连铸二冷工艺优化与铸坯角部裂纹控制研究

(整期优先)网络出版时间:2021-10-25
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连铸二冷工艺优化与铸坯角部裂纹控制研究

李国光 李庆

承德建龙特殊钢有限公司 河北 承德 067300

河北省锻造用钢技术创新中心 河北 承德 067300


摘要:连铸坯的二次冷却是连铸生产中的一个重要环节,极大的影响到铸坯内部的质量与连铸机生产的顺利进行。为此,对二冷工艺进行改善,已经成为连铸工艺发展中及其重要的课题。很多钢铁生产企业,在生产前期因二冷系统的缺陷,致使铸坯脱方和内裂,导致质量不合格,因此对铸坯的合格率以及轧钢的成材率产生严重的影响。为将铸坯质量有效改善,就必须加强对连铸二冷工艺优化,进而减少铸坯质量的缺陷问题。

关键词:连铸二冷工艺;铸坯角部;裂纹

1 连铸二冷的作用及原理

连铸坯二次冷却的作用,是将铸坯利用工业用水进行二次冷却。当铸坯离开一冷(结晶器冷却)之后,虽然其表面形成了一定厚度的坯壳,但还需要进而二次冷却,利用二冷水使坯壳继续均匀加厚,并加速凝固;通过夹持辊与导向辊,对带液芯的铸坯起支撑和导向的作用,并防止其鼓肚变形;对引锭杆也起到起导向及支撑的作用;对带直结晶器的直弧型连铸机来说,也起到在二冷区将其完成铸坯的顶弯作用。

二冷水对于水质的要求相对严格,越是钢级较高的钢种要求也越高。必须是经过精细过滤装置的工业用水。但是对于二冷水的使用量还是需要进行精确计算,对铸坯的质量做出低倍分析之后,再进行翻转调整。大部分的喷嘴堵塞,都是由于对二次冷却水的过滤不够精细而导致的。

2 二次冷却工艺缺陷致使连铸坯出现角部裂纹

连铸二次冷却效果的好坏,将会直接影响到铸坯质量与连铸机的产量,也是致使连铸坯出现角部裂纹的最主要的原因。在所有能够影响钢坯质量的因素中,唯有二次冷却这一因素是可以进行人为控制的。对二次冷却工艺进行优良化,也是改善铸坯质量以及提升连铸机生产量的重要方式。在连铸过程中,由于进行二次冷却的强度偏大,尤其是在冬季,当二冷遇到强冷空气时,二次冷却的水温比较低,在喷水量相同的情况下,对于钢坯的冷却强度却更大,可以加快钢坯的凝固速度与拉速,这样虽然会使连铸机保证较高的生存力,但是会让铸坯产生各种裂纹,使其存在缺陷,并严重影响到铸坯的质量。还因二冷水在不同地点取水时,通过精细过滤之后被送到二次冷却喷嘴口,因其水质硬度等存在差异,使得在水垢大量形成后喷嘴有不同程度堵塞,以至于造成二冷冷却不匀称,进而降低连铸坯的凝固速度,虽然高温下生产铸坯,质量会有所保障,但是,生产效率就会大大降低。

连铸坯质量经过二次冷却之后,易出现铸坯的表面缺陷、内部缺陷以及形状上的缺陷,对连铸坯的质量造成严重的影响。在通常情况下铸坯的表面缺陷及内部缺陷都是源自于结晶器,这在连铸业中已成为共识。但是,二次冷却区若是硬件配置设施不合理,将会进一步扩大内外缺陷的发展,在进行连铸坯生产时,若是对二次冷却控制不到位,会使铸坯出现以下缺陷:

1)铸坯表面缺陷。表面纵向裂纹,其形成的主要原因是,在进行二次冷却时因局部过冷,而产生的纵向凹陷,进而导致铸坯表面纵向裂纹;还有铸坯表面、角部的横向裂纹,当二次冷却的水量过大时,或者喷嘴偏斜直射铸坯的角部等情况,就会造成表面横向裂纹;再就是铸坯表面的对角线裂纹,这种裂纹一般都出现在方坯之中,其形成的主要原因是,由于四个面的喷水不均匀或喷嘴堵塞等。

