高效连铸及轻压下技术

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1、第1期(总第122期)2004年2月机械工程与自动化MECHANICAL　ENGINEERING　&　AUTOMATIONNo11Feb1文章编号:167226413(2004)0120004202高效连铸及轻压下技术孙蓟泉,周华勤(北京科技大学,北京　100083)摘要:分析了高效连铸改造和热送热装工艺面临的新问题,对轻压下技术在方坯连铸中的应用给出了建议。关键词:轻压下;方坯;连续铸造中图分类号:TG24917　　　文献标识码:A收稿日期:2003209223作者简介:孙蓟泉(19592),男,黑龙江省齐齐哈尔市人,教

2、授,博士;周华勤(19762),男,福建省宁德市人,在读研究生。0　引言在全国连铸比不断提高的同时,国内部分钢厂的方坯连铸已经走过了两个阶段,即连铸机达产和全连铸炼钢。现在正进入第三个阶段,全面降低连铸生产成本。采用的主要技术有两个:以提高产量为目的的高效连铸改造和以降低能耗为目的的热送热装工艺。1　高效连铸技术和热送热装工艺111　高效连铸技术高效连铸技术,是指比常规连铸生产率更高的、以高拉坯速度为核心的技术,以高质量、无缺陷的高温铸坯生产为基础,实现高连浇率、高作业率的连铸系统技术。高效连铸的涵义有5个“高”:高拉速、

3、高质量无缺陷、高温铸坯、高连浇率和高作业率。高效连铸技术被列入了国家“九五”攻关课题后,已取得了突破性进展。120mm×120mm、150mm×150mm低碳钢连铸坯平均拉速分别达到313mˆmin～317mˆmin和215mˆmin～217mˆmin,最高拉速分别达到512mˆmin和315mˆmin,解决了方坯连铸生产中拉坯速度低,难以与转炉炼钢节奏相匹配的问题。但是以高拉速为核心,也带来了中心偏析和疏松加重的新问题。在选分结晶的作用下,铸坯凝固后期树枝晶间往往集聚了富含溶质和杂质的液体,凝固过程中的体积收缩,易在铸坯

4、内部局部形成负压,导致枝晶间的液体被“抽吸”聚集形成宏观偏析。尤其在方坯连铸中,铸坯液相穴末端呈正V漏斗状,极易产生“搭桥”现象,形成“小钢锭”结构,周期性地出现疏松和偏析。当拉速提高后,铸坯在结晶器内的停留时间变短,钢液凝固速度降低,其结果是铸坯“液芯”延长,这不但推迟了等轴晶的形核和长大,扩大了柱状晶区,而且增加了“搭桥”和形成“小钢锭”结构的机率。尤其是中、高碳钢和合金钢连铸中,由于铸坯导热系数相对较低、凝固过程中选分结晶作用相对较强等原因,问题就更严重了。112　热送热装工艺热送热装工艺是由日本钢管鹤见厂于1973

5、年首先进行尝试的,在上世纪80年代中期得到重视并迅猛发展,现已发展到了连铸热直接轧制和连铸直接轧制的阶段。热送热装的经济效益十分明显。根据计算,在加热炉内将铸坯加热到1200℃,与常温(20℃)入炉相比,连铸坯入炉温度为200℃、400℃、600℃、800℃时,吸入的热焓分别为常温的0189、0175、0158、0132,也就是分别减少吸热量11%、25%、42%、68%。在实际的燃耗统计中,连铸坯每提高100℃热装温度,轧钢加热炉可节约燃料5%～6%,燃料消耗将随着热装温度和热装率的提高而大幅度降低,可节约50%～80%

6、的燃料,单耗减少0184GJˆt～1147GJˆt。热送热装工艺的关键是实现连铸和轧制生产节奏的匹配,考虑到轧机的产能一般都比较大,所以其主要技术包括了高速浇注以及二次弱冷。高效连铸改造和热送热装工艺在国内的广泛应用是可以预见到的,因为它们都是典型的通过技术手段大幅降低连铸生产成本的方法,而且其经济效益已经©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.在实践中得到了证明。但是,它们的工艺中都包括了高拉速,如果不解决中心偏析和疏松加重的问题,在轧

7、制为成品后才发现内部质量不合格,将造成极大的经济损失,甚至于得不偿失。彻底解决这个问题的关键在于连铸二冷段,因为铸坯是在这个工艺段完成最终凝固的,铸坯的宏观缺陷也基本是在这个工艺段形成的,在这个工艺段采用轻压下技术是最佳手段。2　轻压下技术在连铸坯凝固过程中,对铸坯施加外力,补偿凝固收缩并破碎已经形成的“晶桥”,使得铸坯内的钢水可以自由地进行流动,就可以最大程度地减少中心偏析和疏松,这就是轻压下技术的工艺原理。在生产实践中,外力的施加有两种方式:一种是强冷,强冷也叫热应力法,它是在凝固末期施加强冷却,使铸坯产生大的收缩率,

8、形成收缩力从而实现压下作用;另一种是施加机械力,施加机械力的方法有许多,目前用的最多的就是轻压下法。轻压下法分为辊压下法和平面压下法,见图1所示[1]。文献[2]中详细介绍了轻压下技术的冶金原理、设备特点和主要工艺参数的确定方法。图1　两种轻压下方法示意图211　辊压下法辊压下法是应用最广泛的方法,尤其