板坯連鑄生產工藝及質量控制研究

許 鵬

(天津天鋼聯合特鋼有限公司，天津 301500）

連鑄作為一項較為特殊的生產工藝，是鋼鐵企業中一項十分重要的生產工藝，其用于鋼水的生產、凝固和成型中，也是煉鋼的關鍵性環節，連鑄工藝質量水平如何，事關鋼鐵企業經濟效益和產品質量。連鑄工藝水平的提升，要求連鑄坯凝固工藝更加的優質，方能最終保障產品質量。連鑄作業中，為確保生產無缺陷的鑄坯，需要對連鑄工藝進行深入研究。

1 結晶器冷卻工藝及質量控制

結晶器的冷卻工藝向來是十分穩定的，不同的鋼種類型，其能夠采取不同的應對措施。結合裂紋敏感性來看，對于類型迥異的鋼種，亦可調換結晶器中的冷卻時間，既能夠將坯殼產生的不均勻氣隙予以清除，并適當的放緩結晶器的冷卻流量[1]，對于結晶器內部的進水溫度能夠適當的予以提升。據相關研究可知，于奧氏組織而言，鋼凝固和連鑄坯的表面曲線關系密切，具體如圖1所示。由圖1可知，在階段①之中，一些十分正常的凝固組織產生于結晶器的壁面上，并構成了一些十分微小的表面晶粒，此時有助于優化選擇相應的組織。進入到階段②，一旦環境溫度高于1350℃，一些異常應變隨即在晶粒表面發生，異常應變較為嚴重的當屬折痕位置的凹陷處。步入到階段③，晶粒會將銅模進行析出，促使一部分裂紋源在已經弱化的晶體的內部出現。到了階段④，部分鐵元素將被粗大的晶體析出，并進一步擴大裂紋范圍，并不斷生成眾多新的裂紋。在階段⑤中，在一系列工藝后，之前出現的各種微小裂紋會進一步的擴大，并構成較大的裂紋，特別是一次性裂紋，迅速在鑄坯的內外弧位置迅速出現。依據相關研究顯示，縱然結晶器內部出現快速增加的水流速度，結晶器內壁的溫度相對下降，然熱流并不會變化。原因在于結晶器內部的冷面傳熱得以提升，使得坯殼的收縮量顯著增加，并在一定程度降低氣隙。此時調整冷卻水速率為6m/s-10m/s，確保輸入3%左右的總熱量流量，保障冷卻水的溫度在25℃-40℃，才可以對總熱流變化情況進行有效的控制。對于結晶器冷卻工藝，能夠在凝固的早期階段，將結晶器的錐度進行有效控制，方能對連鑄坯的質量進行確保。

圖 1 連鑄坯表面裂紋形成示意圖

2 扇形段二冷工藝及質量控制

2.1 二次冷卻工藝及治理控制

二次冷卻也直接影響到連鑄機的最終產量，要想全面提升連鑄質量和生產產量，務必要不斷優化二冷工藝。特別是在現代化的二冷工藝下，一般運用的是二冷水模型控制方式。從二冷水模型角度來看，連鑄工藝絕非簡單的工藝流程，復雜性極強，變化性也是極大的，這就使得運用模型來進行相關結果的求解，難度也十分的大，加之設備自身的因素，使得最終的計算結果存有誤差。尤其是在異常情況下，務必要選擇一定的解決辦法，不斷優化計算模型，方能降低檢測誤差。對鋼種而言，結合坯板的質量來優化二冷水工藝，而對于裂紋等，則需要合理運用“熱行”的冷卻策略，即就是，高溫生產以及矯直時，避開脆性區間，這些策略均能夠顯著避免裂紋的產生。

2.2 動態輕壓工藝及質量控制

輕壓技術目的在于降低中心偏析和疏松等問題，以促使實現最佳的連鑄工藝經濟熊阿姨。輕壓作業中，科學計算，精確確定相關工藝參數十分關鍵，其可以對鑄坯的中心偏析和疏松現象進行有效遏制，鋼液的凝固收縮特點可從圖2中進行觀察，于q2區域之中，只有左端的鋼液完成了流動補償，才可以最終實現凝固收縮功能，但是在q1區域之中，凝固收縮亦可以對q2的鋼液進行適當的補償[2]。因相互臨近的柱狀晶間未有效聯接，補液也就顯得異常困難。

