近终形异型坯连铸

近终形异型坯连铸技术

摘要：详细分析了异型坯连铸过程中异型坯表面温度分布、异型坯凝固、结晶器中异型坯横截面应力一应变、异型坯的低倍组织以及异型坯中夹杂物等的特点和主要质量缺陷。

关键词：异型坯连铸分析缺陷

Abstract ：This paper analyzes the shaped blank characteristics during continuous casting in de- tails，including surface temperature distribution，solidification，stress—stain at shaped blank section and the main surface and internal quality defects

Key Words：shaped blank ；continuous ；casting analysis ；quality defects

1 前言

近终形异型坯连铸机是指生产的异型坯接近H型钢最终产品形状和尺寸的连铸机，铸坯腹板厚度<100 mm，可将其直接热送万能轧机轧成H型钢或工字钢梁，不需要中间开坯。近终形异型坯连铸连轧的优点是工艺简化，设备减少，生产线缩短，可显著降低建设成本和生产成本；减少轧制道次，节约能源，提高成材率和轧机的生产能力。

异型坯连铸技术经过近几年德国西马克(SMS)公司、瑞士康卡斯特(CONCST)公司、日本住友(SHI)公司、意大利达涅利(DANIELI)公司，日本三菱重工(MDH)和奥地利奥钢联(VAI)等设计公司的研究、开发和一些钢铁生产公司的摸索、生产实践，异型坯连铸机生产的铸坯已经能够生产各种强度等级的结构钢、耐侯钢、海洋石油乎台用钢、细晶粒钢等品种，用于生产型钢、工字钢、钢桩及槽钢等大小型材，且产品质量完全能满足性能要求。由于异型坯轧制H型材的综合能耗低，大大降低了生产成本和提高了成材率，异型坯代替大方坯生产H型钢的优势越来越明显。

2 近终型连铸特点

采用近终形异型坯代替方坯生产型钢，可显著减少开坯机的轧制工作量，节省轧制和加热能耗，改善铸坯表面质量。因此，近年来近终形异型坯连铸技术在国内外发展比较迅速。与常规铸坯(板坯、方坯、圆坯)连铸相比，近终形异型坯连铸具有如下明显特点：

(1) 浇铸断面复杂，结晶器形状和二冷区支撑辊的支撑形式特殊。常采用双锥度、H型内腔的结晶器；根据鼓肚凝固特征，异型坯连铸机夹辊在铸机上、中和后部的布置方式各不相同。

(2)常采用敞开式浇铸。由于异型坯的腹板和翼缘壁较薄，要求中间包水口的钢液铸流尽量靠近结晶器钢水液面，以减轻铸流对初生坯壳的冲击。因此，为缩短中间包底面到结晶钢水液面之间的距离，采用半敞开式水口。

(3)常采用双水口浇铸。异型坯连铸多采用每流两个水口的敞开式浇铸方式，但随着坯形的近终化和品种、质量要求的提高，也发展了单水口、浸入式水口和半敞开式水口浇铸。(4)轧制生产中，缺陷发生率高，成材率低。与采用板坯生产各种板材、采用方坯生产各种长材相比，采用异型坯生产型钢时，裂纹、结疤、掉肉等各种缺陷发生率高，成材率低…。此外，异型坯生产中还存在一些易被忽视的特点，常常严重影响异型坯的质量和工艺的控制。

3 连铸过程中异型坯表面温度分布特点

(1)异型坯表面温度分布不均

铸坯表面温度分布情况影响铸坯质量，因此，连铸生产中，要求铸坯表面温度均匀，温度波动及反复小，二冷区处于所浇铸钢种的高温塑性区。

方坯、板坯和矩形坯形状简单，通过合理布置喷嘴，很容易使铸坯表面温度趋于均匀，浇

铸方向温度波动小，二冷区及矫直区处于高温塑性区。但近终形异型坯形状复杂，表面的法线方向各不相同，即使喷嘴布置合理，异型坯表面也很难均匀冷却；同时，由于液芯距铸坯表面各处的距离不同，再加上结晶器中射流特殊，因此，异型坯横向表面温差较大。连铸生产中，异型坯表面温度数值模拟和现场测试结果。结果表明，在结晶器中，异型坯坯壳表面温度比较均匀，腹板表面中心、内缘R角及窄面表面中心的温度趋于一致。但翼缘端部由于受到三个方向的冷却，温度较低；在二冷区，翼缘端部温度仍较低，但铸坯腹板中心和窄面中心表面温度下降较快，内缘R角温度下降比较平缓。结果导致二冷区异型坯内缘R角附近的表面温度强烈变化，该处裂纹较易扩展。

