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轻压下关键技术的研究及应用

内蒙古科技大学

本科生课程论文

题目：

轻压下关键技术的研究及应用

学生姓名：

学号：

专业：

材料成型及控制工程

班级：

指导教师：

轻压下关键技术的研究及应用

姓名

（内蒙古科技大学材料与冶金学院成型班014010）

摘要：

铸坯在连铸生产过程中比较容易产生中心偏析和中心疏松缺陷，其质量会对后续的轧材质量产生直接的影响。

近年来，人们在不断的摸索研究中，得出了许多在连铸坯方面改善铸坯质量的新技术，凝固末端轻压下技术，凝固末端强冷技术，低温浇注技术，电磁搅拌技术等，其中最为有效的是轻压下技术。

本文综述了轻压下技术基本原理及其关键技术的研究与运用。

关键词：

连铸；中心偏析、疏松；轻压下；关键技术

Theresearchandapplicationofkeytechnologyofsoftreduction

YuanLu

（InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology,schoolofMaterialsandMetallurgy,classofchengxing09-2014010）

Abstaract：

Itisveryeasytoproducecentersegregationandcenterporositydefectsincontinuouscastingprocess，thequalityofthefollowedproductsisimpactedbytheslaborbillet.Asmoreresearchinthefieldinrecentyears，anumberofmethodstoimprovethequalityofproductsareproposedinthecontinuouscasting，themosteffectiveoneisthesoftreductiontechnology.Thispaperreviewsthebasicprinciplesofsoftreductiontechnology，thisarticlereviewstheresearchandapplicationofsoftreductiontechnologyofbasicprinciplesandkeytechnology.

Keywords：

continuouscasting；centersegregationandcenterporosity；softreduction；keytechnology　　

随着人们对钢铁产品质量的要求越来越高，连铸坯中心偏析和中心疏松等缺陷越来越成为影响钢材质量的主要因素之一。

炼钢厂板坯连铸机主要工艺技术参数见表1,由于工艺装备比较落后,在铸坯质量上存在一定的内部裂纹、中心疏松和中心偏析等缺陷,使得部分品种无法满足客户需求［8］。

为了提高铸坯质量,更好的生产一些品种,连铸板坯动态轻压下技术开始快速发展起来。

表1轧机的主要技术工艺参数

Table1Milltechnologyprocessparameters

1轻压下技术概述

1.1轻压下技术基本原理

轻压下技术基本原理，是通过在连铸坯液相穴末端附近对连铸坯实施一定的压下量，来补偿或抵消连铸坯的凝固收缩量。

如图，一方面可消除或减少连铸坯收缩

轻压下原理示意图

形成的内部空隙，抑制枝晶间富集溶质元素的残余钢液向连铸坯中心横向流动；另一方面轻压下所产生的挤压作用，还可以促使液芯中心富集溶质元素的液相钢液，相对于连铸坯向结晶器方向流动，使溶质元素在钢液中重新分配，从而使连铸坯的凝固组织更加均匀致密，达到改善或消除中心偏析和中心疏松目的［1］。

2动态轻压下的关键技术

动态轻压下的关键技术主要包括在线动态热跟模型、动态二冷配水模型，以及动态辊缝实施模型［2］。

2.1在线动态热跟踪模型

连铸过程中铸坯凝固满足如下方程：

在结晶器区，热流密度假设为拉速和距弯月面度的函数，文献［3］

提出并用实验验证了如下公式：

二冷区内，连铸坯表面到其周围的传热方式有3种：

传导、对流和辐射，所以，边界条件为：

类似地，在辐射区，热流表达式为：

由于假设连铸坯的上下表面及两侧表面冷却强度相等，故铸坯中心线上没有热流，所以，连铸坯中心线上的边界条件为：

凝固过程中，液相向固相转变时会释放出凝固潜热，凝固潜热的处理直接影响到模型的计算精度，本模型采用有效热容法，即:

其中：

2.2动态二冷配水控制模型

动态二冷配水模型各区基本水量的计算,是根据离线仿真模型在给定板坯表面温度、拉速和过热度等条件下拟合得出，公式如下：

其中在实时计算水量时，等效拉速的计算公式为：

式中：

C为比热，J/（kg℃）；fs为固相率；W为冷却水量L/min；heff为有效传热系数，W/m2℃；k为热传导率W/m℃；T为温度，℃；Tl为液相线温度，℃；Ts为固相线温度，℃；∧为凝固潜热，J/kg；σ为波尔兹曼常数；ε为辐射系数。

