薄板坯連鑄機在線軟壓下淺析

路占寶

河北鋼鐵集團邯鋼連鑄連軋廠

前言

邯鋼薄板坯連鑄機共兩臺，在拉鋼過程中四個扇形段均采用軟壓下技術(shù)（liquid core redution，簡稱LCR），結(jié)晶器出口板坯厚度為90mm，經(jīng)過軟壓下處理板坯出扇形4段厚度為70mm，在生產(chǎn)中可根據(jù)鋼種和軋制的需要進行其他厚度調(diào)節(jié)，如可在70mm～76.5mm此技術(shù)自使用以來達到了良好的工藝效果。

一定厚度范圍內(nèi)軟壓下解決了連鑄與連軋之間的厚度匹配問題，在一定程度上減少了軋機的“工作量”，板坯經(jīng)過粗軋機較大壓下量（一般較大壓下量為35mm）的軋制后，進入2#均熱爐到精軋機再進行軋制，保證了薄規(guī)格品種批量生產(chǎn)，最薄軋到1.1mm，如現(xiàn)在1250mm寬度板坯可以批量軋制成1.5mm厚度板卷，1500mm寬度板坯可以批量軋制成1.8mm厚度板卷，取得了明顯的經(jīng)濟效益。

1 薄板坯連鑄機扇形段軟壓下工藝流程

此生產(chǎn)線采用西馬克設(shè)計的漏斗型結(jié)晶器，早期結(jié)晶器出口厚度為50mm，只依靠全凝固鑄坯直接進行軋制，以后隨著生產(chǎn)線的不斷投入，逐步投入扇形段軟壓下技術(shù)，將結(jié)晶器出口厚度從50mm增加到70mm，現(xiàn)在增加到90mm，以利于保護渣的加入、熔化和夾雜上浮，使結(jié)晶器液面更趨于穩(wěn)定，減少鋼液面的波動，從而獲得更好的內(nèi)部質(zhì)量和機械性能。

結(jié)晶器設(shè)計厚度為90mm，扇形段由4個組成，每個段由活動側(cè)和固定側(cè)構(gòu)成，固定側(cè)裝有液壓缸，分布于上下和兩側(cè)，1段下部2個，2、3、4段各有4個，采用裝有位置傳感器的液壓缸進行控制，帶動扇形段形成輥縫，根據(jù)澆注工藝參數(shù)進行調(diào)整，將鑄坯壓到目標厚度，現(xiàn)在常用的目標厚度為70～76.5mm（如圖1所示）。

圖1 鑄坯壓下示意

2 軟壓下的工藝原理及效果

鑄坯出結(jié)晶器后，通過逐漸收縮扇形段的輥縫對坯殼施加擠壓，液芯仍保留在其中，直到全部凝固。在此過程中，在輥的作用下向內(nèi)擠壓鋼水，芯部鋼水呈對流運動，使正在凝固的鋼液產(chǎn)生以下效果：

1）對流運動使鋼液的成分趨于均勻。

2）由于壓下產(chǎn)生的對流運動，產(chǎn)生部分偏析鋼液和枝狀晶頭部接觸后將其重熔并被稀釋。

3）對流運動將游離狀態(tài)晶體送到鑄坯中心位置，形成晶核，促進了液芯凝固。

4）枝狀晶重熔降低了過熱度，有助于鋼液進一步凝固。

5）在壓下的終點，通過機械作用，使枝狀晶的端部斷裂，加快晶核化。

6）此凝固過程中鑄坯等軸晶區(qū)擴大，枝狀晶區(qū)減少，使鑄坯內(nèi)部組織更加致密均勻，減少了軋制產(chǎn)生的裂紋和夾雜等缺陷。

3 軟壓下對鑄坯質(zhì)量的影響

1）低倍組織

帶液芯壓下的薄板坯低倍組織較細密，晶粒明顯變小，沒有中心裂紋，中心部位形成致密的組織無疏松或偏析。

2）偏析

采用液芯壓下使薄板坯的宏觀偏析普遍降低。未經(jīng)液芯壓下的鑄坯，中心部位有較大的正偏析；經(jīng)過較小壓下量后，中心偏析降低；若壓下量加大，則成分更趨于穩(wěn)定均勻。但是，液芯壓下后的鑄坯如果發(fā)生鼓肚，則會形成嚴重的中心偏析。

3）內(nèi)部裂紋

液芯壓下形成的累加應(yīng)變較小，鑄坯沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)裂紋，不會對鑄坯質(zhì)量造成影響。但如果在壓下過程中其他條件發(fā)生變化，如果在壓下過程中其他條件發(fā)生變化，如扇形段輥子不對中或開度存在偏差，可能使總的應(yīng)變超過臨界值，鑄坯內(nèi)部裂紋的危險性增加。

4）二次枝晶間距

由于液芯部分的對流運動，減少了二次結(jié)晶偏析，擴大了等軸晶區(qū)的范圍，二次枝晶間距明顯細小。

圖2 不同壓下量鑄坯內(nèi)部組織

5）外形與窄面形狀

液芯壓下過渡段的長度為2.3m左右，此段板坯厚度略對于目標厚度，窄面形狀外凸，在開澆后在擺式剪處分4次切斷，以不影響后續(xù)軋制。

4 鑄坯的變形特點

1）凝固坯殼部分在厚度方向的變化不大。

2）縱向變形

實際生產(chǎn)中，連鑄機拉速是恒定的，同時采用小輥徑密排輥可阻止寬面坯殼向坯殼表面鋼的堆積，因此從表面看不到鑄坯縱向伸長，也看不到堆積造成的凸起。

3）窄面和角部變形

鑄坯在扇形段內(nèi)受到擠壓和拉伸兩種應(yīng)力的作用，容易造成鑄坯窄面和角部的缺陷，在該區(qū)域產(chǎn)生微裂紋。

圖3 鑄坯壓下變形

5 液芯壓下工藝參數(shù)的優(yōu)化

帶液芯壓下的鑄坯存在形成內(nèi)部裂紋的趨勢，特別是在鑄坯窄面和角部附近及在鑄坯內(nèi)部沿寬度方向的凝固前沿形成拉應(yīng)力，若坯殼彎曲變形引起的應(yīng)變量大于允許值，就可能在鑄坯內(nèi)形成裂紋。這就需要液芯壓下區(qū)域內(nèi)單輥壓下量小于1.5mm，以滿足壓下過程中鑄坯液—固界面的應(yīng)力限制；合理的壓縮量應(yīng)小于30%，目前使用的壓下量為20mm（即從90mm壓到70mm）；前期的壓縮速率為0.3～0.5mm/s，后期的壓縮速率較小，在凝固末端接近常規(guī)鑄坯的壓縮速率。

6 結(jié)語

目前，扇形段軟壓下作為一種完善的技術(shù)逐步被CSP生產(chǎn)線廣泛采用，通過邯鋼CSP雙線連鑄的實踐經(jīng)驗表明，這是解決連鑄與連軋之間的厚度匹配，提高鑄坯質(zhì)量的有效工藝途徑，能取得良好的經(jīng)濟效益。

[1]T.EI Gammal 薄板坯連鑄工藝對連續(xù)鑄鋼凝固類型的影響，近終型狀澆注新技術(shù).北京：冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院.中國金屬學(xué)會《鋼鐵》編輯部，1991.33.

[2]Hans Steubel 帶液芯壓下的薄板坯連鑄.冶金和技術(shù)，1999，（2）：38.

[3]吳光亮，肖上工.薄板坯連鑄過程中輕壓下對組織與性能的影響.煉鋼，2001，17（3）：37～39.