均質(zhì)化連鑄生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展概述

查顯文

摘 要 本文綜述了輕壓下、重壓下等幾種常用的改善鑄坯中心偏析和疏松的方法，并分析了當(dāng)前新的技術(shù)趨勢，未來開發(fā)出均質(zhì)化的寬（特）厚板坯、大斷面方（圓）坯連鑄生產(chǎn)新工藝與裝備技術(shù)顯得十分重要而迫切。

關(guān)鍵詞 偏析 疏松 重壓下 均質(zhì)化連鑄 液芯大壓下

中圖分類號：TG292 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

我國鋼鐵工業(yè)經(jīng)過數(shù)十年的快速發(fā)展，整體技術(shù)與裝備水平均逐漸邁入世界先進(jìn)行列。近20年我國實現(xiàn)了超過98%的連鑄比，是當(dāng)前生產(chǎn)高品質(zhì)品種鋼鑄坯母材最主要的工藝。但隨著連鑄坯斷面的大型化，鑄坯缺陷所帶來的負(fù)面效應(yīng)尤顯突出，已成為限制高品質(zhì)品種鋼連鑄高效化生產(chǎn)的共性技術(shù)難題。

1中心偏析和中心疏松

連鑄坯中心偏析與疏松是由于鑄坯凝固過程中鋼液選分結(jié)晶特性和凝固收縮特性所導(dǎo)致的固有缺陷，嚴(yán)重影響最終鋼產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命，制約著高端品種鋼的生產(chǎn)。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，主要依靠優(yōu)化連鑄坯二冷工藝并對連鑄坯施加外場作用（凝固末端壓下、末端電磁攪拌），以解決鑄坯內(nèi)部偏析與疏松問題。這些技術(shù)對于較小斷面或常規(guī)斷面連鑄坯生產(chǎn)較為有效，而對于寬（特）厚板坯、大方（圓）坯等寬/大斷面連鑄坯而言，其澆鑄速度較低、冷卻強(qiáng)度較弱，鑄坯凝固速率大大降低，同時隨著斷面的增寬加厚，其內(nèi)部冷卻條件明顯惡化，凝固組織中柱狀晶發(fā)達(dá)，枝晶間富含溶質(zhì)偏析元素的殘余鋼液流動趨于平衡，導(dǎo)致鑄坯偏析、疏松和縮孔缺陷愈加嚴(yán)重。

2幾種壓下技術(shù)比較

2.1輕壓下技術(shù)

20世紀(jì)70年代末，冶金工作者在輥縫收縮技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展得到了輕壓下技術(shù)。具體操作是在連鑄機(jī)扇形段內(nèi)的支撐輥道上采用無縫收縮技術(shù)，目的是防止連鑄還鼓肚變形而產(chǎn)生中心偏析與疏松，近年來板還連鑄機(jī)上常采用此技術(shù)，該技術(shù)在很多鋼廠都取得了較好的效果。

70年代日本鋼管公司提出了早期的靜態(tài)輕壓下技術(shù)，該技術(shù)要求固定的輕壓下鑄輥內(nèi)的鑄還恰好是凝固末端兩相區(qū)，因此應(yīng)用備受限制。為了獲得更好的輕壓下效果，日本鋼管公司提出了采用小輥徑分節(jié)輥扇形段，1976年投入使用，取得了良好效果，在全世界范圍內(nèi)迅速推廣。在20世紀(jì)九十年代由奧鋼聯(lián)（VAI）率先將其發(fā)展為常規(guī)板坯動態(tài)收縮輥縫控制技術(shù)，也即所謂動態(tài)輕壓下技術(shù)。采用輕壓下技術(shù)時壓下量較小，通常在4～8 mm之間，但也有大方坯連鑄機(jī)輕壓下量達(dá)14 mm。壓下量的大小對其使用效果影響很大，適當(dāng)?shù)卦黾訅合铝坑欣跍p少中心偏析，但壓下量過大也會使鑄坯內(nèi)裂的傾向加劇或使壓下輥損壞。

2.2重壓下技術(shù)與連續(xù)鍛壓

重壓下與連續(xù)鍛壓是另外兩種機(jī)械應(yīng)力壓下技術(shù)，其原理是基本相似的，都是在臨近凝固末端位置上施加一個更大的壓下量以達(dá)到消除中心縮孔、疏松和中心偏析的目的。重壓下與連續(xù)鍛壓的壓下量都很大，神戶制鐵所3#大方坯連鑄機(jī)采用5 組大直徑壓下輥進(jìn)行“重壓下”， 總壓下量達(dá)20～30 mm；而川崎制鐵的3#大方坯連鑄機(jī)則采用連續(xù)鍛壓技術(shù)，總壓下量更是高達(dá)40mm以上。重壓下和連續(xù)鍛壓的主要缺點(diǎn)就是設(shè)備龐大、投資與成本高，因此難以推廣。