當液體在q2區域內流動時，亦不會出現任何形式的中心偏析，所有的資源均能夠得到最為均勻的分布。P區發生凝固收縮后，當鋼液實現補充后，疏松現象同樣不會出現。因此輕壓作業完全可以在q1和P區域之中順利開展，并能夠在最為靠近臨界補縮效率的情況下在起始位置進行補縮，且可以始終讓臨界流動保持在最佳的穩定狀態之中。壓下量的澆鑄方向就是壓下率，當明確好總的壓下量，壓下率等數值之后，可以借助相應的計算模型來求解對應的值。其中壓下速率是十分重要的參數，其如果和凝固速率保持一致，就能夠達到最佳的壓下值。而若不一致，則可能導致不充分的凝固，中心偏析就十分容易出現。在應變壓下量時，壓下速率即就是應變率，其能夠增加鑄坯應變率，當該值超出了臨界值，鑄坯表面裂紋隨即產生[3]。從連鑄設備角度來看，若選擇過快的輕壓速度，則會直接損壞導輥，

因此要科學分辨導輥的剛性以及輕壓的速率。當輕壓速度保持在 0.22mm/min-1.50mm/min的區間內，能夠對連鑄機設備進行有效保護。出現異常時，需要采取壓下保護測量，轉變位置控制策略為壓力控制策略。

圖 2 凝固收縮特點示意圖

3 連鑄機輥距工藝及質量控制

鑄坯是否會出現形變現象，在很大程度上受到了輥距大小的影響。如果輥距十分的小，其最終導致的鑄坯鼓肚變形現象必然也十分的微小。在連鑄機之中，要想毫無誤差的進行導輥的安裝，難度是十分大的，因此即便擁有純熟的技術，也會存在一定的誤差，特別是弧誤差。安裝完畢導輥后，如果設置了十分微小的輥距，則坯殼彎曲變形也可能較大，因此對于輥距需要密切關注，確保其不能過大也不能過小。如果輥距相對較小，可以按照細輥密排的辦法。若位于同一區域的扇形段，需要將輥間距設置為相同的間距，實現扇形段的任意互換，均不影響最終的設備性能。結晶器之中的含有液芯的鑄坯，受到內部的靜壓力作用，會推動鼓肚變為雨滴形狀。若沒有設置足夠對稱的導輥圓弧，在前進作用下，鼓肚鑄坯在導輥的壓縮力之下暫時鼓不起來，然而當導輥和其脫離后，鑄坯鼓肚會重新鼓起來，該方式會在二冷區導輥間反復進行。如果扇形段的輥間距天大，任意時間范圍內，二冷區域內部的鑄坯坯殼鼓肚現象會隨時發生，且于不同周期內相互抵消，位于恒定狀態中，亦不會引起結晶器液面波動現象[4]。

綜上所述，連鑄工藝作為鋼鐵企業的重要生產工藝之一，其工藝質量直接關系到最終的產品生產質量，直接關系到企業最終的經濟效益。因此在實際運用中，務必要將各項數據嚴格把控，嚴格規范工藝流程。結晶器選用弱冷工藝，可以對于氣隙的產生進行有效的防范，利于坯殼穩定的生長。而選用強冷工藝，則可以對晶粒進行一定程度上的提升，此時僅需要微調結晶器內部的倒錐度，亦能發揮抑制氣隙的重要作用，同時對于傳熱質量還能輔助提升。同時連鑄二次冷卻時，弱冷工藝的有效運用，能夠將高溫環境中鋼種脆性區進行有效的規避，對于產品表面裂紋能夠進行有效預防。當然了，此種辦法并不是針對所有的鋼種，針對包晶鋼種，則只能運用SSC進行冷卻控制。同時連鑄輥間距的設計務必赫爾利，太大太密均不好。此外，對于不同鋼種工藝參數來說，需要選擇適宜的工況，構建對應的模型機械能控制，才能全面提升連鑄工藝的最終質量水平。