì)量。因此，漏斗形結(jié)晶器的 理想形狀

13、是盡量減小坯殼間兩相區(qū)的彎曲變形率，使坯殼在變形過(guò)程中其固液界面的 實(shí)際變形率小于產(chǎn)生裂紋的臨界應(yīng)變率。基于上述要求，漏斗形結(jié)晶器必須保證厚度 過(guò)渡區(qū)的彎曲弧度設(shè)計(jì)準(zhǔn)確，且拉速盡可能穩(wěn)定。我國(guó)鋼鐵研究總院等單位對(duì)薄板坯連鑄結(jié)晶器技術(shù)進(jìn)行了深入研究， 認(rèn)為漏斗 形結(jié)晶器技術(shù)從根本上解決了浸入式水口的使用壽命問(wèn)題，使得高效連續(xù)生產(chǎn)薄規(guī)格 鑄坯變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。同時(shí)由于漏斗形結(jié)晶器上口表面積大，為保護(hù)渣的熔化創(chuàng)造了條件。應(yīng)該指出的是，漏斗形結(jié)晶器的缺點(diǎn)是坯殼在結(jié)晶器內(nèi)變形易產(chǎn)生裂紋，限制 了像包晶鋼這類難澆品種的薄板坯連鑄。必須結(jié)合鋼液本身收縮的計(jì)算來(lái)設(shè)計(jì)結(jié)晶器的過(guò)渡段。盡管該類型結(jié)晶器由弧線變直線的過(guò)渡段

14、僅100 mm在5 m/min的拉速下鑄坯通過(guò)此段僅需幾毫秒，但仍要給予高度重視，一般采用有限元法優(yōu)化設(shè)計(jì)變形段。 為了減少或減緩漏斗形結(jié)晶器內(nèi)的鑄坯變形，可采取以下措施：1) 盡量減小漏斗的開(kāi)口度。2) 將鑄坯由漏斗形過(guò)渡到矩形，變形段加長(zhǎng)。3) 優(yōu)化結(jié)晶器內(nèi)腔形狀設(shè)計(jì)，使結(jié)晶器內(nèi)金屬變形分布更加均勻、平緩，降 低變形速率，降低鑄坯產(chǎn)生裂紋的可能性。漏斗形結(jié)晶器在維護(hù)上與常規(guī)連鑄結(jié)晶器的維護(hù)沒(méi)有太大區(qū)別， 主要應(yīng)注意避 免銅板表面的劃傷和殘鋼粘結(jié)。澆鑄過(guò)程中應(yīng)確保足夠的潤(rùn)滑，預(yù)防水口破裂導(dǎo)致濺 鋼、溢鋼以及漏鋼事故。1.1.3 技術(shù)進(jìn)步考慮到漏斗形結(jié)晶器不適合澆鑄較窄的中等寬度薄板坯， 而平

15、行板形結(jié)晶器的 薄片狀浸入式水口成本太高，且難以實(shí)現(xiàn)澆注薄規(guī)格鑄坯，因此對(duì)漏斗形結(jié)晶器做了 兩個(gè)關(guān)鍵性的改進(jìn)：1) 漏斗形結(jié)晶器的圖形方案在弦長(zhǎng)的中間區(qū)域?yàn)閳A弧區(qū)，圓弧半徑由上到 下連續(xù)變大，圓弧區(qū)的兩邊為傾斜的三角形平面區(qū)，此圓形方案的特點(diǎn)是平行于 X 軸 的任意截面。角度相等，且等于起始角，因而任意截面上的中間圓弧與兩邊直線不相 切而相交。2) 漏斗形的開(kāi)口度是設(shè)計(jì)此種結(jié)晶器的一個(gè)重要參數(shù)。 結(jié)晶器的開(kāi)口度較大， 坯殼向下運(yùn)動(dòng)時(shí)斜率也大，導(dǎo)致拉坯阻力增加。通過(guò)適當(dāng)改變浸入式水口橫截面的形 狀，把開(kāi)口度由170 mm減小到120140 mm澆鑄效果較好。 漏斗形結(jié)晶器在使用中存在壽命短、結(jié)晶

