連鑄輕壓下技術(shù)

1、輕壓下技術(shù)的介紹及在連鑄中的應(yīng)用摘要：鑄坯在連鑄生產(chǎn)過程中很容易產(chǎn)生中心偏析和中心疏松缺陷， 其質(zhì)量對后續(xù)的軋材產(chǎn)生直接的影響。 在連鑄方面開發(fā)了許多改善鑄坯質(zhì)量的新技術(shù)， 其中最為行之有效的一種便是輕壓下技術(shù)。輕壓下工藝對鑄坯組織結(jié)構(gòu)、性能、表面質(zhì)量和內(nèi)部裂紋有非常大的影響，所以了解輕壓下技術(shù)的工藝原理和在連鑄中的應(yīng)用非常重要。關(guān)鍵詞：輕壓下；連鑄；鑄坯質(zhì)量1.前言隨著市場對鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高,冶煉及軋制技術(shù)也得到了不斷發(fā)展。在連鑄生產(chǎn)中， 鑄坯內(nèi)部一般都會存在中心偏析和中心疏松等缺陷， 對后續(xù)的進(jìn)一步軋制加工極為不利， 因此必須解決。 尤其是在現(xiàn)代高效連鑄提出后， 以其高拉速為核心的技

2、術(shù)，也帶來了中心偏析和疏松的進(jìn)一步惡化加重。常用控制連鑄坯中心偏析、 中心疏松產(chǎn)生的技術(shù)很多， 有： 凝固末端輕壓下技術(shù)， 凝固末端強(qiáng)冷技術(shù)， 低溫澆注技術(shù)， 電磁攪拌技術(shù)，在連鑄方面開發(fā)了許多改善鑄坯質(zhì)量的新技術(shù)，連續(xù)鍛壓技術(shù)等。其中最為行之有效的一種便是輕壓下技術(shù)。2.輕壓下技術(shù)的原理 針對鑄坯凝固特性，任何一種輕壓下技術(shù)的基本思想都是在鑄坯凝固某區(qū)域施加合適的壓下量以補(bǔ)償坯殼的凝固收縮和阻止殘余鋼液的橫向流動。其原理如圖1所示：即一方面壓下可以消除或減少鑄坯收縮形成的內(nèi)部空隙， 防止晶間富集溶質(zhì)元素的鋼液向鑄坯的橫向流動； 另一方面，壓下可以使液芯中溶質(zhì)元素富集的鋼液沿拉坯方向反向流動，

3、 使溶質(zhì)元素在鋼液中重新分配， 從而改善中心偏析情況。 在連鑄坯凝固過程中,對鑄坯施加外力,補(bǔ)償凝固收縮并破碎已經(jīng)形成的“晶橋”,使得鑄坯內(nèi)的鋼水可以自由地進(jìn)行流動,就可以最大程度地減少中心偏析和疏松,這就是輕壓下技術(shù)的工藝原理。3.輕壓下技術(shù)的發(fā)展及分類3.1輕壓下技術(shù)的發(fā)展 輕壓下技術(shù)始于20世紀(jì)70年代末、80年代初,是在20世紀(jì)70年代輥縫收縮技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。目前,連鑄坯的輕壓下有兩種含義:在鑄坯凝固末端處進(jìn)行的輕壓下;離凝固末端較遠(yuǎn)處進(jìn)行的輕壓下,又稱帶液芯輕壓下。20世紀(jì)90年代初人們認(rèn)為,傳統(tǒng)厚板坯連鑄機(jī)輕壓下的目的是消除板坯的中心偏析和中心疏松;而中厚板和薄板坯連鑄機(jī)輕

4、壓下的目的是減薄板坯厚度,提高連鑄機(jī)的工藝操作性,并能與軋機(jī)更好的匹配而取得最佳經(jīng)濟(jì)效益。目前,中厚板坯和薄板坯的輕壓下不僅具有這種效果,同時也是減輕中心疏松和中心偏析的手段之一。3.2輕壓下技術(shù)的分類 在生產(chǎn)實踐中,外力的施加有兩種方式:一種是強(qiáng)冷,強(qiáng)冷也叫熱應(yīng)力法,它是在凝固末期施加強(qiáng)冷卻,使鑄坯產(chǎn)生大的收縮率,形成收縮力從而實現(xiàn)壓下作用;另一種是施加機(jī)械力,施加機(jī)械力的方法有許多,目前用的最多的就是輕壓下法。輕壓下法分為輥壓下法和平面壓下法。 4輕壓下技術(shù)的應(yīng)用 輕壓下技術(shù)在板坯連鑄中應(yīng)用非常普遍,在方坯連鑄中特別是大方坯連鑄中的應(yīng)用也得到了較快的發(fā)展。如韓國浦項、奧鋼聯(lián),我國的武鋼、梅

