靜態(tài)凝固末端強(qiáng)冷在八鋼連鑄機(jī)上的應(yīng)用

秦軍 ，卜志勝 ，陳曉山 ，程杰

（1.新疆八一鋼鐵股份有限公司制造管理部；2.新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鋼廠）

1 前言

厚度60～80mm規(guī)格的Q345GJZ35正火鋼板因?qū)Φ蜏貨_擊韌性、抗層狀撕裂性能、一級(jí)探傷等諸多要求對(duì)坯料的內(nèi)質(zhì)要求嚴(yán)格，軋制生產(chǎn)中通常采用在兩相區(qū)大壓下破碎細(xì)化晶粒的方式來(lái)獲得合格的軋制性能，但生產(chǎn)中受軋制工裝條件的制約較多，因而生產(chǎn)中常倒逼煉鋼工序嚴(yán)控板坯中心偏析，在連鑄生產(chǎn)中為追求低偏析，采用近液相線溫度澆注的模式極易發(fā)生結(jié)瘤事故，繼而造成生產(chǎn)中斷。

為進(jìn)一步降低板坯內(nèi)部中心偏析,2018年在4#板坯連鑄機(jī)上進(jìn)行了250mm斷面的靜態(tài)凝固強(qiáng)冷模式的試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，取得一定的效果。

2 連鑄機(jī)主要設(shè)備參數(shù)

八鋼4號(hào)板坯連鑄機(jī)運(yùn)用了連續(xù)彎曲連續(xù)矯直、結(jié)晶器漏鋼預(yù)報(bào)、液壓振動(dòng)、液面自動(dòng)控制、動(dòng)態(tài)輕壓下等多項(xiàng)賽迪專(zhuān)利技術(shù)，是中厚板流向品種鋼板坯生產(chǎn)的主力鑄機(jī)，工藝裝備處于國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，設(shè)計(jì)年產(chǎn)達(dá)120萬(wàn)t，是八鋼公司開(kāi)發(fā)風(fēng)電鋼、橋梁鋼、高層建筑用鋼板產(chǎn)品的可靠保障。

表1 4#板坯連鑄機(jī)的主要工裝參數(shù)

3 凝固末段強(qiáng)冷模式的原理及試驗(yàn)方案

根據(jù)梅山鋼鐵1#板坯連鑄機(jī)二冷水量?jī)?yōu)化的試驗(yàn)[4]，末端強(qiáng)冷可減少鼓肚量，同時(shí)加快鑄坯表面溫降,當(dāng)鑄坯表面溫降大于中心的溫降時(shí),鑄坯會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓縮力,產(chǎn)生與機(jī)械應(yīng)力壓下類(lèi)似的作用,提高鑄坯中心致密度,減少凝固搭橋，消除中心縮孔的產(chǎn)生，并減少中心裂紋的發(fā)生率。

八鋼4#連鑄機(jī)自結(jié)晶器往下，各段依次為0段（SEG0）、扇形段（SEG1～4）、彎曲矯直段（SEG5～8），水平段（SEG9-13）,均為外部噴淋管氣霧噴嘴冷卻方式。

借鑒內(nèi)地廠家的優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)方案采用二冷區(qū)弱冷，凝固末段強(qiáng)冷的靜態(tài)凝固末端強(qiáng)冷策略，水表控制的方式，在總比給水量不變的前提下各區(qū)域進(jìn)行調(diào)整。為了防止彎曲段坯殼不足產(chǎn)生的漏鋼，足輥水量增加25%；同時(shí)，將彎曲段下部水量、1～3段冷卻水量減少30%。而在對(duì)連鑄坯凝固末端預(yù)算區(qū)域，即二冷第4段到第7段的冷卻水量增加50%～60%。優(yōu)化前后的對(duì)比Q345GJ水表見(jiàn)表2。