16、器的形狀不能保證鑄坯有最好的表面質(zhì)量?jī)?大缺點(diǎn)。西馬克公司經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間的研究和傳熱計(jì)算，對(duì)其上部形狀進(jìn)行了優(yōu)化保證鋼 液進(jìn)入后不致產(chǎn)生漩渦，大大減少了鑄坯表面缺陷。自動(dòng)控制的水冷系統(tǒng)使銅板上部 傳熱合理，冷卻效果變好，銅板外冷卻水槽水流速控制在 10 m/s 以上，水壓大于 0.6 MPa水的蒸發(fā)量減小。結(jié)晶器壽命大大提高，一般在200500爐，修磨后仍可使用。優(yōu)化設(shè)計(jì)的漏斗型結(jié)晶器長(zhǎng)1 100 mm；結(jié)晶器銅板上口單側(cè)最大鼓肚為 5060mm銅 板的漏斗區(qū)高度為750850 mm結(jié)晶器下部為平面；采用平行于銅板工作面的水槽式 冷卻。我國(guó)馬鋼的CSP薄板坯連鑄機(jī)就采用了這種優(yōu)化設(shè)計(jì)的漏斗型結(jié)晶器

17、。實(shí)踐證明，漏斗形結(jié)晶器鼓肚處每增加 5 mm表面質(zhì)量可成倍地改善，顯然這 和上口面積增大有利于保護(hù)渣加入、熔化和吸附夾雜密切相關(guān)。CSP 漏斗型結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動(dòng)特征除了與結(jié)晶器本身形狀有關(guān)外， 主要受浸 入式水口結(jié)構(gòu)的影響。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，漏斗型結(jié)晶器在澆注不同鋼種和不同規(guī)格的鑄坯 時(shí)，也存在設(shè)計(jì)缺陷，主要表現(xiàn)為鑄坯的縱裂、連鑄過(guò)程粘結(jié)、漏鋼事故較多等。針 對(duì)這些問(wèn)題北京鋼鐵研究總院與唐鋼合作，對(duì)漏斗型結(jié)晶器寬面和窄面銅板進(jìn)行了優(yōu) 化，滿足了生產(chǎn)低碳鋼的高拉速需要，減少了裂紋缺陷。1.2 H2 結(jié)晶器1.2.1 幾何形狀H2 長(zhǎng)漏斗形結(jié)晶器 (H2-High SpeedHigh Quality

18、) 是意大利達(dá)涅利公司 FTSC 工藝(Flexible Thin Slab Casti ng)薄板坯連鑄機(jī)的核心設(shè)備，這種結(jié)晶器的形狀的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)部容積大，通過(guò)的鋼液流量也大，且有更好的鋼液自然減速效應(yīng)。該結(jié)晶器 長(zhǎng)度為 1 200 mm,寬度為 112201 620 mm，厚度為 55，60，65 和 70mm1.2.2 主要特點(diǎn)該結(jié)晶器的主要特點(diǎn)是其鼓肚形狀由上至下貫穿整個(gè)銅板， 并一直延續(xù)到扇形 1 段的中部。結(jié)晶器出口處為將鑄坯鼓肚形狀矯平而特別設(shè)計(jì)了一組帶孔型的輥?zhàn)樱?對(duì)鑄坯鼓肚進(jìn)行矯平的設(shè)備長(zhǎng)度比僅用連鑄機(jī)結(jié)晶器時(shí)長(zhǎng)了兩倍，也就是說(shuō)這與僅用 結(jié)晶器來(lái)矯平坯殼的鼓肚相比， 坯殼上所受

