攀钢2#方坯连铸45#钢动态轻压下的工业应用

46 2010 年第 33 卷第 1期 攀钢 2#方坯连铸 45#钢动态轻压下的工业应用 曾 武 （攀钢 钒 提钒炼钢厂） 摘 要： 介绍了攀钢 2#大方坯铸机 45#钢动态轻压下模型参数基本开发思路以及相关模型参数的选定。 45#钢生产实践表明，轻压下实施后，铸坯中心疏松评级小于等于 比例由之前的 高到 100%，铸坯中心无缩孔比例由 铸坯横断面碳偏析指数由 善为 45#钢内部质量显著改善。 关键词： 大方坯；轻压下；中心疏松；碳偏析 0 引 言 轻压下技术起始于 20 世纪 70 年代 末、 80 年代初，是在收缩辊缝技术的基础上发展而来的 一项新兴连铸技术 ， 该项技术 通过在连铸坯液芯末端附近施加压力产生一定的压下量来补偿铸坯的凝固收缩量 ， 从而使铸坯的凝固组织更加均匀致密，达到改善中心偏析和减少中心疏松的目的 。采用合理的轻压下参数，能显著改善高碳及合金钢种的铸坯中心偏析和中心缩孔等内部缺陷，提高铸坯内部质量，因此，轻压下 技术已在 国内外的大方坯连铸上广泛应用。 攀钢 2#方坯连铸机是国内第一台自主设计研发具有动态轻压下功能的大方坯连铸机，主要生产气瓶钢、车轴钢、轴承钢、乙字钢、重轨钢等内部质量要求严格 的品种钢。但投产初期， 国内对动态轻压下技术的研究还大多限于动态轻压下扇形段设备开发和应用效果的评价，对其工艺过程机理的研究和在线控制系统的开发仍处于探索阶段 ，因此开发合理经济的轻压下工艺参数是 2#方坯达产达效的迫切要求，为此 围绕 2#方坯连铸生产 45#钢出现的中心缩孔缺陷，重点对中碳钢系列钢种的压下工艺参数进行了开发设计，并在此基础上开发完善 2#大方坯各典型钢种的压下工艺参数。 1 2#方坯连铸机参数 攀钢 2#方坯连铸机配备了结晶器电磁搅拌、凝固末端动态轻压下、结晶器液位自动控制等先进装备，铸机基本参数见表 1。 表 1 2#方坯铸机基本参数 铸机 形式 流数 铸机半径/m 结晶器长度 / 面 / 矫机结构类型 机架数 /个 每个机架的辊数 /个 浇注速度/(m拉矫机辊子直径 / 弧形 4 机4 流 15 850 360450 框架式夹送辊机架，具有动态轻压下功能 7 2 50 2 压下参数设计 凝固终点测算 凝固终点的准确计算是轻压下功能良好实施的前提条件，攀钢利用射钉法对 2#方坯 45#钢进行凝固终点测试，并通过拉矫机压力反馈及铸坯表面温 度测试等试验修正射钉法计算出的 45#钢综合凝固系数，结果见表 2。 表 2 2#方坯 45#钢凝固系数测试及修正 钢种 拉速 / (m/坯壳厚度 / 钉位置 / m 液相穴长度 / m 凝固系数 / (mm) 修正凝固系数/(mm) 45 钢 技 术 47 压下区间选择 压下区间是指压下作用实施的区域，一般选取在两相区上，即在铸坯中心线上 的液相凝固点和固相凝固点之间 1，以固相分率的大小标定压下作用区域，轻压下工艺参数示意图见图 1。 攀钢 2#大方坯铸机拉矫机系统采用 7机架控制，轻压下可实施范围长达 9.2 m，见表，为轻压下灵活调节奠定基础， 45#钢属于中碳钢种，固液两相区较长，结合铸机拉矫机布置及 45#钢的凝固特性，在对比分析多种压下区间铸坯质量改善状况下，确定 45#钢压下区间为中心固相分率 压 下 量压 下 区 间铸 坯两 相 区图 1 轻压下工艺参数示意图 压下模式确定 压下量要完全补 偿压下区间内钢液在凝固过程中的体积收缩量，才能防止富集溶质钢液的流动。