表2 原水表和靜態(tài)凝固末端強(qiáng)冷的1800X250（mm）Q345GJ對(duì)比表 l/min

4 應(yīng)用效果

4.1 澆注狀態(tài)穩(wěn)定性的影響

在同一中包連澆爐次中，頭尾爐因開(kāi)停機(jī)操作、開(kāi)澆溫度要求、停澆封頂操作等工藝要求，溫度、拉速波動(dòng)大，進(jìn)而引發(fā)水量波動(dòng)，采用靜態(tài)末端強(qiáng)冷技術(shù)后，澆注狀態(tài)的穩(wěn)定影響到凝固末端區(qū)域的穩(wěn)定，影響到凝固末端強(qiáng)冷效果的發(fā)揮。試驗(yàn)時(shí)選取橋梁鋼GL5231D1為試驗(yàn)對(duì)象，通常中包連澆爐數(shù)為10爐，選取4個(gè)中包針對(duì)中包爐次分為頭尾爐、連澆爐進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，頭尾爐和連澆爐末端強(qiáng)化前后的低倍評(píng)級(jí)、板坯角裂封鎖率、縱裂紋封鎖率、中心線裂紋封鎖率對(duì)比見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 頭尾爐末端強(qiáng)冷前后低倍評(píng)級(jí)及裂紋率的變化對(duì)比圖

圖2 連澆爐的低倍評(píng)級(jí)及裂紋缺陷率變化對(duì)比圖

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，采用靜態(tài)末端強(qiáng)冷模式后，對(duì)連鑄中包頭尾爐、連澆爐的效果有所差異。從圖1可以看出，末端強(qiáng)冷模式惡化了頭尾爐的低倍評(píng)級(jí)，各種裂紋缺陷發(fā)生率均在增加，尤其是表面縱裂紋上。這是由于中包的頭尾爐，因連鑄中包過(guò)熱度高、拉速波動(dòng)大，液相穴深度變化大，末端強(qiáng)冷的位置不準(zhǔn)確，此時(shí)末端強(qiáng)冷模式不能發(fā)揮理想作用，反映加劇了板坯表面冷卻不均勻的趨勢(shì)，進(jìn)而造成板坯的裂紋缺陷幾率增大。從圖2看出，末端強(qiáng)冷模式降低了連澆爐的低倍評(píng)級(jí)；且連澆時(shí)由于穩(wěn)態(tài)澆注帶來(lái)末端強(qiáng)冷的位置理想準(zhǔn)確，末端強(qiáng)冷發(fā)揮正常，此時(shí)表現(xiàn)為隨著末端強(qiáng)冷，凝固末端坯殼增厚補(bǔ)縮，角裂率和縱裂幾率略微增加，但凝固中途水量的減弱減輕了中心柱狀晶搭橋的趨勢(shì)，內(nèi)部中心線裂紋幾率顯著減少，板坯內(nèi)質(zhì)得到提升。

4.2 不同過(guò)熱度條件下的效果對(duì)比

選取70～80mmQ345GJDZ25所用的IL5811A7,生產(chǎn)中拉速保持0.80m/min不變，在不同過(guò)熱度條件下對(duì)板坯進(jìn)行低倍取樣，結(jié)果見(jiàn)表3、圖3，表4、圖4。

表3 IL5811A7不同過(guò)熱度下靜態(tài)末端強(qiáng)冷前后中心偏析評(píng)級(jí)結(jié)果對(duì)比表（V=0.80m/min）

圖3 過(guò)熱度14℃拉速0.80m/min末端強(qiáng)冷前后IL5811A7熱酸洗腐蝕對(duì)比圖

圖 3為 IL5811A7在過(guò)熱度為 26℃拉速0.80m/min時(shí)的典型低倍組織熱酸腐蝕對(duì)比照片,可以看出在靜態(tài)末端強(qiáng)冷模式作用下，板坯低倍酸洗的中心偏析線開(kāi)始變淡，內(nèi)質(zhì)改善。圖4為IL5811A7在0.8m/min靜態(tài)末端強(qiáng)冷前后中心偏析評(píng)級(jí)隨過(guò)熱度變化的對(duì)比圖。

