吳志會(huì) 宋衛(wèi)東 吳金鐘

摘要：目前隨著國(guó)家的快速發(fā)展，鋼鐵行業(yè)的發(fā)展嚴(yán)重影響著國(guó)家工業(yè)化程度，在許多行業(yè)中高碳鋼的大批量使用，導(dǎo)致市場(chǎng)對(duì)高碳鋼的產(chǎn)品質(zhì)量和性能要求更加嚴(yán)格。高碳鋼連鑄技術(shù)也憑借自身生產(chǎn)率高，鑄坯質(zhì)量好，生產(chǎn)成本低廉，能源消耗少，操作簡(jiǎn)便易行的優(yōu)勢(shì)在高碳鋼加工鑄造中得到了廣泛應(yīng)用。為得到表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量都優(yōu)良的高碳鋼連鑄坯，本文通過對(duì)高碳鋼連鑄冷卻工藝技術(shù)中的結(jié)晶器冷卻和二冷區(qū)冷卻兩部分冷卻技術(shù)進(jìn)行研究探討。

關(guān)鍵字：高碳鋼，連鑄技術(shù)，冷卻工藝

引言：高碳鋼連鑄技術(shù)相比較于傳統(tǒng)模鑄工藝，具有生產(chǎn)率高，鑄坯質(zhì)量好，生產(chǎn)成本低廉，能源消耗少，操作簡(jiǎn)便易行的優(yōu)勢(shì)，因此在高碳鋼鑄造加工中應(yīng)用極為普遍。由于連鑄工藝是一種通過對(duì)融化的鋼水在一定冷卻條件下使之凝固的工藝技術(shù)，所以高碳鋼連鑄冷卻工藝是其中最為重要的一環(huán)，決定著連鑄生產(chǎn)是否順利以及連鑄坯質(zhì)量的好壞。在連鑄冷卻工藝中，結(jié)晶器被譽(yù)為連鑄設(shè)備的“心臟”，決定了連鑄坯表面質(zhì)量的好壞;而二冷工藝則是決定連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量好壞的關(guān)鍵技術(shù)，因此探討高碳鋼連鑄冷卻技術(shù)，必須從對(duì)結(jié)晶器和二冷區(qū)連鑄工藝的研究入手。只有通過結(jié)晶器冷卻得到表面質(zhì)量好的連鑄坯，通過二冷區(qū)冷卻得到內(nèi)部質(zhì)量好的連鑄坯，才可以提高連鑄坯質(zhì)量，提高高碳鋼產(chǎn)品質(zhì)量。

1高碳鋼連鑄技術(shù)

目前對(duì)于含碳量高的鋼連鑄坯在生產(chǎn)加工時(shí)容易出現(xiàn)問題，例如高碳鋼連鑄坯的表面凹陷，表面縱裂，更嚴(yán)重甚至?xí)l(fā)生漏鋼，這一系列高碳鋼連鑄坯加工缺陷嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的后續(xù)質(zhì)量。高碳鋼連鑄工藝技術(shù)的改進(jìn)與完善目前已成為高碳鋼連鑄生產(chǎn)中的研究熱點(diǎn)。理論研究和工程實(shí)踐表明，高碳鋼零塑性區(qū)范圍在1250℃以上，這就意味著在1250℃以上的溫度范圍內(nèi)很小應(yīng)變就會(huì)造成鑄坯凝固前沿開裂這一問題;并且在 1050℃～1250℃范圍內(nèi)，高碳鋼的鑄坯塑性也很差，產(chǎn)生的裂紋傾向性較大。在結(jié)晶器對(duì)高碳鋼的鋼水冷卻過程中，結(jié)晶器周向鑄坯會(huì)出現(xiàn)熱量傳遞和鋼水凝固的不均勻現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在靠近鑄坯寬度中心的坯殼厚度較薄，并且由于高碳鋼的含碳量較高，碳與其他金屬反應(yīng)生成碳化物進(jìn)一步加劇了凝固坯殼厚度的不均勻性。所以為了避免在高碳鋼連鑄過程中出現(xiàn)產(chǎn)品缺陷，需要對(duì)高碳鋼連鑄冷卻技術(shù)進(jìn)行研究探討，從結(jié)晶器和二冷區(qū)連鑄冷卻工藝入手，得到表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量都符合要求的高質(zhì)量連鑄坯，提高高碳鋼連鑄坯質(zhì)量，增加高碳鋼產(chǎn)品質(zhì)量

2結(jié)晶器冷卻工藝技術(shù)

在高碳鋼連鑄冷卻工藝中，因?yàn)榻Y(jié)晶器決定了連鑄坯表面質(zhì)量的好壞，所以被譽(yù)為連鑄設(shè)備的“心臟”。連鑄結(jié)晶器傳熱效率和冷卻效果直接關(guān)系到結(jié)晶器壽命、鑄坯表面質(zhì)量、連鑄漏鋼和連鑄其它缺陷。

