轻压下技术在连铸中的应用及研究

T H EMAL TRAC KIN G[6 ] ,它们也能模拟连铸过 好[8 ,9 ] 。
程中的非稳态情况 ,实时地给出液相穴末端位置 和液相穴的形状 ,但只是离线模型 。
2 轻压下技术的应用效果
扇形段技术最先进的是奥钢联的 SMA R T
轻压下技术在板坯连铸中应用非常普遍 ,在
扇形段和西马克公司的 Cyberlink 扇形段 。其中 方坯连铸中特别是大方坯连铸中的应用也得到了
由于动态轻压下比静态轻压下能更好地改善 铸坯内部质量 ,因此现阶段关于轻压下技术的研 究多集中于动态轻压下 。动态轻压下技术主要由 热跟踪模型 、自动调节系统和能够实现远程控制 的扇形段 3 个部分组成 。其中热跟踪模型和自动 调节系统是控制系统 ,它们能在浇铸过程中 ,根据 浇铸工艺条件 (钢种 、浇铸速度 、冷却水量等) 实时 计算出液芯及两相区位置和目标辊缝 。远程控制 扇形段则是执行系统 ,它根据指令动态调整液压 缸压力设置 ,改变辊缝和压下量 ,从而保证非稳态 浇铸的轻压下效果 。
1 轻压下技术的发展过程
轻压下技术是在收缩辊缝技术的基础上发展 而来 ,它是通过在连铸坯液芯末端附近施加适当 压力 ,产生一定的压下量来补偿铸坯的凝固收缩 量[3] 。一方面可以消除或减少铸坯收缩形成的内 部空隙 ,防止晶间富集溶质元素的钢液向铸坯中 心横向流动 ;另一方面 ,轻压下所产生的挤压作用 还可以促进液芯中溶质元素富集的钢液沿拉坯方 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 ,起到改善中心 偏析和减少中心疏松的作用 ,如图 1 所示 。
轻压下 技 术 出 现 之 初 并 没 有 静 态 和 动 态 之 分 。直到 20 世纪 90 年代中后期 ,随着远程控制 技术的进步 ,才提出了动态轻压下的概念[4] 。静 态轻压下是浇铸前预先设定好辊缝 ,按照设定的
拉速和工艺条件进行浇注 ,而动态轻压下则是在 浇铸过程中能够跟踪凝固终点 ,并随凝固终点的 变化动态调整辊缝的一种方法 。
铸坯中心裂纹产生是由于凝固前沿所承受的 应力和变形量超过了材料本身所允许的值[23 ,24 ] 。 而轻压下技术恰恰就是在应力应变最小的两相区 对铸坯施加压力 ,因此更容易引起铸坯的中心裂 纹 。国内外很多的生产实践也证明[25～26 ] ,采用轻 压下技术后在中心偏析得到很大改善的情况下 , 中心裂纹却有恶化的趋势 。图 6[12] 为某厂不同拉 速下高碳钢中心裂纹与压下量的关系图 。通过该 图我们可以发现 :在压下量不变时 ,铸坯中心裂纹 的数量随拉速提高呈增加趋势 。速度不变压下量 增大时 ,中心裂纹增加 ,只是压下量小于 6 mm 时 裂纹指数随压下量增加较为缓慢 ,压下量超过 6 mm ,中心裂纹增加较为显著 。因此建议在改善 中心偏析的情况下 ,适当减小压下量有助于改善
从表 1 中可以看出 ,应用轻压下技术后各家 域面积比和碳偏析度均到达较低值 ,再继续提高
钢铁公司的铸坯碳偏析度均有大幅降低 。如韩国 压下率 ,偏析区域面积比和碳偏析度并无明显改
浦项钢铁公司采用轻压下技术后 ,中心碳偏析度 善 。
从 1. 60 降到了 1. 05 ,改善效果明显 。众多厂家
的统计结果也表明压下量以及压下率对中心偏析
2007 年第 4 期
魏 勇 ,等 :轻压下技术在连铸中的应用及研究
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产中得到了较好的检验 。芬兰的赫尔辛基理工大 每个扇形段的拉矫辊均带有液压缸能上下运动且
学和德国的 Claust hal 理工大学也分别开发出了 可控的特点 ,在一定的扇形段上用拉矫辊来实施
模拟铸坯凝固过程的三维传热软件 D YN3D[5] 和 压下改善铸坯内部质量 , 经改造后应用效果良
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武汉科技大学学报 (自然科学版)
2007 年第 4 期
铸坯中心裂纹 。
图 4 轻压下对中心疏松的影响 ■—未采用轻压下 ; □—采用轻压下后
图 5 压下量与中心疏松的关系
2. 3 等轴晶率 轻压下技术对铸坯的凝固组织也有一定的影