19、的應(yīng)力大大降低。 并且 H2 結(jié)晶器熔池體積 增大，可以盛裝更多的鋼液。同時(shí)，結(jié)晶器上部尺寸加大，可使水口形狀設(shè)計(jì)更合理， 保證結(jié)晶器內(nèi)液面穩(wěn)定，提高保護(hù)渣的潤(rùn)滑效果，改善熱交換條件，提高拉速，減少 裂紋傾向。H2 型結(jié)晶器與漏斗形結(jié)晶器的主要區(qū)別在于坯殼在結(jié)晶器內(nèi)的變形不是在一 定高度上完成，而是沿整個(gè)高度凝固殼的形狀和大小均按非矩形截面逐步縮小。達(dá)涅 利公司認(rèn)為， H2 結(jié)晶器能更好地控制初期坯殼的形成過(guò)程，生產(chǎn)高質(zhì)量的鑄坯。1.3 平行板形直結(jié)晶器1.3.1 幾何形狀?yuàn)W鋼聯(lián)公司CONROL工藝的平行板形直結(jié)晶器，浸入式水口也是扁平的，鋼液 從水口兩側(cè)壁流出。結(jié)晶器斷面尺寸為（70135）

20、 mmx 1 500 mm。這類薄板坯實(shí)際上是 中薄板坯。奧鋼聯(lián)從節(jié)能降耗的角度出發(fā)分析，得出7090 mm厚的鑄坯生產(chǎn)能耗最省且加工成本較低的結(jié)論，認(rèn)為不必追求鑄坯厚度太薄，趨向中等厚度。從結(jié)晶器形狀 來(lái)看，奧鋼聯(lián)強(qiáng)調(diào)只有鋼液在其內(nèi)凝固時(shí)不變形，且保持液面平穩(wěn)，才有利于消除鑄 坯表面裂紋促使結(jié)晶器內(nèi)鋼液中夾雜物上浮和防止卷渣，主張使用平行板形結(jié)晶器。2.3.2 主要特點(diǎn)平行板形直結(jié)晶器內(nèi)腔的橫截面從上到下均為全等矩形， 只是鑄坯厚度較薄情 況下，因避免了鑄坯變形產(chǎn)生的坯殼應(yīng)力，而且在寬度和長(zhǎng)度方向上，結(jié)晶器熱量能 夠保證均勻散失。但在鑄坯較薄的情況下，須將浸入式水口制成薄片狀。Demag和V

21、AI 公司都采用了專為薄板坯連鑄機(jī)研制的薄片狀浸入式水口， 保護(hù)渣化渣狀況得以改善。 但是，薄片狀浸入式水口插入結(jié)晶器內(nèi)與結(jié)晶器壁只有1015 mm的間隙，造成水口插入處寬面?zhèn)缺Ｗo(hù)渣熔化不好，且很難獲得能恒定控制的保護(hù)渣層，影響薄板坯的表面 質(zhì)量。另外，鑒于薄片狀浸入式水口的特殊形狀和惡劣的工作條件，雖然采用BN、ZrO等高級(jí)耐火材料，水口壽命仍然較低。綜上所述，目前使用效果較好的薄板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器有 3 種：1）漏斗形結(jié)晶器，如在 CSP 工藝和改進(jìn)后的 ISP 上使用工藝。2）H2 形（ 凸透鏡 ） 結(jié)晶器，如在 FTSC 工藝上使用。3）平行板形結(jié)晶器，如在 CONRO工藝上使用。從坯殼

22、受力情況來(lái)看，平行板形結(jié)晶器優(yōu)于漏斗形和 H2 形結(jié)晶器；從空間大 小來(lái)看，漏斗形和H2形結(jié)晶器優(yōu)于平行板形結(jié)晶器。目前 5090 mm厚的薄板坯連鑄 機(jī)，多數(shù)使用漏斗形結(jié)晶器。2 結(jié)晶器性能對(duì)連鑄過(guò)程和鑄坯性能的影響2.1 結(jié)晶器內(nèi)鋼液表面積由計(jì)算可知，漏斗形結(jié)晶器的鋼液表面積約為鑄坯橫截面積的1.4倍，H2結(jié)晶器鋼液面面積更大，而平行板形結(jié)晶器的鋼液表面積等于鑄坯的橫截面積。鋼液表 面積大，鋼流易于平穩(wěn)，儲(chǔ)存的鋼液也多，既有利于控制液面穩(wěn)定，又有利于夾雜物 上浮。同時(shí)，有充足的熱量保證保護(hù)渣的熔化。2.2 結(jié)晶器內(nèi)的鋼液流動(dòng)拉坯過(guò)程中，根據(jù)沿橫截面鋼液流量相等的原則，漏斗形結(jié)晶器鋼液向下流

