中冶连铸长期致力于普钢及优特钢小方坯的高效连铸技术研究,在国际上第一次尝试了小方坯单辊重压下技术,很好地解决了高碳钢内部质量问题,特别是对小方坯减流提速技术进行了研发,使铸机拉速得到较大提升;中冶连铸作为方坯连铸国家队,在掌握核心技术的基础上,立足于钢厂持续的品种结构升级,开发出全钢种高效小方坯连铸机系统及其相关核心技术,以先进技术和高效化生产实现投资和生产成本的持续降低,以及品种钢的高效生产。
小方坯作为方坯的重要组成部分,在产能上占有绝对主导地位,因此,对小方坯连铸技术创新的研究具有重大市场价值和社会意义。
中冶连铸对小方坯压下技术进行了系统性研究,尤其是对于凝固末端动态重压下技术,是国际上第一次尝试,取得单辊重压下技术对改善铸坯内部质量定性定量的第一手资料,基于大量试验数据,认为此技术从机理上不同于已有的改善铸坯内部质量的技术,比如电磁搅拌和轻压下,有着更广阔的应用前景。同时,为优特钢小方坯连铸的减流提速提供了技术保障。减流提速技术可以大幅度提高连铸机的生产率,实现炼钢生产与连铸机的优化配置,减少投资,简化生产调度,经济效益十分巨大。中冶连铸通过大量现场测试、生产使用跟踪,掌握了减流提速的核心技术,并在工程中得到应用和验证。
1.小方坯凝固末端动态重压下技术
中冶连铸先后在宣钢和鞍钢进行了小方坯压下技术的实践,尤其在鞍钢项目,对180mm×180mm断面72a高碳钢上进行大量单辊大压下工业试验,在不同固相率位置单辊执行0-20mm压下量,来探索小方坯重压下技术实施的可行性。中冶连铸在小方坯重压下方面,从设备、工艺、模型到操作维护都形成了自己具有完全自主知识产权的成套技术,为小方坯品种钢的生产提供全新的铸机产品和选择。
大量的重压下试验结果表明,小方坯重压下技术不同于传统的提高铸坯内部质量的技术,比如降低拉速、低过热度浇注、采用较弱的二冷工艺以及电磁搅拌而均匀化铸坯组织,也不同于以补缩为目的的轻压下技术。通过单辊重压下,能将变形真正传递到铸坯中心,使中心区域的两相或者温度较高已经凝固的铸坯发生较大的变形挤压,一方面直接提高铸坯中心区域致密度,从而改善内部缺陷。铸坯内部缩孔、疏松和偏析缺陷经过重压下后,获得了明显改善。另一方面中心处大的变形释放了铸坯裂纹敏感区(zst-zdt)的瞬时应变和应力,相比较于多辊轻压下,单辊重压下导致压下裂纹的可能性大大降低。
更重要的是重压下通过使铸坯中心区域致密而提高内部质量的方式,必将为轧制工序提供良好条件,已知的有积累变性能和有利于碳等元素的后期扩散。所以重压下技术不仅只是轻压下技术的发展,而是轧制技术在连铸阶段的应用,从全流程的角度看是技术的借鉴和前移,由于连铸阶段铸坯的温度分布特性不同于轧制过程,会产生大于轧制的效果。因此,重压下技术更有利于连铸技术的发展,并且有利于以后对生产流程的重新优化,有广阔的应用前景。
2.减流提速技术
中冶连铸一直致力于方坯减流提速技术的跟踪和实践,分别在宣钢、承钢和广州阳春钢铁等小方坯项目中对结晶器铜管进行了现场测温,并取得了一系列相关技术专利。通过在线对铜管温度和结晶器振动状态的测试,发现振动状态与结晶器铜管温度场的分布存在一定的相关性,振动状态越好,结晶器铜管四面温度越均匀。
对中低碳钢连铸而言,限制高拉速的第一因素还是漏钢,随着拉速的提高,漏钢几率大大提高,严重的导致无法顺行生产而不得不降低拉速。结晶器是降低漏钢的关键部件,也是制约铸机高效生产的最为关键环节。高效方坯连铸对结晶器的要求就是要在高拉速的条件下,钢水能够在结晶器内均匀形壳,并在结晶器出口位置达到一定的坯壳厚度。具体而言,就是要求结晶器四周及角部冷却均匀,并且具有足够的冷却效率。
在结晶器内腔设计上,中冶连铸结合了结晶器上部采用凸型设计和在结晶器下部采用凹型设计两种设计理念,在保证上部内腔截面形状与凝固坯壳形状的相似性,使得两者之间尽可能贴合并保持均匀气隙的同时,又保证了下部坯壳边部与角部的温度均匀,在坯壳已经形成的前提下,通过角部脱离来减小拉坯阻力,通过边部的良好贴合保证下部的良好传热。与二者单独相比,使用取得了更好的效果。因设计出的内腔形似梅花,故取名为梅花形结晶器,如图1所示,通过不同现场的测试,发现梅花形结晶器平均热流比传统的高0.3mw,并且温度分布更加均匀,为小方坯高拉速提供了有力保障。