連鑄二冷工藝優(yōu)化與鑄坯角部裂紋控制研究

渠松濤

（江蘇省連云港市灌南縣亞新鋼鐵煉鋼廠，江蘇 連云港 222000）

連鑄坯的二次冷卻是連鑄生產(chǎn)中的一個重要環(huán)節(jié)，極大的影響到鑄坯內(nèi)部的質(zhì)量與連鑄機(jī)生產(chǎn)的順利進(jìn)行。為此，對二冷工藝進(jìn)行改善，已經(jīng)成為連鑄工藝發(fā)展中及其重要的課題。很多鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，在生產(chǎn)前期因二冷系統(tǒng)的缺陷，致使鑄坯質(zhì)量不合格，以及脫方和內(nèi)裂情況，因此對鑄坯的合格率以及軋鋼的成材率產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。為將鑄坯質(zhì)量有效改善，就必須加強(qiáng)對連鑄二冷工藝優(yōu)化。進(jìn)而減少鑄坯質(zhì)量的缺陷問題。

1 連鑄二冷的作用及原理

連鑄坯二次冷卻的作用，是將鑄坯利用二冷水進(jìn)行二次冷卻。二冷水既是二次冷卻用水，當(dāng)鑄坯離開一冷（結(jié)晶器冷卻）之后，雖然其表面形成了一定厚度的坯殼，但還需要進(jìn)而二次冷卻，利用二冷水使坯殼繼續(xù)加厚，并加速凝固；通過夾棍與導(dǎo)向棍，對帶液芯的鑄坯起支撐和導(dǎo)向的作用，并防止其鼓肚變形；對引錠桿起導(dǎo)向及支撐的作用；對帶直結(jié)晶器的直弧型連鑄機(jī)，在二冷區(qū)將其完成鑄坯的頂彎作用。

二冷水對于水質(zhì)的要求并不是很非常高，只要是經(jīng)過精細(xì)過濾裝置的飲用水，就可以進(jìn)行二次冷卻使用。但是對于二冷水的使用量還是需要進(jìn)行精確計算，對鑄坯的質(zhì)量做出低倍分析之后，再進(jìn)行翻轉(zhuǎn)調(diào)整。大部分的噴嘴堵塞，都是由于對二次冷卻水的過濾不夠精細(xì)而導(dǎo)致的。

2 二次冷卻工藝缺陷致使連鑄坯出現(xiàn)角部裂紋

連鑄二次冷卻效果的好壞，將會直接影響到鑄坯質(zhì)量與連鑄機(jī)的產(chǎn)量，也是致使連鑄坯出現(xiàn)角部裂紋的最主要的原因。在所有能夠影響鋼坯質(zhì)量的因素中，唯有二次冷卻這一因素是可以進(jìn)行人為控制的。對二次冷卻工藝進(jìn)行優(yōu)良化，也是改善鑄坯質(zhì)量以及提升連鑄機(jī)生產(chǎn)量的重要方式。在連鑄過程中，由于進(jìn)行二次冷卻的強(qiáng)度偏大，尤其是在冬季，當(dāng)二冷遇到強(qiáng)冷空氣時，二次冷卻的水溫比較低，在噴水量相同的情況下，對于鋼坯的冷卻強(qiáng)度卻更大，可以加快鋼坯的凝固速度與拉速，這樣雖然會使連鑄機(jī)保證較高的生存力，但是會讓鑄坯產(chǎn)生各種裂紋，使其存在缺陷，并嚴(yán)重影響到鑄坯的質(zhì)量。還因二冷水在不同地點取水時，通過精細(xì)過濾之后被送到二次冷卻噴嘴口，因其水質(zhì)存在差異，使得在水垢大量形成后噴嘴有不同程度堵塞，以至于造成二冷冷卻不勻稱，進(jìn)而降低連鑄坯的凝固速度，雖然高溫下生產(chǎn)鑄坯，質(zhì)量會有所保障，但是，生產(chǎn)效率就會大大降低。

