呂士金 胥珂 趙建宏

(1.中冶京誠工程技術(shù)有限公司;2.昆明鋼鐵股份有限公司)

動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)在大方坯連鑄機(jī)上的應(yīng)用

呂士金1胥珂2趙建宏2

(1.中冶京誠工程技術(shù)有限公司;2.昆明鋼鐵股份有限公司)

動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)可降低鑄坯中心偏析，改善鑄坯中心疏松狀況。本文主要介紹了動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)的冶金原理，并根據(jù)應(yīng)用效果，分析工藝參數(shù)對鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的影響。

動(dòng)態(tài)輕壓下 冶金原理 工藝參數(shù)

0 前言

在連鑄生產(chǎn)的過程中，鑄坯的質(zhì)量控制主要涉及三個(gè)方面的內(nèi)容:鑄坯的純凈度(夾雜物含量、形態(tài)、分布)、鑄坯表面缺陷(裂紋、夾渣、皮下氣泡等)和鑄坯的內(nèi)部缺陷(裂紋、疏松、偏析等)。而動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)在減輕鑄坯的中心偏析與疏松等缺陷、提升鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量和提高連鑄生產(chǎn)效率等方面具有巨大的發(fā)展優(yōu)勢和獨(dú)特的優(yōu)越性。

動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)主要由熱跟蹤模型、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制的設(shè)備等三個(gè)部分組成。其中熱跟蹤模型和自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是控制系統(tǒng)，它們能在澆注過程中，根據(jù)澆注工藝條件(鋼種、澆注速度、冷卻水量等)實(shí)時(shí)計(jì)算出液芯及兩相區(qū)位置和目標(biāo)輥縫。遠(yuǎn)程控制設(shè)備則是執(zhí)行系統(tǒng)，它是根據(jù)指令動(dòng)態(tài)調(diào)整液壓缸壓力設(shè)置，改變輥縫和壓下量，從而保證非穩(wěn)態(tài)澆注的輕壓下效果。

1 方坯輕壓下技術(shù)的冶金原理

方坯的鑄坯液相穴末端呈V漏斗狀，易產(chǎn)生“搭橋”現(xiàn)象，受到搭橋結(jié)構(gòu)的阻隔，下部的鋼液在凝固收縮的過程中得不到上部鋼液及時(shí)地補(bǔ)充或者補(bǔ)充不足，出現(xiàn)密閉區(qū)域，形成負(fù)壓，將枝晶間富集溶質(zhì)的剩余液相吸入，富集在最后凝固的中心部位，從而產(chǎn)生周期性斷斷續(xù)續(xù)存在的縮孔和偏析。板坯連鑄時(shí)，其內(nèi)部液相末端相對平坦，搭橋現(xiàn)象不是偏析的主要因素，此時(shí)中心偏析主要是凝固殼收縮時(shí)糊狀區(qū)枝晶間富集溶質(zhì)元素的剩余液相流到鑄坯中心區(qū)域所致［1］。

根據(jù)中心偏析產(chǎn)生的機(jī)理分析，輕壓下技術(shù)改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的基本原理是:通過在鑄坯凝固末端附近施加壓力產(chǎn)生一定的壓下量來補(bǔ)償鑄坯的凝固收縮量，消除密閉區(qū)域或者鼓肚，讓枝晶間富集溶質(zhì)的液相仍保留在其原來的位置，而不流到最終凝固的中心位置，這就可以大大減輕甚至消除中心偏析和疏松。

2 輕壓下位置的選取

合適的壓下位置對減少中心偏析和疏松具有明顯的效果。若壓下的位置太靠前，則反而會(huì)增加這些質(zhì)量缺陷;若太靠后，則不起作用。凝固末端輕壓下位置，主要受拉速影響，而鋼水過熱度和二冷比水量等是次要因素。

昆鋼五流大方坯連鑄機(jī)采用門式拉矯機(jī)，每流有7架輕壓下拉矯機(jī)，其通過安裝在拉矯輥液壓缸上的位置傳感器和一個(gè)專門的液壓系統(tǒng)，根據(jù)一個(gè)用來計(jì)算液芯長度和凝固比例的在線數(shù)學(xué)凝固模型，優(yōu)化拉矯輥的壓下動(dòng)作，動(dòng)態(tài)的設(shè)置特定的輥縫來完成，已獲得要求的厚度最小量。每臺拉矯機(jī)距離結(jié)晶器彎月面的距離見表1。

