板坯連鑄生產(chǎn)工藝及質(zhì)量控制研究

王鐵男

本鋼板材煉鋼廠 遼寧本溪 117000

連鑄生產(chǎn)過程是特殊作業(yè)，是鋼水生產(chǎn)、凝固、成型的重要過程，也是制鋼生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，聯(lián)鑄生產(chǎn)過程的質(zhì)量與企業(yè)生產(chǎn)效率、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益等密切相關(guān)。連續(xù)鑄件生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展與連續(xù)鑄件的凝固過程有密切關(guān)系，連續(xù)鑄件是分階段凝固的，因此需要針對(duì)不同區(qū)域采用不同技術(shù)，進(jìn)一步提高鑄件的質(zhì)量。在連續(xù)鑄型技術(shù)的發(fā)展過程中，為了提高工藝生產(chǎn)的質(zhì)量，確保無(wú)缺陷的鑄型生產(chǎn)，必須深入研究連續(xù)鑄型技術(shù)，準(zhǔn)確掌握連續(xù)鑄型技術(shù)和質(zhì)量控制技術(shù)[1]。

1 板坯連鑄內(nèi)部夾雜物控制技術(shù)

在軋制過程中，殘留于連鑄特厚板坯中的夾雜物會(huì)沿軋制方向變形、拉長(zhǎng)，導(dǎo)致特厚板探傷不合格。通常采用爐外精煉得到高潔凈度鋼水供連鑄機(jī)澆鑄來避免鑄坯內(nèi)部夾雜物。從精煉、連鑄中間包和結(jié)晶器內(nèi)的鋼水中取樣發(fā)現(xiàn)，夾雜物呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢(shì)，在連鑄剛開澆時(shí)尤為明顯。其大多為鋼水注入中間包和結(jié)晶器時(shí)沖刷耐火材料而帶來的外生夾雜物，以及鋼水二次氧化造成的內(nèi)生夾雜物。因此，除控制耐火材料質(zhì)量、做好保護(hù)澆鑄外，確保夾雜物在結(jié)晶器及垂直段的充分上浮也十分重要。在直弧形連鑄機(jī)上設(shè)置足夠垂直段高度促進(jìn)夾雜物上浮去除已經(jīng)得到證實(shí)[2]。

對(duì)于特厚板坯連鑄機(jī)而言，鑄坯成倍加厚，結(jié)晶器內(nèi)腔隨之加大，鑄坯內(nèi)部鋼液流動(dòng)狀態(tài)與常規(guī)板坯連鑄機(jī)相比差別較大，相應(yīng)的夾雜物的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)律也相差較大。鑒于此，建立了特厚板坯連鑄過程中鑄坯內(nèi)部鋼液流動(dòng)、凝固及夾雜物運(yùn)動(dòng)的三維多場(chǎng)耦合仿真計(jì)算模型，對(duì)特厚板坯連鑄過程中夾雜物運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行模擬分析。采用實(shí)際鑄坯樣測(cè)得的夾雜物數(shù)量及分布規(guī)律對(duì)模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比校驗(yàn)，確保模型的準(zhǔn)確性。

2 扇形段二冷工藝及質(zhì)量控制

2.1 二次冷卻工藝及治理控制

凝固過程中的選分結(jié)晶是導(dǎo)致中心偏析與疏松的根本原因，隨著鑄坯加厚，凝固速度明顯降低，中心偏析與疏松惡化。目前，低過熱度澆鑄、電磁攪拌、凝固末端壓下等工藝技術(shù)都是控制鑄坯中心偏析的有效方法。本文重點(diǎn)研究了在鑄坯凝固末端實(shí)施壓下并結(jié)合鑄流電磁攪拌對(duì)特厚板坯中心偏析及疏松的改善作用。其基本原理是：在鑄坯凝固末端實(shí)施壓下，將鑄坯芯部富含高濃度偏析元素的鋼液向逆拉坯方向擠壓排出凝固末端區(qū)域[3]。同時(shí)，在鑄流的電磁攪拌裝置的攪動(dòng)下，干擾柱狀晶向鑄坯中心單向生長(zhǎng)，阻止富含高濃度偏析元素的鋼液向鑄坯中心匯集。