從表4及圖4可以看出，在高過(guò)熱度條件下（過(guò)熱度34～48℃），靜態(tài)末端強(qiáng)冷模式效果不體現(xiàn)，隨著過(guò)熱度降低，靜態(tài)末端強(qiáng)冷模式對(duì)低倍偏析的降低效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)并逐步增大，在極低過(guò)熱度時(shí)（過(guò)熱度2～7℃），靜態(tài)末端強(qiáng)冷的效果最大，可降低中心偏析評(píng)級(jí)達(dá)0.5級(jí)。顯然，由于過(guò)熱度升高，液相穴深度延長(zhǎng)，液相穴底部脫離了強(qiáng)冷區(qū)域，不能起到有效補(bǔ)縮的效果，此時(shí)不是真正意義上的凝固末端強(qiáng)冷，故要保證靜態(tài)末端強(qiáng)冷的效果，過(guò)熱度應(yīng)控制在25度以?xún)?nèi)，且過(guò)熱度越低越好。

表4 Q345系列試驗(yàn)用出鋼記號(hào)的主要化學(xué)成分

圖4 IL5811A7在0.8m/min末端強(qiáng)冷前后中心偏析評(píng)級(jí)隨過(guò)熱度變化的對(duì)比圖

4.3 Q345系列不同成分效果對(duì)比

選取不同成分的Q345系列出鋼記號(hào)，主要成分見(jiàn)表4，選取過(guò)熱度10℃時(shí)的低倍試樣進(jìn)行熱酸酸洗，采用德國(guó)曼內(nèi)斯曼標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行中心偏析評(píng)價(jià)，并與同等工藝條件下未使用靜態(tài)末端強(qiáng)冷模式的低倍酸洗結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖5。從圖5可以看出，采用末端強(qiáng)冷優(yōu)化后，試驗(yàn)出鋼記號(hào)板坯的中心偏析級(jí)別下降了0.3～0.7，隨著成分中合金強(qiáng)化元素的增加和含量的增高，末端強(qiáng)冷效果逐漸下降。

綜合來(lái)看，靜態(tài)末端強(qiáng)冷雖能補(bǔ)縮提高板坯內(nèi)質(zhì)，降低中心偏析評(píng)級(jí)，但試驗(yàn)方案是靜態(tài)配水的思路，效果必須建立在穩(wěn)態(tài)澆注的基礎(chǔ)上，建立在凝固末端位置相對(duì)穩(wěn)定的前提下，否則，在非穩(wěn)態(tài)條件下，靜態(tài)末端強(qiáng)冷配水方式弊大于利，在惡化中心偏析程度的同時(shí)，還大幅增大了各種裂紋發(fā)生幾率，得不償失。故在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，中包的頭尾爐、異常高溫鋼等非穩(wěn)態(tài)時(shí)不投入靜態(tài)末端強(qiáng)冷，僅在連澆穩(wěn)態(tài)時(shí)投用，雖然伴隨著表面縱裂、角裂封鎖率略有增加，但表面縱裂紋、角裂坯可通過(guò)人工火焰清理的方式予以清除，對(duì)軋制影響不大。

圖5 Q345系列末端強(qiáng)冷前后的中心偏析評(píng)級(jí)變化對(duì)比圖（過(guò)熱度10℃）

5 結(jié)論

靜態(tài)末端強(qiáng)冷技術(shù)是板坯連鑄機(jī)降低中心偏析的一種有效方法。八鋼二煉鋼廠4#連鑄機(jī)末端強(qiáng)冷的實(shí)踐表明，采用末端強(qiáng)冷技術(shù)，需建立在穩(wěn)態(tài)澆注的前提下。非穩(wěn)態(tài)下采用靜態(tài)末端強(qiáng)冷，將對(duì)板坯質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。采用穩(wěn)態(tài)澆注時(shí)投入靜態(tài)末端強(qiáng)冷而非穩(wěn)態(tài)時(shí)退出的模式，可改善中心偏析的評(píng)級(jí)級(jí)別，同時(shí)降低內(nèi)部中心線裂紋的幾率，雖然板坯表面的縱裂紋、角裂封鎖率略有增加，但總體良好。