提高连铸板坯质量的工艺研究

提高连铸板坯质量的工艺研究

刘峻锴 邵华 齐天坤

日照钢铁控股集团有限公司，山东 日照 276806

摘要：当前钢铁等重工业迅速发展，对连铸板坯质量管控显得十分关键。对此，本文对连铸板坯质量控制要点进行分析，包括控制浇注温度、采用电磁搅拌与大容量中间包等方面，并结合实际案例，阐述板坯质量问题的优化工艺。在实际生产制造中，通过电磁搅拌、优化驱动辊压力、控制钢液二次氧化等方式进行优化。根据研究结果可知，通过优化工艺的应用，使连铸坯中心偏析、内裂情况得到明显改善，三角位置裂纹数量减少，中间裂纹得到彻底消除，探伤合格率提升1.09%。

关键词：连铸板坯；质量控制；工艺优化

引言：在冶金行业改革背景下，传统的铸锭、脱锭加工模式逐渐被替代，尤其是在大型板坯铸造设备使用后，生产方式发生根本性改变，板坯利用率得到显著提升，使资源和生产成本得到极大节约。但是，如何提高连铸板坯质量、合格率成为主要研究课题之一，可通过控制浇注温度、利用电磁搅拌等方式，使板坯质量工艺得以优化，生产出更加高质量的连铸板坯。

1连铸板坯质量控制要点

1.1控制浇注温度

连铸板坯质量受浇注温度、速度以及耐火材质等因素的影响较大，尤其是钢水浇注温度对板坯质量的影响更为显著。钢坯内杂质含量高低、钢坯裂纹、中心偏析等因素均与浇注温度之间具有密切联系。当浇注温度较低时，中心偏析、钢坯裂缝情况得到良好改善，且钢坯晶粒数量较少。但若浇注温度过低也会产生不良影响，如钢坯内杂质不易上浮，包水口容易受到堵塞等等。当浇注温度较高时，可减少漏钢情况发生，但若温度过高会使内裂概率增加，进而影响钢坯质量。对此，应对钢水温度合理设定，通常在1600℃左右，钢水在包内温度在1550℃左右，结晶器内钢水温度在1500℃左右，各个位置钢水温度偏差应不超过10℃。

1.2运用电磁搅拌

为了减少柱状晶体量，预防中心偏析情况产生，使铸坯质量显著提升。在铸坯铸造期间可采用电磁搅拌，特别是一些厚度较大的钢材，采取此种处理方式可达到事半功倍的效果。电磁搅拌线圈是根据特定规律排列，在应用时将线圈放在铸坯表面20mm处，借助线圈电流可发挥磁力，使未凝固的钢液顺着某个特定方向始终循环运动，在搅拌期间使钢液内成分更加均匀，使硫、磷等杂质元素的平均效果更加显著。

1.3采用大容量中间包

在钢水铸造期间，中间包用来容纳大包中铸进的钢水，再将钢水转铸到结晶器内，可见中间包属于中介物，使钢水能够在结晶器与大包之间顺利转换。中间包用于贮存钢水，为保障连铸板坯的质量，应尽量采用大容量的中间包，使钢水流动更加稳定，并缓冲浇铸速度，将浮渣有效过滤出去。在多炉连续浇注过程中，中间包的作用仍然不容小觑，需要采用水利模型，充分发挥溢流坝、挡渣墙的优势，对钢水流向进行优化，才可使钢水与浮渣有效分离，避免浮渣混入钢水中一同注入结晶器内，影响连铸板坯的最终质量^[1]。

2连铸板坯质量工艺的优化措施

2.1质量问题

以3#板坯连铸设备为例，生产出断面不同、类型多样的连铸板坯。为了向轧钢工序提供优质连铸坯，使钢板探伤合格率达到标准。以200×1800mm断面铸坯为例，针对质量缺陷提出整改措施。内部质量主要包括偏析、凝固结构、夹杂物、裂纹等多种缺陷，在200×1800mm断面铸坯中存在中心疏松、偏析与裂纹等情况。在钢液凝固过程中，液体内的溶质元素需要重新配置，很容易导致内部元素失衡，使中心元素含量大于其他位置，由此产生中心偏析缺陷。到了凝固末期，中心位置可能产生大量微小缝隙，这便是中心疏松的典型表现。上述两种质量缺陷常常一同发生，对钢材组织均匀性产生较大不良影响，进而影响焊接性能，严重的情况下还会引发分层缺陷。

