板坯連鑄生產(chǎn)工藝及質(zhì)量控制研究

許 鵬

(天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

連鑄作為一項(xiàng)較為特殊的生產(chǎn)工藝，是鋼鐵企業(yè)中一項(xiàng)十分重要的生產(chǎn)工藝，其用于鋼水的生產(chǎn)、凝固和成型中，也是煉鋼的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，連鑄工藝質(zhì)量水平如何，事關(guān)鋼鐵企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品質(zhì)量。連鑄工藝水平的提升，要求連鑄坯凝固工藝更加的優(yōu)質(zhì)，方能最終保障產(chǎn)品質(zhì)量。連鑄作業(yè)中，為確保生產(chǎn)無缺陷的鑄坯，需要對連鑄工藝進(jìn)行深入研究。

1 結(jié)晶器冷卻工藝及質(zhì)量控制

結(jié)晶器的冷卻工藝向來是十分穩(wěn)定的，不同的鋼種類型，其能夠采取不同的應(yīng)對措施。結(jié)合裂紋敏感性來看，對于類型迥異的鋼種，亦可調(diào)換結(jié)晶器中的冷卻時(shí)間，既能夠?qū)⑴鳉ぎa(chǎn)生的不均勻氣隙予以清除，并適當(dāng)?shù)姆啪徑Y(jié)晶器的冷卻流量[1]，對于結(jié)晶器內(nèi)部的進(jìn)水溫度能夠適當(dāng)?shù)挠枰蕴嵘?。?jù)相關(guān)研究可知，于奧氏組織而言，鋼凝固和連鑄坯的表面曲線關(guān)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(chǎn)生于結(jié)晶器的壁面上，并構(gòu)成了一些十分微小的表面晶粒，此時(shí)有助于優(yōu)化選擇相應(yīng)的組織。進(jìn)入到階段②，一旦環(huán)境溫度高于1350℃，一些異常應(yīng)變隨即在晶粒表面發(fā)生，異常應(yīng)變較為嚴(yán)重的當(dāng)屬折痕位置的凹陷處。步入到階段③，晶粒會將銅模進(jìn)行析出，促使一部分裂紋源在已經(jīng)弱化的晶體的內(nèi)部出現(xiàn)。到了階段④，部分鐵元素將被粗大的晶體析出，并進(jìn)一步擴(kuò)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(xiàn)的各種微小裂紋會進(jìn)一步的擴(kuò)大，并構(gòu)成較大的裂紋，特別是一次性裂紋，迅速在鑄坯的內(nèi)外弧位置迅速出現(xiàn)。依據(jù)相關(guān)研究顯示，縱然結(jié)晶器內(nèi)部出現(xiàn)快速增加的水流速度，結(jié)晶器內(nèi)壁的溫度相對下降，然熱流并不會變化。原因在于結(jié)晶器內(nèi)部的冷面?zhèn)鳠岬靡蕴嵘?，使得坯殼的收縮量顯著增加，并在一定程度降低氣隙。此時(shí)調(diào)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(jìn)行有效的控制。對于結(jié)晶器冷卻工藝，能夠在凝固的早期階段，將結(jié)晶器的錐度進(jìn)行有效控制，方能對連鑄坯的質(zhì)量進(jìn)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(zhì)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(jī)的最終產(chǎn)量，要想全面提升連鑄質(zhì)量和生產(chǎn)產(chǎn)量，務(wù)必要不斷優(yōu)化二冷工藝。特別是在現(xiàn)代化的二冷工藝下，一般運(yùn)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(fù)雜性極強(qiáng)，變化性也是極大的，這就使得運(yùn)用模型來進(jìn)行相關(guān)結(jié)果的求解，難度也十分的大，加之設(shè)備自身的因素，使得最終的計(jì)算結(jié)果存有誤差。尤其是在異常情況下，務(wù)必要選擇一定的解決辦法，不斷優(yōu)化計(jì)算模型，方能降低檢測誤差。對鋼種而言，結(jié)合坯板的質(zhì)量來優(yōu)化二冷水工藝，而對于裂紋等，則需要合理運(yùn)用“熱行”的冷卻策略，即就是，高溫生產(chǎn)以及矯直時(shí)，避開脆性區(qū)間，這些策略均能夠顯著避免裂紋的產(chǎn)生。

2.2 動態(tài)輕壓工藝及質(zhì)量控制

輕壓技術(shù)目的在于降低中心偏析和疏松等問題，以促使實(shí)現(xiàn)最佳的連鑄工藝經(jīng)濟(jì)熊阿姨。輕壓作業(yè)中，科學(xué)計(jì)算，精確確定相關(guān)工藝參數(shù)十分關(guān)鍵，其可以對鑄坯的中心偏析和疏松現(xiàn)象進(jìn)行有效遏制，鋼液的凝固收縮特點(diǎn)可從圖2中進(jìn)行觀察，于q2區(qū)域之中，只有左端的鋼液完成了流動補(bǔ)償，才可以最終實(shí)現(xiàn)凝固收縮功能，但是在q1區(qū)域之中，凝固收縮亦可以對q2的鋼液進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償[2]。因相互臨近的柱狀晶間未有效聯(lián)接，補(bǔ)液也就顯得異常困難。

