R9m方坯連鑄二次冷卻工藝的優(yōu)化
| 1 前 言 山東石橫特鋼集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱石橫特鋼）現(xiàn)有R9m四機(jī)四流連鑄機(jī)1臺(tái)，澆注鋼種有：碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、高碳鋼、焊條鋼等，生產(chǎn)150mm×150mm方坯供高速線材車間，其質(zhì)量要求嚴(yán)格。而方坯連鑄二次冷卻與鑄坯質(zhì)量有密切關(guān)系，在生產(chǎn)優(yōu)鋼過(guò)程中，由于二次冷卻制度不當(dāng)，出現(xiàn)一些鑄坯缺陷：（1）內(nèi)部裂紋，在二冷區(qū)，如果各段冷卻不均勻，部分回溫太大，或冷卻強(qiáng)度大，都會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部裂紋。（2）鑄坯菱變（脫方），二冷區(qū)鑄坯四個(gè)面的非對(duì)稱性冷卻，造成某兩個(gè)面比另外兩個(gè)面冷卻得更快，在冷面產(chǎn)生沿對(duì)角線的應(yīng)力，加重鑄坯扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生菱變。（3）鑄坯鼓肚，如二次冷卻太弱，鑄坯表面溫度過(guò)高，鋼的高溫強(qiáng)度較低，在鋼水靜壓力作用下，凝固殼就會(huì)發(fā)生蠕變而產(chǎn)生鼓肚。（4）表面裂紋，由于二冷不當(dāng)，矯直時(shí)鑄坯表面溫度低于900℃，剛好位于“脆性區(qū)”，再有AlN、Nb（CN）等質(zhì)點(diǎn)存在，容易在振痕波谷處產(chǎn)生表面裂紋。 2 二次冷卻工藝優(yōu)化 2.1 連鑄坯配水基本原則 鑄坯出結(jié)晶器后，隨二冷水噴向鑄坯，凝固殼厚度加厚，其依據(jù)規(guī)律為： δ = K（τ）1/2 （1） 式中 δ——鑄坯厚度； K——凝固系數(shù)； τ——凝固時(shí)間。 由式（1）可知：鑄坯厚度δ是隨凝固時(shí)間τ的平方根而增加，凝固殼厚度達(dá)到一定時(shí)，坯殼傳熱成為坯殼增長(zhǎng)的限制環(huán)節(jié)，坯殼厚度越大，傳熱阻力增加，溫差也越大。因而冷卻水量應(yīng)隨鑄坯厚度δ的增加而降低，即二冷水量Q與鑄坯厚度δ成反比。所以不同位置的水量Q與（τ）-1/2成正比。 而τ ∝s/v（s為結(jié)晶器液面到二冷區(qū)某一點(diǎn)的長(zhǎng)度，v為拉速），所以： Q ∝（s/v）-1/2 （2） 當(dāng)拉速v一定時(shí)，二冷水量Q與結(jié)晶器液面到二冷區(qū)某一點(diǎn)的長(zhǎng)度s的平方根成反比，由此得到結(jié)論：二冷配水冷卻水量沿鑄坯方向從上到下應(yīng)是逐漸減少的。 2.2 不同鋼種二冷水的設(shè)定 對(duì)于不同鋼種，因其冷卻特性不同，其二冷配水制度應(yīng)該不同。例如，對(duì)于中、高碳鋼和合金鋼，為改善鑄坯冷卻組織，防止內(nèi)部裂紋，弱冷制度冷卻鑄坯是應(yīng)該的。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期摸索，歸納出了一些鋼種的冷卻強(qiáng)度，見表1。  2.3 不同拉速二冷水的設(shè)定 根據(jù)石橫特鋼生產(chǎn)實(shí)際，取不同拉速的低倍組織檢驗(yàn)，得出結(jié)論：二冷配水量與拉速成線性關(guān)系。表2為生產(chǎn)45鋼不同拉速二冷水優(yōu)化配置。  由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，共設(shè)計(jì)8條配水曲線，水量由小至大，1～3號(hào)線為弱冷，4～5號(hào)線為中冷，6～8號(hào)線為強(qiáng)冷，各曲線符合以下公式： 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 二冷區(qū)噴淋系統(tǒng)參數(shù)選擇 由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，二冷區(qū)噴水總長(zhǎng)度一般為冶金長(zhǎng)度的35%～65%，鑄坯表面冷卻速度不大于200℃/m，拉坯方向溫度回升不超過(guò)100℃/m。 由于石橫特鋼連鑄機(jī)的弧型半徑較大，空冷時(shí)間較長(zhǎng)，二冷水選擇4段設(shè)置，總長(zhǎng)度為冶金長(zhǎng)度的30%。二冷水除設(shè)總過(guò)濾器外，在各段各流設(shè)二級(jí)過(guò)濾器，由此方便過(guò)濾器的清理和水質(zhì)的改善。 表4為二冷區(qū)噴淋系統(tǒng)的設(shè)置情況。  3 優(yōu)化后生產(chǎn)優(yōu)鋼情況 圖1為改造前后鑄坯低倍組織的改善情況。  圖1 改造前后產(chǎn)生廢品量對(duì)比 根據(jù)總結(jié)的150mm×150mm方坯不同鋼種、不同拉速的配水工藝模型，并輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行自動(dòng)配水。采用上述自動(dòng)配水模型后，大大改善了鑄坯低倍組織，杜絕了中間裂紋、鼓肚等現(xiàn)象，大大降低了鑄坯脫方、疏松、縮孔等缺陷的幾率。實(shí)踐證明，上述配水模型較適合石橫特鋼R9m連鑄機(jī)。 |