2.2优化措施

2.2.1实施电磁搅拌

为了预防中心偏析情况产生，在铸坯铸造期间可采用电磁搅拌，特别是一些厚度较大的钢材，采取此种处理方式可减少柱状晶体量，达到事半功倍的效果。通过电磁搅拌的方式可使中心偏析情况得到良好改善，借助搅拌装置进行安装试车，并结合实际需求反复调整搅拌电流与频率，密切关注中心偏析的动态变化，将电流值调整到420A，频率调整到5Hz，为最佳状态。当凝固点位于轻压下区域外侧时，很容易出现中心偏析与疏松情况，可采用直测法对凝固末期准确位置进行测定，公式如下：

式中，d代表的是凝固坯壳厚度，单位为mm；K代表的是综合凝固系数，单位为 ；H代表的是铸坯纵向与弯月面之间的距离，单位为mm；v代表的是拉速，单位为 。为缓解中心偏析现象，还要对连铸坯实施轻压试验。根据结果可知，拉速与冷却速度间呈反比关系，可有效降低鼓肚量，使质量缺陷得到良好修复。此外，还应提高铸机精度，结合周期与质量情况标定弧，使弧精度不超过±0.15mm，标定精度不超过±0.05mm，由此缓解中心疏松情况^[2]。

2.2.2合理调整驱动辊压力

内裂主要是二冷区凝固期间，带液芯坯壳受摩擦力、矫直应力以及热应力等多种作用下出现变形，且超过钢允许强度，在应变之后作用在固液相交位置。同时，还受钢的裂纹敏感性影响，可通过优化驱动辊压力的方式，使内部裂纹得以缓解。首先，对二冷水量进行动态调节，结合部件表面状态，当裂纹程度得到控制时，将1#—7#扇形段内的二冷水增加660L/min，加速冷却，缩小枝晶间的距离，使晶粒细化，减轻铸坯鼓肚量，三角位置的裂纹也会随之减少。另一方面，降低扇形位置的驱动辊压力，结合扇形段浇注期间受力状态，将驱动辊压力降低1MPa，铸坯所承受的机械应力降低，三角裂纹也随之减少。

2.2.3严控钢液二次氧化

在作业期间很容易产生烧氧问题，为使大包自开率提升，应采用更加优质的引流砂、缩短钢水精练时长，使自开率从原本的88.59%提高到95.10%。为减少内生夹杂物数量，在大包开浇之前可在中间包吹氩，对包内空气进行替换，并对长水口侵蚀情况密切关注，当渣线侵蚀明显时替换长水口，降低二次氧化概率，并确保中间包内钢液不泄露，加入适量的覆盖剂，使内生夹杂物含量得到显著降低。

2.3优化成果

通过以上优化措施的应用，可在确保连铸坯表面质量不继续恶化的情况下，对钢板探伤合格率进行对比，如下表1所示。根据表内数据可知，通过电磁搅拌、优化驱动辊压力、控制钢液二次氧化等优化工艺的应用，使连铸坯中心偏析、内裂情况得到明显改善，有效减少三角位置的裂纹数量，中间裂纹得到彻底消除，探伤合格率提升1.09%。

表 1 断面连铸坯生产工艺优化前后质量对比

结论：综上所述，当前钢铁工业规模日益壮大，大型板坯铸造设备逐渐普及应用，对板坯铸造质量提出更高要求。对此，在实际生产制造中技术人员应牢牢掌握操作要点，合理控制浇注温度，采用电磁搅拌与大容量中间包进行质量控制，并通过电磁搅拌、优化驱动辊压力、控制钢液二次氧化等方式进行优化，有效改善中心偏析与疏松情况，减少内部裂纹与内生夹杂物数量，使连铸板坯质量得到显著提升。

参考文献：

[1]周杰,汪开忠，赵连国,等.提高连铸异型坯质量的生产工艺优化研究[J].安徽冶金科技职业学院学报,2020(01):4-8.

[2]龚坚,王国连,张涛,等.板坯连铸提高拉速工艺研究与实践[J].钢铁,2019(06):012-014.