异形坯连铸技术的最新进展

异形坯连铸技术的最新进展（精选5篇）

篇1：异形坯连铸技术的最新进展

异形坯连铸技术的最新进展

由于异形坯连铸技术将炼钢、精炼、异形坯连铸机和轧机紧凑式布置，形成钢梁生产新工艺(CBP)而迅速发展。该工艺将异形坯直接热装入加热炉，与传统方坯冷装相比∶

(1)投资减少约30%；

(2)能耗降低50%~60%；

(3)从废钢到成品钢梁生产总时间减少90%；

(4)生产率提高15%；

(5)金属收得率提高1.5%；

(6)不需要中间仓库；

(7)节约人工费用；

(8)降低操作和维修费用。

异形坯连铸技术主要是钢梁异形坯连铸和紧凑式钢梁生产线。1968年，加拿大阿尔戈马

公司异形坯连铸机投入商业性生产，美国纽柯-大和公司、日本东京钢公司、共英钢公司、卢森堡Thoringen钢厂等也先后建成生产线。2002年，美国动力钢公司新建电炉炼钢车间(内设一台150吨电炉，2台钢包炉，1台三流钢梁异形坯/大方坯连铸机)投产，并与现有钢梁轧机连接，形成年产能力120万吨CBP生产线。美国纽柯公司最近也投产了一座CBP短流程厂。此外，美国Ameristeel厂和西班牙CELSA厂最近也投产了多功能组合式连铸机(除钢梁异形坯外，大方坯和小方坯兼用)。目前，全世界已建成CBP生产线约50条。

中国异形坯连铸以H型钢生产线为主，其中马鞍山钢铁公司和莱阳钢铁公司设备较先进。马鞍山钢铁公司目前拥有大和中小型异形坯生产线两条∶1998年投产的大型H型钢机组，年产能为100万吨高附加值H型钢；2005年投产的中小型H型钢机组，年产能为50万吨高附加值H型钢。其中耐火钢用作高层住宅楼的钢梁、火车用耐侯H型钢，并且开发了符合美国API标准的SM490YB热轧H型钢，实现了海洋石油平台用热轧H型钢的国产化，正在开发汽车大梁、建筑抗震以及轻型薄壁专用H型钢。莱阳钢铁公司目前拥有大、中、小型三条型钢生产线，主要设备从德国引进∶分别是在2005年、1998年和2002年投产。连铸采用异形坯热送热装技术，轧机采用CCS技术、XH轧制方法及CRS矫直机矫直技术，全线计算机控制，实现从装料到成品发货的全程自动化生产。

异形坯连铸技术是连铸领域的前沿技术，世界各国应为降低生产成本、提高产品竞争力而加快研究步伐。

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篇2：异形坯连铸技术的最新进展

【摘要】 对生产这些高性能品种钢的铸坯母材质量及尺寸的要求也日益提高，集中体现为铸坯表面的微缺陷化、铸坯内部的高致密度与均质化以及断面的大型化等特点。

研究背景

近十年来，随着我国交通运输、能源石化、海洋工程、重型机械、核电、军工等国家重点行业与产业的快速发展，对高品质品种钢的需求量大幅增加。与此同时，受用途和使用环境特殊性的影响，对钢产品的质量、性能、尺寸规格等也提出了更高的要求。为此，对生产这些高性能品种钢的铸坯母材质量及尺寸的要求也日益提高，集中体现为铸坯表面的微缺陷化、铸坯内部的高致密度与均质化以及断面的大型化等特点。

我国钢铁工业经过数十年的快速发展，整体技术与装备水平均逐渐迈人世界先进行列。值得一提的是，经过近20年的引进、消化吸收与再创新，我国的连铸技术与装备水平更是获得了长足的进步，实现了超过98%的连铸比，是当前生产高品质品种钢铸坯母材最主要的工艺。受国家需求驱动，我国的品种钢微合金化技术和大断面连铸坯生产技术与装备更是得到了快速发展，合金体系涉及Nb、V、Ti、B、Ni等，已建成并投产的宽（特）厚板坯连铸机生产线超过30条、大方坯连铸机生产线20余条、Ø600mm以上大圆坯连铸生产线20多条，产能超过1.2亿吨，具备了生产高品质大规格品种钢的能力。正是由于品种钢微合金化技术进步以及上述宽／大断面连铸机的大规模投产及其技术进步，一定程度上缓解了我国长期以来依靠进口或使用铸锭来满足高品质品种钢轧制需求的局面。

但与此同时，品种钢连铸生产过程面临铸坯裂纹频发、内部质量不理想的困境，特别是随着连铸坯断面的大型化，铸坯缺陷所带来的负面效应尤显突出，已成为限制高品质品种钢连铸高效化生产的共性技术难题。

微合金品种钢连铸坯产生角部横裂纹具有普遍性，开发有效且稳定的裂纹控制技术一直是国内外冶金工作者研究的热点。目前，除了钢水成分控制外，主要是围绕连铸工艺与装备技术而展开，体现在以下几个方面：1）优化连铸坯二冷配水工艺，使连铸坯通过铸流矫直区时避开相应钢种的第三脆性温度区。该技术是目前控制微合金品种钢连铸板坯角部横裂纹缺陷最常用的措施。其包括“热行”和“冷行”两条途径，并以“热行”路线最为普遍采用。然而，这两条途径均以降低连铸机扇形段设备使用寿命为代价（“热行”路线须大幅减少连铸机矫直段前多个冷却区的冷却水量，常引发扇形段铸辊表面保护渣与氧化铁皮烧结物的黏结而降低铸辊的使用寿命；“冷行”路线则将大幅增加铸坯矫直应力，降低扇形段铸辊轴承及轴承套的使用寿命），且无法从根本上消除连铸坯角部横裂纹产生。