2.3动态辊缝实施模型

实施动态辊缝主要为确定压下区间、压下量及压下速率等参数，只有合理确定这些参数，才能达到改善和消除中心偏析和中心疏松的目的。

（1）压下区间中心偏析和疏松发生在凝固末端的液固两相区内。

对钢凝固过程中两相区的高温力学行为研究表明，内裂纹敏感区在ZST（ZeroStrengtTemperature）和ZDT（ZeroDuctibilityTemperature）之间。

在该区域内，连铸坯的受力或变形超过一定程度时，将会产生内裂纹。

根据fs公式可以得到温度为ZST和ZDT时对应的固相率fsolid分别为0.8和0.99。

故轻压下位置应该避开fsolid=0.8~0.99这一敏感区间。

（2）压下量压下量要完全补偿压下区间内钢液在凝固过程中的体积收缩量，才能防止富集溶质钢液的流动。

但是压下量过大会使连铸坯内部产生裂纹，并使轻压下区夹辊受损。

压下量过小，对中心偏析和疏松改善不明显。

压下量大小必须满足以下3个要求：

①能够补偿压下区间内的凝固收缩，减少中心偏析和中心疏松；②避免连铸坯产生内裂；③压下时产生的反作用力要在连铸机扇形段许可载荷范围内。

（3）压下速率指单位时间的压下量（mm/s），最佳压下速率应和凝固速率一致，如果压下速率小于凝固速率，压下将不及时，凝固补偿不充分，仍出现中心偏析。

同时，压下量对应于应变，压下速率对应于应变率，压下量和压下速率过大，将会导致连铸坯的应变和应变率过大，一旦超过其许可范围就会形成裂纹。

3轻压下关键技术的应用

3.1轻压下关键技术的应用特点

（1）动态轻压下技术是一种直接作用于铸坯中凝固中心钢液的方式，尤其在对于高碳钢的生产中用其他方法对中心碳偏析效果不明显时非常受重视，可以成为其他改善铸坯质量的联合处理方法。

（2）动态轻压下还可以矫正板坯在弯曲矫直过程中产生的变形、消除压痕、改善板坯的表面质量，但是仍应重视辊式轻压下的局部过压导致的塌陷、菱变。

（3）由于轻压下可将铸坯中的初生枝晶打碎，而被打碎的枝晶作为新的晶核重新凝固，使最终铸坯的内部组织更加致密，中心等轴晶率增大，提高铸坯质量。

3.2轻压下关键技术的应用要求

轻压下技术成功的关键是准确地判断铸坯凝固的位置,实施的前提条件是实现二冷动态控制并能准确计算出铸坯凝固末端位置,计算出浇铸钢种需要的压下量。

3.3轻压下关键技术的应用优点

通过福建省三钢闽光股份有限公司炼钢厂板坯连铸机轻压下技术介绍轻压下关键技术在板坯连铸方面的优点。

3.3.1改善设备稳定性

1）解决导向柱热膨胀性问题。

2）解决了位移传感器的精确性及稳定性问题。

3）解决了有无压下的问题。

4）位移传感器的定期标定。

5）保障通讯的畅通。

6）解决在线标定问题。

7）程序设计与修改。

8）增加报警与故障诊断功能。

3.3.2改善内部质量

动态轻压下的冶金效果体现在提高内部质量,改善中心偏析与疏松。

铸坯中心

缺陷包括中心偏析、中心疏松等。

图3和图4是不采用轻压下技术与采用轻压下是的的铸坯硫印检验。

图3Q345B钢断续分布的条带（无轻压下）

图4Q345B钢无断续的斑点（有轻压下）

福建三钢板坯连铸机在2008年投产后采用轻压下,板坯的内部质量有很大的提高,表1为不同时期低倍中心偏析C类分布情况,表2为中心疏松情况［4］。

表1不同时期低倍中心偏析C类比例

表2不同时期低倍中心疏松在1.0级以下者的比例

3.3.3轻压下关键技术在国内外的应用

目前，国际上掌握并比较成功应用动态轻压下技术的公司主要有奥钢联、德国SMSDemag、意大利Danieli、日本住友重机等【7】。

奥钢联开发的采用比例阀控制的液压夹紧式SMART扇形段可以远程调整辊缝，配合辊缝自动调节ASTC控制模型就可以达到动态轻压下的目的。

首台SMART扇形段的试验在奥地利林茨钢厂获得成功，首台全SMARTＴ扇形段的板坯连铸机1997年在芬兰的罗德洛基厂投入使用。

据奥钢联介绍，若采用了SMART扇形段和ＡＳＴＣ动态轻压下控制模型，可使板坯的中心偏析100％达到0+1级水平，否则碳钢2级率达20％～30％，不锈钢2级率达10％～20％。