23、動(dòng) 的速度沿橫截面的各個(gè)部位的差別較大，因而易造成紊流，出現(xiàn)表面夾渣現(xiàn)象，拉速 越高，這種現(xiàn)象越明顯。 H2 結(jié)晶器漏斗趨于平緩，比漏斗形結(jié)晶器要穩(wěn)定得多，而平 行板形結(jié)晶器則不存在這個(gè)問(wèn)題。與平行板形結(jié)晶器相比， 漏斗形結(jié)晶器上口開(kāi)口度保證了浸入式長(zhǎng)水口有足夠 的插入空間和保護(hù)渣熔化，并為使用較厚壁長(zhǎng)水口提供了有利條件。但漏斗形結(jié)晶器 的設(shè)計(jì)和制造較復(fù)雜，維修和加工困難，拉坯時(shí)摩擦阻力增加，運(yùn)行成本較高。平行 板形結(jié)晶器與傳統(tǒng)板坯連鑄機(jī)相同，維修方便，消耗也低。2.3 結(jié)晶器的傳熱 結(jié)晶器內(nèi)熱電偶測(cè)試表明，平行板形結(jié)晶器在寬度方向上傳熱一定，可以得到 均勻的凝固坯殼，二維溫度解析結(jié)果則顯示漏

24、斗形結(jié)晶器傳熱不均。 平行板形結(jié)晶器有利于鋼液橫向流動(dòng) ( 由水口噴出的鋼液引起 ) 和由溫差引 起的橫向?qū)α鳎蚨鴮?duì)減少熔池各部位的溫差有利。漏斗形結(jié)晶器由于漏斗區(qū)擴(kuò)大， 影響對(duì)流，彎月面附近區(qū)域溫度較低，易形成“搭橋”現(xiàn)象。平行板形結(jié)晶器則需要 解決在板坯厚度方向上浸入式水口與結(jié)晶器壁間的距離，保證不凝鋼。2.4 薄板坯厚度 鑄坯厚度增加，有利于結(jié)晶器內(nèi)鋼液中夾雜物上浮，板坯較厚，壓縮比大，有 利于提高帶卷質(zhì)量。此外，加大浸入式水口直徑，可延長(zhǎng)水口使用壽命和提高連澆爐 數(shù)，從而有利于提高連鑄機(jī)的生產(chǎn)能力。在產(chǎn)量相近的情況下，可以采用較低的拉速， 降低結(jié)晶器磨損，減小拉漏幾率；在要求的卷重相

25、同的情況下，板坯定尺短，輸送輥 道及加熱爐長(zhǎng)度均較短，可以節(jié)省投資。近幾年來(lái)，隨著薄板坯連鑄連軋技術(shù)的發(fā)展，特別是液心輕壓下技術(shù)的成功使 用，考慮到市場(chǎng)對(duì)帶卷質(zhì)量的要求及提高連鑄產(chǎn)量，薄板坯連鑄結(jié)晶器上口面積逐漸 增大，有利于均勻鋼液成分和溫度，保持液面穩(wěn)定，防止卷渣，減少鑄坯表面缺陷。VAI從節(jié)能降耗的角度出發(fā)，認(rèn)為 7090 mm厚的板坯生產(chǎn)能耗最省，加工成本最低， 趨向于中等厚度。住友公司同時(shí)分析市場(chǎng)的需求，力求產(chǎn)品在品種和質(zhì)量上完全達(dá)到 大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的水平，堅(jiān)持發(fā)展中板連鑄機(jī)，板坯厚度達(dá)90120 mm原Demag公司重新設(shè)計(jì)了上口面形狀，由原平行板形改為小漏斗形，上口寬邊最大厚度