2)使用大倒角结晶器技术。使用该技术可大幅提高铸坯角部过矫直的温度，实现铸坯高塑性过矫直，从而有效控制微合金品种钢连铸坯角部裂纹产生。但该技术使用过程对连铸生产工艺稳定性要求较高，同时也面临倒角面附近区域易产生表面纵裂纹、结晶器铜板使用寿命低等问题。

3)实施铸坯二冷足辊段与立弯段垂直区强冷却控制技术，使连铸坯表层生成一层具有较强抗裂纹能力的组织。但该技术需要在很小的控制窗口（足辊段与立弯段垂直区）内对铸坯实施较大幅度的快速降温与升温控制。一方面，该控冷工艺实施复杂，且稳定性难以把握；另一方面，目前多数连铸机的高温区冷却能力无法满足铸坯角部的降温与升温幅度。目前仅日本新日铁住金与韩国浦项等国际先进钢铁企业成功应用该技术。

因此，结合微合金品种钢凝固特点与连铸坯铸流温度演工艺，使连铸坯通过铸流矫直区时避开相应钢种的第三脆性温度区。该技术是目前控制微合金品种钢连铸板坯角部横裂纹缺陷最常用的措施。其包括“热行”和“冷行”两条途径，并以“热行”路线最为普遍采用。然而，这两条途径均以降低连铸机扇形段设备使用寿命为代价（“热行”路线须大幅减少连铸机矫直段前多个冷却区的冷却水量，常引发扇形段铸辊表面保护渣与氧化铁皮烧结物的黏结而降低铸辊的使用寿命；“冷行”路线则将大幅增加铸坯矫直应力，降低扇形段铸辊轴承及轴承套的使用寿命），且无法从根本上消除连铸坯角部横裂纹产生。

2)使用大倒角结晶器技术。使用该技术可大幅提高铸坯角部过矫直的温度，实现铸坯高塑性过矫直，从而有效控制微合金品种钢连铸坯角部裂纹产生。但该技术使用过程对连铸生产工艺稳定性要求较高，同时也面临倒角面附近区域易产生表面纵裂纹、结晶器铜板使用寿命低等问题。

3)实施铸坯二冷足辊段与立弯段垂直区强冷却控制技术，使连铸坯表层生成一层具有较强抗裂纹能力的组织。但该技术需要在很小的控制窗口（足辊段与立弯段垂直区）内对铸坯实施较大幅度的快速降温与升温控制。一方面，该控冷工艺实施复杂，且稳定性难以把握；另一方面，目前多数连铸机的高温区冷却能力无法满足铸坯角部的降温与升温幅度。目前仅日本新日铁住金与韩国浦项等国际先进钢铁企业成功应用该技术。

因此，结合微合金品种钢凝固特点与连铸坯铸流温度演变规律，深入研究微合金品种钢连铸坯裂纹产生的本质原因，开发可实现铸坯表层组织强化、从根本上消除裂纹产生的微合金品种钢连铸坯角部横裂纹控制技术成为关键。

连铸坯中心偏析与疏松是由于铸坯凝固过程中钢液选分结晶特性和凝固收缩特性所导致的固有缺陷，严重影响最终钢产品的质量和使用寿命，制约着高端品种钢的生产。在现有技术条件下，主要依靠优化连铸坯二冷工艺并对连铸坯施加外场作用（凝固末端压下、末端电磁搅拌），以解决铸坯内部偏析与疏松问题。这些技术对于较小断面或常规断面连铸坯生产较为有效，而对于宽（特）厚板坯、大方（圆）坯等宽／大断面连铸坯而言，其浇铸速度较低、冷却强度较弱，铸坯凝固速率大大降低，同时随着断面的增宽加厚，其内部冷却条件明显恶化，凝固组织中柱状晶发达，枝晶间富含溶质偏析元素的残余钢液流动趋于平衡，导致铸坯偏析、疏松和缩孔缺陷愈加严重。使用常规技术手段，尚无法有效实现宽／大断面连铸坯的高致密、均质化生产，具体原因主要体现在以下几个方面。

1)由于铸坯加厚引起的变形抗力与变形量增大，铸坯增宽引起的溶质非均匀扩散与分布趋势加剧，传统的轻压下工艺已无法有效、稳定控制液芯变形，从而无法实现凝固末端挤压排除富集溶质的钢液和有效补偿凝固收缩的目的。

2)近年来研究者提出了以日本住友金属CPSS等为代表的大压下技术，即通过增大凝固终点的压下量达到消除中心偏析与疏松、提高铸坯致密度的目的。然而，在大压下量实施过程中，两相区坯壳变形、凝固传热、溶质微观偏析、溶质宏观扩散、裂纹扩展等行为更加复杂多变，各行为之间的相互影响作用愈加突显，目前现有研究方法与传统轻压下工艺理论已难以指导压下参数设计，只能依靠反复的工业试验进行不断的优化和调试，从而严重制约压下工艺的实施效果和稳定性。

