板坯连铸轻压下技术的工艺优化

板坯连铸轻压下技术的工艺优化
在板坯凝固过程中产生的中心偏析直接影响成品的质量，轻压下技术已成为改善中心偏析的重要手段。

本文介绍了板坯连铸动态轻压下技术的原理，通过对压下位置、压下效率、压下量等关键参数的分析，阐述了动态轻压下控制的基本策略。

标签：板坯；轻压下；工艺
引言：
随着国内钢产量的过剩，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是影响钢材质量的主要因素之一。

碳钢、低合金钢、特殊钢等钢种的连铸其中心偏析和疏松是连铸坯的主要缺陷之一，它严重影响了钢材的性能。

目前，常用的改善铸坯中心偏析的方法有电磁搅拌、低过热度浇铸、轻压下等技术。

轻压下被视为一种有效解决中心偏析的技术，在国内的钢厂，通过引进、合作开发得到了广泛应用。

一、轻压下技术的基本原理
为了较少中心偏折，在进行板坯铸造的过程中，必须要采取一定的的措施来使得未凝固的钢液减少流动，而轻压下技术的应用正是为了解决这一问题。

在板坯的末端区域选择较为合理的压下力，对钢液的流动进行阻止，保证在最后的凝固中心区域中的组织成分均匀，从而使得中心偏折的现象得到缓解。

但是在选择亚下力的过程中，要保证其适当性，过大反而会增加钢液的流动，起到相反的作用，并且使得设备的磨损加剧。

一般情况下，使用的压力都比较轻微（一般压下量在2mm—4mm之间）。

在轻压下技术中，又可将其分为静态轻压下和动态轻压下两种。

静态轻压下指的是只能在铸机的某一个固定位置实施轻压下；而动态轻压下则指的是可以在对板坯的实际凝固位置进行在线跟踪实施轻压下。

轻压下的效果与压下位置是否合适有着密切的关系，在进行压下位置的选择时，要尽可能地靠近板坯的凝固终点（假如已经完全凝固，就没有再进行轻压下的意义；如果仍然处于液态，则只能起到将板坯进行压薄的作用），如下图（图1）所示。

在静态轻压下，要求板坯的凝固终点必须落在辊列的固定位置，但是早实际生产中却难以进行准确控制。

除此之外，在事先设定的扇形段辊缝参数也不能够在浇铸过程中进行调整，由此就会使得轻压下效果达不到理想的效果。

与静态轻压下技术相比，动态轻压下具有更多的优越性，它能够对板坯凝固终点进行实时跟踪，能够在线对扇形段辊缝参数进行修改，并且可以对压下量进行调整。

二、轻压下技术的升级后的技术特点
（一）所有扇形段均具备轻压下功能（包括弧形段和水平段），在使用过程
中可以根据现场生产情况对可实施轻压下区域进行设置，随机确定需要投入轻压下扇形段的位置；
（二）灵活地对动态轻压下实施过程中的主要压下参数（理论压下区域和压下量）进行人工干预，有利于在生产新钢种时开展相关的实验研究，同时可以根据不同钢种的特点确定具体压下状态；
（三）可以根据设定的矫直点温度和铸机出口温度对铸机的目标表面温度曲线自动进行理论计算，有利于针对新钢种的开发获得合理的二冷水相关控制参数以及更好地实施动态二冷配水技术；
（四）进一步完善轻压下扇形段压下时序控制算法，更加有利于轻压下过程的合理实施和对扇形段设备的有效保护；
（五）针对扇形段辊缝的标定，除已有的在线标定方法以外，新增加了离线标定功能，可以在维修区将扇形段位移传感器标定完成后再安装到线上。

