高效结晶器锥度优化设计及制造技术-海口会议

高效结晶器锥度优化设计及制造技术李建超 博士 王宝峰 教授 内蒙古科技大学 包头联方高新技术有限责任公司 2007.3.22

主要内容1、结晶器锥度对连铸坯质量的影响 2、高效结晶器锥度的优化设计 3、结晶器锥度的制造技术及结晶器锥度的测量

结晶器的作用一个高效的热交换器：其热流密度最高可达 一个高效的热交换器：其热流密度最高可达6 MW/㎡,是工业应用当中能效率最高的换热 ㎡ 器之一； 器之一； 一个精心制造的凝固工具：建立起有足够强 一个精心制造的凝固工具： 度的凝壳和良好的凝固组织； 度的凝壳和良好的凝固组织； 一个成型的模具：给出正确的尺寸和形状； 一个成型的模具：给出正确的尺寸和形状； 一个反应容器：去除非金属夹杂，控制合金 一个反应容器：去除非金属夹杂， 元素的形态和分布。 元素的形态和分布。

结晶器内部的热量传递钢水内部的对流与传导 坯壳的热传导 坯壳与结晶器之间气隙热传导 结晶器壁面热传导 结晶器与冷却水之间热传导

一、结晶器锥度对连铸坯质量的影响-锥度 带来的问题过大的锥度会造成结晶器对坯 壳的挤压导致角部凹陷 导致角部凹陷， 壳的挤压导致角部凹陷，坯壳 与结晶器的摩擦增加， 与结晶器的摩擦增加，加剧结 晶器的磨损， 晶器的磨损，还会出现表面增 铜。在角部区域由于气隙的作 用会形成热点， 用会形成热点，造成坯壳减薄 和裂纹 锥度小会使气隙增大， 锥度小会使气隙增大，热流减 坯壳减薄，容易发生漏钢； 小，坯壳减薄，容易发生漏钢； 另外锥度过小会使角部转动加 剧，诱发皮下裂纹和纵向凹陷 的产生。 的产生。

结晶器锥度对连铸坯质量的影响

一、结晶器锥度对连铸坯质量的影响

二、高效连铸连铸结晶器锥度优化 理论设计

结晶器锥度的设计原则1. 铸坯在结晶器内的收缩应与受热变形后结 晶器内壁曲线相一致; 晶器内壁曲线相一致 2. 铸坯在结晶器内凝固过程当中所产生的收 缩; 3. 结晶器受热所产生的膨胀 结晶器受热所产生的膨胀; 4. 板坯连铸中窄面锥度对铸坯质量有重要的 影响; 影响

结晶器锥度的演变Mould Taper Designs for Billet Casting57.25

reference line Single m ould taper double m ould taper

57.15

Dimension (mm)

57.05

m eniscus56.95

Curved m ould taper

56.85

56.75

56.65 0 100 200 300 400 500 600 700

Distance Down the Top of M ould (m m)

结晶器的锥度范围 单锥度：0.7~1.5%/m 单锥度： 单锥度 双锥度：1.5~2.8%/m 双锥度： 双锥度 0.4~0.9%/m 曲线锥度：连续变化 曲线锥度： 曲线锥度 影响锥度设计的因素：钢种、坯 型、拉 影响锥度设计的因素： 影响锥度设计的因素

钢种、 过热度、 速、过热度、铜管变形等

高效连铸连铸结晶器锥度优化设计程序1. 结晶器传热模型 结晶器传热模型(Inverse) 2. 结晶器变形计算程序(Deformation) 结晶器变形计算程序( ) 3. 结晶器内坯壳生长和收缩程序 结晶器内坯壳生长和收缩程序(Shrinkage) )

结晶器传热模型(Inverse)-结晶器的温度响应 结晶器的温度响应 结晶器传热模型

结晶器传热模型(Inverse)-结晶器平均的 - 结晶器传热模型 温度Average Temperature along the Inside Curved Wall170C%=0.155, Mn%=0.806, P%=0.005, S%=0.023, Si%=0.214, Cu%=0.391, Ni%=0.138, Cr%=0.102 CSp1=2.02 m/min, CSp2=2.39 m/min. Average Tundish Temperature=1543 oC

150CSp2

Average Temperature (oC)

130

110CSp1

90

70

50 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Distance from the Top of the Mould (mm)

结晶器传热模型(Inverse)-结晶器热流的变 结晶器热流的变 结晶器传热模型 化Heat Flux with CSp for Low Carbon Steel, Right Straight Wall3500C --- 0.155 Mn--0.806 S --- 0.023 Si --- 0.214 Cu---0.391 CSp1=2.02 m/min CSp2=2.39 m/min Superheat: 42 ℃

3000

CSp1 CSp2

2500 Heat Flux (kw/m2)

2000

1500

1000

500

0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Distance from the Top of the Mould (mm)

120×120m小方坯结晶器锥度设计 小方坯结晶器锥度设计 小方坯1.2 1.1 (130-250 ) 1 ( 250-450) (450-1000)

Low Carbon Steel, DT=25℃, CSp=4.5m/min0.9 Reference (mm)

Low Carbon Steel, DT=25℃, CSp= 3.0m/min0.8

0.7

0.6

High Carbon Steel, DT=25℃, CSp=4.0m/min

0.5

0.4

High Carbon Steel, DT=25℃, CSp= 3.0m/min

0.3 0 200 400 600 800 1000 1200