26、幾經(jīng)改 進(jìn)加大至60+(25 X 2) mm且一直將此鼓肚延伸至結(jié)晶器出口處保持為60+(50 X 2) mm這樣薄片狀浸入式水口壁厚雖有所增加，但其距結(jié)晶器壁兩側(cè)的間隙還是大大增加， 改善了保護(hù)渣熔化狀況，薄板坯的表面質(zhì)量也有了很大改進(jìn)。CSP由50 mm增至70 mm以上， FTSR 的鑄坯厚度則增至 90 mm 以上。漏斗形結(jié)晶器由于受到鋼液凝固收縮率的限制，薄板坯最小鑄坯寬度為 600 mm平行板形結(jié)晶器則無(wú)此限制。2.5 液面波動(dòng)、振動(dòng)和潤(rùn)滑由于薄板坯連鑄拉速比傳統(tǒng)板坯高，結(jié)晶器液面的穩(wěn)定性就更為重要。在結(jié)晶 器鋼液面上需保持足夠的液渣層，能連續(xù)滲漏入坯殼與銅板之間，起到良好的潤(rùn)滑作

27、 用，可有效地防止粘結(jié)漏鋼和鑄坯表面縱裂。然而，薄板坯拉速高，結(jié)晶器空間有限， 很難獲得恒定的液渣層，渣量消耗比傳統(tǒng)板坯明顯減少。為解決這一問(wèn)題采取了以下 措施：1) 采用低熔點(diǎn)低粘度的保護(hù)渣。2) 結(jié)晶器采用高頻率(300次/min以上)、小振幅(3 mm)非正弦振動(dòng)，以減少 對(duì)初生坯殼的拉應(yīng)力并減輕振痕，提高鑄坯表面質(zhì)量。3 鞍鋼的 ASP 連鑄機(jī)結(jié)晶器3.1 幾何形狀鞍鋼二煉鋼1 700生產(chǎn)線有2臺(tái)ASP連鑄機(jī)(第一代ASP),設(shè)計(jì)能力年產(chǎn)240 萬(wàn)t，采用平行板形長(zhǎng)結(jié)晶器，拉速：2.53.0 m/min,結(jié)晶器斷面尺寸為(100135) mm x (90011550) mm,結(jié)晶器銅板

28、高度1 200 mm結(jié)晶器銅板厚度27mm鞍鋼三鋼軋有 2臺(tái)雙流ASP連鑄機(jī)(第二代ASP)，設(shè)計(jì)能力年產(chǎn)500萬(wàn)t，也采用平行板形長(zhǎng)結(jié)晶 器，結(jié)晶器斷面尺寸為(135170) mmx (9002 000) mm，拉速：1.83.5 m/min。3.2 采用的先進(jìn)技術(shù)ASP連鑄機(jī)結(jié)晶器主要特點(diǎn)與奧鋼聯(lián) CONROLIX藝平行板形直結(jié)晶器基本相 同，兩代 ASP 連鑄機(jī)結(jié)晶器采用的先進(jìn)技術(shù)為：1) 鞍鋼二煉鋼 11700 ASP 連鑄機(jī)采用的先進(jìn)技術(shù)有結(jié)晶器在線調(diào)寬技術(shù)、結(jié) 晶器專家系統(tǒng)、結(jié)晶器液面自動(dòng)控制、漏鋼預(yù)報(bào)技術(shù)和結(jié)晶器液壓振動(dòng)技術(shù)等。 振動(dòng)裝置采用兩個(gè)伺服控制液壓缸實(shí)現(xiàn)正弦及非正弦振動(dòng)