3)连铸坯凝固末端电磁搅拌技术。该技术实施需依靠准确的搅拌工艺为基础。目前由于对大断面连铸坯凝固行为认识不充分，无法准确描述非稳定凝固条件下的铸坯两相区凝固、流动和溶质传输行为。与此同时，随着坯壳厚度的增加，目前电磁搅拌能力与搅拌模式不足以驱动钢液的流动，从而严重影响连铸坯偏析和疏松的控制效果与稳定性。

为此，针对当前钢产品结构不断升级、产品质量要求不断提高的形势，开发高致密度、均质化的宽（特）厚板坯、大断面方（圆）坯连铸生产新工艺与装备技术显得十分重要而迫切。

东北大学朱苗勇教授及其研究团队长期围绕高品质连铸坯生产工艺与装备技术开展研究，先后承担和完成了国家杰出青年科学基金、国家科技支撑计划、国家技术创新计划以及企业重大合作开发等数十项课题，授权国家发明专利30余项，获省部级科技奖励7项。在连铸坯裂纹控制方面，研究团队通过近年的研究，揭示了产生微合金品种钢连铸坯表面裂纹的本质机理，开发形成了有效消除微合金品种钢连铸坯角部裂纹的全曲面锥度结晶器与铸坯二冷高温区表层组织控冷相结合的裂纹控制装备与工艺技术。在连铸坯偏析与疏松控制方面，研究团队自2003年起就从事铸坯凝固末端压下工艺与装备技术研发工作，提出了确定压下工艺关键参数的理论模型，开发了核心工艺控制模型与系统，并率先实现了板坯、大方坯凝固末端工艺控制技术的国产化研发与应用，并在宝钢梅山、攀钢、天钢、湘钢、涟钢、首钢、邢钢等十余家企业推广应用。目前，针对高品质大断面连铸坯生产，研究团队进行了铸坯凝固末端重压下技术研究与开发，并率先在大方坯连铸机实施了应用，取得了良好的应用效果。关键共性技术内容

2.1 微合金钢连铸坯表面质量控制工艺与装备技术

微合金品种钢连铸坯凝固过程中，钢中的Nb、V、Ti以及B等微合金元素极易与钢中的C、N等元素结合，生成碳化物、氮化物以及碳氮化物。受传统连铸生产过程铸坯初凝行为及控冷工艺的限制，这些微合金碳氮化物主要以链状形式于铸坯角部表层组织晶界大量析出，从而极大弱化了其晶界的强度；与此同时，铸坯在后续凝固过程中，同样受不合理冷却模式的影响，膜状或网状先共析铁素体优先在铸坯角部奥氏体晶界生成。受奥氏体与铁素体软硬相间应力分配作用（铁素体强度仅约为奥氏体强度1/4），铸坯在弯曲和矫直过程的应力极易在晶界铁素体组织内集中。受这些因素共同作用，微合金品种钢的连铸坯角部频繁发生微横裂纹缺陷。基于该本质机理，要控制裂纹的产生，关键是要消除微合金碳氮化物以及先共析铁素体膜在奥氏体晶界的形成。为此，需进行如下关键技术研究。

1)不同微合金种类及成分下碳氮化物析出行为研究。不同种类微合金元素与钢中C、N元素的结合能力不同，且析出物的晶界与晶内析出温度、析出种类均不尽相同。需根据钢中微合金元素的种类、钢的成分，建立不同成分体系及含量下微合金碳氮化物在不同钢组织相（奥氏体与铁素体）及位置（晶内、晶界）的析出热力学与动力学模型，明确与成分体系相对应的微合金元素碳氮化物在不同钢组织相及其不同位置的析出温度区及析出控制动力学条件。

2)初凝坯壳角部快冷却细晶化控制技术开发。研究结晶器内初凝坯壳凝固热／力学行为，设计最佳的全曲面锥度结晶器铜板补偿量与冷却结构，并揭示不同锥度补偿量和冷却结构下坯壳角部热历程与晶粒生长规律，为开发有效实施结晶器内铸坯角部超快冷却、细化晶粒的全曲面锥度结晶器技术与工艺提供设计参数指导，确保铸坯角部一次凝固形成细小的奥氏体晶粒，并大幅降低铸坯角部温度，也减轻了连铸二冷高温区为强化铸坯表层的组织而进行控冷的负担。同时，通过铸坯角部在初凝期的快速冷却，抑制微合金碳氮化物在其奥氏体晶界生成。

3)铸坯二冷高温区表层组织强化控冷装备与工艺技术开发。基于全曲面锥度结晶器技术，揭示铸坯二冷足辊段与立弯段温度演变规律，开发确保铸坯角部局部快速冷却、大回温强化铸坯二冷高温区表层组织的智能控冷喷淋装置与配水工艺，实现铸坯表层组织的进一步细化。与此同时，通过铸坯高温区角部局部快速冷却，进一步抑制铸坯晶界碳氮化物与先共析铁素体膜生成，有效实现铸坯角部表层组织自身强化。