2.3熱應(yīng)力壓下

熱應(yīng)力壓下技術(shù)也被稱之為二冷強(qiáng)冷技術(shù)，其基本原理是：在鄰近凝固末端的位置上，對鑄坯表面進(jìn)行高強(qiáng)度冷卻，致使凝固坯殼向內(nèi)收縮，產(chǎn)生與機(jī)械應(yīng)力壓下相同的效果。由于TSR 使用效果很大程度上取決于強(qiáng)冷的位置是否合適，因此鑄坯凝固終點(diǎn)位置計算的準(zhǔn)確性、連鑄工藝的穩(wěn)定性是TSR 成敗的關(guān)鍵。TSR的使用還受到鑄坯斷面尺寸的限制。一般認(rèn)為，對于140 mm€？40 mm以下的小方坯，TSR的效果比較顯著。TSR 技術(shù)比較適用于一些生產(chǎn)高碳鋼種的小方坯連鑄機(jī)。

2.4電磁攪拌技術(shù)

連鑄坯凝固末端電磁攪拌技術(shù)的實施需依靠準(zhǔn)確的攪拌工藝為基礎(chǔ)。目前由于對大斷面連鑄坯凝固行為認(rèn)識不充分，無法準(zhǔn)確描述非穩(wěn)定凝固條件下的鑄坯兩相區(qū)凝固、流動和溶質(zhì)傳輸行為。與此同時，隨著坯殼厚度的增加，目前電磁攪拌能力與攪拌模式不足以驅(qū)動鋼液的流動，從而嚴(yán)重影響連鑄坯偏析和疏松的控制效果與穩(wěn)定性。

2.5應(yīng)用情況

目前，國際上掌握并能很好地應(yīng)用動態(tài)輕壓下技術(shù)的公司主要奧鋼聯(lián)、達(dá)涅利、德馬克西馬克公司和住友重機(jī)等。動態(tài)輕壓下技術(shù)要求壓下段能夠迅速地遠(yuǎn)程調(diào)整輕壓下輥的輥縫值，達(dá)到輕壓下區(qū)域隨著鑄還凝固末端位置的變化而變化。以上公司各自推出了能夠根據(jù)連鑄工藝快速遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)輥縫的智能扇形段，如：奧鋼聯(lián)的SMART扇形段，達(dá)涅利的OPTIMUM扇形段和SMSD的CYBERLINK扇形段。

3近年來的新技術(shù)趨勢

近20年來，機(jī)械壓下技術(shù)在薄板坯連鑄領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展，目前世界已經(jīng)發(fā)展成熟的薄板坯連鑄工藝有ISP、CSP、FTSC、CPR、QSP技術(shù)等。但是，到目前為止，各種薄板坯連鑄技術(shù)設(shè)計的最大液芯壓下量都沒有突破20mm。但上述技術(shù)只在薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，而在厚板領(lǐng)域的應(yīng)用卻仍處于研究階段。

使用常規(guī)技術(shù)手段，尚無法有效實現(xiàn)寬、大斷面連鑄坯地高致密、均質(zhì)化生產(chǎn)，具體原因是由于鑄坯加厚引起的變形抗力與變形量增大，鑄坯增寬引起的溶質(zhì)非均勻擴(kuò)散與分布趨勢加劇，傳統(tǒng)的輕壓下工藝已無法有效、穩(wěn)定控制液芯變形，從而無法實現(xiàn)凝固末端擠壓排除富集溶質(zhì)的鋼液和有效補(bǔ)償凝固收縮的目的。

為此，針對當(dāng)前鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷升級、產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高的形勢，開發(fā)高致密度、均質(zhì)化的寬（特）厚板坯、大斷面方（圓）坯連鑄生產(chǎn)新工藝與裝備技術(shù)顯得十分重要而迫切。

近年來，國內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)也大斷面鑄坯的均質(zhì)化生產(chǎn)技術(shù)研究。比較典型的研究成果有日本的新日鐵住金公司的NS大壓下技術(shù)，國內(nèi)的東北大學(xué)的凝固末端重壓下技術(shù)，目前主要應(yīng)用于大方坯；中冶東方工程技術(shù)有限公司公司自主開發(fā)的液芯大壓下軋制技術(shù)，主要應(yīng)用于寬厚板坯。

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