由表1可以看出，昆鋼五流大方坯連鑄機(jī)輕壓下功能可在9.7 m的總長度范圍內(nèi)進(jìn)行。而國外大方坯連鑄機(jī)，考慮到澆注不同鋼種、斷面、拉速、過熱度和冷卻強(qiáng)度等因素對凝固末端位置變化的影響，輕壓下區(qū)長度一般為4 m～5 m即能滿足改善鑄坯中心偏析、中心疏松和減輕內(nèi)部裂紋的要求。因此，昆鋼五流大方坯連鑄機(jī)的輕壓下位置可以在更大的范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)，為鑄機(jī)工藝(拉速、過熱度、冷卻強(qiáng)度等)變化創(chuàng)造了良好的條件。

表1 輕壓下拉矯機(jī)的安裝位置

3 動(dòng)態(tài)輕壓下工藝參數(shù)的確定

3.1 總壓下量

輕壓下過程中鑄坯變形的特點(diǎn)為寬面凹陷，窄面鼓肚。隨著壓下量的增加以及中心固相率的降低，鑄坯寬面的凹陷、窄面的鼓肚隨之增加。在固相率一定的情況下，當(dāng)壓下量增加一定程度后，鑄坯寬面的凹陷以及窄面鼓肚僅在一個(gè)較小的范圍內(nèi)波動(dòng)。

一般說來，總壓下量的選擇應(yīng)該滿足三個(gè)要求:一是壓下量必須完全補(bǔ)償壓下處鋼液在降溫和凝固過程中的體積收縮量，以防止富集溶質(zhì)剩余液相的流動(dòng);二是防止產(chǎn)生內(nèi)部裂紋;三是輕壓下產(chǎn)生的反作用力不會(huì)對輥?zhàn)拥钠趬勖鼛聿焕挠绊憽?/p>

總壓下量過小時(shí)，對于中心偏析和疏松改善不明顯，如圖1 所示［2］。

圖1 總壓下量和偏析的關(guān)系

總壓下量過大時(shí)，鑄坯受到擠壓過度，引起尚未凝固且富集溶質(zhì)的鋼液流到相鄰的鼓肚區(qū)，形成偏析，還會(huì)導(dǎo)致內(nèi)裂的產(chǎn)生，同時(shí)引起輕壓下區(qū)輥?zhàn)拥钠茡p，如圖2 所示［2］。

圖2 總壓下量和內(nèi)裂的關(guān)系

因此，合適的總壓下量可以減少中心偏析和疏松，同時(shí)又不至于出現(xiàn)內(nèi)裂及引起輥?zhàn)拥钠茡p。鑄坯由液相變?yōu)楣滔鄷r(shí)的收縮率為3% ～4%(根據(jù)鋼種有所不同)，因此由壓下量造成的體積收縮也與此相當(dāng)。一般，板坯和方坯總的壓下量為4 mm～14 mm。

昆鋼五流大方坯連鑄機(jī)有三種鑄坯斷面尺寸:230 mm×230 mm、230 mm×350 mm和320 mm×410 mm，與之對應(yīng)的總壓下量為:5.2 mm，5.2 mm和7.3 mm。并對參與輕壓下的拉矯機(jī)，采用多道次、均等的壓下量進(jìn)行壓下，以減小累積應(yīng)變，防止內(nèi)裂紋的產(chǎn)生。

3.2 壓下速率

壓下速率是指單位時(shí)間的壓下量。在動(dòng)態(tài)輕壓下實(shí)施的過程中，鑄坯的變形是非連續(xù)的，所謂的壓下速率的控制只能通過對總壓下量的分解來實(shí)現(xiàn)，即在每一對輥?zhàn)由喜捎靡粋€(gè)不會(huì)產(chǎn)生裂紋的壓下量，鑄坯經(jīng)過多對輥分步壓下后，總的壓下量就可以達(dá)到應(yīng)用要求。

首先最佳壓下速率應(yīng)該不會(huì)超過最大壓下速率。所謂最大壓下速率與鋼種所能承受的最大變形速率有關(guān)，最大壓下速率引起的變形不能超過鋼的某一臨界值，否則會(huì)產(chǎn)生裂紋;其次與冷卻條件、斷面及鑄機(jī)設(shè)備本身?xiàng)l件有關(guān)。