三、轻压下工艺参数的优化研究
（一）射钉试验研究
压下位置是轻压下技术的重要参数之一，位置合适与否直接影响铸坯的中心偏析情况。

射钉法是将示踪材料的钢钉击入正在凝固的坯壳，然后在铸坯相应位置取样进行分析。

钢钉为普碳钢，钢钉上有两道含有硫化物的沟槽。

钢钉中低熔点的硫化物在铸坯液相穴中会迅速完全扩散，因此可用酸侵蚀和硫印的方法处理含钢钉低倍，并根据硫化物的扩散情况测量出铸坯的液芯厚度和凝固壳厚度。

（二）数学模拟
通过建立数学模型对同一断面不同拉速下及不同过热度下的凝固过程进行计算，得到的结果如图2所示。

其中图2-a是过热度为25℃，断面为1310mm×230mm时，三种不同拉速下对应的不同凝壳厚度，从图中可知，随着拉速的提高，凝固末端位置向后移；图2-b是在拉速为1.1m/min时，不同过热度下凝壳厚度的变化情况，可见随着过热度的增加，凝固末端向后推移，但是变化幅度不大。

（三）轻压下参数优化
在正常浇铸条件下，铸坯规格一定，浇铸速度也基本稳定，在每一个稳定的工作拉速时，依据辊缝设定表都能确定铸机的辊缝值，在浇铸生产的大多数时间里（典拉速浇注）能够正常应用，并具有一定的灵活性。

这种辊缝值是在特定拉速下在基础辊缝的基础上设定的轻压下辊缝。

通过研究认为，基础辊缝的设定值基本可以满足连铸机的生产要求，故沿用原基础辊缝值。

1.压下量
压下量一般是指轻压下过程中对铸坯的总压下量，总压下量的設定必须满足几个条件：1）总压下量能够完全补偿铸坯的凝固收缩，防止富集溶质剩余液相的流动；2）压下量不能产生内部裂纹，轻压下引起的应力必须少于固液界面处的热塑性；3）压下量不能对铸机辊子寿命产生不利影响。

此外总压下量的设定的时候也要考虑到液的厚度，液芯厚度增加，必然在凝固收缩的时候，收缩量大，需要的总压下量也会随之增大。

总压下量越大，中心偏析效果越好。

连铸坯产生内部裂纹原因是固液相界面是零强度、属于典型的脆性区，所以进行相应的压下量压下时造成的变形量超过某一极限，就产生了内部裂纹，而变形量的确定则通过单位长度上的压下量来确定，即是用压下率（拉坯方向单位长度的压下量，mm/m）来体现，在实践生产中是对整个扇形段进行压下，所以压下率是通过每个扇形段上的压下量来计算的，一般情况下，板坯轻压下压下率合适范围为0.5～1.1mm/m。

2.压下区间
3.压下速率
压下速率（VR）是指单位时间的压下量，mm/s，在实际的轻压下过程中，铸坯的变形是非连续的，所谓的压下速率的控制只能通过对总压下量的分解来实现，即在每对压辊上均采用一个不会产生裂纹的较小压下量，铸坯经多对压辊分步压下之后，来实现总压下量。

最佳压下速率是指能够补偿铸坯凝固收缩时的数值，根据钢种不同物性和钢坯不同断面可以计算出铸坯不同温度收缩量，然后结合凝固模型，判断不同机架处收缩量来给定压下量。

最后完成压下速率的分配。

实际压下速率大于最佳压下速率，压下段单位时间压下量大于铸坯能承受的收缩变形量，容易引起裂纹；实际压下速率小于最佳压下速率，则对富集溶质的钢液的回流均匀化会有一定的影响，减弱中心偏析改善效果。

四、结束语
在实际的钢材生产过程中，轻压下技术已经越来越多的被应用，并且已经成为改善板坯中心偏折的重要手段。

动态轻压下技术的冶金原理是利用数学模型在线计算铸坯凝固末端位置，从而实施一定的压下量，防止两相区域溶质的富集，达到改善内部质量的目的。

所以，对于轻压下技术的应用，需要生产技术人员充分做好各方面的策略准备，对其进行经验总结，使其得到优化，提高工作效率与质量，促进钢铁行业的向前发展。

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