4)微合金品种钢铸坯表面裂纹控制技术的工业实施。结合企业微合金品种钢成分体系、连铸机装备特点、铸坯在铸流内的温度演变规律，开发长寿命、可在线调宽、稳定化的全曲面锥度结晶器及其角部快速冷却工艺、铸坯铸流高温区角部表层组织强化的智能控冷装备与工艺，实现高品质微合金品种钢的高效化、稳定化生产。2.2 高致密度、均质化宽／大断面连铸坯生产工艺与装备

针对宽／大断面连铸坯生产，采用传统动态二冷配水优化工艺、铸坯凝固末端动态轻压下技术，较难实现其高致密度、均质化生产。而解决该技术难题最为行之有效的方法是协同采用铸坯凝固末端重压下技术与铸坯凝固末端电磁搅拌技术。然而，由于难以准确描述大压下量实施过程中辊压力、热应力、矫直力、拉坯阻力等内外力共同作用下的凝固坯壳与两相区的动态变形行为，及其与溶质宏微观偏析、溶质宏观扩散、裂纹扩展之间的相互作用关系，严重制约了凝固末端重压下工艺的实施可靠性与稳定性。同时，由于暂无法准确描述非稳定凝固条件下的铸坯两相区凝固、流动和溶质传输行为，无法实现大断面连铸坯凝固末端电磁搅拌工艺的稳定投用。因此，需要从理论研究、工艺开发、装备控制技术开发等几方面开展研究工作，真正解决凝固末端重压下工艺的关键技术难点，实现该工艺的稳定、有效投用。1)工艺理论研究方面：建立两相区变形与溶质偏析宏微观多尺度多场耦合计算模拟，实现坯壳变形、凝固传热、溶质宏观传输、溶质微观偏析与相变的顺序耦合计算。全面考虑宽／大断面连铸坯生产过程传热、流动和凝固现象，进而研究连铸工艺参数和外场（重压下、电磁搅拌、鼓肚力等）作用下宽／大断面连铸坯坯壳与两相区变形行为。与此同时，建立考虑固相演变移动、夹杂物析出与多元合金交互作用的微观组织模型，揭示宽／大断面连铸坯凝固组织演变机理，全面解释重压下工艺与电磁搅拌工艺对宽／大断面连铸坯中心偏析与疏松的改善效果，以及凝固组织的均质化控制效果。

2)工艺控制技术开发方面：合理、有效的工艺控制技术是实施重压下工艺的关键。在理论研究酌基础上，针对宽（特）厚板坯／，大断面方（圆）坯连铸机的具体特点，系统研究并开发形成一系列适用于宽／大断面连铸坯的凝固末端压下工艺控制技术模型，如基于扇形段／拉矫机压力实时反馈的凝固末端检测技术；消除宽／特厚板连铸坯非均匀凝固导致横截面距窄面1/8-1/4区域中心偏析与疏松的宽／特厚板压下区间控制技术；基于凝固补缩原理与坯壳变形量在线检测的压下率／压下量参数在线控制技术；确保铸坯在拉坯方向与宽向上温度的平滑、合理过渡的多维动态冷却控制技术；用于有效混匀两相区溶质偏析钢液、提高等轴晶率的凝固末端电磁搅拌技术；为避免压下工艺调整过程中铸坯宽展不均而导致“楔型坯”的铸坯宽度的均匀调控工艺等。

3)装备控制技术开发方面：稳定、准确的装备控制技术是实现凝固末端重压下工艺的保障。针对宽（特）厚板、大断面方（圆）坯连铸机的具体特点，开发以热坯作为量尺的辊缝在线标定技术，消除高温与扇形段／拉矫机结构变形所引起的辊缝误差，同时实现生产过程中辊缝的在线标定；开发有效控制铸坯延展变形，提高表面压下量向固液界面传递效率的“堆钢”压下控制技术，显著提高工艺实施效果；开发渐变曲率凸型辊压下技术，实现对铸坯液芯的有效挤压，在提高压下效率的同时降低铸坯表面裂纹发生率；基于全曲面锥度结晶器／全曲面斜倒角结晶器，降低压下过程已凝固坯壳的变形抗力，保证液芯的有效压下。研究技术路线与实施方案

3.1 微合金钢连铸坯表面裂纹控制研究

1)利用数值模拟计算与在线测温相结合技术，研究铸坯在结晶器内与二冷铸流内的凝固热／力学行为，为全曲面锥度结晶器技术开发与铸坯二冷高温区表层组织强化控冷装备与工艺开发提供理论基础。

2)建立不同类型析出物在不同钢组织相及其位置的析出热力学与动力学理论模型，并结合重熔凝固技术、透射电镜等检测手段，揭示铸坯不同冷却热历程下、不同钢组织相及位置微合金碳氮化物析出行为规律，确定具体成分微合金品种钢连铸坯晶界析出控制的关键参数；基于铸坯二冷温度场演变规律，揭示连铸坯角部不同热历程与微合金碳氮化物析出行为下组织晶内与晶界的相变行为及演变规律，综合开发有效抑制晶界膜状或网状先共析铁素体生成的连铸二冷配水工艺提供依据。3)基于上述研究，结合现场实际工况，研究开发连铸坯表层组织控制的微合金品种钢角部横裂纹控制的全曲面锥度结晶器工艺与装备技术、铸坯二冷高温区表层组织强化控冷工艺与装备技术，集成开发从根本上强化铸坯表层组织的微合金品种钢连铸坯角部横裂纹控制技术。