連鑄坯質(zhì)量經(jīng)過二次冷卻之后，易出現(xiàn)鑄坯的表面缺陷、內(nèi)部缺陷以及形狀上的缺陷，對連鑄坯的質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響。在通常情況下鑄坯的表面缺陷及內(nèi)部缺陷都是源自于結(jié)晶器，這在連鑄業(yè)中已成為共識。但是，二次冷卻區(qū)若是硬件配置設(shè)施不合理，將會進(jìn)一步擴(kuò)大內(nèi)外缺陷的發(fā)展，在進(jìn)行連鑄坯生產(chǎn)時，若是對二次冷卻控制不到位，會使鑄坯出現(xiàn)以下缺陷：

1）鑄坯表面缺陷。表面縱向裂紋，其形成的主要原因是，在進(jìn)行二次冷卻時因局部過冷，而產(chǎn)生的縱向凹陷，進(jìn)而導(dǎo)致鑄坯表面縱向裂紋；還有鑄坯表面、角部的橫向裂紋，當(dāng)二次冷卻的水量過大時，或者噴嘴偏斜直射鑄坯的角部等情況，就會造成表面橫向裂紋；再就是鑄坯表面的對角線裂紋，這種裂紋一般都出現(xiàn)在方坯之中，其形成的主要原因是，由于四個面的噴水不均勻或噴嘴堵塞等。

2）鑄坯內(nèi)部缺陷。其中中間裂紋形成的原因是由于鑄坯在凝固時，進(jìn)行過冷或者不均勻的二次冷卻時，產(chǎn)生的熱應(yīng)力作用在樹枝晶比較弱的部位，形成的冷卻裂紋；再次是中心裂紋也稱為軸心裂紋，其產(chǎn)生的原因是，二次冷卻過激；最后是中心偏析以及中心疏松，中心偏析與中心疏松是互相對應(yīng)的，其成因還是鑄坯在二次冷卻區(qū)進(jìn)行凝固時，由于噴水冷卻的不均勻，柱狀晶的生成不規(guī)則，而產(chǎn)生的搭橋現(xiàn)象。

3）鑄坯的形狀缺陷。首先，是鑄坯的菱形變型，其成因主要是在結(jié)晶器中形成的，再通過二次冷卻的不均勻，加劇的菱形變形的過程，因為噴嘴堵塞以及安裝時沒有注準(zhǔn)中間，或者是四個方位的噴水量不均勻，與噴射角度過大而導(dǎo)致的角部過冷；其次，是縱向凹陷，縱向凹陷的原因是由于二次冷卻裝置的對弧不準(zhǔn)確，在二次冷卻過程中，因局部過冷所致，特別是在二次冷卻裝置的上部分。

3 連鑄二次冷卻水的控制方式

能夠?qū)﹁T坯傳熱產(chǎn)生影響的因素有多種，其中包括：鋼種、鋼水的溫度、結(jié)晶器冷卻、二次冷卻、鑄坯斷面、拉速等等。這些因素將直接決定著鑄坯熱量傳遞的過程以及連鑄坯的質(zhì)量。在操作工藝與連鑄機(jī)設(shè)備等一定的條件中，唯一可以進(jìn)行人工操控的，就是二次冷卻設(shè)施。連鑄機(jī)的二次冷卻工藝對冷卻水的控制技術(shù)，發(fā)展到今天這樣的地步已經(jīng)歷經(jīng)了四代。

3.1 人工配水的方式

依照鋼種的不同，可以進(jìn)行設(shè)定不同的比水量，比如連鑄機(jī)二次冷卻區(qū)的總水量與二次冷卻區(qū)的各個冷卻回路水量，在二次冷卻區(qū)域的每一個回路上，都設(shè)有手動的閥門，進(jìn)行澆注時，依據(jù)個人經(jīng)驗或者現(xiàn)場觀察連鑄坯表面的溫度情況，實施人工操作控制閥門，來調(diào)整水量的大小。這項技術(shù)相對比較落后，目前使用此項技術(shù)的，只有部分以生產(chǎn)小方坯為主的中小民營鋼鐵企業(yè)。