响 。新兴铸管公司炼钢厂在 1 # 连铸机安装了轻 压下设备 ,将其生产的铸坯取样酸洗 ,并在 Leica 高倍图像仪上进行铸坯组织的高倍分析 。铸坯的 对比结果表明 ,使用了轻压下技术之后 ,铸坯的等 轴晶区所占整个晶区的比例明显提高[21] 。这是 由于在轻压下的作用下 ,中心未凝固的液态钢液 运动加剧 ,坯壳与液态交界面的初生枝晶被打断 并重新熔化成许多细小的破碎枝晶[22] 。这些细 小的枝晶成为中心过冷钢液的形核核心 ,加速了 中心钢液的形核速率 ,因此中心细小的等轴晶晶 带比未使用轻压下技术的铸坯要高 。 2. 4 中心裂纹
厂家
钢种
武钢 [11 ] 韩国浦项钢铁公司[12 ] 加拿大钢铁公司希尔顿厂[13 ] 意大利 pio mbio 钢厂[14 ] 日本 N KK 公司福山厂[15 ]
SWR H82B S82
A ISI1022 碳钢 ( wC = 0. 4 %)
A P2X265
铸坯断面/
mm ×mm 200 ×200 330 ×250 330 ×660 160 ×160 220 ×1 950
图 2 压下量与中心碳偏析的关系
图 3[12 ,16 ] 则表明了压下率与偏析区域面积比 及碳偏析度的关系 。由图 3 中可以看出 ,偏析区 域面积比和碳偏析度都随压下率的增加呈递减趋 势 。当压下率达到 1. 0～1. 2 mm/ m 时 , 偏析区
研究了不同的压下量下铸坯中心疏松问题 。图 5[19 ,20 ] 为根据不同压下量下中心疏松指数回归的 曲线 ,由图 5 中可以清楚地看出 ,压下量越大 ,铸 坯的致密度越好 ,中心疏松指数越小 。较大的压 下量对改善铸坯中心疏松有好处 。
随着用户对钢材品质要求的日益提高 ,如何 提高产品质量是当今钢铁界的重要课题 。而中心 偏析 、中心疏松等会对产品的质量产生重要影响 。 改善产品中心偏析方法有很多种 ,如低过热度浇 铸 、连续锻压 、软冷却 、电磁搅拌 、轻压下等技术措 施 。其中轻压下技术 ( Sof t Reductio n ,简称 SR) 在改善铸坯内部质量方面的显著效果被越来越多 的应用实践所证明 ,该技术已被国内外的许多钢 铁生产厂家广泛采用[1 ,2 ] 。
收稿日期 :2006212226 作者简介 :魏 勇 (19812) ,男 ,武汉科技大学硕士生. E2mail :wyacm @yahoo . co m. cn
通讯作者 :倪红卫 (19672) ,男 ,武汉科技大学教授 ,博士生导师. E2mail :nihongwei320 @sohu. com
前者是比例阀控制的液压夹紧式扇形段 ,后者则 较快的发展[10] 。如韩国浦项 、奥钢联 ,我国的武
是伺服阀控制的液压夹紧式扇形段 。以上两家公 钢 、梅钢 、攀钢等均采用这一技术来改善铸坯的内
司的扇形段均是液压夹紧式 ,这是由于机械夹紧 部质量 。
式的调辊缝结构在连铸机浇注即扇形段负载过程 2. 1 中心偏析
2. 2 中心疏松
关于轻压下技术对铸坯内部中心疏松的影响
报道较少 ,主要集中在方坯 。攀钢[17] 的 6 流大方
坯连铸机在应用奥钢联的轻压下技术后 ,铸坯中 心疏松明显减轻 。如图 4[18] 所示 ,完全消除了较
为严重的 2. 0 级疏松 ,同时 1. 5 级疏松的比例也
明显减小 。日本八幡炼铁所第三炼钢厂和梅钢则
(1. 武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室 ,湖北 武汉 430081 ; 2. 武汉钢铁 (集团) 公司第二炼钢厂 ,湖北 武汉 430083)
摘要 :主要介绍了轻压下技术最近的发展情况 。根据其在不同厂家的应用效果 ,分析了压下参数对铸坯内部 质量的影响 。分析表明 ,较大的压下量有利于改善中心疏松 ,但却会加重铸坯裂纹 。压下量一般以 6～7 mm 为宜 ,超过此值后压下量继续增加 ,中心偏析无明显改善 ,中心裂纹却增加 。轻压下技术对铸坯的凝固组织也 有一定的影响 ,可以显著提高凝固组织中的等轴晶率 。开发更准确 、响应速度更快的热跟踪模型 、压下模型是 轻压下技术未来的发展方向 。 关键词 :中心偏析 ;轻压下 ;内部质量 中图分类号 : TF777 文献标志码 :A 文章编号 :167223090 (2007) 0420346204
开发更准确 、响应速度更快的热跟踪模型 、压 下模型是轻压下技术未来的发展方向 。
参考文献
[ 1 ] 朱苗勇 ,林启勇. 连铸坯的轻压下技术 [J ] . 鞍钢技 术 ,2004 (1) :126.
