连铸结晶器技术改造提高铜管通钢量

刘莫言 张 允

（鞍山宝得钢铁有限公司，辽宁 鞍山114000）

结晶器是连铸机的心脏部位，宝得公司5机5流大方坯连铸机投产以来，结晶器铜管的使用效果欠佳，铜管平均通钢量13000t，下线原因不是鼓肚变形，就是上口镀铬层脱落，再就是密封胶圈烧损。通过加厚结晶器的上法兰厚度，加装结晶器水缝排气装置，改变上法兰密封方式，经过一年多实际使用，铜管通钢量明显提高。

1 良好的结晶器应该具有的性能

1）良好的导热性，能使钢液快速凝固。因结晶器长度有限，我们公司为800mm，在这样短的距离内要能带走大量的热量，要求它必须具有良好的导热性能。若导热性能差，会使出结晶器的铸坯坯壳变薄，容易漏钢，对铜管的使用寿命也有很大影响。

2）结构刚性要好。结晶器内壁与高温钢水接触，外壁通冷却水，而它的壁厚又很薄（仅18~30mm），因此在它的厚度方向温度梯度极大，热应力相当可观，其结构必须具有较大的刚度，以适应大的热应力。

3）装拆和调整方便。为了能快速更换断面或修理结晶器，以提高连铸机的生产能力和作业率。

4）工作寿命长。结晶器在高温状况下伴随有铸坯和结晶器内壁之间的滑动摩擦。因此内壁的应有良好的耐磨性和较高的再结晶温度。

2 结晶器冷却水系统的设计要求

1）为清除混进冷却水中的杂质，在连铸机上设置自清洗式过滤器；

2）结晶器的冷却水回路都汇集到主管道，并回流到水处理系统；

3）保证冷却水能充满冷却水箱及各管路，在最高处设置空气排尽配管和放气阀，以排尽管路中的空气；

4）冷却水水质应有严格的要求，pH值7-8，硬度fflt;140ppm。

3 5流大方坯结晶器主要技术参数及结构说明

主要技术参数如表1：

表1

3.1 结晶器结构

公司采用管式结晶器。使流入结晶器中的钢水快速冷却形成有一定坯壳厚度的铸坯。主要结构（图1）由内壁镀铬铜管，水套，不锈钢结构外壳，定位键板，上下密封法兰，各类密封圈，足辊，足辊段喷淋装置等组成。铜管材质为铜银合金，内壁镀铬。内水套为不锈钢整体成型水套，以保证水缝的均匀。密封圈材质为硅橡胶。铜管上端用键板固定，下端自由，以适应铜管冷热急剧变化带来的纵向伸缩。铜管周向固定为凸块式。此结构铜管固定牢靠，拆卸方便，对弧精确，并可快速更换。进出水用O型圈密封，自动接通，安装方便，定位可靠。

3.2 结晶器冷却

3.2.1 设备功能及控制要求

图1 结晶器结构

利用流经结晶器内腔的净环水，将与结晶器内壁接触的钢水快速冷却并使其迅速结晶，结晶器冷却水量可调。

3.2.2 电气设备及控制方式

1）每流结晶器冷却水采用电动截止阀进行通断控制，该控制可以手动或自动方式进行。选择自动操作状态时，该流工作状态转换到浇铸状态时，该截止阀自动打开；

2）采用电磁流量计检测结晶器各冷却水流量超低限报警；

3）冷却水流量安照工艺要求进行手动调节；

4）采用热电阻检测各冷却腔进出水温差，超高限》9℃报警；

5）当结晶器冷却水流量低于下限值后，立即停止浇注并报警；

6）结晶器冷却系统可以进行就地操作及流量显示，远程数据显示。

4 结晶器改造前生产现状及问题分析

据统计，该套连铸机自投产以来，以230*230断面为例，结晶器铜管通钢量平均13000t左右。虽然符合工艺设计要求，但从铜管报废标准看，下线原因以上法兰漏水，上口镀铬层脱落，铜管上口变形严重居多。从拆下铜管来看，发现侧封胶圈有烧损现象。经过分析其原因是结晶器内钢水液面距上口太近，侧封胶圈紧贴铜管壁，而结晶器内腔冷却水不能充分冷却侧封处及以上50mm区域，如果解决这一问题，铜管通钢量还有很大潜力。首先在工艺操作上要求员工低液面操作，让过50mm无水冷却区，结果有一定缓解，但操作人员难度加大，因铜管长度有限，增加了漏钢风险。这给生产带来困难，时常因结晶器漏水，被迫停浇下线，中断了连续生产，严重影响铸机的业率。为此对结晶器进行技术改造势在必行。

5 结晶器技术改造措施

5.1 对键板的改造

经过我们线下反复对比试验，最终方案是把侧封胶圈去掉，在原键板紧贴铜管外壁四周各开一排均匀排列的进水孔（Φ3.5mm），让结晶器水缝冷却水能进入到50mm无水区，并在键板外圈四边开四个（Φ30mm）排水孔，联通结晶器内腔。这样50mm无水冷却区变成有水冷却区，极大地改善了这一区域的冷却条件。

5.2 对上法兰的改造

为了防止由于取消侧封胶圈造成上法兰强度不够，在浇注过程中上法兰变形，发生漏水现象。将上法兰由原来35mm加厚到50mm。并在上法兰下表面开一环状沟槽，放置一个密封胶圈，紧压在下法兰上，防止键板上方冷却水外逸。通过线下保1.2MPa,8小时，上法兰不变形，密封良好。

5.3 加装排气回流装置

由于浇注过程中结晶器铜管内壁接触的是高温的钢水，水缝中冷却水瞬间极易汽化，会产生大量气泡，最后都汇集在结晶器上部，由于气体浮力，气泡不会随回水管路排出。这对结晶器冷却效果影响很大，也是铜管使用寿命低的主要因素。原设计在上法兰上有一排气孔，用螺帽封住，为冷试通水排除管道内气体的作用，生产时是封闭状态，不能起到很好作用。现将螺帽去掉，接上一个耐高压的金属软管，另一端连接到结晶器的排水管上，形成一个闭路循环。在生产时，随时将产生的气泡随着这一管路回流到回水管路中。这样既不影响整个净环水压力，又解决了结晶器内气泡无法排除的难题。见图1。

6 结晶器技术改造的效果

通过对结晶器诸项技术改造，较好解决了铜管端部变形，镀铬层脱落，鼓肚等问题。铜管通钢量大幅提高。通钢量由原来平均13000t/支提高到26000t/支，个别铜管使用到30000t以上。降成本经济效益明显，吨钢铜耗由1.113元/吨降到0.649元/吨。改善了员工的操作条件，对结晶器钢水液面的控制要求放宽了，减少了漏钢事故的发生。技改后，在生产中没有一次因为结晶器原因造成非计划停浇，提高了连铸机作业率。为同类结晶器改造提供了很好借鉴。

7 结论

（1）通过对结晶器的冷却水密封方式的改变，优化了结晶器的冷却系统，使结晶器冷却水循环流场更加合理，提高了冷却效果；

（2）冷却效果的提高，直接体现在铜管的通钢量的大幅提高，降低了生产成本，经济效益明显，提高了连铸机的作业率；

（3）减轻了操作人员的操作难度，减少了漏钢事故的发生。

［1］王维.连续铸钢技术问答[M].北京：化学工业出版社，2012，10.

［2］连续铸钢500问[M].北京：冶金工业出版社,2002，6.

［3］史宸兴.实用连铸冶金技术[M].北京：冶金工业出版社，2005.