提高拉速对铸坯质量的影响及相应措施

提高拉速对铸坯质量的影响及相应措施在连铸生产的诸多技术参数中，拉速（以下用来表示）是至关重要的一种。对铸机产量和铸坯质量都有极为重要的影响。纵观连铸的发展史，提高是一个重要的方面。连铸的技术进步主要也是围绕着的提高来实现的。提高可以增加铸机产量，减少铸机台数或铸坯流数，还可以提高铸坯表面温度有利于热送。近年来薄板坯连铸的问世，要求将提高到更高的水平。决定了连铸机的生产效率。近年来，我国推广使用高拉速、高连浇率、高作业率和高铸坯质量的高效率连铸机。然而高拉速和高铸坯质量往往是相互矛盾的，我们的任务是要根据钢种和产品质量要求，通过采用相关技术，使连铸机的拉速和铸坯质量协调发展。近年来提高连铸拉速的相关技术高效连铸的核心技术是高拉速。近年来，国内外在提高连铸拉速方面的研究工作取得了显著成绩，许多与提高的配套技术已投入生产应用。例如：1）采用二冷动态配水技术。连铸坯作业中过高，容易造成铸坯凝固时间不充分。二冷动态配水最主要的功能是对铸坯进行热跟踪，根据跟踪结果对二冷水进行调节。在连铸过程中，带液芯的铸坯在二冷区约有80%的热量传出，来完成液芯凝固及坯壳冷却过程。如果使用的二冷技术不得当，使得矫直时铸坯表面温度低于900度，正好位于脆性区，那么铸坯在矫直力作用下形成表面裂纹。还可能由于二次冷却不均匀，使得铸坯表面温度呈现周期性回升，而引起坯壳膨胀，产生中间裂纹和皮下裂纹。针对这些不足，动态二冷配水技术保证了铸坯表面温度的平稳，有利于铸坯质量的稳定和提高；保证了生产的顺行，避免了生产事故，减小了现场操作人员的操作强度；缩短了热换中包的时间，适应了提高的要求。2）采用漏钢预报技术。连铸坯作业中过高，冷却时间不充分，容易造成黏附性漏钢。漏钢对连铸生产危害巨大，轻者引起双浇、堵塞喷嘴、减少金属收得率；重者严重损害设备，引起缺流、烧坏二冷装置、中断连铸、钢水回炉等；还可能对操作者自身造成伤害，影响生产的正常进行，造成停产。通过采用漏钢预报技术，利用在结晶器铜板上埋设热电偶的方式，跟据热电偶传输的关于铜板局部区域温度变化的特征数据进行分析、处理，发出相应的黏附性漏钢的轻、重报警是避免或减少黏附性漏钢事故的有效途径。3）采用可调节结晶器或称连续可变几何形状结晶器（简称CVG）。该结晶器上部为固定铜管，下部是由弹簧压紧的条片状铜板组成的与结晶器内腔相同的空间（弹簧使铜板与坯面紧密接触，以减少气隙）。这种两段式结晶器可提高拉速和减少拉漏及内裂。4）采用动态轻压下技术。过高易造成铸坯内部质量缺陷。中心偏析与疏松是连铸坯的主要缺陷之一，引起钢材一系列的质量问题，成为提高的主要制约因素之一。轻压下技术是在轻易形成铸坯中心偏析的凝固末端实施一定的压下量，使轻易形成偏析及疏松的地方的非浓化钢液均匀活动，一方面消除或减少了因铸坯收缩形成的内部空隙，从而防止晶间富集溶质的钢液向铸坯中心横向活动；另一方面轻压下所产生的挤压作用还可以促使液芯中心富集溶质的钢液沿拉坯方向反向活动，使溶质元素在钢液中重新分配，从而使铸坯的凝固组织更加均匀致密，达到改善中心偏析的目的。目前国内现有的动态轻压下系统主要具有以下功能：通过扇形段本体和液压系统实现辊缝远程调节；利用完善的控制策略，实现动态辊缝调节的准确性，保证了铸机安全生产和设备的智能化；对连铸坯凝固状态进行动态热跟踪；根据设定的目标表面温度实现动态配水；通过计算机终端可以查看铸坯凝固状态云图显示，中心固相率分布显示，设备参数、钢种物性参数和轻压下参数数据库；通过模型实时计算目标辊缝值，动态调节实施轻压下过程，动态补偿热变形造成的辊缝误差。5）采用自适应结晶器技术。即采用较薄的结晶器铜管，增加冷却水压力和加大结晶器内冷却水流速，在高压水作用下铜壁向内弯曲，减少因凝固坯壳在结晶器内收缩而形成的气隙，强化结晶器下部的热传导能力，加速坯壳凝固，因而能够提高拉速。同时，改进了浸入式水口的内形，降低钢流注入对结晶器内钢液的扰动。