其次壓下速率是關(guān)系到輕壓下設(shè)備使用的一個(gè)重要參數(shù)。壓下速率太大，容易導(dǎo)致輥?zhàn)訐p壞。原因是輥?zhàn)雍丸T坯之間的反作用力隨著壓下速率的增大成正比例增加。對于已經(jīng)設(shè)計(jì)好的鑄機(jī)，其壓下速率由支承輥的材質(zhì)、配置和尺寸限定。

當(dāng)其它條件一定時(shí)，壓下速率有最佳值。一般，板坯的壓下速率為0.55～1.1 m/min;方坯為1～2 mm/min。結(jié)合昆鋼五流大方坯輕壓下實(shí)際使用情況，三種鑄坯斷面尺寸:230 mm×230 mm、230 mm×350 mm和320 mm×410 mm，與之對應(yīng)的總壓下速率為:1.5 mm/min，1.1 mm/min 和2.0 mm/min。

3.3 合適的拉速

根據(jù)相關(guān)資料:拉速每增加0.1 m/min，凝固末端位置向后推移2.5 m，壓下區(qū)間長度增加1.3 m;過熱度每增加10℃，凝固末端位置向后推移0.5 m，壓下區(qū)間長度增加0.1 m;比水量每增加0.01 L/kg，凝固末端位置向前推移0.13 m，壓下區(qū)間長度減小0.05 m。因此，拉速對凝固終點(diǎn)以及壓下位置的影響，遠(yuǎn)大于鋼水過熱度和二冷比水量的影響。拉速與偏析的關(guān)系如圖3所示［2］。

圖3 使用輕壓下拉速對碳偏析的影響

由圖3可以看出，其它條件一定時(shí)，適合輕壓下的拉速范圍比較窄，換句話說，拉速達(dá)到基本恒定時(shí)，使用輕壓下技術(shù)才可以取得良好的效果。

昆鋼五流大方坯連鑄機(jī)為獲得平穩(wěn)拉速采取的措施為:拉矯機(jī)實(shí)施輕壓下時(shí)，設(shè)定檢測輥即1#上輥的拉速為拉矯機(jī)的設(shè)定拉速，得到1#上輥的力矩，使其它輥的力矩通過調(diào)整各輥轉(zhuǎn)速使力矩與檢測輥力矩匹配，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)拉矯過程中力矩的合理分配，并保證拉速平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)設(shè)定拉速。三種鑄坯斷面尺寸:230 mm×230 mm、230 mm×350 mm和320 mm×410 mm，實(shí)施輕壓下時(shí)與之對應(yīng)的總壓下速率為:1.0 m/min，0.7 m/min 和 0.5 m/min。

4 結(jié)語

根據(jù)實(shí)際使用效果，輕壓下技術(shù)可以很好的改善鑄坯的中心偏析、中心疏松等內(nèi)部質(zhì)量問題，同時(shí)提高鑄坯的等軸晶率。但是，在使用輕壓下技術(shù)時(shí)，必須根據(jù)不同廠家的的不同工藝操作條件，采用合適的壓下參數(shù)才能保證應(yīng)用效果。

［1］ 謝海唯，朱苗勇，宋景欣，程乃良.連鑄方坯凝固末端輕壓下位置的預(yù)報(bào)研究.材料與冶金學(xué)報(bào)，2003，2(3):185－188.

［2］ 閻朝紅.凝固末端輕壓下技術(shù)在連鑄中的應(yīng)用.寶鋼技術(shù)，2001(5):51－55.

APPLICATION OF DYNAMIC SOFT REDUCTION TECHNOLOGY IN BLOOM CASTER

Lv Shijin1Xu Ke2Zhao Jianhong2

(1.MCC Capital Engineering and Research Incorporation Limited;2.Kunming Iron and Steel Company Limited)

Dynamic soft reduction technology can decrease centerline segregation and improve central looseness in billet.The paper mainly introduces the metallurgy principle of dynamic soft reduction and analyses the influence of reduction parameters on internal quality according to the application results.

dynamic soft reduction metallurgy principle technical parameters

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2011—4—13