周士凱,王西林,王 新,田松林,孟 春
(1.中國重型機械研究院股份公司,陜西 西安 710032;2.南陽漢冶特鋼有限公司,河南 南陽 474500)
南陽漢冶特鋼3#連鑄機是中國重型機械研究院自主創(chuàng)新設計的420 mm×2 700 mm直弧形連鑄機,該連鑄機采用了先進的連鑄設備和工藝技術,如結晶器在線調寬、漏鋼預報及結晶器專家系統(tǒng)、二冷水動態(tài)控制及隨鑄坯寬度變化的二冷幅切技術、動態(tài)輕壓下技術等。投產后分別澆注了厚度250 mm、300 mm、350 mm、400 mm,多個鋼種。在澆注300 mm厚Q460C鋼時,窄面出現(xiàn)10~12 mm鼓肚。
窄面鼓肚可能會造成板坯斷面尺寸超差、角部縱裂紋和三角區(qū)裂紋,甚至漏鋼,嚴重影響連鑄坯的產量和質量。
3#連鑄機主要參數(shù)見表1,Q460C的目標成分見表2。由Q460C的成分可知,該鋼種為包晶鋼,鋼水在凝固時會發(fā)生包晶反應 (L+δ→γ),伴隨著較大的相變體積收縮,初生凝固坯殼生長不均勻,易造成鑄坯表面的質量問題。為使結晶器內初生凝固坯殼均勻生長,結晶器冷卻制度采用弱冷,其結果是出結晶器坯殼厚度較薄,在鋼水靜壓力的作用下,會產生較大鼓肚。
表1 3#連鑄機主要參數(shù)Tab.1 Main parameters of 3#continuous caster
表2 Q460C目標成分Tab.2 Composition of Q460C casting slab
澆注300 mm厚Q460C鋼窄面鼓肚情況如圖1所示。
圖1 300 mm厚Q460C鋼窄面鼓肚Fig.1 Bulging on narrow face of 300 mm thick slab of Q460C steel
結合漢冶特鋼實際情況分析認為,窄面支撐長度短、窄面冷卻強度弱、窄面足輥錐度小是導致窄面鼓肚的主要原因。
由于結晶器采用弱冷制度,鑄坯出結晶器后坯殼較薄,如果窄面沒有足夠支撐,由于鋼水靜壓力的作用,鑄坯窄面易產生較大鼓肚。
結晶器窄面足輥裝配如圖2所示,原設計300 mm厚度結晶器設置4對足輥,出結晶器后對鑄坯窄面的有效支撐長度為500 mm。澆注厚300 mm,拉速為0.85 m/min的鑄坯,其窄面單側鼓肚量可通過如下公式計算:
式中,δ為鼓肚量,cm;Pi為某時刻的鋼水對窄面的靜壓力,Pa;Ih為鋼水靜壓力在鑄坯厚度方向上的作用長度,可近似的視為鑄坯厚度,cm;E為相當彈性系數(shù),Pa;Si為某時刻的坯殼厚度,cm;ti為從足輥的有效支撐結束起,鑄坯到某時刻為止所經(jīng)歷的時間 (ti+1=ti+Δti),min;△ti為某時刻的時間增量,min。
在式 (1)中,△ti取0.01 min;n取60。計算窄面單側鼓肚量。
由上可知,支撐長度短,窄面沒有形成足夠厚度的坯殼,在鋼水靜壓力的作用下,窄面產生較大鼓肚,這是產生鼓肚的主要原因。
圖2 結晶器窄面足輥裝配Fig.2 Assembly of narrow foot roll of crystallizer
由于結晶器冷卻采用弱冷制度,鑄坯出結晶器后表面溫度高,窄面足輥區(qū)需采用較強的冷卻制度,以降低鑄坯表面溫度,增加坯殼厚度,提高坯殼高溫強度以抵抗鋼水靜壓力。
由圖2可知,窄面冷卻長度約為600 mm;表3所示為澆注300 mm厚Q460C時,窄面足輥(兩側)冷卻水量?,F(xiàn)場試驗表明窄面冷卻區(qū)長度短鑄坯不能得到有效地冷卻,這也是窄面鼓肚產生的重要原因。
表3 窄面足輥水量Tab.3 Water consumption of narrow foot roll
鑄坯出結晶器后,在二冷區(qū)繼續(xù)冷卻,坯殼逐漸變厚,鑄坯凝固收縮,當結晶器窄面足輥錐度小于坯殼在寬度方向上的收縮比例時,足輥就不能及時給鑄坯有效支撐,在鋼水靜壓力的作用下加劇鼓肚。
澆注300 mm厚Q460C時,結晶器銅板設定錐度為1.05%,窄面足輥錐度為0,不能根據(jù)坯殼的收縮對窄面給予支撐。
結合上述窄面鼓肚產生的原因,需對結晶器窄面足輥支撐長度、冷卻區(qū)長度、冷卻強度及足輥錐度等結構和工藝參數(shù)進行優(yōu)化。
鼓肚主要是窄面支撐長度短造成,加強對鑄坯窄面的支撐,抵抗鋼水靜壓力對窄面的作用,減輕窄面鼓肚。將窄面足輥數(shù)量由4對改為6對,支撐長度增加到760 mm。
依據(jù)公式 (1)驗證,在公式 (1)中,△ti取0.01 min;n取60,經(jīng)計算窄面單側鼓肚量,滿足質量控制要求。
在增加2對足輥的基礎上增加2排噴嘴,即原來窄面5排改為7排噴嘴,按照窄面原水量密度,加強窄面的冷卻。調整后的窄面足輥水量見表4。進一步加強了窄面的冷卻。
表4 調整后的窄面足輥水量Tab.4 Water consumption of narrow foot roll after adjustment
增加窄面足輥的錐度,使結晶器窄面足輥錐度略大于坯殼的收縮比例值,給鑄坯窄面及時有效地支撐。窄面足輥錐度測量示意圖如圖3所示,澆注300 mm×2 100 mm斷面窄面足輥錐度設定值見表5(窄側銅板錐度為1.05%)。
表5 窄面足輥錐度設定值Tab.5 Set value for taper of narrow foot roll
圖3 窄面足輥錐度測量示意圖Fig.3 Diagram for taper measurement of narrow foot roll
(1)將窄面足輥數(shù)量由4對改為6對,將鑄坯窄面支撐長度增加到760mm;
(2)將窄面足輥噴嘴數(shù)量由5對改為7對,平均水量密度保持不變;
(3)增加窄面足輥錐度,使結晶器窄面足輥錐度略大于坯殼的收縮比例值。
通過采取以上措施,鑄坯窄面鼓肚問題得到明顯改善,單側窄面鼓肚量已控制在4mm之內,鑄坯質量得到提高。
[1]王西林等.南陽漢冶特鋼420 mm×2 700 mm直弧形板坯連鑄機 [J].重型機械,2012(1):9-13.
[2]劉明延,李平.板坯連鑄機[M].北京:機械工業(yè)出版社,1990.
[3]蔡開科,程士富主編.連續(xù)鑄鋼原理與工藝[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008.