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轮式连铸

轮式连铸,将钢水注入带槽形的结晶轮与一条无头钢带组成的空间形成铸坯的连续铸钢炼铁类型。连铸连轧,由于轮式连铸机浇速很高,单机生产能力大,出坯温度高,从而具备了铸坯不需加热即可在线连轧的能力。

将钢水注入带槽形的结晶轮(或称铸造轮)与一条无头钢带组成的空间(即构成结晶器)形成铸坯的连续铸钢|炼铁类型。结晶轮的轮缘用导热性、耐热性和耐疲劳性较好的银硼铜合金制造,其断面为开口的梯形槽,采用梯形槽是为了使钢坯便于从槽内脱出。在梯形槽的开口边用钢带封闭,形成一段弧形结晶器,在梯形槽及钢带的背面通水冷却,用以吸收钢水凝固时放出的热量。钢带为2mm左右的低碳钢带,要求其板型非常平整,以便能把开口的结晶槽封闭严密。

钢带用3个带轮支承着,其中有两个带轮是用来把钢带压在结晶轮的轮缘上,另一个用来把钢带张紧。浇钢时,先把挠性引锭杆送入结晶器的下部,把它的下口堵塞起来,用以承受继续浇入的钢水。钢水是从中间罐通过定径水口流入结晶器的。结晶器内的钢液面用γ射线或红外线液面计检测指示,通过调整结晶轮的旋转速度保持钢液面的稳定。随着结晶轮的转动,初凝的铸坯转到结晶器的出口时,即被拉坯矫直辊拉出、矫直并送至出坯富辊道,使之完全凝固。浇铸高质量钢坯时,从盛钢桶到中间罐,以及从中间罐到结晶器的钢流都采取了密闭的保护措施,以防钢流氧化

轮式连铸机主要组成如下:铸造轮,其直径一般为3m,焊接钢骨架,轮缘为银铜 合金(Cu 99.95-; Ag 0.009-; P 0.0006-)或铬锆铜合金(Gr 0.65-; Zr 0.1-),用螺钉连接在骨架上,组成梯形断面的三个边。轮缘有水槽通水冷却。钢带的材质一般为低碳钢(SPCC),寿命大约为100 炉,厚度1.62.6 mm。在线轧制,轮式连铸机所产铸坯的断面为梯形,不适 于一般轧机使用,因而在轮式连铸机后都设有立轧和平轧机,将铸坯压缩约30-成为方坯。连铸连轧,由于轮式连铸机浇速很高,单机生产能力 大,出坯温度高,从而具备了铸坯不需加热即可在线连轧的可能。轮式连铸机见图1。

轮式连铸机铸造轮的外周刻有槽,钢带卷住铸造轮构 成弧状“结晶器”。中间包钢水注入“结晶器”成形,同时边 冷却边与铸造轮同步转动出坯。在“结晶器”的出口处,铸 坯内部并未完全凝固,为防止变形引起漏钢,用一渐变的 平滑曲线引出导板对铸坯矫直。

轮式连铸机的特点是铸坯与结晶轮同步运行,不存在拉破初凝坯壳的问题;同时它不需普通连铸机那样的振动结晶器,因此可以铸出表面平滑,没有振动波纹的钢坯;此外还由于轮式连铸机的结晶器较长,例如直径3m的结晶轮,其结晶器的长度约1.9m,相当于普通结晶器的2.5倍,钢水在结晶器内的静压力较大,能使初凝的薄弱坯壳与结晶器壁有较好的接触,改善了传热条件,所以钢水凝固较快。在结晶器内凝成的坯壳厚度δ可用下式计算:

δ = K ( τ ) 1/2

式中τ是凝固时间,min;K是凝固系数,mm/min-0.5。普通连铸机结晶器内的K值是21~24,而轮式连铸机的K值为26。由于轮式连铸机具有这些特点,它能以2.5倍于普通连铸机的速度进行生产。