2)铸坯内部缺陷。其中中间裂纹形成的原因是由于铸坯在凝固时,进行过冷或者不均匀的二次冷却时,产生的热应力作用在树枝晶比较弱的部位,形成的冷却裂纹;再次是中心裂纹也称为轴心裂纹,其产生的原因是,二次冷却过激,回温偏大等;最后是中心偏析以及中心疏松,中心偏析与中心疏松是互相对应的,其成因还是铸坯在二次冷却区进行凝固时,由于喷水冷却的不均匀,柱状晶的生成不规则,而产生的搭桥现象导致。

3)铸坯的形状缺陷。首先,是铸坯的菱形变型,其成因主要是在结晶器中形成的,再通过二次冷却的不均匀,加剧的菱形变形的过程,因为喷嘴堵塞以及安装时没有精准对中,或者是四个方位的喷水量不均匀,与喷射角度过大而导致的角部过冷;其次,是纵向凹陷,纵向凹陷的原因是由于二次冷却装置的对弧不准确,在二次冷却过程中,因局部过冷所致,特别是在二次冷却装置的上部分。

3 连铸二次冷却水的控制方式

能够对铸坯传热产生影响的因素有多种,其中包括:钢种、钢水的温度、结晶器冷却、二次冷却、铸坯断面、拉速等等。这些因素将直接决定着铸坯热量传递的过程以及连铸坯的质量。在操作工艺与连铸机设备等一定的条件中,唯一可以进行人工操控的,就是二次冷却设施。连铸机的二次冷却工艺对冷却水的控制技术,发展到今天这样的地步已经历经了四代。

3.1 人工配水的方式

依照钢种的不同,可以进行设定不同的比水量,比如连铸机二次冷却区的总水量与二次冷却区的各个冷却回路水量,在二次冷却区域的每一个回路上,都设有手动的阀门,进行浇注时,依据个人经验或者现场观察连铸坯表面的温度情况,实施人工操作控制阀门,来调整水量的大小。这项技术相对比较落后,目前使用此项技术的,只有部分以生产小方坯为主的中小民营钢铁企业。

3.2 比例控制配水方式

依据钢种来制定水量,结合连铸机拉坯的速度来制定各个区的水量。二冷区各个冷却回路上都设置气动或电动阀门,由上机位PLC依据拉环速度来进行自动调节阀门,进而控制二冷水量,这项技术在钢铁企业中小方坯连铸机的应用比较广泛。

3.3 参数控制配水方式

依据连铸坯传热凝固的数学模式和二次冷却区冶金准则,来确定不同的钢种之间各冷却区对冷却水量控制的参数为a、b、c,建立的水量为q,拉速v进行制定二次曲线方程:

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二次冷却区的各个回路上设置有气动或电动调节的阀门,拉速变化时,在上机位预先存储好操作的水表,当上机位的PLC依据拉坯的速度以及掌控参数a、b、c,来进行自动控制二次冷却各个区域的水量,这项技术广泛应用于连铸钢铁企业。

3.4 表面温度值控制方式

依据钢种高温力学的特征和二冷冶金的原则,以及连铸机特性来制定二次冷却区每一段铸坯表面的温度值,结合铸坯传热凝固的数学模式,隔一段时间就进行计算一次二次冷却区各段铸坯表面的温度,用计算得出的温度与事先设定好的铸坯表面温度进行比较后,实现负反馈,依据与事先设定的目标值的差值结果,进行动态的改变二次冷却各区回路的冷却水量。

4 连铸二次冷却的改进措施

为满足炼钢连铸的正常需要,针对于二冷工艺中存在的问题,并结合铸坯生产的实际情况,将对二次冷却系统进行改进:将原有的纯水冷却水改为气雾冷却;将连铸机的旋转接头进行替换;保障二次冷却系统的有效循环以及确保系统水量平衡,将过滤器改进为可自动清洗的压差过滤器,以此来确保循环水颗粒物物的清理;在二次冷却水管路的安装Y型排污设施,并定期定时进行冲洗,能有效减少系统中的大颗粒物质囤积;对整个二冷系统进行定时清洗,优化水质,进而对于喷水口堵塞问题能够有效解决。

5 结语

如果在钢坯连铸过程中,出现温度高低浮动较大、拉速波动较大等情况,就会导致二次冷却不能进行均匀的冷却,钢坯会在冷却过程中出现多种样式的裂纹,严重影响铸坯的质量。将连铸二次冷却工艺进行优化,有助于铸坯质量的提升,连铸机的生产量也会大大增加。对二冷系统进行水质优化,也会很大程度上减少铸坯裂纹的出现。

参考文献

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