周 磊

（攀鋼提釩煉鋼廠， 四川 攀枝花 617000）

1 連鑄機(jī)方圓坯結(jié)晶器的主要工作參數(shù)

現(xiàn)有方圓坯結(jié)晶器的工作原理是通過(guò)電磁攪拌、塑形和降溫結(jié)晶，在振動(dòng)、重力和拉力輔助下完成鑄坯的成形。良好的結(jié)晶條件可以提高鑄坯材質(zhì)的硬度、韌度，減少表面凹陷、斷裂、中心縮孔、白亮帶等缺陷。這些條件包括拉速、過(guò)熱溫度范圍、冷卻強(qiáng)度和振動(dòng)頻率等。黃小東研究了5Cr9Si3馬氏體耐熱不銹鋼連鑄工藝，馬氏體耐熱不銹鋼是一類含鉻和碳的合金鋼，鋼水黏性高，不易成型。研究采用高過(guò)熱工藝實(shí)現(xiàn)了馬氏耐熱不銹鋼的連鑄生產(chǎn)。在黃小東的研究中，振動(dòng)方式、溫度、電磁攪拌電流大小、拉速和冷卻方式均會(huì)影響鑄坯的質(zhì)量。振動(dòng)方式和拉速的不同，坯殼脫離結(jié)晶器的速度不同；電磁攪拌參數(shù)不恰當(dāng)，則會(huì)導(dǎo)致鑄坯內(nèi)部缺陷。經(jīng)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，研究確定了在非正弦振動(dòng)、氣霧冷卻、過(guò)熱度40℃左右，拉速1.1 m/min、結(jié)晶器電磁電流375 A，末端攪拌電流400 A時(shí)，鑄坯的質(zhì)量最好。曹學(xué)欠，陳衛(wèi)強(qiáng)，陳杰在《Φ800 mm圓坯連鑄機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用》一文中認(rèn)為振動(dòng)方式、鑄機(jī)拉速、冷卻方式、過(guò)熱度控制等因素會(huì)影響連鑄效果。研究以Φ380 mm～Φ800 mm的圓柱坯為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在采用結(jié)晶器電子攪拌和末端電磁攪拌聯(lián)用，過(guò)熱度范圍20～35℃的基礎(chǔ)條件下，優(yōu)化了振動(dòng)頻率、冷卻水量和拉速等條件。以Φ500 mm圓坯，42CrMo鋼為例，當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)振幅為（0～±7.5）mm、頻率 30～350 次 /min、非正弦系數(shù)在0～0.4之間、負(fù)滑脫時(shí)間在0.10～0.25 s內(nèi)、結(jié)晶器水量 260～280 m3/h，拉速 0.36～0.44 m/min 時(shí)，產(chǎn)出的鑄坯的碳偏析可控制在0.96～1.06范圍內(nèi)。

2 方圓坯結(jié)晶器連鑄拉速參數(shù)

連鑄拉速快，產(chǎn)品產(chǎn)出效率高，但也容易導(dǎo)致坯殼斷裂、內(nèi)部缺陷等問(wèn)題。因此，連鑄拉速是方圓坯連鑄工藝研究中的重要參數(shù)。朱喜達(dá)和張立峰研究了小方圓坯連鑄機(jī)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)設(shè)定問(wèn)題，研究對(duì)象是公司生產(chǎn)的10流的全弧形連續(xù)矯直連鑄機(jī)，該機(jī)型可生產(chǎn)150 mm×150 mm的小方坯和直徑在150～250 mm之間的圓坯，冷卻采用水冷或氣霧方式，研究采用的振動(dòng)平臺(tái)的振幅為±3～9 mm，拉速在0.2～3.5 m/min之間。鄒中升研究了大方圓坯連鑄機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，認(rèn)為高拉速會(huì)導(dǎo)致拉矯機(jī)低頻抖動(dòng)，穩(wěn)定性下降，因此，建議開(kāi)澆速度為0.1～0.2 m/min，工作運(yùn)行拉速也應(yīng)小于1 m/min。王文章、洪名國(guó)、高和研究了四機(jī)四流方圓坯連鑄機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究以直徑Φ180～Φ350 mm的圓坯和280 mm×325 mm的方坯連鑄技術(shù)為例，機(jī)型為全弧形連鑄機(jī)，鑄坯的輸出方式為輥道、橫移機(jī)和冷床，連鑄的拉速隨著坯材截面的增大而減小。截面的增大也增加了振動(dòng)滑脫的摩擦力，坯殼下滑的阻力增加，因此拉速必須相應(yīng)地降低[1]。