當(dāng)液體在q2區(qū)域內(nèi)流動時(shí)，亦不會出現(xiàn)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(qū)發(fā)生凝固收縮后，當(dāng)鋼液實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充后，疏松現(xiàn)象同樣不會出現(xiàn)。因此輕壓作業(yè)完全可以在q1和P區(qū)域之中順利開展，并能夠在最為靠近臨界補(bǔ)縮效率的情況下在起始位置進(jìn)行補(bǔ)縮，且可以始終讓臨界流動保持在最佳的穩(wěn)定狀態(tài)之中。壓下量的澆鑄方向就是壓下率，當(dāng)明確好總的壓下量，壓下率等數(shù)值之后，可以借助相應(yīng)的計(jì)算模型來求解對應(yīng)的值。其中壓下速率是十分重要的參數(shù)，其如果和凝固速率保持一致，就能夠達(dá)到最佳的壓下值。而若不一致，則可能導(dǎo)致不充分的凝固，中心偏析就十分容易出現(xiàn)。在應(yīng)變壓下量時(shí)，壓下速率即就是應(yīng)變率，其能夠增加鑄坯應(yīng)變率，當(dāng)該值超出了臨界值，鑄坯表面裂紋隨即產(chǎn)生[3]。從連鑄設(shè)備角度來看，若選擇過快的輕壓速度，則會直接損壞導(dǎo)輥，

因此要科學(xué)分辨導(dǎo)輥的剛性以及輕壓的速率。當(dāng)輕壓速度保持在 0.22mm/min-1.50mm/min的區(qū)間內(nèi)，能夠?qū)B鑄機(jī)設(shè)備進(jìn)行有效保護(hù)。出現(xiàn)異常時(shí)，需要采取壓下保護(hù)測量，轉(zhuǎn)變位置控制策略為壓力控制策略。

圖 2 凝固收縮特點(diǎn)示意圖

3 連鑄機(jī)輥距工藝及質(zhì)量控制

鑄坯是否會出現(xiàn)形變現(xiàn)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(dǎo)致的鑄坯鼓肚變形現(xiàn)象必然也十分的微小。在連鑄機(jī)之中，要想毫無誤差的進(jìn)行導(dǎo)輥的安裝，難度是十分大的，因此即便擁有純熟的技術(shù)，也會存在一定的誤差，特別是弧誤差。安裝完畢導(dǎo)輥后，如果設(shè)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(guān)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(xì)輥密排的辦法。若位于同一區(qū)域的扇形段，需要將輥間距設(shè)置為相同的間距，實(shí)現(xiàn)扇形段的任意互換，均不影響最終的設(shè)備性能。結(jié)晶器之中的含有液芯的鑄坯，受到內(nèi)部的靜壓力作用，會推動鼓肚變?yōu)橛甑涡螤?。若沒有設(shè)置足夠?qū)ΨQ的導(dǎo)輥圓弧，在前進(jìn)作用下，鼓肚鑄坯在導(dǎo)輥的壓縮力之下暫時(shí)鼓不起來，然而當(dāng)導(dǎo)輥和其脫離后，鑄坯鼓肚會重新鼓起來，該方式會在二冷區(qū)導(dǎo)輥間反復(fù)進(jìn)行。如果扇形段的輥間距天大，任意時(shí)間范圍內(nèi)，二冷區(qū)域內(nèi)部的鑄坯坯殼鼓肚現(xiàn)象會隨時(shí)發(fā)生，且于不同周期內(nèi)相互抵消，位于恒定狀態(tài)中，亦不會引起結(jié)晶器液面波動現(xiàn)象[4]。

綜上所述，連鑄工藝作為鋼鐵企業(yè)的重要生產(chǎn)工藝之一，其工藝質(zhì)量直接關(guān)系到最終的產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，直接關(guān)系到企業(yè)最終的經(jīng)濟(jì)效益。因此在實(shí)際運(yùn)用中，務(wù)必要將各項(xiàng)數(shù)據(jù)嚴(yán)格把控，嚴(yán)格規(guī)范工藝流程。結(jié)晶器選用弱冷工藝，可以對于氣隙的產(chǎn)生進(jìn)行有效的防范，利于坯殼穩(wěn)定的生長。而選用強(qiáng)冷工藝，則可以對晶粒進(jìn)行一定程度上的提升，此時(shí)僅需要微調(diào)結(jié)晶器內(nèi)部的倒錐度，亦能發(fā)揮抑制氣隙的重要作用，同時(shí)對于傳熱質(zhì)量還能輔助提升。同時(shí)連鑄二次冷卻時(shí)，弱冷工藝的有效運(yùn)用，能夠?qū)⒏邷丨h(huán)境中鋼種脆性區(qū)進(jìn)行有效的規(guī)避，對于產(chǎn)品表面裂紋能夠進(jìn)行有效預(yù)防。當(dāng)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(yùn)用SSC進(jìn)行冷卻控制。同時(shí)連鑄輥間距的設(shè)計(jì)務(wù)必赫爾利，太大太密均不好。此外，對于不同鋼種工藝參數(shù)來說，需要選擇適宜的工況，構(gòu)建對應(yīng)的模型機(jī)械能控制，才能全面提升連鑄工藝的最終質(zhì)量水平。