5、鋼、攀鋼等均采用這一技術(shù)來改善鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量。 中心偏析和疏松是公認(rèn)的連鑄生產(chǎn)3大質(zhì)量問題之一,是影響高端鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。國內(nèi)外大量的生產(chǎn)實踐表明,輕壓下技術(shù)無論對板坯還是方坯的中心偏析都有良好的控制效果。表1為不同廠家采用輕壓下技術(shù)后的效果。4.1中心偏析從表1中可以看出,應(yīng)用輕壓下技術(shù)后各家鋼鐵公司的鑄坯碳偏析度均有大幅降低。如韓國浦項鋼鐵公司采用輕壓下技術(shù)后,中心碳偏析度從1.60降到了1.05,改善效果明顯。眾多廠家的統(tǒng)計結(jié)果也表明壓下量以及壓下率對中心偏析有影響。圖2為壓下量與中心碳偏析的關(guān)系圖。由圖2中可知,隨著壓下量的增大,鑄坯的中心碳偏析呈線性減少。但當(dāng)壓下量超過7 m

6、m后,壓下量的增加對碳偏析影響甚微,偏析度基本保持在一穩(wěn)定水平。因此一般認(rèn)為7 mm為最佳壓下量。圖3則表明了壓下率與偏析區(qū)域面積比及碳偏析度的關(guān)系。由圖3中可以看出,偏析區(qū)域面積比和碳偏析度都隨壓下率的增加呈遞減趨勢。當(dāng)壓下率達(dá)到1.01.2 mm/m時,偏析區(qū)域面積比和碳偏析度均到達(dá)較低值,再繼續(xù)提高壓下率,偏析區(qū)域面積比和碳偏析度并無明顯改善。4.2中心疏松關(guān)于輕壓下技術(shù)對鑄坯內(nèi)部中心疏松的影響報道較少,主要集中在方坯。攀鋼的6流大方坯連鑄機(jī)在應(yīng)用奧鋼聯(lián)的輕壓下技術(shù)后,鑄坯中心疏松明顯減輕。如圖4所示,完全消除了較為嚴(yán)重的2.0級疏松,同時1.5級疏松的比例也明顯減小。日本八幡煉鐵所第三

7、煉鋼廠和梅鋼則研究了不同的壓下量下鑄坯中心疏松問題。圖5為根據(jù)不同壓下量下中心疏松指數(shù)回歸的曲線,由圖5中可以清楚地看出,壓下量越大,鑄坯的致密度越好,中心疏松指數(shù)越小。較大的壓下量對改善鑄坯中心疏松有好處。 4.3等軸晶率輕壓下技術(shù)對鑄坯的凝固組織也有一定的影響。新興鑄管公司煉鋼廠在1#連鑄機(jī)安裝了輕壓下設(shè)備,將其生產(chǎn)的鑄坯取樣酸洗,并在Leica高倍圖像儀上進(jìn)行鑄坯組織的高倍分析。鑄坯的對比結(jié)果表明,使用了輕壓下技術(shù)之后,鑄坯的等軸晶區(qū)所占整個晶區(qū)的比例明顯提高。這是由于在輕壓下的作用下,中心未凝固的液態(tài)鋼液運動加劇,坯殼與液態(tài)交界面的初生枝晶被打斷并重新熔化成許多細(xì)小的破碎枝晶。這些細(xì)小

8、的枝晶成為中心過冷鋼液的形核核心,加速了中心鋼液的形核速率,因此中心細(xì)小的等軸晶晶帶比未使用輕壓下技術(shù)的鑄坯要高。4.4中心裂紋鑄坯中心裂紋產(chǎn)生是由于凝固前沿所承受的應(yīng)力和變形量超過了材料本身所允許的值。而輕壓下技術(shù)恰恰就是在應(yīng)力應(yīng)變最小的兩相區(qū)對鑄坯施加壓力,因此更容易引起鑄坯的中心裂紋。國內(nèi)外很多的生產(chǎn)實踐也證明,采用輕壓下技術(shù)后在中心偏析得到很大改善的情況下,中心裂紋卻有惡化的趨勢。圖6為某廠不同拉速下高碳鋼中心裂紋與壓下量的關(guān)系圖。通過該圖我們可以發(fā)現(xiàn):在壓下量不變時,鑄坯中心裂紋的數(shù)量隨拉速提高呈增加趨勢。速度不變壓下量增大時,中心裂紋增加,只是壓下量小于6 mm時裂紋指數(shù)隨壓下量增

