连铸机综述

第34卷　第9期1999年9月钢 铁I RON AND ST EELV o l.34,N o.9Sep tem ber1999・综合论述・薄板坯连铸连轧的液芯压下技术彭晓华(重庆钢铁设计研究院)摘　要　介绍了国内外薄板坯连铸连轧流程中液芯压下技术的发展与应用情况,分析了液芯压下过程中铸坯的凝固机理以及变形和应变特点,并根据铸坯的凝固机理和坯壳凝固前沿的应变条件,提出了确定单辊压下量、压下量分配和总压下量的基本方法。

关键词　薄板坯连铸连轧　液芯压下αS OFT RED UCT I ON W ITH L IQU I D CORE IN TH IN S LABCONT INUOUS CAST ING ROLL ING PROCESSPEN G X iaohua(Chongqing Iron and Steel D esign ing In stitu te)ABSTRACT　T he p ap er in troduces the developm en t and app licati on of soft reducti on w ith liqu id co re in th in slab con tinuou s casting ro lling p rocess ab road,the p rinci p le of so lidifica2 ti on,the defo rm ati on and strain of slab du ring soft reducti on w ith liqu id co re is analyzed,the basic m ethod of determ in ing the to tal reducti on rati o,the reducti on rati o at one ro ll and the distribu ti on of reducti on am ong segm en ts is p u t fo rw ard1KEY WORD S　th in slab con tinuou s casting ro lling,liqu id co re soft reducti on1　前言液芯压下技术最早应用于常规厚板坯和大方坯连铸机,其目的是为了改善铸坯中心疏松和宏观偏析,提高铸坯的内部质量。

因为在凝固末期,铸坯中心固化时产生收缩,一方面在中心部位形成孔隙,另一方面引起富集溶质的残余钢液向中心流动,最后导致铸坯中心疏松和宏观偏析,所以对于常规厚板坯和大方坯,在铸坯的凝固末期采用液芯压下(也称轻压下)可以补偿最后凝固阶段的收缩,消除中心疏松和宏观偏析。

在薄板坯连铸中,由于铸坯较薄,冷却较快,其中心出现偏析的程度比常规厚板坯和大方坯小,所以对薄板坯而言,不采用液芯压下一般也能满足铸坯的质量要求。

但是,从薄板坯连铸连轧的工艺流程考滤,为了实现铸坯的直接轧制,达到大量节能的目的,需要将铸坯的厚度限制在连轧所能接受的范围内,这样才能充分发挥连铸连轧在技术经济上的优势。

而从连铸角度考虑,生产薄板坯会给结晶器和浸入式水口带来负担。

如果结晶器内腔厚度太小,会不利于浸入式水口的插入,而且结晶器内的熔池也太小,增加了钢水注流对凝壳的冲刷,加剧了结晶器内钢液面的波动,不利于保护渣液渣层的形成和稳定,增加了浇铸的难度,所以结晶器内腔的厚度不应太小。

这样,在连铸和连轧之间存在着对铸坯厚度有不同要求的矛盾。

为了解决这一矛盾。

薄板坯连铸连轧采用了液芯压下技术。

薄板坯连铸连轧中的液芯压下技术与常规板坯和大方坯连铸中采用的液芯压下有所不同,薄板坯连铸连轧的液芯压下技术是在铸坯出结晶器下口后即开始逐渐收缩二冷区的辊缝,将铸坯压缩到适当α联系人:彭晓华,高级工程师,重庆(400013)重庆钢铁设计研究院设备室的厚度,以适应后面的连轧对厚度的要求。

实践证明,合理的液芯压下不仅能解决连铸与连轧之间的厚度匹配问题,而且能细化铸坯内部组织,进一步减轻铸坯中心偏析,提高铸坯的内部质量。

2　液芯压下技术的应用与发展211　ISP 流程中的液芯软压下技术曼内斯曼・德马克公司在意大利阿尔维迪的ISP 流程中首次使用了液芯压下技术。

在该流程中,结晶器为直弧型平行板式结构,结晶器内腔厚度为60mm ,结晶器下方的0号段由12对辊子组成,整段设计成钳式结构,内弧在液压缸的作用下可将辊缝调整成锥形,对铸坯实施在线液芯压下。

0段后面的多辊扇形段由16对辊子组成,内弧辊子可由其各自的液压缸单独压下,使多辊扇形段的辊缝也形成锥形,对铸坯继续实施压下。

由于多辊扇形段的辊子可以单独压下,所以根据不同的钢种实施灵活的液芯压下方案。

铸坯在经过液芯压下后,由60mm 厚压缩到43mm (图1(a ))。

图1　各种流程的液芯压下F ig 11　T he liqu id co re soft reducti on fo r differen t p rocess(a )ISP 流程;(b )CSP 流程;(c )FT SC 流程 在阿尔维迪的生产实际经验基础上,德马克公司对后来的ISP 流程又作了改进。

由于实践证实了液芯压下效果,将铸机改为立弯型,结晶器内腔厚度加大到80～100mm ,0号段仍为钳式结构,多辊扇形段改为6～8对辊一组的常规扇形段,由前后各一对液压缸来调整每个扇形段的辊缝及其锥度,这样使扇形段的结构大大地简化。

212　CSP 流程的液芯压下技术由于西马克公司的CSP 流程采用了漏斗型结晶器,连铸与连轧之间铸坯厚度匹配的矛盾相对缓和,所以在CSP 流程的早期应用中并没有采用液芯压下技术。

为了进一步增加结晶器的容积,将结晶器的出口厚度由原来的50mm 增加到70mm ,减少结晶器内钢水的流动速度,使浇铸更加稳定,同时也进一步改善铸坯内部质量,CSP 流程在其后的工程中也采用了液芯压下技术。

