特殊鋼連鑄中的溫度控制與質(zhì)量控制研究

郝廣鵬

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司特鋼事業(yè)部，山東 濟(jì)南 271100）

0 引言

特殊鋼連鑄是鋼鐵生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，其質(zhì)量直接影響到鋼材的性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。然而，由于特殊鋼的成分復(fù)雜、溫度控制難度大等因素，特殊鋼連鑄過(guò)程中存在著一系列的質(zhì)量問(wèn)題，如表面缺陷、內(nèi)部裂紋等。因此，對(duì)特殊鋼連鑄中的溫度控制與質(zhì)量控制進(jìn)行研究，對(duì)于提高特殊鋼連鑄質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。本文將探討特殊鋼連鑄中的溫度控制與質(zhì)量控制問(wèn)題，并提出相應(yīng)的解決方案，通過(guò)對(duì)特殊鋼連鑄過(guò)程中的溫度和質(zhì)量進(jìn)行精確控制，可以提高特殊鋼坯的質(zhì)量和性能，滿足市場(chǎng)的需求。

1 特殊鋼連鑄的溫度控制

1.1 連鑄溫度的影響因素

1）鋼種成分：不同鋼種的成分不同，其熔點(diǎn)也不同，因此連鑄溫度也會(huì)有所不同。

2）澆注速度：澆注速度越快，鋼液的流動(dòng)性越好，連鑄溫度也會(huì)相應(yīng)提高。

3）結(jié)晶器形狀和尺寸：結(jié)晶器的形狀和尺寸會(huì)影響鋼液在結(jié)晶器內(nèi)的流動(dòng)和冷卻速度，從而影響連鑄溫度。

4）冷卻水質(zhì)量和流量：冷卻水的質(zhì)量和流量會(huì)直接影響結(jié)晶器的冷卻效果，從而影響連鑄溫度。

5）連鑄機(jī)的控制系統(tǒng)：連鑄機(jī)的控制系統(tǒng)可以對(duì)連鑄溫度進(jìn)行精確控制，從而保證鋼坯的質(zhì)量。

6）環(huán)境溫度和濕度：環(huán)境溫度和濕度會(huì)影響連鑄機(jī)的工作效率和鋼液的冷卻速度，從而影響連鑄溫度[1]。

1.2 連鑄溫度的控制方法

1）模具冷卻水溫度的控制：模具冷卻水溫度的控制是通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻水的流量和溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)鑄坯溫度較高時(shí)，需要增加冷卻水的流量和降低冷卻水的溫度，以保證鑄坯的質(zhì)量。反之，當(dāng)鑄坯溫度較低時(shí)，需要減少冷卻水的流量和提高冷卻水的溫度，以保證鑄坯的質(zhì)量。

2）結(jié)晶器冷卻水溫度的控制：結(jié)晶器冷卻水溫度的控制也是通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻水的流量和溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)鑄坯溫度較高時(shí)，需要增加冷卻水的流量和降低冷卻水的溫度，以保證鑄坯的質(zhì)量。反之，當(dāng)鑄坯溫度較低時(shí)，需要減少冷卻水的流量和提高冷卻水的溫度，以保證鑄坯的質(zhì)量。

3）液相區(qū)溫度的控制：液相區(qū)溫度的控制是通過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)晶器冷卻水的流量和溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)液相區(qū)溫度過(guò)高時(shí)，需要增加結(jié)晶器冷卻水的流量和降低冷卻水的溫度，以保證鑄坯的質(zhì)量。反之，當(dāng)液相區(qū)溫度過(guò)低時(shí)，需要減少結(jié)晶器冷卻水的流量和提高冷卻水的溫度，以保證鑄坯的質(zhì)量。同時(shí)，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)和形狀來(lái)控制液相區(qū)溫度，以達(dá)到更好的鑄造效果。

1.3 連鑄溫度控制的實(shí)驗(yàn)研究

1.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1）實(shí)驗(yàn)材料：選用工業(yè)純銅作為實(shí)驗(yàn)材料。

2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備：連鑄機(jī)、溫度控制系統(tǒng)、熱電偶和計(jì)算機(jī)等。

3）實(shí)驗(yàn)步驟：將工業(yè)純銅熔化，倒入連鑄機(jī)中。通過(guò)溫度控制系統(tǒng)控制連鑄溫度，分別設(shè)定為800 ℃、850 ℃、900 ℃、950 ℃和1 000 ℃。在連鑄過(guò)程中，通過(guò)熱電偶實(shí)時(shí)測(cè)量鑄坯表面溫度，并記錄數(shù)據(jù)。待鑄坯冷卻后，對(duì)鑄坯進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，包括鑄坯表面質(zhì)量、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。