29、，振動(dòng)頻率 40300次/min，振幅112 mm(土 0.56mm),優(yōu)點(diǎn)是可在線調(diào)振幅、頻率、非正弦系數(shù)。這種 振動(dòng)方式，無(wú)磨損，無(wú)須維護(hù)，更換方便、更換時(shí)間短，鑄坯振痕淺，鑄坯表面質(zhì)量高。 采用漏鋼預(yù)報(bào)技術(shù)，為防止鋼水與結(jié)晶器壁發(fā)生粘接而造成漏鋼，在結(jié)晶器 寬邊、窄邊銅板上，布置了兩排共 24 個(gè)熱電偶。在澆鑄中，根據(jù)測(cè)得的結(jié)晶器壁溫度 的變化，及時(shí)預(yù)報(bào)可能發(fā)生漏鋼的傾向，以便采取措施，減少或避免漏鋼事故的發(fā)生。 采用結(jié)晶器浸入式水口快速更換技術(shù)，結(jié)晶器浸入式水口在中間罐上為外裝式，為滿足連澆 16 爐的需要， 在澆鑄過(guò)程中要更換一次浸入式水口， 該項(xiàng)技術(shù)可以保 證更換水口期間不停澆，更

30、換時(shí)間僅為 3 s ，為多爐連澆提高鑄機(jī)作業(yè)率創(chuàng)造了條件。 冷卻水槽裝在結(jié)晶器背板上，減少了銅板厚度，在使用次數(shù)不變的情況下， 節(jié)約大量的銅板材料。2) 鞍鋼三鋼軋 21150 ASP 連鑄機(jī)平行板式長(zhǎng)結(jié)晶器采用的先進(jìn)技術(shù)有鋼包下 渣檢測(cè)技術(shù)、結(jié)晶器浸入式水口快速更換技術(shù)、結(jié)晶器銅板冷卻技術(shù)、結(jié)晶器液壓在 線調(diào)寬技術(shù)、液壓振動(dòng)技術(shù)和結(jié)晶器專家系統(tǒng)。其中，結(jié)晶器專家系統(tǒng)可進(jìn)行漏鋼預(yù) 報(bào)、結(jié)晶器熱流監(jiān)測(cè)、結(jié)晶器振動(dòng)監(jiān)測(cè)和結(jié)晶器摩擦力監(jiān)測(cè)等。2006-2008 年，鞍鋼在 21150 ASP 生產(chǎn)線先后批量生產(chǎn) 70 多萬(wàn) t X70X80 熱軋板卷， 該板卷組織為針狀鐵素體混合組織，晶粒均勻細(xì)小，

31、夾雜較少，產(chǎn)品滿足中國(guó)川氣東 送管線工程和中國(guó)西氣東輸二線管道工程技術(shù)條件要求。4 結(jié)語(yǔ)綜上所述，漏斗形結(jié)晶器、 H2 結(jié)晶器和平行板形結(jié)晶器各有特點(diǎn)不同類型結(jié) 晶器內(nèi)鋼液的表面積、鋼液流動(dòng)、結(jié)晶器傳熱等對(duì)連鑄過(guò)程和鑄坯性能均有影響。依 靠一系列相關(guān)技術(shù)的支持，各類薄板坯和中薄板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器都能夠適應(yīng)工業(yè)化大 生產(chǎn)的需要。隨著多條生產(chǎn)線的投產(chǎn)，針對(duì)各自出現(xiàn)的問(wèn)題，不斷對(duì)結(jié)晶器結(jié)構(gòu)進(jìn)行 優(yōu)化和開(kāi)發(fā)。目前中國(guó)自行加工的薄板坯連鑄機(jī)用漏斗型結(jié)晶器已被廣泛應(yīng)用于薄板 坯連鑄連軋生產(chǎn)線。鞍鋼 ASP 生產(chǎn)線在平行板形直結(jié)晶器上也采用了一系列先進(jìn)技術(shù)，使 ASP 流 程澆鑄的 IF 鋼夾雜物明顯減少，