采用高压冷却水使结晶器铜壁内形与铸坯收缩相适应，而结晶器内水压降是沿结晶器高度进行控制的（采用高压降），可以获得高热传导效率，如水流速度15m/s时，可获得更高的热传导效率。提高拉速对铸坯质量的影响对冶金长度的影响最大。提高要求延长铸机长度还要求增加二冷区喷淋水量。卢肯斯钢铁公司的板坯连铸机在1971年投产时，为0.76m/min,冶金长度为15.2m。1989年提高到1.02m/min时，冶金长度延长到19.2m。水岛制铁所5号板坯连铸机1973年投产时的=0.9m/min~1.4m/min，1979年以后将提高到1.4m/min~1.8m/min。为了在提高时减少内裂和中心偏析，铸机在12m〜16m处采用分节夹辊，将二冷区长度从16.3m延长到32.3m，比水量从1.65L/kg增加到2.3L/kg。纽柯贝克莱薄板坯连铸机在1996年9月投产。它是立弯式连铸机。铸机的垂直长度（从地面到操作平台）为19.335m，弯曲半径为3.25m。三个扇形体（包括结晶器正下方的液芯压缩段）的长度为7.986m。连铸板坯提高后，偏离角纵裂漏钢、粘结漏钢、宽面纵裂、内裂和中心偏析均会增加。为了解决这些问题，在结晶器设计、振动特性、保护渣选用和稳定结晶器液面等方面都应采用相应的改进措施。提高对结晶器设计的影响提高后，结晶器热面温度升高，因而结晶器铜板厚度应当减薄。提高时，窄面铜板的锥度应随之减少，结晶器长度应当增加。例如，从低时的700mm增加到高时的900mm。水岛制铁所5号板坯连铸机的结晶器长度为700mm。提高后遇到的最大困难是偏离角纵裂漏钢。饭田义治等人认为：“5号连铸机700mm长的结晶器对防止偏离角裂漏钢极为不利。”内陆钢铁公司2号板坯连铸机的为1.6m/min，采用904mm长的结晶器。索拉克-弗洛沦吉2号板坯连铸机的为1.3m/min~1.4m/min,采用900mm长的结晶器。日本钢管福山5号板坯连铸机1984年开工，6号板坯连铸机1993年开工，高达3m/min。这两台连铸机所用结晶器的长度950mm。日本钢管京滨钢厂新式板坯连铸机结晶器的长度为1200mm,用长结晶器的目的是为了提高。纽柯薄板坯连铸机的为5.5m/min,结晶器长度为1100mm。在希克曼建立的丹涅利灵活型薄板坯连铸机结晶机的长度为1200mm（板坯宽1200mm~1620mm）,板坯厚55时的为5m/min,厚50mm时的为5.5m/min。阿姆科曼斯菲尔德钢厂（ArmcoMansfieldsteel）的薄板坯连铸机，板坯宽635mm~1283mm,厚76mm~127mm,板坯尺寸为90mmx1200mm时，=5m/min；结晶器铜管厚度为25mm,结晶器长度为1200mm。提高的同时,水槽的结构、铜板镀层和材质的选用也都要与的提高相适应。提高时，tn减少。为了将tn保持在原来的最佳范围，要调整振动特性。例如,卢肯斯钢铁公司的板坯连铸机当从0.76m/min提高到1.02m/min时，为了保持tn不变，将振程S从4.6mm增加到6.4mm,振频保持不变。提高对偏离角纵裂漏钢的影响提高后容易产生偏离角纵裂漏钢。这与提高后,板坯窄面容易凸出有关。为了消除因提高而引起的偏离角纵裂漏钢,可以增加窄面铜板锥度,延长结晶器下口窄面足辊的支撑长度,或者将窄面足辊移到窄面锥度线以内。为了减少偏离角纵向凹陷,在结晶器正下方窄面要有足够的喷淋水量。距宽面中心线远处（包括宽面的偏离角部）水量不足,也能增加偏离角纵向凹陷。提高对板坯表面横裂的影响提高时，负互动时间tn减少，因而使振痕深度和板坯横裂随之减少。但提高本身对振痕深度减少的影响远大于tn通过提高的减少对振痕深度减少的影响。英国一些钢厂在生产容易出现横裂的钢种时，在中、低范围时采用tn=0.25s。tn小，则横裂随振痕深度的减少而减少。但当tn0.25s时，高碳钢连铸板坯容易产生粘结漏钢。这是由于提高后，保护渣的耗量减少和结晶器弯月面处的热面温度升高所致。所以连铸板坯对tn的选用要兼顾减少横裂和减少粘结漏钢两个方面。