連鑄坯表面溫度分布情況的測(cè)試研究

熊洪進(jìn) 馬忠存 吳華杰 郭 鑫

(1.北滿特殊鋼有限責(zé)任公司技術(shù)中心，黑龍江161041；2.北京科技大學(xué)冶金工程研究院，北京100083)

鑄坯的冷卻過(guò)程與鑄機(jī)產(chǎn)量和鑄坯質(zhì)量密切相關(guān)，因?yàn)樗苯記Q定鑄坯的凝固狀態(tài)，影響鑄坯的表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量。鑄坯表面溫度是判斷鑄坯質(zhì)量的重要參數(shù)，可以在一定程度上反映連鑄坯的凝固狀況，對(duì)鑄坯質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響，它是優(yōu)化拉坯速度、確定二冷冷卻強(qiáng)度、判斷液相穴長(zhǎng)度等的主要依據(jù)之一[1、2]。它不僅取決于結(jié)晶器和二冷區(qū)的冷卻強(qiáng)度，而且還受到澆鑄溫度、斷面尺寸、鋼種特性、拉坯速度和坯殼厚度等各種因素的影響。對(duì)鑄坯的表面溫度進(jìn)行監(jiān)控可以判斷結(jié)晶器冷卻和二次冷卻的均勻性和合理性，對(duì)防止鑄坯變形甚至發(fā)生漏鋼事故、減少鑄坯內(nèi)部缺陷從而提高鑄坯內(nèi)部質(zhì)量具有積極意義，還能為鋼種凝固特性研究、凝固傳熱模型的建立等提供參考信息。針對(duì)鑄坯表面溫度的重要性，本文對(duì)北滿特鋼圓坯的溫度情況進(jìn)行了測(cè)試研究。

1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用國(guó)際先進(jìn)的紅外熱像儀[3～5]進(jìn)行測(cè)量研究連鑄坯表面溫度分布。紅外熱像儀是利用紅外掃描原理測(cè)量物體表面溫度分布的。它攝取來(lái)自被測(cè)物體各部分紅外輻射通量的分布，利用紅外探測(cè)器得到物體發(fā)射紅外輻射通量的分布圖像，即熱像圖。在掃描被測(cè)物體表面后，利用圖像顏色直觀地觀測(cè)溫度場(chǎng)分布，并通過(guò)相應(yīng)軟件提取詳細(xì)的溫度場(chǎng)信息。

本次試驗(yàn)以連鑄斷面?650 mm的GCr15SiMn和S355NL鋼種作為研究對(duì)象，分別以出二冷室、末端電磁攪拌前后、各拉矯機(jī)位置等作為測(cè)溫點(diǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 GCr15SiMn鑄坯的溫度分布

對(duì)GCr15SiMn鑄坯的溫度分布進(jìn)行了測(cè)量。其工藝狀態(tài)為：中包鋼液溫度1 483℃，過(guò)熱度37℃，V=0.16 m/min。1流溫度所測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，各個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度變化趨勢(shì)如圖1所示。

由圖1可見(jiàn)，由于GCr15SiMn的拉速較慢，進(jìn)末端電磁攪拌前，鑄坯表面溫度已降至850℃以下。在進(jìn)拉矯機(jī)時(shí)，鑄坯表面溫度已降至800℃以下。這說(shuō)明該鋼種的二冷區(qū)配水量比較大，需要優(yōu)化該鋼種的二冷制度，降低冷卻強(qiáng)度，以減少柱狀晶生長(zhǎng)，增大中心等軸晶，減少鑄坯中心疏松，提高鑄坯低倍質(zhì)量。

2.2 S355NL鑄坯的溫度分布

對(duì)S355NL的鑄坯溫度分布進(jìn)行了測(cè)量。工藝狀態(tài)分別為：中包鋼液溫度1 537℃，拉速為0.28 m/min和中包鋼液溫度1 530℃，拉速0.30 m/min。結(jié)果見(jiàn)表2，各個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度變化趨勢(shì)如圖2，圖3所示。

