连铸轻压下工艺优化与实践

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杨文清,陈迪庆,白静,潘金保

（武钢股份条材总厂,武汉，430083）

摘 要：本文介绍了轻压下对改善铸坯中心偏析和中心疏松的作用，通过对液芯长度计算，确定压下位置，进行多次试验，并对试验结果进行分析对比，选择最适合的压下方式。

关键字：轻压下;中心偏析;中心疏松

1 前言

        连铸钢水在冷凝过程中，低熔点的物质被推向铸坯中心部位，形成了 C、S、P、Mn 等元素的偏析带，该偏析带在液相穴终端存在于底部，形成了中心偏析和中心疏松缺陷。轻压下技术是连铸坯拉矫时，对带液芯的铸坯施加小的压力的工艺方法。即在铸坯凝固终端附近，对铸坯施加一定的压下量，使铸坯凝固终端形成的液相穴被破坏，以打断枝晶搭桥。轻压下工艺能够改善中心偏析和中心疏松，但如果工艺不当，会产生压下裂纹，严重影响连铸坯质量。

        武钢条材总厂一炼钢分厂（以下简称“一炼钢”）1#连铸机主要生产高碳钢。对高碳钢来说，由于碳含量较高造成导热性差、凝固区间大，连铸坯本身容易产生偏析、疏松和缩孔等缺陷，在拉丝和扭转过程中容易引起断裂 [1] 。受铸机断面大小等条件的制约，铸坯中心碳偏析一直是一炼钢控制难点。该厂通过对拉矫机设备进行改造，使设备具备更大压下功能，并通过计算液芯长度，调整压下方式，找出最适合的压下量及压下方式。

2 浇注工艺现状

        一炼钢 1#连铸机是五机五流弧形连铸机，主要生产高碳钢，铸机主要工艺参数见下表：

        目前，高碳钢轻压下压下量为 9mm，从低倍检验看，铸坯存在一定程度中心疏松，铸坯中心碳偏析也一直徘徊在 1.15 左右，与其他炼钢厂相比有很大差距，难以满足日益增长的客户需求。

3 凝固末端计算

        对高碳钢发生纵裂漏钢的坯壳进行分析，将漏钢坯壳横向切开，测量切开点的坯壳厚度，根据坯壳厚度计算凝固系数，漏钢时浇注工艺如下：

漏钢坯壳示意图如下：

坯壳厚度测量结果及凝固系数计算如下：

注：凝固系数：K=D*(V/L) 1/2  D 为凝固坯壳厚度，V 为拉速，L 为到液面距离

取两点的平均凝固系数作为综合凝固系数 K，则可计算出液芯长度 L。

凝固系数：K=(26.91+26.24)/2=26.575(mm·min 0.5 )

液芯长度为：L= V×D

2 ÷K 2 =1.3*100 2 /26.575 2 =18.41(m)

        武钢一炼钢 1#连铸机结晶器液面到第 5 个机架距离为 18.75m，到第 4 个机架距离为 17.47m，液芯长度为 18.41m，因此凝固末端在第 4、5 个机架之间。

4 试验方案及结果分析

        根据各炼钢厂使用轻压下工艺的经验来看，方坯连铸时的轻压下工艺一般必须考虑以下三个问题 [2] ：

（1）必须保证铸坯的最后凝固点落在轻压下区域之内；

（2）必须避免铸坯内部裂纹的产生；

（3）轻压下压下量的作用力不能影响铸机拉矫机机架结构的完整性，不能对支撑辊的疲劳寿命产生不利影响。

        鉴于凝固末端在第 4、5 个机架之间，我们将轻压下压下量分布在第 1-5 个机架，保证铸坯的最后凝固点落在轻压下范围之内，同时为避免压下过程中损坏设备和产生压下裂纹，我们将单个机架最大压下量设定为 4.5mm。

        2014 年 10 月至 2015 年 2 月按不同的压下方式进行多次试验，压下方式见下表：

不同压下方式下铸坯低倍组织如下：

        从以上低倍组织可以看出，试验 1 压下 13mm，铸坯存在一定的疏松，未出现压下裂纹。试验 2 压下15mm，出现压下裂纹，主要原因是第 2 个机架压下 4mm，第 3 个机架压下量达到 4.5mm，拉矫辊压力过大。试验 3、试验 4 未出现压下裂纹，但从疏松结果看，试验 4 疏松比试验 3 要好。

        分别在按上述压下方式压下的铸坯上取 450mm 坯样，坯样沿内外弧方向锯开，加工至坯样宽度一半多4mm 处，经酸洗后在铸坯中心线处每隔 20mm 钻屑样，钻样深度为 8mm。将所取铁屑做 C 偏析，结果如下：

        从上表可以看出，试验 1 压下 13mm，铸坯碳偏析较压下 9mm 的碳偏析要低，但中心碳偏析较试验 2、3、4 压下 15mm 要高，说明增加压下量对改善铸坯中心偏析有显著效果。试验 4 所采用的压下方式生产的铸坯中心碳偏析最低，说明试验 4 压下方式对改善偏析最有效。

5 结论

        轻压下参数的设定要结合铸坯质量的要求及拉矫机设备综合考虑，压下量过大可能造成拉矫机电流过载损害设备，同时也可能产生压下裂纹，压下量过小，铸坯中心疏松和中心偏析不能得到有效改善。通过准确计算液芯长度，制定合理的压下方式，能够改善铸坯中心疏松和中心偏析，提高铸坯质量。

参考文献

[1] 武建民. 南方金属. 方坯连铸机浇注高碳钢. 2003 年 4 月. 总第 131 期

[2] 王一成. 炼钢. 连铸方坯轻压下内裂纹形成研究. 2015 年 4 月. 第 2 期