板坯连铸二冷配水对铸坯质量的影响 [兼容模式]

连铸二冷配水工艺技术
北京科技大学冶金工程研究院 刘建华 liujianhua@

主要内容
1 二冷控制的重要性 2 铸坯凝固传热模型 3 二冷配水原理及方法简介 4 连铸二冷动态配水系统

1 二冷控制的重要性 1.
 出结晶器的连铸坯凝固坯壳厚度仅有8～15mm， 铸 固 壳 度仅有 铸坯的中心仍为液态钢水  为使铸坯快速凝固及实行顺利拉坯，结晶器之后 设置二次冷却装置，在该区域铸坯的凝固坯壳厚 度继续增加；  铸坯在二次冷却区中可能经受弯曲、矫直的变化， 同时液态钢水的大部分（或全部）发生凝固。 同时液态钢水的大部分（或全部）发生凝固

1. 二冷控制的重要性 冷控制 要性
生产普钢为主向生产优钢、品种钢、特钢转变， 对连铸机的二冷控制要求也越来越高 必须根据钢种、浇注断面、浇注温度、拉坯 必须根据钢种 浇注断面 浇注温度 拉坯 速度和铸机几何尺寸等参数来制定连铸机二冷区合 适的冷却制度。 适的冷却制度 提高配水计算的适时性、可靠性，优化二冷控制

1. 二冷控制的重要性
1.1 二次冷却对铸坯质量的影响
各段之间的冷却不均匀，导致铸坯表面温度呈现 周期性的回升 导致凝固壳发生反复相变，是铸坯皮下裂纹 形成的原因。

1.1 二次冷却对铸坯质量的影响
回温引起坯壳膨胀 当施加到凝固前沿的张应力超过钢的高温允许强度 和临界应变时 铸坯表面和中心之间就会出现中间裂纹 和临界应变时，铸坯表面和中心之间就会出现中间裂纹。
粗大纵裂纹
较细小的纵裂纹

1 1 二次冷却对铸坯质量的影响 1.1
二冷不当，矫直时刚好位于脆性区，在矫直力作用下，容易在振痕波 谷出现表面横裂纹 谷出现表面横裂纹。 局部的强冷会使表面产生张应力而产生表面裂纹。

1 1 二次冷却对铸坯质量的影响 1.1
二次冷却太弱，易产生鼓肚 二冷区内铸坯四个面的非对称性冷却，会加重铸坯菱变 二冷冷却强度对铸坯中心偏析也有影响

1 1 二次冷却对铸坯质量的影响 1.1
 二冷较易调整，但对铸坯质量影响显著 二冷较易调整 但对铸坯质量影响显著  二冷对表面质量和内部质量影响不一致  二冷技术的发展较为迅速
70 60 50 扒皮率,% 40 30 20 10 0 1 2 试验方案 3 4 16.7 4.8 60.0 50.0
抽样板坯34块

1. 二冷控制的重要性 冷控制 要性
1.2 二冷的主要工艺参数
 冷却强度 根据所浇注的钢种决定  冷却方式和装备 水喷雾冷却、气－水喷雾冷却、干式冷却、半干式冷 却等  冷却水的分配 二冷区整个长度上的分配要与铸坯的凝固相适应；在 宽度方向上的分布要求温度尽可能均匀。  二冷水的控制

1 二冷控制的重要性 1.
1.3 二次冷区配水原则  二次冷却强度的确定原则 铸坯进入二冷区，由于内部液心较多，坯壳 较薄，坯壳收缩产生的应力还不算大。 此时加大冷却强度可使坯壳厚度迅速增加， 保证高拉速情况下，不出现拉漏事故。 凝固坯壳的厚度增加到一定程度后，坯壳的 热阻相应增加，要相应地逐渐减小冷却强度，以 免铸坯表面热应力过大产生裂纹。 在整个 冷 本着自 在整个二冷段本着自上而下冷却强度由强到 冷 度 弱的原则。

1 二冷控制的重要性 1.
 铸坯表面横向及纵向都能均匀降温
为了提高连铸的生产率，通常采用较高的冷 却强度； 高 冷 但在高的冷却强度情况下，要尽量避免铸坯 表面局部温降剧烈而产生裂纹，要使铸坯表面横 向及纵向都能均匀降温。 通常来讲，铸坯表面的冷却速度应控制在 200℃/m 以内，铸坯表面回温也应控制在 100 ～ 200℃/m以内。

1 二冷控制的重要性 1.
 在矫直段铸坯表面 在矫直段铸坯表面温度不处于该钢种的脆性区 度不处 该钢种的脆性区 各钢种在高温情况下表现出不同的机械性能 在700～900℃的温度范围是铸坯的脆性区； 铸坯在脆性区进行矫直时 铸坯表面容易产 铸坯在脆性区进行矫直时，铸坯表面容易产 生裂纹。 应针对不同钢种 测定其高温力学性能 找 应针对不同钢种，测定其高温力学性能，找 出其脆性区的温度区间；制定二冷制度时，使铸 坯的表面温度不在脆性区间进行矫直。 坯的表面温度不在脆性区间进行矫直

1 二冷控制的重要性 1.
SS400高温塑性曲线 高温塑性曲线 1 0.9 0 8 0.8 面缩率ψ ψ，100％ 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 温度T，℃ 面缩率 率ψ，100％ 0.9 0 8 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 温度T，℃ 55C高温塑性曲线
SS400的高温塑性曲线
55C的高温塑性曲线

1 二冷控制的重要性 1.
保 保证铸坯在二冷区的鼓肚量最小 铸 在 冷 的鼓 最 在整个二冷区内应限制铸坯表面温度； 对于板坯来说，二冷区的铸坯表面温度 应限制在1000℃以内。 ℃以内 对于热送热装的铸坯，又要控制切割后 的铸坯表面温度高于1000℃。

1 二冷控制的重要性 1.
 根据钢种的需要选择合适的二冷区冷却强度
对于裂纹敏感的钢种通常采用弱冷； 对于非裂纹敏感性钢种可采用强一些冷却； 例如低合金钢要比低碳铝镇静钢的冷却强度小。 对于对内部质量（偏析和疏松）要求比较严的钢种， 对于对内部质量（偏析和疏松）要求比较严的钢种 可采用强冷，反之可用弱冷。