连铸轻压下技术

轻压下技术的介绍及在连铸中的应用

摘要：铸坯在连铸生产过程中很容易产生中心偏析和中心疏松缺陷，其质量对后续的轧材产生直接的影响。在连铸方面开发了许多改善铸坯质量的新技术，其中最为行之有效的一种便是轻压下技术。轻压下工艺对铸坯组织结构、性能、表面质量和内部裂纹有非常大的影响，所以了解轻压下技术的工艺原理和在连铸中的应用非常重要。

关键词：轻压下；连铸；铸坯质量

1.前言

随着市场对钢铁产品质量要求的提高,冶炼及轧制技术也得到了不断发展。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，对后续的进一步轧制加工极为不利，因此必须解决。尤其是在现代高效连铸提出后，以其高拉速为核心的技术，也带来了中心偏析和疏松的进一步恶化加重。常用控制连铸坯中心偏析、中心疏松产生的技术很多，有：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，在连铸方面开发了许多改善铸坯质量的新技术，连续锻压技术等。其中最为行之有效的一种便是轻压下技术。

2.轻压下技术的原理

针对铸坯凝固特性，任

何一种轻压下技术的基本思

想都是在铸坯凝固某区域施

加合适的压下量以补偿坯壳

的凝固收缩和阻止残余钢液

的横向流动。其原理如图1

所示：即一方面压下可以消

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的横向流动；另一方

面，压下可以使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，从而改善中心偏析情况。

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。

3.轻压下技术的发展及分类

3.1轻压下技术的发展

轻压下技术始于20世纪70年代末、80年代初,是在20世纪70年代辊缝收缩技术的基础上发展而来的。目前,连铸坯的轻压下有两种含义:在铸坯凝固末端处进行的轻压下;离凝固末端较远处进行的轻压下,又称带液芯轻压下。20世纪90年代初人们认为,传统厚板坯连铸机轻压下的目的是消除板坯的中心偏析和中心疏松;而中厚板和薄板坯连铸机轻压下的目的是减薄板坯厚度,提高连铸机的工艺操作性,并能与轧机更好的匹配而取得最佳经济效益。目前,中厚板坯和薄板坯的轻压下不仅具有这种效果,同时也是减轻中心疏松和中心偏析的手段之一。

3.2轻压下技术的分类

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,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。

4轻压下技术的应用

轻压下技术在板坯连铸中应用非常普遍,在方坯连铸中特别是大方坯连铸中的应用也得到了较快的发展。如韩国浦项、奥钢联,我国的武钢、梅钢、攀钢等均采用这一技术来改善铸坯的内部质量。

中心偏析和疏松是公认的连铸生产3大质量问题之一,是影响高端钢铁产品质量的重要因素。国内外大量的生产实践表明,轻压下技术无论对板坯还是方坯的中心偏析都有良好的控制效果。表1为不同厂家采用轻压下技术后的效果。

4.1中心偏析

从表1中可以看出,应用轻压下技术后各家钢铁公司的铸坯碳偏析度均有大幅降低。如韩国浦项钢铁公司采用轻压下技术后,中心碳偏析度从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有影响。

图2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,偏析区域面积比和碳偏析度均到达较低值,再继续提高压下率,偏析区域面积比和碳偏析度并无明显改善。

4.2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研究了不同的压下量下铸坯中心疏松问题。图5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。

4.3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。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。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。

4.4中心裂纹

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。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,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6mm,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铸坯中心裂纹。