高拉速不僅影響鋼水的結(jié)晶效果，而且由于摩擦生熱等因素，鑄坯表面的熱力學(xué)狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而影響鑄坯的缺陷發(fā)生率。邱東升、吳國(guó)慶、李亮等人研究了不同拉速下結(jié)晶器內(nèi)的熱力學(xué)狀態(tài)。研究以斷面150 mm×150 mm的低碳鋼為研究對(duì)象，采用二維—熱—力學(xué)耦合有限元模型，研究認(rèn)為高拉速下，坯殼出坯后熱力學(xué)狀態(tài)穩(wěn)定，表面周向溫差變化小，鑄坯缺陷發(fā)生率會(huì)降低。研究同時(shí)分析了鋼水過(guò)熱度對(duì)坯殼結(jié)晶狀態(tài)的影響，研究認(rèn)為過(guò)熱度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致冷凝后坯殼表面周向溫差的擴(kuò)大，進(jìn)而導(dǎo)致坯殼表面的拉應(yīng)增大，從而增加了鑄坯的缺陷發(fā)生率。試驗(yàn)在過(guò)熱度20～30℃條件下進(jìn)行。采用方坯水量2 250 L/min，流速9.8 m/s；圓坯水量 1 950 L/min，流速10.5 m/s的冷卻方案。保護(hù)渣堿度0.90～1.20，保護(hù)渣主要成分包括氧化鈣、三氧化二鋁和二氧化硅等。保護(hù)渣的作用主要是保證結(jié)晶器向坯殼傳熱的均勻性，潤(rùn)滑結(jié)晶器壁。通過(guò)冷卻方案和保護(hù)渣方案優(yōu)化，方坯的工作拉速平均提高了0.2 m/min，達(dá)到1.5 m/min左右，圓坯的工作拉速平均提高了0.25 m/min，達(dá)到1.6 m/min左右。

3 方圓坯結(jié)晶器平臺(tái)振動(dòng)參數(shù)

振動(dòng)的結(jié)晶器出坯方式可防止結(jié)晶器壁與坯殼黏著。重力、拉力和振動(dòng)平臺(tái)的摩擦力等會(huì)影響坯殼出坯效果，這些作用力與結(jié)晶器平臺(tái)的振幅、振動(dòng)頻率和振動(dòng)波形等參數(shù)密切相關(guān)。李文濤，李瑞剛，肖俊生等研究了伺服電機(jī)控制下的結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題。伺服電機(jī)可以通過(guò)電源的變頻控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的有效控制，與液壓技術(shù)聯(lián)用，可以組成PLC控制下的任意波形的振動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以通過(guò)輸入振動(dòng)參數(shù)而實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器平臺(tái)的跟蹤振動(dòng)。實(shí)驗(yàn)中，在輸入4.5 Hz頻率、偏斜率0.4，內(nèi)外弧中心點(diǎn)位置52的非正弦曲線參數(shù)時(shí)，控制系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)曲線的跟蹤性能良好。何慶文、王廣連和房緒江等對(duì)改造后的萊鋼特鋼廠方圓坯共用連鑄機(jī)的性能進(jìn)行了研究。該廠改造前的結(jié)晶器平臺(tái)為原有機(jī)械式四連桿設(shè)計(jì),只能輸出正弦波曲線振動(dòng)方式，且存在偏振現(xiàn)象[2]，因此，本次設(shè)計(jì)將機(jī)械四連桿系統(tǒng)改成液壓非正弦系統(tǒng)。為驗(yàn)證改造效果，研究以180 mm×220 mm、260 mm×300 mm的方坯和Φ280 mm的圓坯為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，采用的非正弦波參數(shù)為：振幅（0～±5）mm,振動(dòng)頻率 40～360 次 /min,非正弦波最大偏斜率40%。結(jié)晶器冷卻水流量180～200 t/h。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，鑄坯質(zhì)量明顯改善。李百煉、高亦斌、王鵬等在《自振式結(jié)晶器在奧氏體不銹鋼方圓坯上的應(yīng)用》一文中研究了專門(mén)針對(duì)不銹鋼結(jié)晶器振動(dòng)方案。

4 方圓坯結(jié)晶器其他工作參數(shù)