[ 2 ] 孙蓟泉 ,周华勤. 高效连铸及轻压下技术[J ] . 机械工 程与自动化 ,2004 (2) :426.
图 6 压下量与中心裂纹的关系 ■—1. 0 m/ min ; ●—0. 9 m/ min ; ▲—0. 8 m/ min
3 结语
从当前世 界 各 国 使 用 轻 压 下 技 术 的 效 果 来 看 ,轻压下技术可以很好地改善铸坯的中心偏析 、 中心疏松等内部质量问题 。同时其对铸坯的凝固 组织也有一定的影响 ,应用该技术后铸坯凝固组 织的等轴晶率显著提高 。但在使用轻压下技术 时 ,须根据不同厂家的不同操作工艺条件采用合 适的压下参数才能保证轻压下技术的应用效果 。
[ 3 ] 王飞 ,李雄飞. 对轻压下技术在方坯连铸中应用的 展望[J ] . 太钢科技 ,2004 (3) :13216.
[ 4 ] 王捷 ,杨拉道. 连铸轻压下技术的最新发展[J ] . 重型 机械 ,2001 (6) :127.
[ 5 ] Seppo Lo uhenkilpi , Mika Makinen. 3D steady state and t ransient simulatio n tools for heat t ransfer and solidification in co ntinuo us casting [ J ] . Materials Science and Engineering ,2005 ,A : 1352138.
热跟踪模型和自动控制系统较先进的是意大 利 Danieli 开发的 L PC (Liquid Pool Co nt rol) 和奥 钢联的 D YNACS (Dynamic St rand Cooling Man2 agement System ) 。两 者 皆 是 在 线 模 型 , 且 在 生
图 1 轻压下原理示意图
有影响 。
图 2[12] 为压下量与中心碳偏析的关系图 。由
图 2 中可知 ,随着压下量的增大 ,铸坯的中心碳偏
析呈线性减少 。但当压下量超过 7 mm 后 ,压下
量的增加对碳偏析影响甚微 ,偏析度基本保持在
一稳定水平 。因此一般认为 7 mm 为最佳压下 量。
图 3 压下率与偏析区域 、碳偏析度的关系 ▲—偏析区域面积比 ; ■—碳偏析度
碳偏析度
应用前
应用后
1. 55
1. 06
1. 60
1. 05
1. 33 1. 30～1. 40 1. 33～1. 54
1. 14 1. 10 1. 12
拉速/ m ·min - 1
1. 1 0. 70 0. 80 1. 50 0. 75
压下率/ mm ·m - 1
1 1. 18 1. 06 1. 36 0. 90
第 30 卷第 4 期 2007 年 8 月
武汉科技大学学报 (自然科学版) J . of Wuhan U ni. of Sci. & Tech. (Nat ural Science Editio n)
Vol. 30 ,No . 4 Aug. 2007
轻压下技术在连铸中的应用及研究
魏 勇1 ,倪红卫1 ,罗传清2 ,宋泽启2 ,谢 中1 ,孙华平1
中因设备结构限制及静摩擦阻力过大等因素而难
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
国内外大量的生产实践表明 ,轻压下技术无
以压下 ,因而不能用于动态轻压下技术[7] 。但目 论对板坯还是方坯的中心偏析都有良好的控制效
前也有很多公司尝试在原有设备的基础上 ,利用 果 。表 1 为不同厂家采用轻压下技术后的效果 。
表 1 不同厂家采用轻压下技术的应用效果