3.2 宽／大断面连铸坯偏析疏松控制研究

受连铸坯生产过程高温特点以及凝固复杂性限制，目前尚无法定量描述铸坯凝固末端压下过程中坯壳变形对溶质偏析元素再分配行为的影响规律，限制了工艺的应用效果。对于宽（特）厚板连铸坯、大断面方（圆）坯而言，受其断面增加影响，铸坯凝固末端施加较大压下量（率）所引起的两相区的坯壳变形、钢液流动、溶质偏析和裂纹扩展等现象更为复杂，涉及现代冶金学、冶金反应工程学、材料力学、控制工程等多学科理论与研究方法，需要理论研究与模拟计算、高温物理模拟研究与现场试验研究紧密结合。

凝固末端重压下工艺开发方面，以数值仿真为主要研究手段，并采用试验研究和物理模拟方法对仿真结果进行校验，准确描述超大规格连铸坯凝固末端压下过程铸坯变形行为、溶质偏析行为以及内裂纹。产生与扩展规律，最终开发形成宽／大断面连铸坯凝固末端压下工艺。物理模拟研究主要涉及铸坯高温物性参数测定，同时模拟具体条件下铸坯凝固前沿冷速、温度和受力条件，为数值仿真计算提供必要的建模数据和校验数据。最终，结合现场试验，全面验证凝固末端重压下工艺的合理性。

阶段研究进展

在微合金品种钢连铸坯表面裂纹控制方面，现已成功开发出全曲面锥度结晶器技术、铸坯二冷高温区表层组织强化控冷装备与工艺技术。部分技术先后在天钢、宝钢梅钢、建龙钢铁等企业投入应用，稳定实现了含Nb与含B微合金品种钢板坯表面无缺陷率达99%以上，效果显著。在高致密度、均质化宽／大断面连铸坯生产技术方面，已开发形成宽厚板坯凝固末端非均匀压下技术，并在铸坯凝固末端重压下工艺的核心工艺与装备控制技术方面取得重要突破，顺利开发出扇形段辊缝在线标定技术、基于拉矫机压力实时反馈的凝固末端检测技术、辊缝在线标定技术、“堆钢”压下控制技术、压下率／压下量参数在线控制技术、非均匀凝固末端压下控制技术等重压下关键技术。目前上述技术已经天钢宽厚板连铸机、大连特钢大方坯连铸机投用。所开发的宽厚板坯非均匀凝固末端压下技术在天钢投用后，有效解决了宽厚板连铸坯横向1/4区域偏析严重’的技术难题，生产高强船板钢、合金结构钢宽厚板连铸坯中心偏析≤C级1.O比例达到96%以上，中心疏松≤1.0级比例达到100%。所开发的重压下技术确保了大连特钢轴承钢GCr15、矿山钢572C、矿山钢LTB-6等高碳合金钢连铸坯及轧材质量改善明显，其中轧制棒材中心疏松从2.0-2.5级降至1.5级以内。使用重压下技术前后轧材低倍质量对比照片如图1所示。

研究计划

在上述原有相关技术研究与开发基础上，计划使用4年时间完成高品质连铸坯生产工艺与装备技术开发。

◆2014年，完成全曲面锥度结晶器现场检验并开发出铸坯二冷高温区表层组织强化控冷装备与工艺技术，初步集成开发出有效控制微合金品种钢板坯角部裂纹新技术；获得重工艺、设备参数对铸坯变形行为的影响，开发大断面连铸方坯凝固末端重压下工艺方案并进行初步现场试验研究。

◆2015年，微合金品种钢铸坯表面裂纹控制装备与工艺集成技术在2家以上企业得到应用，解决全曲面锥度结晶器技术实际应用所面临的多钢种和在线调宽等问题，实现企业含Nb、B等宽厚板坯微合金钢的角部横裂纹率≤1.0%，表面无清理率≥99.5%；进一步完善大断面方坯连铸坯末端重压下关键工艺与装备控制技术，研究形成避免宽（特）厚板、大断面方（圆）坯凝固末端压下实施过程中内裂纹形成及扩展的重压下限定准则，并在2家企业得到应用。

◆2016年，全面推广微合金品种钢表面质量控制技术；在宽／特厚板生产企业应用实施宽／特厚板连铸坯凝固末端重压下工艺方案，实现典型品种钢连铸坯偏析和疏松的有效控制。

◆2017年，进一步完善理论、工艺与控制技术研究体系，在国内3家以上企业推广大断面方坯、宽／特厚板坯凝固末端重压下工艺与控制技术，全面提高铸坯致密度与均质化。预期效果

篇3：异形坯连铸技术的最新进展

目前, 随着连铸坯技术的不断发展, 尤其是铸坯热送技术、铸坯热装技术以及直接轧制工艺的发展, 对铸坯的表面提出了越来越高的要求, 因此, 合理的控制连铸坯表面的振痕深度, 以及提高铸坯表面的质量, 逐渐成为连铸工艺控制技术中比较重要的内容。