1.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示，可以看出，連鑄溫度對(duì)鑄坯質(zhì)量有著顯著的影響。連鑄溫度過(guò)低，鑄坯表面溫度較低，容易出現(xiàn)疏松的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。連鑄溫度適中，鑄坯表面溫度較高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密，表面質(zhì)量良好。連鑄溫度過(guò)高，鑄坯表面溫度過(guò)高，會(huì)影響表面質(zhì)量。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的連鑄溫度，以保證鑄坯質(zhì)量。

表1 連鑄溫度控制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2 特殊鋼連鑄的質(zhì)量控制

2.1 連鑄質(zhì)量的影響因素

1）原料質(zhì)量：原料的成分、溫度和流動(dòng)性等對(duì)連鑄質(zhì)量有直接影響。

2）結(jié)晶器設(shè)計(jì)：結(jié)晶器的形狀、尺寸以及冷卻方式等會(huì)影響結(jié)晶器內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)和結(jié)晶形態(tài)，從而影響鑄坯質(zhì)量。

3）結(jié)晶器冷卻水質(zhì)量：結(jié)晶器冷卻水的溫度、流量和水質(zhì)等對(duì)結(jié)晶器內(nèi)的溫度分布和結(jié)晶形態(tài)有影響。

4）拉速：拉速的大小會(huì)影響鑄坯的結(jié)晶形態(tài)和內(nèi)部組織。

5）拉力：拉力的大小會(huì)影響鑄坯的形變和內(nèi)部組織。

6）結(jié)晶器振動(dòng)：結(jié)晶器振動(dòng)的頻率和振幅會(huì)影響鑄坯的結(jié)晶形態(tài)和內(nèi)部組織。

7）澆注方式：澆注方式的不同會(huì)影響鑄坯的結(jié)晶形態(tài)和內(nèi)部組織。

8）連鑄機(jī)設(shè)備狀態(tài)：連鑄機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、維護(hù)保養(yǎng)等會(huì)影響鑄坯的質(zhì)量。

9）環(huán)境因素：環(huán)境溫度、濕度等因素也會(huì)對(duì)連鑄質(zhì)量產(chǎn)生一定影響[2]。

2.2 連鑄質(zhì)量的控制方法

1）結(jié)晶器結(jié)晶殼厚度的控制：可以通過(guò)調(diào)整結(jié)晶器冷卻水量和水溫、調(diào)整結(jié)晶器內(nèi)部的氣流和液流以及優(yōu)化結(jié)晶器的設(shè)計(jì)和結(jié)晶器內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)來(lái)控制結(jié)晶殼厚度。

2）結(jié)晶器結(jié)晶速度的控制：可以通過(guò)調(diào)整結(jié)晶器內(nèi)部的液流速度和氣流速度、控制結(jié)晶器內(nèi)部的溫度分布和結(jié)晶器出口的拉速以及優(yōu)化結(jié)晶器的設(shè)計(jì)和結(jié)晶器內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)來(lái)控制結(jié)晶速度。

3）結(jié)晶器結(jié)晶方向的控制：可以通過(guò)調(diào)整結(jié)晶器內(nèi)部的氣流和液流、控制結(jié)晶器內(nèi)部的溫度分布和結(jié)晶器出口的拉速以及優(yōu)化結(jié)晶器的設(shè)計(jì)和結(jié)晶器內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)來(lái)控制結(jié)晶方向。

2.3 連鑄質(zhì)量控制的實(shí)驗(yàn)研究

2.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1）實(shí)驗(yàn)材料：選用普通碳素鋼作為實(shí)驗(yàn)材料，其中：w（C）為0.15%～0.25%、w（Si）為0.15%～0.35%、w（Mn）為0.3%～0.6%、w（P）≤0.035%且w（S）≤0.035%。

2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備：連鑄機(jī)、溫度計(jì)、壓力計(jì)、拉力計(jì)和金相顯微鏡等。

3）實(shí)驗(yàn)步驟：調(diào)整連鑄機(jī)的工作參數(shù)，包括澆注速度、結(jié)晶器溫度和拉速等，使其符合實(shí)驗(yàn)要求。進(jìn)行連鑄實(shí)驗(yàn)，記錄每一次連鑄的工藝參數(shù)和鑄坯質(zhì)量情況。對(duì)鑄坯進(jìn)行金相顯微鏡分析，觀察鑄坯的組織結(jié)構(gòu)和缺陷情況。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)出連鑄質(zhì)量控制的方法和技巧。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