9、加較為緩慢,壓下量超過6mm,中心裂紋增加較為顯著。因此建議在改善中心偏析的情況下,適當(dāng)減小壓下量有助于改善鑄坯中心裂紋。5輕壓下技術(shù)的應(yīng)用特點及發(fā)展方向5.1輕壓下技術(shù)的應(yīng)用特點 （1）動態(tài)輕壓下技術(shù) 是一種直接作用于鑄坯中凝固中心鋼液的方式，尤其在對于高碳鋼的生產(chǎn)中用其他方法對中心碳偏析效果不明顯時非常受重視，可以成為其他改善鑄坯質(zhì)量的聯(lián)合處理方法。（2）， 動態(tài)輕壓 下還可以矯正板坯在彎曲矯直過程中產(chǎn)生的變形、消除壓痕、改善板坯的表面質(zhì)量，但是仍應(yīng)重視輥式輕壓下的局部過壓導(dǎo)致的塌陷、 菱變。（3） 由于輕壓下可將鑄坯中的初生枝晶打碎，而被打碎的枝晶作為新的晶核重新凝固，使最終鑄坯的內(nèi)部組

10、織更加致密，中心等軸晶率增大，提高鑄坯質(zhì)量。5.2輕壓下發(fā)展方向（1） 對于輕壓下的實現(xiàn)必須 要具備一個精確的扇形段控制系統(tǒng)， 并且要有與之相適應(yīng)的預(yù)測鑄坯凝固的相關(guān)手段。 目前應(yīng)用最多的是奧鋼聯(lián)的 SMART 扇形段。（2） 為了避免向梅鋼 所出 現(xiàn)的鑄坯尺寸 超過正公差的現(xiàn)象，可以在輕壓下實施的情況下嚴(yán)格控制二冷段水量，并采用分節(jié)輥、小輥徑的支承輥，從而最大限度地消除鼓肚；因為采用輕壓下之后輥子受到鑄坯的反作用力更強(qiáng)，可以考慮強(qiáng)化輥子表面強(qiáng)度并采用內(nèi)冷輥；另外，可以考慮應(yīng)用扇形段拉矯輥自帶的液壓缸，稍作改動用拉矯輥實現(xiàn)對鑄坯的壓下，這種改造是非常適合我國企業(yè)現(xiàn)實的。（3） 因為輕壓下是在固

11、相率達(dá)到 一定程度后實施的，所以綜合考慮輕壓下技術(shù)的實踐應(yīng)用，可以設(shè)想將其于與結(jié)晶器電磁攪拌結(jié)合使用，以期最大限度地改善鑄坯質(zhì)量。6結(jié)語 連鑄輕壓下技術(shù)是一種改善連鑄坯質(zhì)量非常有效的方法。,輕壓下技術(shù)可以很好地改善鑄坯的中心偏析、中心疏松等內(nèi)部質(zhì)量問題。同時其對鑄坯的凝固組織也有一定的影響,應(yīng)用該技術(shù)后鑄坯凝固組織的等軸晶率顯著提高。輕下壓技術(shù)在連鑄中非常重要。1李曉偉,張維維,魏元.張向春.連鑄輕壓下技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用J.鞍鋼技術(shù),2008(1):11-14.2 祭程,朱苗勇,程乃良,郭振和,冷祥貴.板坯連鑄動態(tài)輕壓下控制模型的開發(fā)與應(yīng)用J.鋼鐵,2008(9):39-52.3李曉偉,張維維,魏元.張向春. 重軌鋼大方坯連鑄動態(tài)輕壓下技術(shù)研究J. 鋼鐵釩欽,2002(2):35-40.4孫薊泉,周華勤.高效連鑄及輕壓下技術(shù)J.機(jī)械工程與自動化,2004(2):4-8.5馬長文,沈厚發(fā),黃天佑.連鑄輕壓下技術(shù)的機(jī)理比較J.上海金屬,2003(11):1-5.6姚成功,袁守謙,景琳琳. 輕壓下技術(shù)在連鑄中的應(yīng)用及發(fā)展J.金屬材料與冶金工程,2011(2):52-56.7魏勇,倪紅衛(wèi),羅傳清,宋澤啟,謝中,孫華平.輕壓下技術(shù)在連鑄中的應(yīng)用及研究J.武漢科技大學(xué)學(xué)報,2007(8):346-