1 对连铸坯表面振痕形成的机理进行分析

1.1 振痕表面的形成机理

在连铸坯的发展过程中, 人们不断的对其表面的机理进行研究, 提出了许多的模型和理论, 其中主要包括以下几种:1) 撕裂—愈合机理。一般情况下, 认为该机理形成的主要原因是初生坯壳和结晶器壁之间存在着一定的粘结, 当结晶器在震动的时候, 会连带着粘结的坯壳一起运行, 并利用向下的冲力将其拉裂, 内部钢液就会有一部分流向裂缝处, 填充中间的空隙, 在逐渐运动中, 裂缝处的钢液会逐渐凝固, 慢慢愈合, 因此, 连铸坯表面的振痕便逐渐形成。2) 二次弯月面机理的形成。一般人们认为结晶器与凝固壳之间存在粘结, 在这种情况下, 结晶器在向上振动的时候, 粘结完地上部坯壳与下部坯壳之间便会形成二次弯月面, 这时就会在两段坯壳连接的地方形成新的振痕, 在振痕形成的过程中钢水外表面的张力与坯壳本身的强度, 决定了振痕形成的形态。3) 坯壳机械作用和结晶器变形形成的机理。相关的研究小组认为, 在弯月面周围产生的热流比较大, 结晶器在遇热的时候会膨胀变形, 变形以后就会在弯月的表面形成倒锥度。当结晶器在振动的时候, 会向下滑落, 当凝固坯壳的强度比较低的时候, 会形成凹陷状的振痕, 当凝固坯壳强度比较高的时候, 钢液的静压力不够, 便会形成钩状的振痕。

1.2 振痕行形成的理论

1) 弯月面温度波动形成的振痕理论。该研究理论的主要观点为:在连铸过程中, 结晶器振动容易造成初始凝固坯壳的温度变化, 温度的上下变化, 是连铸坯表面机理形成的最主要原因。但是这种温度的变化会对振痕造成多大的影响, 是不是主要矛盾, 还需要深入的研究。

2) 弯月面液体的表面张力形成的振痕理论。该理论认为, 结晶器内部的弯月面, 液态金属表面的张力在振痕形成的过程中起了比较大的作用。在某一状态下, 液态金属会垂直于结晶器的表面, 形成凝壳, 这一时刻的凝固壳上沿和金属熔池的表面是保持平行的, 在金属液表面张力的影响下, 会形成一个凸起的弯月面, 随之弯月面的高度会慢慢的增高, 当其高度张力不能够维持平衡的时候, 弯月面处地金属液就会流向结晶器壁, 遇冷以后, 便会形成振痕。

2 连铸坯振痕中的电磁控制技术

2.1 软软接触结晶器电磁连铸控制技术

经过长期的时间研究表明, 如果想完全的消除振痕, 仅根据调节连铸自身的参数是比较难做到得, 需要施加相关的外力, 维持新的平衡。在前苏联的相关人员研究出铝地无模电磁连铸技术以后, 学术界和冶金界开始逐渐关注电磁力, 该技术在使用过程中具有无接触。清洁的效能。在该技术发展的早期, 结晶器外部施加使用的电磁场, 主要是振幅比较稳定的交变磁场, 所以施加在结晶器内部的金属液的电磁压力也是比较稳定的。但是, 连铸技术是一个动态变化的过程, 尤其是在结晶器振动的时候, 动态过程会变的更加明显, 且具有一定的周期性。后期人们又提出了“调幅磁场”新的电磁场施加样式。

2.2 调幅磁场耦合结晶器振动电磁连铸控制技术的相关研究

在电磁连铸的铸造过程中, 根据调幅磁场电磁力变化的相关特征, 利用电磁力产生的效果抵消结晶器振动时, 保护渣道内产生的动态压力。也就是把保护渣道内部的压力进行转化, 使压力转化为正压力, 当初始凝固坯壳被推离开结晶器壁的时候, 合理的控制电磁力, 在确保润滑效果良好的情况下, 使坯壳的形状逐渐变小。相同的道理, 当压力转化为负压力的时候, 适当的增强电磁力的压力, 确保坯壳的形态维持在一定的状态内, 再施加和结晶振动器相耦合的调幅磁场, 实现对初凝壳的精确控制, 从根源上控制振痕的产生, 提高连铸坯的质量。

3 结语

在实际的生产过程中, 连铸坯的质量受多种因素的影响和制约, 每个因素都可能导致连铸坯表面产生振痕, 在今后的生产过程中要综合考虑多种因素的影响, 不断的调整相关的工艺, 确保参数比例的数值能够达到最佳的情况, 尽可能的降低连铸坯表面振痕的深度, 不断提高连铸坯的铸造质量。

参考文献

[1]王贺利.连铸坯表面振痕形成机理综述[J].太钢科技, 2011.

篇4：异形坯连铸技术的最新进展

关键词：连铸机扇形段驱动辊；西门子高性能变频器；切换BICO数据组功能；卧坯

中图分类号：TQ330.4 文献标识码：A文章编号：1007-9599 （2011） 08-0000-01

The Application of Segment Shaped Caster Drive Roller Anti-lying Blank Functions

Wang Wei,Li Guoshuai,Yang Ling,Xi Lianfeng

(Shandong Laiwu Iron&Steel Group Co.,Ltd.,Steelmaking Plant,Laiwu271104,China)

Abstract:Siemens(6SE70)high frequency switching BICO data set features,reasonable to set the drive parameters to address the continuous casting machine Communication Control Segment drive failure not on the casting speed to the blank causing the accident prone.

