試論連鑄機扇形段二冷區工藝技術的發展

吳金鐘 吳志會 宋衛東

摘要：隨著現代工業的飛速發展，鋼鐵產量是評價一個國家的工業化程度的主要影響因素之一。而連鑄機是煉鋼過程中會影響到鋼鐵性能的一種重要設備，因此連鑄機扇形段的制造質量直接決定了整個設備運行是否可以順利進行。由于不同的連鑄工藝對應不同的連鑄機設備運行狀況和相應的生產工藝，所以要得到較好質量的連鑄坯，應該對連鑄機扇形段二冷區工藝，例如二次冷卻、動態輕壓下、扇形段輥間距設計等進行精準把控，合理科學的應用。

關鍵字：連鑄機，扇形段，二冷區

引言：通常在連鑄機的制造加工過程中，連鑄機扇形段特殊的結構和性能要求加上各種生產技術手段的限制，這就導致在連鑄機扇形段頻發故障，例如連鑄機組在運行過程中突然停機的問題，而這一問題又會進一步導致煉鋼生產效果和產品質量不佳。因此，在煉鋼行業未來的發展中，通過制造工藝改進來優化連鑄機的扇形段將是勢在必行，只有對連鑄機扇形段的優化設計才能確保其質量達到目前行業內提出的高標準要求。大量工程實踐和理論研究表面，連鑄工藝技術的發展和連鑄坯凝固過程息息相關。連鑄坯凝固過程是分階的， 包括結晶 器形成初生坯殼 ， 二冷區接受噴水冷卻坯殼穩定生長 ， 液相穴末端凝固結束這三個階段，針對不同階段采用相應的工藝技術對鑄坯質量進行控制，本文將針對二冷區工藝技術進行研究和探討 。

1連鑄機扇形段

連鑄機工作狀態十分復雜，當工作情況十分惡劣時，大概率會對連鑄機扇形段結構造成毀滅性打擊，這就意味著連鑄機扇形段的制造質量直接決定了整個設備運行是否可以順利進行。在該行業內，連鑄機的扇形段制造方面仍舊處于技術匱乏階段，急需根據復雜多樣得到工況，進行有針對性的加工工藝改進，提高扇形段的產品質量和工作的效果。目前根據大量工程實踐和理論研究可以發現，連鑄機扇形段特殊的結構和性能要求加上各種生產技術手段的限制導致在連鑄機扇形段頻發故障，進一步導致煉鋼生產效果差，基于上述原因通過二冷區工藝技術的研究與改進對扇形段結構進行優化這一舉措具有現實意義和經濟價值。

2二冷區工藝技術

連鑄機扇形段二冷區工藝技術包括二次冷卻、動態輕壓下、扇形段輥間距設計等工藝，通過對這些工藝技術的精準把控便可以要得到較好質量的連鑄坯.

2.1二次冷卻工藝的選擇

連鑄過程的本質是傳熱過程和凝固過程結合。在結晶器中鋼水凝固帶走整個過程凝固熱量的20%左右 ， 剩下的80%熱量在二冷區中被帶走。這就意味著二冷區的配水策略與生產率的高低和鑄坯質量的好壞直接相關。目前，預防和控制鑄坯產生表面和內部裂紋的主要措施是通過控制凝固過程中的溫度場實現的。雖然合理選擇二冷工藝是提高生產率和鑄坯質量的基礎， 但是保證鑄機噴嘴狀態也至關重要，只有保證鑄機噴嘴狀態才能確保冷卻均勻。總的分析可以發現輕壓下工藝會影響凝固末端， 結晶器電磁攪拌工藝只影響鑄坯的表層質量 ， 而二冷工藝影響范圍最大，程度最深，直接影響到整個二冷區鑄坯的質量。

