板坯連鑄生產工藝及質量控制研究

王鐵男

本鋼板材煉鋼廠 遼寧本溪 117000

連鑄生產過程是特殊作業，是鋼水生產、凝固、成型的重要過程，也是制鋼生產的重要環節，聯鑄生產過程的質量與企業生產效率、質量、經濟效益等密切相關。連續鑄件生產技術的發展與連續鑄件的凝固過程有密切關系，連續鑄件是分階段凝固的，因此需要針對不同區域采用不同技術，進一步提高鑄件的質量。在連續鑄型技術的發展過程中，為了提高工藝生產的質量，確保無缺陷的鑄型生產，必須深入研究連續鑄型技術，準確掌握連續鑄型技術和質量控制技術[1]。

1 板坯連鑄內部夾雜物控制技術

在軋制過程中，殘留于連鑄特厚板坯中的夾雜物會沿軋制方向變形、拉長，導致特厚板探傷不合格。通常采用爐外精煉得到高潔凈度鋼水供連鑄機澆鑄來避免鑄坯內部夾雜物。從精煉、連鑄中間包和結晶器內的鋼水中取樣發現，夾雜物呈現逐漸增多的趨勢，在連鑄剛開澆時尤為明顯。其大多為鋼水注入中間包和結晶器時沖刷耐火材料而帶來的外生夾雜物，以及鋼水二次氧化造成的內生夾雜物。因此，除控制耐火材料質量、做好保護澆鑄外，確保夾雜物在結晶器及垂直段的充分上浮也十分重要。在直弧形連鑄機上設置足夠垂直段高度促進夾雜物上浮去除已經得到證實[2]。

對于特厚板坯連鑄機而言，鑄坯成倍加厚，結晶器內腔隨之加大，鑄坯內部鋼液流動狀態與常規板坯連鑄機相比差別較大，相應的夾雜物的運動軌跡和規律也相差較大。鑒于此，建立了特厚板坯連鑄過程中鑄坯內部鋼液流動、凝固及夾雜物運動的三維多場耦合仿真計算模型，對特厚板坯連鑄過程中夾雜物運動行為進行模擬分析。采用實際鑄坯樣測得的夾雜物數量及分布規律對模擬計算結果進行對比校驗，確保模型的準確性。

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

凝固過程中的選分結晶是導致中心偏析與疏松的根本原因，隨著鑄坯加厚，凝固速度明顯降低，中心偏析與疏松惡化。目前，低過熱度澆鑄、電磁攪拌、凝固末端壓下等工藝技術都是控制鑄坯中心偏析的有效方法。本文重點研究了在鑄坯凝固末端實施壓下并結合鑄流電磁攪拌對特厚板坯中心偏析及疏松的改善作用。其基本原理是：在鑄坯凝固末端實施壓下，將鑄坯芯部富含高濃度偏析元素的鋼液向逆拉坯方向擠壓排出凝固末端區域[3]。同時，在鑄流的電磁攪拌裝置的攪動下，干擾柱狀晶向鑄坯中心單向生長，阻止富含高濃度偏析元素的鋼液向鑄坯中心匯集。

2.2 動態輕壓工藝及質量控制

對于特厚板坯而言，常規輕壓下的壓下率和壓下量已無法滲透鑄坯芯部，即便是針對常規厚度的板坯，近年也有凝固末端重壓下技術成果公布。這些凝固末端壓下相對輕壓下而言可稱為凝固末端重壓下。為特厚板坯開發的凝固末端壓下方法（C-HRPES）是：采用2～3個壓下扇形段，在鑄坯凝固的末期至完全凝固實施壓下，采用小-大（2個段壓）或小-大-小（3個段壓）的壓下方式，壓下區域為固相率0．4-1．0的區間，對鑄坯中心區域的液芯進行擠壓，防止富集溶質的鋼液補充凝固收縮，壓下區域一直延續到全凝固，可以同時改善中心疏松。

3 連鑄機輥距工藝及質量控制

研發的技術在特厚板坯連鑄機上全面實施，已經生產了船舶及海洋工程用鋼、臨氫反應器鋼、壓力容器鋼、高層建筑用鋼、模具鋼和易切鋼等特厚板坯。為了系統檢查分析特厚板坯內部質量，統計了約600個特厚板坯樣本，依據YB/T4003標準對特厚板坯內部質量進行評價。如圖8所示，中心偏析優于C 2．0級的占比為94．2%；中心疏松優于1．0級的占比為93．3%；中間裂紋優于1．0級的比例合計為93．5%，其中比1．0級更差的裂紋多發生在鑄坯橫斷面的三角區位置采用特厚連鑄板坯軋制了厚度為100～380mm的各類用途特厚板。技術實施后顯著提高了連鑄坯內部質量，實現了高品質特厚板的高效穩定生產，并已經成功用于國內外用戶的石化加氫反應器、核電站、海洋平臺、跨海大橋、超高層建筑、模具以及機械工程為保證凝固末端壓下作用能滲透至鑄坯芯部，實施凝固末端壓下時應增大壓下率，同時需滿足不產生內部裂紋，最大壓下率約為5mm/m（根據鋼種不同）；在凝固末端壓下的基礎上采用二冷區電磁攪拌可增加鑄坯等軸晶率，從而進一步提升鑄坯均質度。

4 結語

如上所述，所有的東西都具有兩面性，連續鑄造技術也同樣，只有正確地控制各數據，才能更好地確保連續鑄造技術的質量。結晶器弱冷過程不僅能有效控制氣隙的產生，還能確保消隱殼的穩定生長。結晶體選擇弱冷過程，能夠有效地防止氣隙的產生，并且有利于消隱殼的穩定生長。如果選擇強冷過程，就可以對結晶粒子進行一定程度的上升，屆時只要微調整結晶器內部的反梯度，就能發揮抑制氣隙的重要作用，對傳熱質量也有輔助提高。同時，由于輥間距離的設計必須是赫利的，所以既大又不應過于密集。另外，對于不同鋼種的工藝參數，要選擇適當的狀況，構建相應型號的機械能量控制，這樣才能全面提高連續鑄造工藝的最終質量水平。