32、管線鋼的邊裂和翹皮等缺陷大大降低， 實(shí)現(xiàn)了無(wú)缺陷 中薄板坯直接裝爐軋制。生產(chǎn)的 X70X80 熱軋板卷滿足中國(guó)川氣東送管線工程和中國(guó) 西氣東輸二線管道工程技術(shù)條件要求。近年來(lái)，液心壓下技術(shù)的廣泛采用，薄板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器已趨向于中等厚度， 從而解決了困擾薄板坯連鑄的許多問(wèn)題。此外，薄壁浸入式水口的發(fā)展，高速連鑄保 護(hù)渣的研制，電磁制動(dòng)裝置在結(jié)晶器上的安裝，液壓振動(dòng)的采用，以及二冷控制系統(tǒng)的改進(jìn)，促使漏斗形結(jié)晶器和平行板形結(jié)晶器生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。板坯連鑄機(jī)和中等厚度（180150mm的板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器在線使用壽命 主要取決于銅板的耐用性。其窄邊銅板失效形式以下部磨損為主；寬邊銅 板失效形式以

33、彎月面區(qū)域的熱裂為主。普通板坯連鑄機(jī)，隨著拉坯速度的 提高，彎月面區(qū)域的熱裂問(wèn)題也逐漸突現(xiàn)出來(lái)。隨著高效連鑄技術(shù)（CSR FTSC CONROLLASR QSP等）的不斷 應(yīng)用，連鑄機(jī)的拉坯速度不斷提高，特別是薄板坯連鑄機(jī)（11070mm）和中等厚度（180150mm的板坯連鑄機(jī)，設(shè)計(jì)拉速已達(dá) 2.56.0m/min , 實(shí)際生產(chǎn)中普遍存在彎月面區(qū)域的熱裂問(wèn)題。因此，如何抑制和減緩銅板 在彎月面區(qū)域產(chǎn)生熱裂紋，已成為制約薄板坯連鑄機(jī)和中等厚度 （180 150mm的板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器在線使用長(zhǎng)壽化的最重要技術(shù)?，F(xiàn)實(shí)情況1 薄板坯結(jié)晶器 （90 70mm）薄板坯連鑄機(jī)因設(shè)計(jì)拉速較高 （3.5 6.

34、0m/min） ，結(jié)晶器所承擔(dān)的 傳熱強(qiáng)度最大，所以銅板的材質(zhì)選用導(dǎo)熱性能很好銀銅合金。但實(shí)際使用 過(guò)程（拉速 3.55.0m/min） 中，彎月面區(qū)域的熱裂問(wèn)題仍很普遍德國(guó)西 馬克公司所設(shè)計(jì)薄板坯連鑄機(jī)（CSP和意大利達(dá)涅利公司所設(shè)計(jì)薄板坯 連鑄機(jī)（FTSC都存在此類問(wèn)題。唐鋼熱軋薄板廠、本鋼煉鋼廠和通鋼煉 鋼廠的四條達(dá)涅利薄板坯連鑄線上使用的進(jìn)口結(jié)晶器寬邊銅板單次平均通鋼量不足2萬(wàn)噸；裂紋深度1.01.5mm窄邊銅板單次平均通鋼量約 2 萬(wàn)噸；表面無(wú)裂紋。2 中厚板坯結(jié)晶器 (180150mm)中等厚度(180150mm的板坯連鑄機(jī)，目前實(shí)際使用的拉坯速度 一般為1.803.50m/min

35、。如鞍鋼熱軋帶鋼中厚板坯、濟(jì)鋼三煉鋼中厚板 坯(ASP)、唐鋼一煉鋼中厚板坯、唐山國(guó)豐中厚板坯等鑄機(jī)皆屬此類機(jī)型。 銅板的材質(zhì)采用的是抗高溫變形性能更好的高強(qiáng)度鉻鋯銅合金，而銅板失 效形式都是以彎月面區(qū)域的熱裂為主，裂紋深度1.53.5mm有的甚至達(dá)到46mm影響裂紋深度的兩個(gè)最重要因素是拉坯速度和通鋼量。鞍鋼熱軋帶鋼廠為控制銅板的裂紋深度，以內(nèi)定：?jiǎn)未瓮ㄤ摿?5 萬(wàn)噸即可。3 普通板坯結(jié)晶器 (210300mm)普通板坯連鑄機(jī)，因坯型斷面較厚，一般拉速都比較低( 0.90 1 . 6 0 m/m i n )。在銅板的選材方面，國(guó)內(nèi)的多數(shù)設(shè)計(jì)單位向鋼廠推薦使用高 強(qiáng)度的鉻鋯銅合金。 但也有鋼廠

