连铸二次冷却工艺的优化

R9m方坯连铸二次冷却工艺的优化
发布时间:2006年12月7日
1 前言
山东石横特钢集团有限公司（简称石横特钢）现有R9m四机四流连铸机1台，浇注钢种有：碳素结构钢、合金结构钢、高碳钢、焊条钢等，生产150mm×150mm方坯供高速线材车间，其质量要求严格。

而方坯连铸二次冷却与铸坯质量有密切关系，在生产优钢过程中，由于二次冷却制度不当，出现一些铸坯缺陷：（1）内部裂纹，在二冷区，如果各段冷却不均匀，部分回温太大，或冷却强度大，都会导致内部裂纹。

（2）铸坯菱变（脱方），二冷区铸坯四个面的非对称性冷却，造成某两个面比另外两个面冷却得更快，在冷面产生沿对角线的应力，加重铸坯扭转，产生菱变。

（3）铸坯鼓肚，如二次冷却太弱，铸坯表面温度过高，钢的高温强度较低，在钢水静压力作用下，凝固壳就会发生蠕变而产生鼓肚。

（4）表面裂纹，由于二冷不当，矫直时铸坯表面温度低于900℃，刚好位于“脆性区”，再有AlN、Nb（CN）等质点存在，容易在振痕波谷处产生表面裂纹。

2 二次冷却工艺优化
2.1 连铸坯配水基本原则
铸坯出结晶器后，随二冷水喷向铸坯，凝固壳厚度加厚，其依据规律为：
δ = K（τ）1/2 （1）
式中δ——铸坯厚度；
K——凝固系数；
τ——凝固时间。

由式（1）可知：铸坯厚度δ是随凝固时间τ的平方根而增加，凝固壳厚度达到一定时，坯壳传热成为坯壳增长的限制环节，坯壳厚度越大，传热阻力增加，温差也越大。

因而冷却水量应随铸坯厚度δ的增加而降低，即二冷水量Q与铸坯厚度δ成反比。

所以不同位置的水量Q与（τ）-1/2成正比。

而τ ∝s/v（s为结晶器液面到二冷区某一点的长度，v为拉速），所以：
Q ∝（s/v）-1/2 （2）
当拉速v一定时，二冷水量Q与结晶器液面到二冷区某一点的长度s的平方根成反比，由此得到结论：二冷配水冷却水量沿铸坯方向从上到下应是逐渐减少的。

2.2 不同钢种二冷水的设定
对于不同钢种，因其冷却特性不同，其二冷配水制度应该不同。

例如，对于中、高碳钢和合金钢，为改善铸坯冷却组织，防止内部裂纹，弱冷制度冷却铸坯是应该的。

经过长期摸索，归纳出了一些钢种的冷却强度，见表1。

2.3 不同拉速二冷水的设定
根据石横特钢生产实际，取不同拉速的低倍组织检验，得出结论：二冷配水量与拉速成线性关系。

表2为生产45钢不同拉速二冷水优化配置。

由实践经验，共设计8条配水曲线，水量由小至大，1～3号线为弱冷，4～5号线为中冷，6～8号线为强冷，各曲线符合以下公式：
Q =172×a×v（v≥1.0m/min）或Q = b（v ＜1.0 m/min) （3）
式中a——比水量，L/kg；
b——初始水量，L/min。

2.4 二冷区喷淋系统参数选择
由实践经验，二冷区喷水总长度一般为冶金长度的35%～65%，铸坯表面冷却速度不大于200℃/m，拉坯方向温度回升不超过100℃/m。

由于石横特钢连铸机的弧型半径较大，空冷时间较长，二冷水选择4段设置，总长度为冶金长度的30%。

二冷水除设总过滤器外，在各段各流设二级过滤器，由此方便过滤器的清理和水质的改善。

表4为二冷区喷淋系统的设置情况。

3 优化后生产优钢情况
图1为改造前后铸坯低倍组织的改善情况。

图1改造前后产生废品量对比
根据总结的150mm×150mm方坯不同钢种、不同拉速的配水工艺模型，并输入计算机，进行自动配水。

采用上述自动配水模型后，大大改善了铸坯低倍组织，杜绝了中间裂纹、鼓肚等现象，大大降低了铸坯脱方、疏松、缩孔等缺陷的几率。

实践证明，上述配水模型较适合石横特钢R9m连铸机。