表1 GCr15SiMn鑄坯在各測(cè)溫點(diǎn)的表面溫度/℃Table 1 Surface temperature of GCr15SiMn casting blank at several temperature measure locations

表2 S355NL鑄坯的表面溫度/℃Table 2 Surface temperature of S355NL steel bloom/℃

圖1 GCr15SiMn鑄坯不同位置的表面溫度Figure 1 Surface temperatures of different positions for GCr15SiMn steel

圖2 兩種工藝狀態(tài)下S355NL鋼不同位置的表面溫度分布Figure 2 Surface temperature distribution of different positions for S335NL steel under two kinds of process status

由圖2可知，對(duì)S355NL鋼的拉速越快，鑄坯表面溫度越高。雖然拉速0.28 m/min時(shí)的過(guò)熱度比拉速0.3 m/min時(shí)的過(guò)熱度高7℃，但在末端電磁攪拌和第一架拉矯機(jī)位置，0.28 m/min時(shí)的鑄坯表面溫度卻比0.3 m/min時(shí)的約低10℃，在至第二架拉矯機(jī)時(shí)兩者溫度基本相同。可見(jiàn)拉速對(duì)S355NL鑄坯表面溫度的影響要大于過(guò)熱度。

圖3 S355NL鋼的不同位置鑄坯表面溫度分布(不同流)Figure 3 Surface temperature distribution of different positions for S355NL steel (different flow)

由圖3可見(jiàn)，對(duì)于連鑄工藝參數(shù)相同，同一爐次不同流間的鑄坯，表面溫度仍然存在差別。這與不同流的冷卻條件差別有關(guān)，雖然設(shè)定相同，但受?chē)娏茉O(shè)備維護(hù)狀態(tài)、冷卻水質(zhì)的影響，使冷卻條件略有差別。因此，在生產(chǎn)時(shí)要注意加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)和監(jiān)控，減少因設(shè)備差別造成的鑄坯缺陷等質(zhì)量問(wèn)題。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)鑄坯表面溫度的測(cè)試研究，得到以下結(jié)論：

(1)對(duì)于GCr15SiMn，在進(jìn)末端電磁攪拌前，鑄坯表面溫度已降至850℃以下，在進(jìn)拉矯機(jī)時(shí)，鑄坯表面溫度已降至800℃以下。應(yīng)優(yōu)化二冷水分配，降低冷卻強(qiáng)度，提高鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。

(2)對(duì)于S355NL鋼，拉速對(duì)鑄坯表面溫度的影響要大于過(guò)熱度，拉速越快，鑄坯表面溫度越高，調(diào)整拉速應(yīng)與過(guò)熱度匹配。

(3)同一爐次不同流間的鑄坯表面溫度也有差別。應(yīng)及時(shí)查水，加強(qiáng)噴淋設(shè)備的檢測(cè)和維護(hù)，減少鑄坯柱狀晶的生成，增加鑄坯等軸晶的比例。

[1] 黃利，張立，王迎春.連鑄二冷區(qū)鑄坯表面溫度綜述[J].寶鋼技術(shù)，2010，(1)：27-42.

[2] 吳迪平，秦勤，藏勇，等.合金鋼方坯連鑄鑄坯表面溫度測(cè)試研究[C].2003中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集.北京：2003：477-480.

[3] 孫曉剛，李云紅.紅外熱像儀測(cè)溫技術(shù)發(fā)展綜述[J].激光與紅外，2008，83(2)：101-104.

[4] 李云紅.基于紅外熱像儀的溫度測(cè)量技術(shù)及其應(yīng)用研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010：1-13.

[5] 張婭麗，劉波，曹劍中.紅外熱像儀測(cè)溫成像方法研究及軟件實(shí)現(xiàn)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2010，13(4)：275-279.