用轮式连铸机浇铸有色金属时,其结晶轮及钢带都采用简单的喷水冷却方式,结晶轮的温升约373℃,钢带的温升约600℃;用以铸钢时,其浇铸温度较高(钢的熔点是铜的1.5倍),所以必须采用更有效的冷却方式,以延长结晶器的使用寿命。为此,在其结晶槽的背面刻出狭长的冷却水沟,使高压水在其中高速流过。在钢带与结晶轮接触部分的背面设有弧形导槽,使之与钢带形成狭长的水缝,让高压水在其中流过。采用这种冷却方式时,结晶轮的温升为200℃,钢带的温升为300℃。用轮式连铸机浇铸有色金属时,铸坯在结晶器内已经完全凝固,所以在矫直时不会产生裂纹。而浇铸钢坯时,由于钢的导热性较差(钢的导热系数仅为铜的1/10),当铸坯出结晶器时,其内部还是液芯,所以采用了连续矫直的方式,即在大约1.3m长的距离内把弧形钢坯逐渐矫直。使铸坯内部固、液两相区的坯壳延伸率不超过0.4-。

由于轮式连铸机能以5m/min的速度出坯,再加上在出坯辊道上采用保温和均热措施,可以使铸坯表面具有约1180℃的温度,能够满足轧钢的要求。同时也因为轮式连铸机的生产能力与普通小型轧钢机的生产能力大致相等,所以能够把铸机和轧机配合起来,进行在线连续铸轧,一次成材。对于不具备连续铸轧的工厂,也仅需在铸机后部安装一架立辊轧机和一架平辊轧机,把梯形坯轧成120mm×120mm小方坯,即可在下一步的轧钢工序中,把钢坯推入加热炉内,进行加热。

轮式连铸机早已成功地用于铝及铜材的连铸。1975年日本的日立公司开始用以连续铸钢。他们用直径2.44m的结晶轮,以10m/min的速度,铸出了(140/120)mm×100mm的梯形坯。初试成功之后,于1978年和1980年在日本建设了两台工业生产设备。联邦德国科夫公司(Korf Engineering GmbH)购买了日本的专利;1985年在奥地利又建设了一台轮式连铸机。它们使用的结晶轮直径是3m,铸坯断面为(190/160)mm×130mm,拉坯速度最高为5.2m/min。美国南方线材公司根据他们用轮铸机浇铸有色金属的经验,进行了浇钢的试验。他们把钢带与结晶轮的包角加大到接近300°,并把铸坯从结晶轮的上部以弯曲的状态引出,这样就既加长了结晶器,又降低了铸坯矫直时的应变,利于提高出坯速度。他们用直径2.44m的结晶轮浇铸断面积为3097mm的钢坯时,其出坯速度为9.1~12.2m/min。把结晶轮直径加大到3.66m时,其最大出坯速度为18.3m/min。

轮式连铸机的结晶轮既可垂直安装(如图中所示),也可水平安装。水平式轮铸机不但降低了设备高度,还由于钢水的静压较低,避免了钢坯的鼓肚,有利于高速出坯。在水平轮铸机上,必须用密闭的水口把钢水从中间罐送入结晶器,既可避免了钢水的氧化,又省掉了结晶器上口的钢液面检测及控制系统,而不存在溢钢的问题。中国在80年代初曾用结晶轮直径3m,并与地面成3°~5°微小倾角的水平轮式连铸机,以18m/min的速度浇铸50mm×63/65mm梯形钢坯。其结晶器的长度为3.6m,是普通连铸机的5倍。立式轮铸机还可用以浇铸宽度较窄的薄板坯。中国在1967年曾用2.4m的立式轮铸机,浇出了50mm×280mm的薄板坯。利用这种窄的薄板坯既可轧制窄带钢,又可利用切分轧制工艺,供小型轧机轧制线材及小型棒材。轮式连铸机的结晶轮造价较高。为降低生产成本,在材质及结构方面还需研究改进。

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