2.2 動(dòng)態(tài)輕壓工藝及質(zhì)量控制

對(duì)于特厚板坯而言，常規(guī)輕壓下的壓下率和壓下量已無(wú)法滲透鑄坯芯部，即便是針對(duì)常規(guī)厚度的板坯，近年也有凝固末端重壓下技術(shù)成果公布。這些凝固末端壓下相對(duì)輕壓下而言可稱為凝固末端重壓下。為特厚板坯開發(fā)的凝固末端壓下方法（C-HRPES）是：采用2～3個(gè)壓下扇形段，在鑄坯凝固的末期至完全凝固實(shí)施壓下，采用小-大（2個(gè)段壓）或小-大-?。?個(gè)段壓）的壓下方式，壓下區(qū)域?yàn)楣滔嗦?．4-1．0的區(qū)間，對(duì)鑄坯中心區(qū)域的液芯進(jìn)行擠壓，防止富集溶質(zhì)的鋼液補(bǔ)充凝固收縮，壓下區(qū)域一直延續(xù)到全凝固，可以同時(shí)改善中心疏松。

3 連鑄機(jī)輥距工藝及質(zhì)量控制

研發(fā)的技術(shù)在特厚板坯連鑄機(jī)上全面實(shí)施，已經(jīng)生產(chǎn)了船舶及海洋工程用鋼、臨氫反應(yīng)器鋼、壓力容器鋼、高層建筑用鋼、模具鋼和易切鋼等特厚板坯。為了系統(tǒng)檢查分析特厚板坯內(nèi)部質(zhì)量，統(tǒng)計(jì)了約600個(gè)特厚板坯樣本，依據(jù)YB/T4003標(biāo)準(zhǔn)對(duì)特厚板坯內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。如圖8所示，中心偏析優(yōu)于C 2．0級(jí)的占比為94．2%；中心疏松優(yōu)于1．0級(jí)的占比為93．3%；中間裂紋優(yōu)于1．0級(jí)的比例合計(jì)為93．5%，其中比1．0級(jí)更差的裂紋多發(fā)生在鑄坯橫斷面的三角區(qū)位置采用特厚連鑄板坯軋制了厚度為100～380mm的各類用途特厚板。技術(shù)實(shí)施后顯著提高了連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)特厚板的高效穩(wěn)定生產(chǎn)，并已經(jīng)成功用于國(guó)內(nèi)外用戶的石化加氫反應(yīng)器、核電站、海洋平臺(tái)、跨海大橋、超高層建筑、模具以及機(jī)械工程為保證凝固末端壓下作用能滲透至鑄坯芯部，實(shí)施凝固末端壓下時(shí)應(yīng)增大壓下率，同時(shí)需滿足不產(chǎn)生內(nèi)部裂紋，最大壓下率約為5mm/m（根據(jù)鋼種不同）；在凝固末端壓下的基礎(chǔ)上采用二冷區(qū)電磁攪拌可增加鑄坯等軸晶率，從而進(jìn)一步提升鑄坯均質(zhì)度。

4 結(jié)語(yǔ)

如上所述，所有的東西都具有兩面性，連續(xù)鑄造技術(shù)也同樣，只有正確地控制各數(shù)據(jù)，才能更好地確保連續(xù)鑄造技術(shù)的質(zhì)量。結(jié)晶器弱冷過程不僅能有效控制氣隙的產(chǎn)生，還能確保消隱殼的穩(wěn)定生長(zhǎng)。結(jié)晶體選擇弱冷過程，能夠有效地防止氣隙的產(chǎn)生，并且有利于消隱殼的穩(wěn)定生長(zhǎng)。如果選擇強(qiáng)冷過程，就可以對(duì)結(jié)晶粒子進(jìn)行一定程度的上升，屆時(shí)只要微調(diào)整結(jié)晶器內(nèi)部的反梯度，就能發(fā)揮抑制氣隙的重要作用，對(duì)傳熱質(zhì)量也有輔助提高。同時(shí)，由于輥間距離的設(shè)計(jì)必須是赫利的，所以既大又不應(yīng)過于密集。另外，對(duì)于不同鋼種的工藝參數(shù)，要選擇適當(dāng)?shù)臓顩r，構(gòu)建相應(yīng)型號(hào)的機(jī)械能量控制，這樣才能全面提高連續(xù)鑄造工藝的最終質(zhì)量水平。