3.2 比例控制配水方式

依據(jù)鋼種來制定水量，結(jié)合連鑄機(jī)拉坯的速度來制定各個區(qū)的水量。二冷區(qū)各個冷卻回路上都設(shè)置氣動或電動閥門，由上機(jī)位PLC依據(jù)拉環(huán)速度來進(jìn)行自動調(diào)節(jié)閥門，進(jìn)而控制二冷水量，這項技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中小方坯連鑄機(jī)的應(yīng)用比較廣泛。

3.3 參數(shù)控制配水方式

依據(jù)連鑄坯傳熱凝固的數(shù)學(xué)模式和二次冷卻區(qū)冶金準(zhǔn)則，來確定不同的鋼種之間各冷卻區(qū)對冷卻水量控制的參數(shù)為a、b、c，建立的水量為q，拉速v進(jìn)行制定二次曲線方程：

二次冷卻區(qū)的各個回路上設(shè)置有氣動或電動調(diào)節(jié)的閥門，拉速變化時，在上機(jī)位預(yù)先存儲好操作的水表，當(dāng)上機(jī)位的PLC依據(jù)拉坯的速度以及掌控參數(shù)a、b、c，來進(jìn)行自動控制二次冷卻各個區(qū)域的水量，這項技術(shù)廣泛應(yīng)用于板坯連鑄鋼鐵企業(yè)。

3.4 表面溫度值控制方式

依據(jù)鋼種高溫力學(xué)的特征和二冷冶金的原則，以及連鑄機(jī)特性來制定二次冷卻區(qū)每一段鑄坯表面的溫度值，結(jié)合鑄坯傳熱凝固的數(shù)學(xué)模式，隔一段時間就進(jìn)行計算一次二次冷卻區(qū)各段鑄坯表面的溫度，用計算得出的溫度與事先設(shè)定好的鑄坯表面溫度進(jìn)行比較后，實現(xiàn)負(fù)反饋，依據(jù)與事先設(shè)定的目標(biāo)值的差值結(jié)果，進(jìn)行動態(tài)的改變二次冷卻各區(qū)回路的冷卻水量。

連鑄二次冷卻對于鑄坯的質(zhì)量，以及連鑄機(jī)的產(chǎn)量都起到重要的影響，連鑄二冷工藝發(fā)展至今，由于人工配水與比例控制法在操作的水平上，和人為因素的影響下，鑄坯的質(zhì)量很難保障，在現(xiàn)代化的連鑄生產(chǎn)中已被逐步淘汰。鋼鐵企業(yè)要廣為運用參數(shù)控制和表面目標(biāo)溫度控制值的控制方式，這兩種方式也屬于動態(tài)控制，還可以稱之為在線動態(tài)配水。

4 連鑄二次冷卻的改進(jìn)措施

為滿足鋼鐵企業(yè)煉鋼的正常需要，針對于二冷工藝中存在的問題，并結(jié)合鑄坯生產(chǎn)的實際情況，將對二次冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)：將原有的間接冷卻水改為二冷水；將連鑄機(jī)的旋轉(zhuǎn)接頭進(jìn)行替換；保障二次冷卻系統(tǒng)的有效循環(huán)以及確保系統(tǒng)水量平衡，將過濾器調(diào)整為可自動清洗的多介質(zhì)過濾器，以此來確保循環(huán)水懸浮物的清理；在二次冷卻水管路的尾端安裝排污設(shè)施，并定期定時進(jìn)行沖洗，能有效減少系統(tǒng)中的雜亂物質(zhì)囤積；對整個二冷系統(tǒng)進(jìn)行定時清洗，優(yōu)化水質(zhì)，進(jìn)而對于噴水口堵塞問題能夠有效解決。

5 結(jié)語

如果在鋼坯連鑄過程中，出現(xiàn)溫度高低浮動較大情況，就會導(dǎo)致二次冷卻不能進(jìn)行均勻的冷卻，鋼坯會在冷卻過程中出現(xiàn)多種樣式的裂紋，嚴(yán)重影響鑄坯的質(zhì)量。將連鑄二次冷卻工藝進(jìn)行優(yōu)化，有助于鑄坯質(zhì)量的提升，連鑄機(jī)的生產(chǎn)量也會大大增加。對二冷系統(tǒng)進(jìn)行水質(zhì)優(yōu)化，也會很大程度上減少鑄坯裂紋的出現(xiàn)。