電磁攪拌方式、冷卻方式、水口長(zhǎng)度等參數(shù)也會(huì)影響鑄坯質(zhì)量，相關(guān)研究人員對(duì)此類參數(shù)的設(shè)定也展開(kāi)了分析。閻建武、李萬(wàn)國(guó)研究了某特鋼廠Φ800 mm圓坯連鑄機(jī)的性能。該連鑄機(jī)為全弧連鑄矯直型，鑄坯的直徑可達(dá)800 mm，拉速范圍0.1～1.0 m/min，結(jié)晶器采用氣水聯(lián)用冷卻，出坯方式可聯(lián)用輥道、橫移機(jī)、起吊機(jī)等設(shè)備。為保證特大圓坯內(nèi)部質(zhì)量，工程采用了結(jié)晶器液面自動(dòng)控制技術(shù)，鋼水?dāng)嚢璨捎昧私Y(jié)晶器攪拌，二冷電磁攪拌和末端電磁攪拌的電磁攪拌聯(lián)用技術(shù)。周力、高書(shū)成、蔣棟初等在《小方坯連鑄機(jī)末端電磁攪拌位置及連鑄工藝優(yōu)化實(shí)踐》一文中探討了不同的末端電磁攪拌技術(shù)對(duì)鑄坯中心偏析等質(zhì)量缺陷問(wèn)題的改善作用。研究用鑄機(jī)為全弧形4機(jī)4流。平臺(tái)非正弦振動(dòng)，氣水聯(lián)用冷卻，實(shí)驗(yàn)用鑄坯為200 mm×200 mm方坯，拉矯機(jī)距離結(jié)晶器液面14.1 m。電磁攪拌采用變頻電流形成的變化磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器內(nèi)鋼水的流動(dòng)，從而達(dá)到攪拌效果。電磁攪拌強(qiáng)度大有利于均勻傳熱，但過(guò)大的攪拌強(qiáng)度會(huì)造成液面控制困難和保護(hù)渣的混入。因此，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)條件下優(yōu)化電磁攪拌強(qiáng)度，以提高鑄坯質(zhì)量。電磁攪拌器的安裝高度可以影響攪拌強(qiáng)度，在一定的拉速條件下，改變末端電磁攪拌器的安裝高度可減少鑄坯的中心偏析等現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)人員將末端電磁攪拌（FEMS）后移到距離結(jié)晶器9.85 m處，顯著地降低了碳鋼的中心偏析度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，研究還發(fā)現(xiàn)二次冷卻強(qiáng)度與末端電磁攪拌強(qiáng)度需要完美匹配，否則攪拌液芯厚度會(huì)不符合要求。通過(guò)優(yōu)化，研究在加強(qiáng)末端攪拌強(qiáng)度的前提下，將冷卻水量從130 m3/h降低至110 m3/h，從而抑制了鑄坯內(nèi)柱狀晶生長(zhǎng)，擴(kuò)大了等軸晶區(qū)比例，改善了鑄坯質(zhì)量。

馬鋮佑對(duì)結(jié)晶器水口長(zhǎng)度對(duì)結(jié)晶器流場(chǎng)數(shù)值模擬的影響進(jìn)行了分析[3]。研究認(rèn)為由于水口長(zhǎng)度的變化會(huì)影響水口出水的最大流速，因此，結(jié)晶器流場(chǎng)模擬計(jì)算時(shí)應(yīng)特別注重水口長(zhǎng)度的變化。研究以220 mm×260 mm的方坯為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，拉坯速度為0.9 m/min。水口為浸入式直通型，水口內(nèi)徑40 mm，浸入結(jié)晶器液面深度為100 mm。研究采用了水口長(zhǎng)度為 0、300、600、1 000 mm四個(gè)類型的水口，分別計(jì)算了水口出口最大流速和最大沖擊深度等數(shù)值，研究認(rèn)為，為保證模擬計(jì)算數(shù)值的準(zhǔn)確行，推薦使用水口長(zhǎng)度為1 000 mm的原型水口。除開(kāi)本文提到的拉速、振動(dòng)方式、攪拌方式、出水水口長(zhǎng)度因素，結(jié)晶器水冷的冷卻時(shí)間，壓強(qiáng)，結(jié)晶器的形狀等因素，也會(huì)影響方圓坯結(jié)晶器的出坯質(zhì)量，后續(xù)的研究應(yīng)采用多因子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，以確定多種影響因素下的特定方圓坯結(jié)晶器的最佳工作狀態(tài)。

[1]黃小東.連鑄工藝參數(shù)對(duì)5Cr9Si3馬氏體耐熱不銹鋼方坯質(zhì)量的影響[J].江西冶金，2018（1）：24-25.

[2]曹學(xué)欠，陳衛(wèi)強(qiáng)，陳杰.Φ800 mm圓坯連鑄機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用[C].高品質(zhì)鋼連鑄生產(chǎn)技術(shù)及裝備交流會(huì)，2014.

[3]朱喜達(dá)，張立峰.小方圓坯連鑄機(jī)設(shè)備技術(shù)應(yīng)用[C].連鑄裝備的技術(shù)創(chuàng)新和精細(xì)化生產(chǎn)技術(shù)交流會(huì)會(huì)議，2015.