Keywords:Continuous casting machine segment drive roller;Siemens high-performance inverter;Switch BICO data set of functions;Lying blank

一、概述

莱钢型钢炼钢厂异形坯连铸机是奥钢联公司设计的3机3流连铸机，每流扇形段有4台驱动辊电机，分别由4台西门子6SE7022-1EP60增强书本型变频器拖动，变频器控制方式为通过CBP2通讯板与铸流PLC实现Profibus通讯控制，变频器启动与调速均通过PLC系统向变频器发送控制字完成，同时变频器的运行状态也通过变频器状态字反馈给PLC系统用于上位机实时数据显示、采集等，这种Profibus通讯控制方式由于线路简单、数据传输量大等优点在铸机各类电机变频拖动中得到广泛应用，然而，在近些年实际使用中这种控制方式也暴露出一些不足，其中有一点就是正常浇注生产过程中由于故障浇注条件不具备（如PLC系统突然死机、变频器Profibus通讯中断等），变频器停止运行，铸坯拉速为零，如果不在短时间内排除故障，恢复铸坯拉速，会直接造成铸坯冷却后嵌在扇形段内无法拉出，需费很长时间进行人工切割后取出冷却的铸坯，出现类似事故将严重影响铸机正常生产，2009年此连铸机曾出现过2次因PLC系统死机导致的卧坯事故，每次仅清理铸坯将近12小时，造成很大的经济损失，为避免类似卧坯事故再次发生，能够在铸流PLC系统故障时及时将热铸坯拉出扇形段，将损失降至最低，需要设计一套独立于变频器通讯控制以外的事故出坯控制电路。

二、改造方案

经分析利用西门子高性能变频器改变参数P590切换BICO数据组的功能，当P590连接的BICO参数为0时，本连铸机扇形段驱动辊变频器的第一套BICO数据组起作用，此时变频器Profibus通讯控制有效，当出现故障变频器Profibus通讯控制失效时，可以通过改变接入变频器某个数字量输入端子的状态（由0变为1由外部中间继电器执行）激活变频器第二套BICO数据组（第二套BICO数据组设定为变频器以固定给定运行），这样变频器就以固定给定频率拖动扇形段驱动辊电机运行将未冷却的铸坯拉出扇形段，从而防止卧坯事故发生。

（一）控制线路设计与简介

在变频器X101接线端子的1号端子（变频器的内部24V电源正极）与X102接线端子的19号端子（DI7数字量输入端子）之间接入中间继电器1J（欧姆龙MY4NJ）的常开触点，四台变频器接线一致（见图一），合上电源开关K1、K2，不操作机旁操作箱的钥匙开关和选择开关中间继电器1J不吸合，4台变频器1和19号端子未接通变频器处于Profibus通讯控制状态，当操作机旁操作箱的钥匙开关和选择开关中间继电器1J吸合，4台变频器1和19号端子接通变频器切换到固定给定频率运行方式。

（二）变频器参数设置思路简介

当变频器Profibus通讯控制失效时，及时将钥匙开关和选择开关接通，1J接触器吸合4台变频器的DI7数字量输入BICO连接器B22置1，围绕B22置1通过合理设置变频器内部参数就能实现电机运行，参数设置方法如下：

序号参数代码设定值注释

1P565.2B22当出现PLC死机或通讯中断情况时，变频器会报F082通讯故障，B22为1时首先要将变频器的故障复位。

2P566.2B22

3P567.1B22

4P567.2B22

5P443.2KK40速度给定使用固定值给定

6P554.2B532变频器启停信号连接至定时器2

7P40525速度固定给定值5设定为25HZ

8P417.2B1通过这4组参数的组合使速度固定给定值5生效

9P418.2B0

10P580.2B0

11P581.2B0

12P555.2/P556.2/P557.2B10FF2自由停车功能取消

13P558.2/P559.2/P560.2B10FF3快速停车功能取消

14P561.2B1逆变器使能命令激活

15P564.2B1速度给定值使能

16P571.2/P572.2B1变频器正反转使能

17P590B22B22为1第2组BICO数据组使能

18P653.2B124控制变频器电源接触器吸合

19P654.2B104用运行信号控制电机抱闸打开

20U951.674激活接通延时定时器2的功能

21U296B22B22为1时定时器2开始计时

22U2971定时器2时间设定为1秒

23U2980定时器2时间单位为秒

三、结语：

篇5：异形坯连铸技术的最新进展

关键词：铸坯切割；除渣技术；吹渣装置

中图分类号：TF77 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）18-0042-02

1 概述

吹渣裝置的原理是：去毛刺过程与连铸坯火焰切割过程是同步的，将一个喷嘴装在铸坯切口的正下面，当打开切割氧的同时打开电磁阀，此时从喷嘴中喷出高速、动能大的氮气体（或某种惰性气体）将切割过程中生成的液态熔渣吹离钢坯，防止液态熔渣冷却凝固在钢坯上形成毛刺，从而达到去除毛刺的目的。本装置去毛刺方法简单可靠，去毛刺率高，引入的氮气（或某种惰性气体）只有在切割的过程中才打开，切割完成后就会通过电磁阀关闭氮气，从而达到节能的目的；安装于铸坯下方，与火焰切割同步完成，不占用连铸生产线的空间和连铸生产时间，生产效率高。