此外，还认为动态轻压下可矫正板坯在弯曲矫直过程中产生的变形，消除压痕，改善板坯表面质量。

在Rautaruukki厂，通过低倍浸蚀试验结果可知，浇铸厚度对板坯中心偏析强度具有明显的影响。

对于最小的板坯厚度175ｍｍ，按其定义的中心偏析指数在旧连铸机上为1.00。

对于同一厚度，在使用铸流锥度自动控制技术的连铸机上，同样的指数仅为0.5。

270mm厚的偏析指数在2号连铸机上为0.52，如采用铸流锥度自动控制技术，则仅为0.20。

国际钢铁集团（前身伯利恒钢公司）雀点厂，为了具有生产较宽（2640ｍｍ）、较厚（304ｍｍ）和较高质量板坯的能力，于2000年使用VAI的“宽板坯连铸机”更换了原有的１号连铸机。

经过一系列的调试和调整后，自新宽板坯连铸机试运行和使用带有轻压下和动态辊缝调节的系统以后，板坯质量有了明显的改进，其中板坯横向硫印验收合格率提高到92.0％。

韩国浦项钢铁公司光阳厂二流板坯连铸机于2003年6月改造成功，使用改造的铸机，明显改善了板坯表面缺陷和冷轧带卷质量，尤其是汽车面板废品率减少了63％。

中国武钢３号直弧型宽板坯连铸机于2003年8月投产。

该铸机通过采用SMART扇形段和动态轻压下技术，铸坯中心偏析和疏松得到较好的控制。

铸坯采用动态轻压下技术后，内部质量显著提高。

比较该铸机的铸坯中心偏析与本厂1、2号无轻压下的弧形铸机2004年1月和2月的数据，发现3号机消除了Ａ级偏析，Ｂ级和Ｃ1.5级的比例低于1号和2号铸机，Ｃ级低于1.0级的比例比1、2号铸机分别提高了9.6％和6.1％，说明了3号机对铸坯中心偏析的控制优于１号和2号铸机。

除武钢以外，自2003年至今，中国新引进的动态轻压下技术先后在梅钢、济钢、攀钢、南钢、涟钢等公司开始投入生产。

其中攀钢是在6机6流的方坯连铸机上进行动态轻压下，南钢是在宽厚板上实施动态轻压下，而涟钢则是引进了意大利Danieli公司动态轻压下技术，并在1、2号连铸机上均针对中厚板坯实施动态轻压下，有效提高了生产率。

在引进各种国外的轻压下技术的同时，中国的一些钢铁企业也分别进行了自主研究。

如2002年梅钢与东北大学一起消化了VAI的模型，之后梅山公司、中冶公司、宝钢、包钢公司都开发出了自己的动态轻压下模型，西重所和包头设计院的轻压下设备也已投入应用。

其中，宝钢最初引进的1、2、5、6号板坯连铸机都不具备轻压下功能，第一台具有轻压下功能的３号连铸机是从日本SPCO公司引进，但是该连铸机只能采取静态轻压下技术。

从2004年开始，宝钢开始对２号连铸机进行改造，为了实现轻压下功能，自主研发了轻压下模型。

改造项目于2005年7月结束，次月投产。

经验证发现，使用该模型后低碳、中碳、高碳钢的中心偏析均有不同程度的明显下降。

该项目的成功，使得宝钢决定将２号连铸机的模型移植到３号机［9］。

此外，中冶赛迪通过基础性的机理研究，多个相关专业研发人员的努力攻关和积极配合，通过与柳钢集团转炉炼钢厂的全面合作，成功地开发出了现代化的先进的CISDI板坯连铸轻压下成套技术，并于2008年6月在柳钢6号板坯连铸机上正式投入了工业化应用。

在改善中心偏析和中心疏松方面获得了良好的效果。

从多专业系统集成应用的角度来看，这是国内第一套真正意义上由国内工程公司自主全面技术负责的工业化轻压下系统，对于打破发达国家工程公司在板坯连铸领域关键核心技术方面的垄断地位有着十分重要的意义［10］。

结论：

1.使用轻压下技术极大的提高了连铸机设备的稳定性；

2.实施动态轻压下技术后,铸坯内部裂纹基本消除,中心疏松及中心偏析得到极大改善,内部质量得到了提高；

3.轻压下技术在国内外都得到了极大的应用与发展，但是国内轻压下技术未得到普遍应用；

4.国内轻压下技术仍需要向自主化发展，早日打破国外发达国家对轻压下关键技术的垄断。

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西安建筑科技大学2010.

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