(2)矫直区异型坯表面温度较低

异型坯表面积大，散热条件好，铸坯温度下降较快，结果矫直区异型坯表面温度一般低于900℃，常处于各钢种的低温脆性区，致使矫直过程中铸坯已有的表面裂纹更易扩展。

4 连铸过程中异型坯的凝固特点

(1)结晶器中坯壳厚度不均匀

由于结晶器角部和平面部位冷却效果不同，连铸时结晶器内坯壳不均匀，板坯和矩形坯偏角区域坯壳较薄。异型坯连铸结晶器内腔形状复杂，结晶器具有12个面和12个拐角(板坯和方坯结晶器只有4个面和4个拐角)，因此，结晶器中异型坯坯壳更不均匀。而且，近终形连铸内腔较薄，坯壳厚度不仅受结晶器形状影响，还受到结晶器内流场分布的影响。水口结构对异形坯坯壳也存在明显影响。异性坯连铸常采用直孔水口和有三个侧开孔的水口。理论上三孔水口有利于结晶其中钢液的合理流动，但三孔水口的寿命较短，水口头部容易掉落，引起漏钢。与三孔水口相比，采用直孔水口时，结晶器出口处坯壳厚度极不均匀，翼缘与腹板交接处的坯壳最薄。坯壳收缩时，此处容易产生裂纹。

(2)冶金长度短

异型坯翼缘尺寸较大，因此异型坯连铸机的弧度半径也大。马钢和莱钢异型坯连铸机的弧度半径分别10．Om和12．Om。但异型坯表面积大，散热条件好，在二冷区内异型坯就能完全凝固，冶金长度短。因此，异型坯一般为固相矫直，而且许用应变大，对矫直有利。

5 异型坯的低倍组织特点

与常规铸坯一样，异型坯也是由激冷层、柱状晶和中心等轴晶组成。但由于冷却、厚度不均以及液芯位置和形状的特殊性，异型坯的凝固组织也不均匀。腹板、月角及翼缘端部和翼缘窄面各处的柱状晶带宽度、柱状晶的粗细存在较大差别。从外侧到中心，异型坯的凝固组织可分为激冷层、第一柱状晶带、柱状晶和等轴晶混合带、第二柱状晶带以及等轴晶区5个区域，其中柱状晶带比例最大，中心等轴晶比例较少，激冷层最薄。异型坯在翼缘窄面侧柱状晶带最宽，R角处柱状晶带次之，再其次是腹板处，翼缘端部柱状晶带最窄；翼缘窄面侧、R角处和腹板处柱状晶较粗，翼缘端部柱状晶最细小。柱状晶带的宽度和粗细与凝固前沿的温度梯度有很大关系旧J，温度梯度大有利于柱状晶的生长。异型坯窄面侧凝固前沿温度梯度最大，尺角处次之，腹板处较小，翼缘端部温度梯度最小。因此，异型坯中上述各处的柱状晶发达程度也存在相应的差别。

6 异型坯中夹杂物的特点

异型坯连铸常采用双水口浇铸，保护浇铸比较困难，因此浇铸方式常为敞开式或半敞开式。双水口敞开浇铸的一个显著特点是钢水二次氧化严重，钢水冲击深度较深，夹杂物在结晶器中难以上浮，铸坯中大型夹杂物较多。2005年以前，马钢异型坯常采用双水口半敞开式浇铸，SS400和55C铸坯中大型夹杂物的含量分别为82．Img／10kg钢和133．52rag／10kg 钢，显著高于常规铸坯(1—20rag／10kg钢)。目前，马钢已成功开发出异型坯双水口保护浇铸工艺

7 异型坯的主要质量缺陷