CSP 流程的液芯压下的基本原理如图1(b )所示,结晶器下的0号段为钳式结构,当坯头通过后,液压缸推动内弧收缩辊缝,对铸坯实施在线液芯压下。

0段后面的扇形段在前后各一对液压缸的驱动下,减小辊缝以适应已减薄的铸坯,也可以继续收缩辊缝对铸坯实施液芯压下。

可根据不同的钢种和不同的工艺条件选择压下方案。

213　FT SC 流程的液芯压下技术意大利达涅利公司在其FT SC 流程中采用了截面呈透镜形的结晶器(H 22双高结晶器)(图2)。

结晶器出口处的足辊采用异径辊,承担将铸坯宽面凸肚压平的任务,所以该流程的液芯压下实际上从异径辊就已开始进行。

异径辊以下为二冷支撑导向段,如图1(c )所示。

紧接着异径辊的1号段为钳式结构,由其下部的一对液压缸调节其辊缝收缩的锥度。

2号段实际上由三小段组成,每一小段在上下各一对液压缸的驱动下独立推进,调节辊缝的大小及其锥度。

达涅利的液芯压下技术除了上述结构上的特点以外,还提供了动态液芯长度控制技术,能够针对不同的钢种和浇注参数,根据凝固模型和现场扇形段液压缸压力的反馈来实现液芯压下终点位置的动态控制,以获得最佳的液芯压下效果。

214　CPR 流程的液芯压下技术・46・钢　铁 第34卷图2　达涅利的H 22双高结晶器F ig 12　H 22(h igh speed ,h igh quality )mo ld of D an ieli蒂森公司的CPR 流程的液芯压下技术与其他流程有很大的不同,它实际上是一种铸轧,见图3所示,漏斗型结晶器的出口厚度为50mm ,铸坯从结晶器出来后坯壳的厚度为10～15mm ,在表面温度高达1300℃的情况下直接由一对挤压辊对铸坯进行挤压,使其内芯部焊合。

从挤压辊出来的铸坯厚度为20～30mm ,接着进入一对压下辊进一步压缩到13～25mm 。

图3　CPR 流程的液芯铸轧F ig 13　T he liqu id co re casting ro lling in CPR3　液芯压下技术的机理及特点311　液芯压下的凝固机理液芯压下是在铸坯出结晶器下口后,通过逐渐收缩二冷段的辊缝,对铸坯实施在线带液芯压下,将铸坯压薄。

这时铸坯的液相比大,压下所产生的效果与常规厚板坯的凝固末端的轻压下有所不同。

由于液相穴直通结晶器,铸坯在压下辊的作用下向内挤压钢水,使芯部钢水向上运动,这种运动使正在凝固的钢水混合,并具有以下优点。

(1)使钢水中的溶质均匀,消除成分偏析;(2)使中心较热的并已部分偏析的钢水与枝晶顶点接触使其重新熔化,并通过与具有较少偏析元素的钢水熔合从而得到稀释;(3)再熔化将固态晶体在界面处分离出来,由对流运动送到液态中心,有利于中心的凝固并形成较细的晶粒;(4)枝晶间的再熔化吸收了钢液的热量,降低了液相的温度,从而加强了中心的冷却,有利于中心凝固。

薄板坯本身具有冷却快的特点,其中心出现偏析的程度比较小,再加上液芯压下的作用,可以获得更高的铸坯内部质量。

312　铸坯的变形及应变特点带液芯的铸坯在压辊作用下的变形具有与固相轧制完全不同的特点。

根据Paw elsk i 和E iserm an 对中空矩形试样的热轧试验结果[8],带液芯的铸坯在压辊作用下厚度减薄,铸坯窄边向外鼓肚。

在整个宽面上,只有铸坯边缘存在着少量由于轻微的轧制作用而引起的纵向拉伸应变,并通过剪切作用由边缘传向整个宽面,所以在整个宽面上存在着剪切应变。

但是,这个应变量很小,厚度压缩20%时,应变仅为1%,且随坯宽的增加而减小。

对铸坯的质量没有根本的影响。

当铸坯被压薄时,对铸坯质量构成威胁的应变发生在铸坯内部沿宽度方向的凝固前沿(图4(a ))和角部凝固三角区(图4(b ))。

这两处的应变都是由于在压辊的作用下,坯壳发生弯曲变形引起的。

如果这个应变量超过了允许值,则有可能在铸坯中留下裂纹。

图4　液芯压下时,坯壳的变形F ig 14　T he defo rm ati on of strand shell du ringliqu id co re soft reducing4　液芯压下的主要参数液芯压下具有消除铸坯中心疏松,减轻宏观偏析的优点,但是,从铸坯的变形及应变特点来看,液芯压下存在着在铸坯中产生裂纹的隐患。

其中对铸坯内部裂纹影响较大的主要参数有单辊压下量、压・56・第9期 彭晓华:薄板坯连铸连轧的液芯压下技术下量的分配和总压下量。

411　单辊压下量对于带液芯的铸坯来说,由于温度很高,坯壳强度低,特别是在坯壳的疑固前沿处强度和塑性都很低。

在这个区域内很容易因坯壳受力变形而在枝晶间的切口处形成裂纹。

当这些裂纹被残余的钢液充填后,由于偏析的作用会增加晶界的脆性,使裂纹继续扩展,最终在铸坯中形成内裂。

因此,带液芯的铸坯在二冷区运行过程中应尽量避免发生较大的变形,将变形限制在允许的范围内。