2 熔渣吹扫的相关参数

2.1 铸机主要参数：

（1）铸机流数：7流。（2）铸坯规格（mm）：

160×160 。（3）拉速（m/min）： 3.5（MAX）。（4）切割

定尺（m）： 4～12。（5）铸坯温度（℃）： 800以上。（6）流间距（mm）：1200。（7）切割区行程（mm）：～2000。（8）切割钢种：低碳钢、低合金钢、普碳钢等。

2.2 能介参数

2.3 外形及重量

3 工作原理

熔渣吹扫控制柜工作原理节图1所示。

熔渣吹扫控制柜安装在连铸火焰切割机能源介质箱附近，通过管路将吹扫气体输送至安装于切割车抱夹臂处的喷嘴，吹扫气体从每流喷嘴喷出，吹扫火焰切割形成的熔渣。熔渣吹扫控制柜内由吹扫气体控制调节阀，控制吹扫气体的开启、关闭，并可分别控制每流吹扫气体流量的调节。吹扫气体控制调节阀的信号由切割车能源介质箱内引出，与切割氧控制信号同步，与切割氧同时开启或关闭。

进行各项操作之前，请操作人员根据图2（熔渣吹扫控制柜控制阀示意图），详细了解熔渣吹扫控制柜内气体输出管路的走向以及管路上各控制阀门的作用和开闭状态。

4 组成安装

4.1 吹渣装置组成

主要由阀台、硬管路、拖链软管、吹渣嘴喷枪及管夹、吹渣嘴、过渡接头组成。

4.2 吹渣装置安装

准备好电磁阀（DC24V）、吹渣装置控制柜 （7流共用）、拖链软管、吹渣喷枪及管夹、喷嘴、过渡接头。

4.2.1 熔渣吹扫控制柜电气线路的连接。对照电器线路图接线端字接点编号，联接熔渣吹扫控制柜接线端子排与能源介质箱内切割氧电磁阀接线端子间电缆。

4.2.2 熔渣吹扫控制柜各介质管路的联接。

（1）吹扫气体进口的联接：将吹扫气体总管与熔渣吹扫控制柜吹扫气体进口法兰联接，不得泄露。 （2）吹扫气体出口的连接：按连铸系统要求位置顺序接通各流熔渣吹扫控制柜燃气管路，不得泄漏。（3）吹扫喷嘴的连接：按连铸系统要求位置安装吹扫喷嘴接管，调用冷坯或测试坯比照调整喷嘴位置及角度。

4.2.3 熔渣吹扫控制柜调试。

（1）打开熔渣吹扫控制柜各进出口接头吹扫管路，重新联接各接头并检查熔渣吹扫控制柜整体气密性。（2）开启吹扫气体主管及各支路球阀。（3）调节气动三联体减压器：使吹扫气体压力达到0.5～0.7MPa。（4）开启吹扫气体控制调节阀，分别调节每流吹扫气体流量，使吹渣效果达到最佳。

5 吹渣装置控制系统操作

5.1 吹渣装置控制柜控制

熔渣吹扫控制柜内，每流吹扫气体支路上装有吹扫气体控制调节阀，通过吹扫气体控制调节阀的开启和关闭，来分别控制每流吹扫气体。吹扫气体控制调节阀的信号，取自切割车能源介质箱内的切割氧电磁阀，与每流切割氧控制信号同步，从而实现熔渣吹扫的自动控制。在切割过程中，切割氧开启的同时开始吹扫，切割氧关闭同时结束吹扫。熔渣吹扫控制柜在正常工作过程中，只需要保持管路中各球阀处于开启状态。

5.2 熔渣吹扫喷嘴

熔渣吹扫喷嘴通过组合接头、无缝管及可调节管卡固定在切割车抱夹臂割枪侧。首先进行粗调，调用冷坯或测试坯，抱夹以后比照调整喷嘴位置及角度。通过对管卡及组合接头的调整，使喷嘴与割枪处于同一轴线上，喷嘴距铸坯侧面50～80mm，喷嘴中心略低于铸坯下表面5～10mm，喷嘴相对水平面，上倾角度不超过5°。然后打开吹扫压缩空气，对喷嘴进行微调。

6 维护保养和注意事项

（1）熔渣吹扫控制柜内各电磁阀、球阀应定期检查，发现有阻塞或泄露现象时应清理或更换。

（2）熔渣吹扫控制柜内各气路联接应经常检查是否漏气，可用肥皂水进行泄漏检验，发现异常应及时检修，以免空气泄漏造成管路压力过低影响吹渣效果。

（3）在停浇或日常检修时，应检查吹扫喷嘴是否有阻塞或烧损现象，检查吹扫喷嘴是否有角度或位置变更，应及时调整喷嘴或对损坏喷嘴进行更换。

（4）熔渣吹扫控制柜各阀门及开关调整好后，一般不再随意调整。

7 结语

通过在炼钢连铸近半年的试验使用，该装置已经取得了较好效果，原来切割瘤体积大，紧紧粘结于铸坯头部、尾部，容易使下道轧钢工艺产生开花、夹杂等轧制缺陷。目前吹渣已经将切割瘤平均体积减小到原来的10%，切割瘤厚度由原来的6～10mm控制到现在的≤2mm。高线轧钢切头长度也减小了一半，极大地提高了铸坯成材率。