当然提高，导致保护渣耗量的减少，可用降低保护渣的粘度和提高保护渣的熔化速度来补偿。提高对板坯宽面纵裂的影响提高使弯月面处传往结晶器的热流增加。弯月面处热流增加时，板坯宽面容易产生纵裂。木岛钢厂对中碳钢（含碳量为0.10%〜0.12%,=1.6m/min〜2.0m/min）和低碳钢（C=0.04%〜0.06%,=1.2m/min〜5.0m/min）在弯月面以下45mm,距铜板热面13mm处，用热电偶对温度进行了测定,并对该处热流做了计算。得出,在该处中碳钢的热流大于1.7MW/m2、低碳钢的热流大于2.8MW/m2时，将产生纵裂。该厂在提高时,为了减少热流,从而减少宽面纵裂,使用了CaO/SiO2高和含ZrO2的保护渣。保护渣中CaO/SiO2高及含ZrO2时，可以使保护渣的结晶温度tc升高，从而可以使热流减少。提高时，保护渣的耗量减少，因而渣膜总厚度减少,液渣膜厚度也减少（液渣膜厚度至少应为50）。提高时,为了使保护渣的耗量不减少,可以降低保护渣的熔化温度Tm、增加振程S、增加正滑动时间tp、采用非正弦振动等，或者降低保护渣粘度n1300、减少振频和负滑动率（%丫5）。为了消除纵裂，还可以减少结晶器内水的流量和采用铜板表面带纵向槽的结晶器。提高对保护渣选用的影响当低碳铝镇静板坯连铸的=1.0m/min〜1.6m/min时，保护渣的最佳耗量为0.3kg/m2~0.5kg/m2,最佳液渣层厚度为10mm~15mm。提高时，保护渣耗量减少，液渣层厚度增加，所以要调整保护渣的性能使之与的提高相适应。提高时，建议液渣层厚度应大于20mm。提高对结晶器液面起伏的影响提高时，液面起伏加剧，铸坯表面容易裹渣。薄板坯从浸入式水口侧孔出来的向下流股的下倾角应当大些。这是为了将从侧孔出来的钢流动能分散到结晶器的深处。薄板坯连铸浸入式水口的新型设计见图1。这种浸入式水口的新型设计有内部缓冲板，用来分配向上和向下的流股。这种设计也可以用于高的常规板坯连铸。液面起伏大小可以用液面起伏指数F值来衡量：为了减少在弯月面处的裹渣，F有一个最佳值。在此最佳值时，冷轧薄板表面上的裂缝减少。福山5号板坯连铸机F的最佳值为：低碳铝镇静钢等于2,含钛超低碳铝镇静钢等于3.5。从F值的定义可见，F值是根据浸入式水口的形式（如浸入式水口的出口面积、出口角度、插入深度等）结晶器宽度和计算出来的。当F值偏离最佳值时，可通过结晶器电磁制动（EMBr）自动将F值调节在最佳范围内。结晶器电磁制动对结晶器内钢水流动的影响见图3。提高对板坯内部质量的影响卢肯斯钢铁公司提高后，板坯内部质量（中心裂纹、三重点裂纹、径向裂纹）有所下降。为了解决这一问题，该公司经过研究得出：降低中间罐钢水过热温度和增加铸机下部组件的夹紧力对改进内部质量有好处。于是该公司将中间罐过热温度以原来规定的22℃降低到16℃。增加组件4、组件5的夹紧力可以减少中心裂纹和径向裂纹，增加组件2的夹紧力可以减少三重点裂纹。组件1、2、3、4位于最后一组扇形体（即9号扇形体）与正切辊之间，组件5位于正切辊之后。铸机5号扇形体以前的辊缝不变，从5号扇形体开始采用0.49mm/m的锥度，矫直时的锥度有所增加。8号扇形体内有一个隆起，使铸坯从7号扇形体的长辊平稳地进入8号扇形体的分节辊。提高对二冷水量的影响道法斯科的1号板坯连铸机，铸机长度38.1m,二冷区长度18.6m（用空气雾化），板坯尺寸254mmx（740~1600）mm,在不延长铸机长度和二冷区长度的条件下，将最高从1.35m/min提高到1.44m/min~1.50m/min,即大约将提高，要求液穴末端小于37m,铸坯质量不得恶化。采取措施如下：1）增加二冷水量。原先,提高时,二冷水量的增加与的提高成正比。但这种措施在二冷区出口处使铸坯表面温度波动大。后来,用一维传热模型来计算提高时结晶器、二冷区、空冷区的传热及二冷水量的提高和分配对铸坯液穴末端位置和铸坯表面温度的影响。结束语连铸机的是连铸生产的重要工艺