均質化連鑄生產技術發展概述

查顯文

摘 要 本文綜述了輕壓下、重壓下等幾種常用的改善鑄坯中心偏析和疏松的方法，并分析了當前新的技術趨勢，未來開發出均質化的寬（特）厚板坯、大斷面方（圓）坯連鑄生產新工藝與裝備技術顯得十分重要而迫切。

關鍵詞 偏析 疏松 重壓下 均質化連鑄 液芯大壓下

中圖分類號：TG292 文獻標識碼：A

我國鋼鐵工業經過數十年的快速發展，整體技術與裝備水平均逐漸邁入世界先進行列。近20年我國實現了超過98%的連鑄比，是當前生產高品質品種鋼鑄坯母材最主要的工藝。但隨著連鑄坯斷面的大型化，鑄坯缺陷所帶來的負面效應尤顯突出，已成為限制高品質品種鋼連鑄高效化生產的共性技術難題。

1中心偏析和中心疏松

連鑄坯中心偏析與疏松是由于鑄坯凝固過程中鋼液選分結晶特性和凝固收縮特性所導致的固有缺陷，嚴重影響最終鋼產品的質量和使用壽命，制約著高端品種鋼的生產。在現有技術條件下，主要依靠優化連鑄坯二冷工藝并對連鑄坯施加外場作用（凝固末端壓下、末端電磁攪拌），以解決鑄坯內部偏析與疏松問題。這些技術對于較小斷面或常規斷面連鑄坯生產較為有效，而對于寬（特）厚板坯、大方（圓）坯等寬/大斷面連鑄坯而言，其澆鑄速度較低、冷卻強度較弱，鑄坯凝固速率大大降低，同時隨著斷面的增寬加厚，其內部冷卻條件明顯惡化，凝固組織中柱狀晶發達，枝晶間富含溶質偏析元素的殘余鋼液流動趨于平衡，導致鑄坯偏析、疏松和縮孔缺陷愈加嚴重。

2幾種壓下技術比較

2.1輕壓下技術

20世紀70年代末，冶金工作者在輥縫收縮技術的基礎上發展得到了輕壓下技術。具體操作是在連鑄機扇形段內的支撐輥道上采用無縫收縮技術，目的是防止連鑄還鼓肚變形而產生中心偏析與疏松，近年來板還連鑄機上常采用此技術，該技術在很多鋼廠都取得了較好的效果。

70年代日本鋼管公司提出了早期的靜態輕壓下技術，該技術要求固定的輕壓下鑄輥內的鑄還恰好是凝固末端兩相區，因此應用備受限制。為了獲得更好的輕壓下效果，日本鋼管公司提出了采用小輥徑分節輥扇形段，1976年投入使用，取得了良好效果，在全世界范圍內迅速推廣。在20世紀九十年代由奧鋼聯（VAI）率先將其發展為常規板坯動態收縮輥縫控制技術，也即所謂動態輕壓下技術。采用輕壓下技術時壓下量較小，通常在4～8 mm之間，但也有大方坯連鑄機輕壓下量達14 mm。壓下量的大小對其使用效果影響很大，適當地增加壓下量有利于減少中心偏析，但壓下量過大也會使鑄坯內裂的傾向加劇或使壓下輥損壞。

2.2重壓下技術與連續鍛壓

重壓下與連續鍛壓是另外兩種機械應力壓下技術，其原理是基本相似的，都是在臨近凝固末端位置上施加一個更大的壓下量以達到消除中心縮孔、疏松和中心偏析的目的。重壓下與連續鍛壓的壓下量都很大，神戶制鐵所3#大方坯連鑄機采用5 組大直徑壓下輥進行“重壓下”， 總壓下量達20～30 mm；而川崎制鐵的3#大方坯連鑄機則采用連續鍛壓技術，總壓下量更是高達40mm以上。重壓下和連續鍛壓的主要缺點就是設備龐大、投資與成本高，因此難以推廣。

2.3熱應力壓下

熱應力壓下技術也被稱之為二冷強冷技術，其基本原理是：在鄰近凝固末端的位置上，對鑄坯表面進行高強度冷卻，致使凝固坯殼向內收縮，產生與機械應力壓下相同的效果。由于TSR 使用效果很大程度上取決于強冷的位置是否合適，因此鑄坯凝固終點位置計算的準確性、連鑄工藝的穩定性是TSR 成敗的關鍵。TSR的使用還受到鑄坯斷面尺寸的限制。一般認為，對于140 mm€？40 mm以下的小方坯，TSR的效果比較顯著。TSR 技術比較適用于一些生產高碳鋼種的小方坯連鑄機。

2.4電磁攪拌技術

連鑄坯凝固末端電磁攪拌技術的實施需依靠準確的攪拌工藝為基礎。目前由于對大斷面連鑄坯凝固行為認識不充分，無法準確描述非穩定凝固條件下的鑄坯兩相區凝固、流動和溶質傳輸行為。與此同時，隨著坯殼厚度的增加，目前電磁攪拌能力與攪拌模式不足以驅動鋼液的流動，從而嚴重影響連鑄坯偏析和疏松的控制效果與穩定性。

2.5應用情況

目前，國際上掌握并能很好地應用動態輕壓下技術的公司主要奧鋼聯、達涅利、德馬克西馬克公司和住友重機等。動態輕壓下技術要求壓下段能夠迅速地遠程調整輕壓下輥的輥縫值，達到輕壓下區域隨著鑄還凝固末端位置的變化而變化。以上公司各自推出了能夠根據連鑄工藝快速遠程調節輥縫的智能扇形段，如：奧鋼聯的SMART扇形段，達涅利的OPTIMUM扇形段和SMSD的CYBERLINK扇形段。

3近年來的新技術趨勢

近20年來，機械壓下技術在薄板坯連鑄領域得到了迅速發展，目前世界已經發展成熟的薄板坯連鑄工藝有ISP、CSP、FTSC、CPR、QSP技術等。但是，到目前為止，各種薄板坯連鑄技術設計的最大液芯壓下量都沒有突破20mm。但上述技術只在薄板坯連鑄連軋生產中得到了應用，而在厚板領域的應用卻仍處于研究階段。

使用常規技術手段，尚無法有效實現寬、大斷面連鑄坯地高致密、均質化生產，具體原因是由于鑄坯加厚引起的變形抗力與變形量增大，鑄坯增寬引起的溶質非均勻擴散與分布趨勢加劇，傳統的輕壓下工藝已無法有效、穩定控制液芯變形，從而無法實現凝固末端擠壓排除富集溶質的鋼液和有效補償凝固收縮的目的。

為此，針對當前鋼產品結構不斷升級、產品質量要求不斷提高的形勢，開發高致密度、均質化的寬（特）厚板坯、大斷面方（圓）坯連鑄生產新工藝與裝備技術顯得十分重要而迫切。

近年來，國內外相關研究機構也大斷面鑄坯的均質化生產技術研究。比較典型的研究成果有日本的新日鐵住金公司的NS大壓下技術，國內的東北大學的凝固末端重壓下技術，目前主要應用于大方坯；中冶東方工程技術有限公司公司自主開發的液芯大壓下軋制技術，主要應用于寬厚板坯。

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