36、 (本鋼、五礦營(yíng)鋼等) 仍在使用強(qiáng)度適中、 導(dǎo)熱性能很好的銀銅合金，并且取得了比使用鉻鋯銅合金更好的經(jīng)濟(jì)效益 指標(biāo)。(德國(guó)KME公司技術(shù)資料連續(xù)鑄鋼用銅及銅合金鑄模(結(jié)晶器)(作 者:Dr.-Ing Dirk Rode)介紹說(shuō)："銀銅合金適合作板坯結(jié)晶器的寬邊銅板； 高強(qiáng)度的銅合金適合作板坯結(jié)晶器的窄邊銅板。"那種認(rèn)為： "鉻鋯銅合金 將代替銀銅合金而成為板坯連鑄結(jié)晶器的唯一選擇 " 的觀點(diǎn)完全是受此類 材料發(fā)展歷程的慣性誤導(dǎo)所至。 ）銅板的主要失效方式是鍍層磨損；其次 窄邊銅板在彎月面處的瓶頸形變形，引起角縫超差；再次是銅板在結(jié)晶器 工況環(huán)境和腐蝕介質(zhì)

37、（ F、O、S、P、H、OH 等）的共同作用下，銅板熱面 發(fā)生了化學(xué)的晶界腐蝕、表面硫化、氧化、置換及物理的擴(kuò)散、滲析和機(jī) 械的摩擦、磨損、擠壓、犁劃等反應(yīng)和作用。由這些因素造成了熱面的損 傷和龜裂（此類缺陷的寬度和深度低于 0.5 mm時(shí)，不影響在線使用，但 有的鋼廠實(shí)際生產(chǎn)中控制的更嚴(yán)一些）。隨著拉速的提高（1.40m/min）, 寬邊銅板在彎月面區(qū)域也出現(xiàn)了熱裂問(wèn)題，只是裂紋的深度相對(duì)較淺一些（0.51.2mm再深的裂紋則屬于材料本身的問(wèn)題）。在這一類鑄機(jī)上使用的銀銅合金材料，彎月面區(qū)域的熱裂紋缺陷明顯地低于鉻鋯銅合金材料。板坯長(zhǎng)壽技術(shù)1 材質(zhì)問(wèn)題目前的現(xiàn)實(shí)情況表明：薄板坯連鑄機(jī) （高拉速）和中等厚度的板坯連鑄機(jī) （ 中拉速 ） ，其結(jié)晶器銅板失效的最主要形式是彎月面區(qū)域的熱裂；同等條件下，銀銅材質(zhì)的耐熱裂性能明顯地優(yōu)于鉻鋯銅材質(zhì)。其中 的原因無(wú)外乎以下兩個(gè)方面：微觀結(jié)構(gòu)差異 -Ag的固溶強(qiáng)化與Cr和Zr 的沉淀硬化。沉淀硬化降低了材料的熱傳導(dǎo)性能，熱傳導(dǎo)率的降低抵消了 鉻鋯銅合金屈服強(qiáng)度提高所帶來(lái)的耐疲勞腐蝕和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的效果；而 強(qiáng)度較高的材料，其產(chǎn)生疲勞腐蝕和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的臨界值是遠(yuǎn)低于材料 的屈服強(qiáng)度的；而且一旦產(chǎn)生開(kāi)裂，其裂紋擴(kuò)展延伸的速度更快。這與鉻 鋯銅材質(zhì)的裂紋比銀銅材質(zhì)的裂紋更深的現(xiàn)實(shí)使用情況是一致的。對(duì)腐