表2 連鑄質(zhì)量控制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

1）合理調(diào)整澆注速度和結(jié)晶器溫度可以有效控制鑄坯的結(jié)晶組織，避免出現(xiàn)過(guò)粗或過(guò)細(xì)的晶粒。

2）控制拉速可以減少鑄坯的拉伸應(yīng)力，避免出現(xiàn)拉伸裂紋和表面裂紋。

3）合理控制澆注壓力可以避免鑄坯表面氣孔和夾雜物的產(chǎn)生。

4）對(duì)于鑄坯中出現(xiàn)的缺陷，可以通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)或采取后續(xù)處理措施進(jìn)行修復(fù)。

連鑄質(zhì)量控制需要綜合考慮多個(gè)因素，通過(guò)合理調(diào)整工藝參數(shù)和采取相應(yīng)措施，可以有效提高鑄坯的質(zhì)量。

3 特殊鋼連鑄溫度控制與質(zhì)量控制的關(guān)系

3.1 溫度控制對(duì)質(zhì)量的影響

特殊鋼連鑄溫度控制是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一。溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致鋼水中的氣體和夾雜物增多，從而影響鋼材的力學(xué)性能和表面質(zhì)量。溫度過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致結(jié)晶器結(jié)晶不良，從而影響鋼材的內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量。因此，要通過(guò)合理的溫度控制來(lái)保證產(chǎn)品質(zhì)量。

3.2 質(zhì)量控制對(duì)溫度的影響

特殊鋼連鑄質(zhì)量控制也會(huì)對(duì)溫度產(chǎn)生影響。如果鋼水中的氣體和夾雜物過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致結(jié)晶器結(jié)晶不良，從而影響溫度控制的準(zhǔn)確性。如果結(jié)晶器結(jié)晶不良，會(huì)導(dǎo)致結(jié)晶器內(nèi)部溫度不均勻，從而影響溫度控制的穩(wěn)定性。因此，要通過(guò)合理的質(zhì)量控制來(lái)保證溫度控制的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

3.3 溫度控制與質(zhì)量控制的協(xié)同優(yōu)化

特殊鋼連鑄溫度控制和質(zhì)量控制是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的。要實(shí)現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化，需要從以下幾個(gè)方面入手：

1）建立完善的溫度控制和質(zhì)量控制體系，確保二者之間的信息交流和協(xié)調(diào)配合。

2）加強(qiáng)鋼水凈化和氣體控制，減少夾雜物和氣體含量，提高鋼水質(zhì)量。

3）優(yōu)化結(jié)晶器結(jié)構(gòu)和冷卻方式，提高結(jié)晶器結(jié)晶質(zhì)量，保證溫度控制的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

4）加強(qiáng)在線檢測(cè)和控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正溫度和質(zhì)量方面的問(wèn)題，保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的穩(wěn)定提高[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

在特殊鋼連鑄過(guò)程中，溫度控制和質(zhì)量控制是非常重要的。溫度控制可以保證鋼水的均勻性和穩(wěn)定性，從而避免出現(xiàn)過(guò)熱或過(guò)冷的情況，影響鋼水的質(zhì)量。質(zhì)量控制則可以保證鋼水的化學(xué)成分和物理性能符合要求，從而保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量。在實(shí)際生產(chǎn)中，需要采用一系列的措施來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制和質(zhì)量控制。例如，可以采用先進(jìn)的溫度控制系統(tǒng)和在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，及時(shí)調(diào)整連鑄過(guò)程中的溫度和流量，保證鋼水的均勻性和穩(wěn)定性。同時(shí)，還可以加強(qiáng)對(duì)鋼水的化學(xué)成分和物理性能的檢測(cè)和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取措施進(jìn)行調(diào)整?？傊厥怃撨B鑄中的溫度控制和質(zhì)量控制是一個(gè)復(fù)雜而又關(guān)鍵的問(wèn)題，需要我們不斷地進(jìn)行研究和探索。只有通過(guò)不斷地優(yōu)化和改進(jìn)，才能夠?qū)崿F(xiàn)特殊鋼連鑄的高效、穩(wěn)定和可靠生產(chǎn)，為鋼鐵行業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。