2.1結(jié)晶器特性

結(jié)晶器自身良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)熱均勻性決定了結(jié)晶器的功能作用，即主要功能是將結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)的鋼水的熱量通過坯殼、渣膜、氣隙傳遞到結(jié)晶器上，然后冷卻水把這部分熱量帶走，鋼水流出結(jié)晶器后形成具有一定厚度的坯殼。與此同時(shí)，良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)熱均勻性也保證了結(jié)晶器出口處的鑄坯厚度均勻，不會(huì)產(chǎn)生變形，裂紋和漏鋼的缺陷。此外結(jié)晶器良好的耐磨性和抗熱應(yīng)力作用性能可以滿足由于連鑄過程中坯殼與結(jié)晶器銅板不可避免地接觸、摩擦這一問題帶來的挑戰(zhàn);結(jié)晶器重量輕和剛性好的優(yōu)勢(shì)賦予了結(jié)晶器良好的結(jié)構(gòu)鋼性，并且方便拆裝調(diào)整和維修。

2.2結(jié)晶器冷卻過程

結(jié)晶器冷卻過程也就是結(jié)晶器高效傳熱的過程，這一過程中結(jié)晶器銅板內(nèi)側(cè)會(huì)隨著鋼水的流動(dòng)，形成和生長(zhǎng)得到連鑄坯殼，結(jié)晶器銅板外側(cè)是冷卻水的強(qiáng)制對(duì)流。具體可以將結(jié)晶器內(nèi)鋼水與冷卻水的傳熱過程分為以下五部分：鋼水與凝固坯殼間對(duì)流傳熱，凝固殼內(nèi)熱傳導(dǎo)，凝固坯殼與結(jié)晶器銅板間傳熱，結(jié)晶器銅板內(nèi)熱傳導(dǎo)，結(jié)晶器銅板與冷卻水間的對(duì)流傳熱。

3.二冷區(qū)冷卻工藝技術(shù)

連鑄工藝需要經(jīng)過三個(gè)冷卻區(qū)凝固傳熱才可以從液態(tài)鋼水得到固態(tài)連鑄坯，三個(gè)冷卻區(qū)中上述的結(jié)晶器冷卻屬于一次冷卻區(qū)，散熱約為總散熱的五分之一左右;離開結(jié)晶器后通過輥?zhàn)永鋮s和噴水冷卻覆蓋的部分稱為二次冷卻，散熱約為總散熱的二分之一左右;隨后在空氣中散熱冷卻的部分稱為三次冷卻，主要通過減小溫差實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)二冷區(qū)冷卻工藝技術(shù)，由于是通過噴水冷卻的方式，鑄坯內(nèi)熱量消耗快，冷卻速度快，效果好。二次冷卻區(qū)需處理80%仍未凝固的鋼水，所以合理的二次冷卻制度才可以避免內(nèi)部裂紋、中心偏析、中心疏松等缺陷的產(chǎn)生，得到質(zhì)量良好的連鑄坯。要制定合理的二次冷卻制度需要綜合考慮鋼水的成分、過熱度、拉坯速度及連鑄機(jī)設(shè)備情況等多種因素，并且遵循冶金原則，限制冶金長(zhǎng)度，限制出結(jié)晶器坯殼厚度，限制表面溫度回升幅度，限制彎曲矯直區(qū)表面溫度，限制表面冷卻速度，限制鼓肚變形。

制定合理的二次冷卻制度需要以遵循上述冶金原則為基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行二次冷卻工藝技術(shù)的改進(jìn)和完善。例如為了改善流場(chǎng)，促進(jìn)夾雜物上浮，可以采取低過熱度操作，或者改進(jìn)浸入式水口，施加結(jié)晶器電磁制動(dòng)等方法;為了均勻連鑄坯表面冷卻，強(qiáng)化表面溫度控制，減輕中心偏析的問題，可以改用氣水噴霧進(jìn)行冷卻，或者施加電磁攪拌等方法;為了防止連鑄坯受力變形，可以采用多點(diǎn)彎曲矯直或者加強(qiáng)對(duì)弧輥縫對(duì)中的控制等方法。

結(jié)語(yǔ)

在國(guó)家工業(yè)化程度不斷提高下，鋼鐵在許多行業(yè)中得到廣泛使用，特別是高碳鋼。而高碳鋼加工中，鋼連鑄技術(shù)也憑借自身優(yōu)勢(shì)完勝傳統(tǒng)模鑄工藝。高碳鋼連鑄冷卻工藝是連鑄中最為重要的一環(huán)，直接關(guān)系到生產(chǎn)效率和連鑄坯質(zhì)量。通過對(duì)決定連鑄坯表面質(zhì)量好壞的結(jié)晶器冷卻技術(shù)，和決定連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量好壞的二冷工藝這兩方面進(jìn)行探討，進(jìn)一步分析和研究高碳鋼連鑄冷卻技術(shù)。為提高連鑄坯質(zhì)量，提高高碳鋼產(chǎn)品質(zhì)量奠定良好的基礎(chǔ)。

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