板坯动态软压下技术在武钢二炼钢的应用.docVIP

PAGE  PAGE 355 板坯动态软压下技术在武钢二炼钢的应用 李具中 陈清泉 李凤喜 （武钢第二炼钢厂，湖北 武汉 430080） 1．前言 在连铸生产中，铸坯内部一般都会存在中心偏析和中心疏松等缺陷，影响了钢材的内部质量。因此，人们开发出了一系列控制连铸坯中心偏析与中心疏松的技术，如：低温浇铸技术、电磁搅拌技术、凝固末端强冷技术、软压下技术等等。其中软压下技术在改善连铸坯内部质量方面的显著效果正被越来越多的生产实践所证实，在新建或改造的板坯连铸机上均得到了广泛应用。 铸坯内部质量的评价通常采用硫印或冷蚀评级，如中心偏析按严重程度可评为A、B、C等3个等级。其中A级偏析最严重，必须严格控制。对两相区进行适当的压下（软压下）可抑制钢液的流动，从而达到控制铸坯偏析的作用。但是，在实际浇铸过程中，随着浇铸条件（如温度，拉速、水量、钢种成份等）的变化，铸坯的两相区的位置是在不断变化的，只有随时正确的对铸坯的两相区进行合适的软压下（即动态软压下），才能保证各种工况条件下的内部质量。 传统扇形段采用定距块来控制开口度，因而不可能铸中调整辊缝从而控制软压下的区域，只能采用静态轻压下的办法。武钢二炼钢改造后的连铸机，引进了奥钢联新技术，采用了动态二冷控制和动态软压下等先进技术，其动态软压下通过开口度在线可调SMART扇形段来实现，铸坯的中心偏析控制取得了很好的效果。 2. 中心偏析的形成与辊缝控制的基本原理 由于钢水凝固过程中存在选份结晶的问题，凝固前沿的富含杂质元素的钢液向凝固末端固液共存的糊状两相区流动造成铸坯的偏析（图1）。凝固末端附近钢液流动的动力一方面来源于坯壳的鼓肚，另一方面来源于钢液凝固时的体积收缩。控制铸坯鼓肚量，可以有效减缓中心偏析产生。铸坯鼓肚量的大小主要与扇形段辊间距、坯壳厚度、二次冷却、钢水静压力等有关。辊间距越小，坯壳越厚，二冷强度越大，钢水静压力越小，鼓肚量就越小。因此，在设计连铸机时，尽可能设计采用小辊径密排辊列布置，缩小辊间距；采用分节辊，防止支承辊变形：连铸机不宜过高，以便于降低液相穴高度，减小钢水静压力；在生产中对二冷区夹辊需严格对弧，铸坯必须得到足够的冷却。 钢包: 80 t 流数: 1 板坯厚度: 210, 230, 250 mm 板坯宽度: 700~1600 mm 垂直段长度: 2.156 m 基本弧半径: 8 m 冶金长度: 24.9 m 图2 武钢二炼钢改造后连铸机设计参数和纵向视图 Figure 2, Design parameters and longitudinal section 液相区 固相区 半固相区 半液相区 树枝晶液体仍可以与残余液体交流的区域 fs=0.3 fs=0.7 图中fs表示固体分数，fs=0.3表示30%的钢水已凝固 图1. 糊状区树枝晶的生长 钢液在铸机中凝固、冷却过程必然会产生体积收缩，这种收缩可以认为是带凝固坯壳的钢液的收缩，其主要包括3部分：液态收缩、凝固收缩及坯壳固态收缩。液态收缩及坯壳固态收缩在连铸条件下均很小，计算时都可以忽略。实际上对收缩起主导作用的是凝固收缩，所谓凝固收缩即从液相线温度起至固相线凝固终了时的体积收缩，由于过程中发生了相变，凝固收缩量较大，凝固收缩量的大小主要取决于钢种的化学成分，其中碳的影响最大，其次是锰和其它合金元素。Yokoyama等[19,20]对钢液凝固时的体积收缩率进行了研究，得出体积收缩率为4﹪左右。 连铸机辊缝收缩（软压下）的目的就是通过收缩了的辊缝限制，在连铸坯液芯末端施加均匀外力，形成一定的压缩量来补偿铸坯的凝固收缩量。这一方面可消除或减少铸坯收缩形成的内部空隙，破坏凝固末端形成的液相穴，防止晶间富集溶质的钢液向铸坯中心横向流动；另一方面，辊缝收缩所产生的挤压作用还可以促使液芯中富集溶质的钢液沿拉坯方向反向流动，使溶质元素在钢液中重新分配。从而使铸坯的凝固组织更加均匀致密，达到改善中心偏析和减少中心疏松的目的。 动态软压下技术就是由模型计算每一具体时刻的两相区位置，在铸机扇形段一定范围内(约2～3个扇形段长度)，对铸坯施加一定的压缩量，达到改善铸坯内部质量的目的。 武钢二炼钢的动态软压下技术应用 3.1 武钢二炼钢的连铸机设备参数 武钢第二炼钢厂1#、2#、3#连铸机经改造后，引进了奥钢联（VAI）最先进的技术，包括紧凑式垂直结晶器、液压非正弦振动、结晶器在线调宽、中包水口快速更换、SMART扇形段、小辊径密排分布分节辊、动态二次冷却、DynaGap动态软压下、连续弯曲连续矫直等。图2是新铸机的纵向布置和主要工艺设计参数示意图。 3.2 动态软压下的特征 奥钢联开发的铸坯动态软压下控制系统DynaGap，被应用于武钢二炼钢改造后的新连铸机，几个关键技术： 精确预计凝固铸坯的液相线和固