压下量过大 ， 将会导致铸坯的应变过大， 一旦 超过 其许可范围就会形成裂纹，并使轻压下区夹辊 受 损 ；表 3 2#大方坯机架位置 机架编号 距弯月面 距离 /m 轻压下长 度 /m 压下机架 数量 /个 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 压下量过小，对中心偏析和 中心 疏松 等内部缺陷 改善不明显 2。另外压下总量在轻压下实施区域内各拉矫辊上的合理分配，不仅能有效补偿铸坯凝固收缩量，还能有效减少各拉矫辊运行力矩。根据拉矫辊在铸机流线上的布置，攀钢 2#方坯各拉矫辊压下量分配遵循抛物线分布形式。 对 45#钢压下总量的确定，利用传热模型来确定铸坯的随时间空间的温度分布，进而得出坯壳厚度、轻压下压下区坯壳的形状等；再对铸坯进行热力耦合计算，分析出在各种条件下的铸坯的应力、应变和位移，从而计算合理的压下总量和压下分配。结合模型计算值，开展 下 模式工业试验，根据铸坯质量反馈最终确定 45#钢选择 压下模式的典型低倍图片见图 2。 (a) T=20 ， m/ (b) T=28 ， m/(c) T=25 ， m/ (d) T=27 ， m/图 2 不同压下量下 45#钢铸坯低倍 48 2010 年第 33 卷第 1期 3 应用效果 减轻铸坯中心疏松 轻压下实施后， 45#钢中心疏松明 显减轻，铸坯中心致密度增加，小于等于 高到 100%，见图 。 分布频率/%有轻压下无轻压下图 3 45#钢铸坯中心疏松评级对比 减轻铸坯中心缩孔 轻压下实施后， 45#钢铸坯中心缩孔明显减轻，铸坯中心致密度增加，无缩孔比例由 无 图 。 分布频率/%有轻压下无轻压下图 4 45#钢铸坯中心缩孔评级对比 改善铸坯断面成分均匀性 沿铸坯横断面厚度方向每间隔 20 样钻头直径 =6 分析铸坯断面碳成分分布，轻压下工艺对 45#钢铸坯横断面碳成分均匀性的影响见图 。 0 40 60 80 100 120 140 160 180 200距铸坯内弧表面距离/轻压下工艺对 45#钢铸坯厚度方向碳分布均匀性的影响 由图 可见，采用轻压下工艺后， 45#钢铸坯碳成分均匀性增加，善为 坯横断面碳偏析指数厚度方向取样点成分与中间包成品成分之比。 铸坯纵向低倍组织影响 为了直观对比铸坯内部质量改善情况，制取铸坯纵向低倍试样来观察内部疏松及缩孔形貌，典型试样结果见图 。 由图 可见，实施 5 压下后， 45#钢铸坯沿浇铸方向的内部缩孔及中心疏松缺陷轻微，明显优于未实施轻压下的铸坯。 (a) 压下量 5.0 T=25 ， m/ (b) 压下量 0 T=25 ， m/ 图 轻压下工艺对 45#钢铸坯纵向低倍组织的影响 攀 钢 技 术 49 4 结语 1) 攀钢 2#大方坯铸机动态轻压下功能自主开发成功，为 2#大方坯铸机品种钢生产奠定良好基础，设计 中优化选取的模型参数经过工业实践证明，完全满足 45#钢生产需求。 2) 45#钢轻压下实施后，铸坯中心疏松评级小于等于 比例由之前的 高到 100%，铸坯中心无缩孔比例由 高到 铸坯横断面碳偏析指数由 善为 3) 45