因為鋼的傳熱系數有限，所以隨著拓殼厚度的增加 ， 熱阻會迅速變大，此時如果增加水的強度也只能是使鑄坯的表面溫度迅速下降，但與此同時也造成坯殼承受的熱應力增加 ，易產生表面裂紋。所以以能夠控制鑄坯鼓肚為前提， 較弱的二次冷卻工藝會減少柱狀區寬度增加等軸晶區寬度 ，這樣可以盡量減少熱應力和組織應力，進一步減少鑄坯裂紋。除此之外鑄機設備冷卻性能是否優異也格外重要，不然高溫導致設備狀態差 ，造成設備功能精度低，鑄坯積渣，劃傷等缺陷。

2.2動態輕壓下工藝的選擇

輕壓下技術是目前減少或消除中心偏析和中心疏松所采取的最經濟有效的方法。壓下區間、總壓下量、以及指定區域的壓下率和壓下速率是輕壓下技術的關鍵性工藝參數。通過對這些工藝參數值的合理確定和應用，才能實現輕壓下技術消除或減少鑄坯中心偏析與疏松的特點和優勢。

目前壓下區間的確定沒有定值 ，因為壓下區間的確定取決于鋼的成分，鑄坯斷面的大小和形狀，生產設備等因素。一般情況下是結合理論與實踐，通過實驗和鋼種質量的不斷探索和對比分析，尋找出一個最佳值;總壓下量指輕壓下工藝中輥縫的收縮總量，包括鑄坯凝固 自由線收縮量和實際作用在鑄坯上的機械壓下量兩部分。確定總壓下量除了以上兩部分的完美結合，還應該考慮到高溫下設備的變形量。不同種類的鋼總壓下量也不同，通常含碳量較高的鋼種總壓下量大。壓下率和壓下速率概念不同，前者是澆鑄方向單位長度的壓下量，后者是單位時間的壓下量。

2.3連鑄機輥距的合理設計

連鑄機輥距的大小直接影響鑄坯鼓肚的變形，輥距越小，鑄坯鼓肚變形越小，反之輥距越大，鑄坯鼓肚變形越大。與此同時，由于輥子在連鑄機弧線上的安裝無法實現絕對準確 ， 總會產生對弧誤差，在同一對弧誤差之下，輥距越小引起的坯殼所受彎曲變形就越大，所以因輥距也不是越小越好。存在最佳輥距。通常會采用細輥密排技術，也就是小輥距通過小輥徑來實現，但并不是越細越好，越密越好，需要有合理度來控制。輥子過細導致扇形段整體的剛度和強度都降低，使用壽命降低;輥子過密導致扇形段連鑄坯的冷卻和積渣排除受影響 。

3.發展歷程

為提高連鑄機扇形段的質量，二冷工藝也在不斷進行改革發展和創新。其中就包括日本學者為控制板坯角裂和橫裂紋，開發了SSC控冷工藝，原理是通過控制鑄坯的表層微觀組織結構，防止產生橫裂。國內相關企業在這方面雖然存在一些問題，但也有所嘗試，并且有一定成果。例如SSC強冷最好在彎曲段彎曲點以上實施，在設備上實現要求的冷卻強度這一目標的實現難度較大;如果強冷時加大表層應力，會導致表面裂紋加劇。最新嘗試的板坯連鑄機上部弱冷，下部強冷這一針對二冷工藝的改進對控制板坯角裂和橫裂紋的效果良好。

結語

連鑄機扇形段的質量好壞直接決定了整個設備運行是否可以順利進行，通過對連鑄機扇形段二冷區工藝，例如二次冷卻、動態輕壓下、扇形段輥間距設計等工藝進行精準把控，控制了鑄坯質量，提高了生產率和產品合格率，減少殘次品的產生。在連鑄技術的不斷發展和改進過程中，提高產品高質量，減少產品缺陷始終是我們的發展目標，提高對連鑄機扇形段二冷區工藝技術的深入研究日益深化可以提高鑄坯質量和鑄機生產效率。

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