板坯连铸机辊缝收缩控制技术的探讨和优化_孟怀军

板坯连铸机辊缝收缩控制技术的探讨和优化孟怀军邢飞（舞阳钢铁有限责任公司）摘要根据板坯中心偏析的形成机理及影响因素，重点分析了连铸机辊缝对中心偏析的影响，介绍了基于凝固末端的辊缝收缩控制技术及其应用，并结合舞钢1#板坯连铸机的实际情况探讨了静态轻压下技术的应用思路，重点从设备检修、维护方面提出了保证辊缝精度的措施，对于实际应用辊缝收缩控制技术提高铸坯质量具有借鉴作用。

关键词静态轻压下辊缝收缩中心偏析Discussion and Optimization of Roll Gap ShrinkageControl Technology for Slab CasterMeng Huaijun and Xing Fei（Wuyang Iron and Steel Co．Ltd）Abstract According to the formation mechanism and influencing factors of central segregation，the article analy-zes the effects of roll gap on central segregation，then introduces the solidification end based roll gap shrinkage control technology and its application，discusses the application of static soft reduction technology on the basis of actual condi-tion of Wugang No．1continuous caster，proposes the measures of maintaining roll gap accuracy from the aspect of e-quipment maintenance，which can be used as references for the application of roll gap shrinkage technology to improve slab quality．Keywords Static soft reduction，Roll gap shrinkage，Central segregation0前言连铸坯在冷却凝固过程中内部一般都会存在不同程度的中心偏析和中心疏松等缺陷。

随着连铸技术的不断发展，研究人员根据中心偏析的产生机理研发出多种控制铸坯中心偏析和中心疏松的技术，如低温浇铸技术、电磁搅拌技术、凝固末端强冷技术、轻压下技术、连续锻压及热应力压下技术等，在实际应用中取得了显著的效果。

其中的凝固末端动态轻压下技术近几年来被广泛应用在新建连铸机上，改善了板坯内部质量。

由于设备结构所限，有些钢厂无法在传统板坯连铸机上实现动态轻压下，然而通过借鉴动态轻压下技术理念，合理设定辊缝收缩量，也获得了轻压下的效果。

1连铸机辊缝与铸坯中心偏析的关系1．1连铸坯中心偏析及裂纹的形成在冷却凝固过程中，连铸坯中心部位的C、S、Mn、P等元素含量高于铸坯边缘的现象称为中心偏析。

中心偏析形成的“凝固桥”理论认为，铸坯表层在凝固初始时激冷生成细小枝晶（激冷层），随着表层凝固厚度的增加，内部向外传热能力降低，铸坯开始呈现定向凝固，形成由外向内的长条状树枝晶（柱状晶）。

由于选分结晶的原因，溶质元素向熔池（液相区）积聚。

当柱状晶增长而产生搭桥现象时，富集溶质元素的钢液因被封闭而不能与其它液体交换，在该处形成C、S、Mn、P等元素的正偏析；同时，上部钢液因“搭桥现象”不能·13·第19卷第2期2013年4月宽厚板WIDE AND HEAVY PLATEVol．19，No．2April2013补充此处的凝固收缩，从而伴随有残余缩孔，形成中心疏松，严重的形成中心裂纹，降低了铸坯的内部致密性和轧材的力学性能。

另一种中心偏析形成的“鼓肚”理论认为，铸坯在凝固过程中，坯壳的鼓胀造成柱状晶间富集溶质液体流动，或者凝固末期由于铸坯收缩，凝固末端富集溶质液体流动导致中心偏析。

凝固时树枝晶间富集溶质残余母液的流动是造成中心偏析的主要原因。

为减少中心偏析和疏松，必须采取措施抑制柱状晶生长、扩大中心等轴晶区和抑制液相穴末端富集溶质的残余钢液流动。

有关研究结果表明，板坯液相穴末端在铸坯纵剖面呈“V”形，在铸坯宽度方向的中心剖面上成“W”形。

1．2影响板坯中心偏析程度的因素根据铸坯凝固原理及生产实践的验证，铸坯断面尺寸、钢液元素含量、浇注温度、拉坯速度、二冷配水制度、连铸机辊缝及对弧精度是影响连铸板坯中心偏析程度的重要因素［1］。

1．2．1铸坯断面尺寸对于板坯而言，断面尺寸不同，冷却速度不同，凝固末端位置也就不同。

1．2．2钢液元素含量钢中偏析元素C、S、P等的含量越高，偏析度也相应增高。

例如，碳含量在0．25% 0．4%之间，偏析程度小；碳含量大于0．4%时，偏析程度急剧增大。

1．2．3浇注温度钢水过热度是影响等轴晶比例的重要因素。

铸坯的中心偏析由发达的柱状晶引起，过热度高，铸坯凝固前沿温度梯度大，有利于柱状晶的生长，柱状晶发达会加重凝固过程的枝晶偏析，导致树枝晶间富集溶质的残余钢液流动，加重中心偏析。

1．2．4拉坯速度连铸机的拉速高低及速率变化对铸坯凝固壳厚度、凝固末端位置、凝固组织的构成和铸坯高温力学强度都有极大的影响。

拉速频繁变化，也会引起凝固末端位置频繁变化，凝固末端附近凝固前沿“搭桥”的概率相应增加，易造成铸坯中心偏析加剧，拉速突变会诱发中心裂纹。

1．2．5二冷配水制度铸坯内部组织对二冷水冷却强度的横向均匀性及纵向梯度性尤为敏感。

铸坯过冷将导致柱状晶发达，降低钢的高温强度，液芯在凝固末端提前搭桥，液芯补充不到位，产生中心疏松或偏析；铸坯冷却不足，坯壳过薄又易产生鼓肚。

此外，铸坯表面温度回升速度应小于100ħ/m，否则会使坯壳抵抗变形的能力下降，而且还会因热胀作用使铸坯中心产生抽吸现象，促使钢液流动，加剧中心偏析和中心裂纹。

1．2．6铸机辊缝设定和对弧精度设备精度是工艺质量的保证。

“鼓肚”理论认为，鼓肚与辊缝设定、辊子刚性、对弧精度等有密切关系。

造成鼓肚的原因有两个，一是拉速、冷却强度、过热度等工艺参数发生变化，导致铸坯液芯凝固末端不在设计区域，铸坯的实际收缩与设定辊缝标准不相符，导致凝固时树枝晶间富集溶质的残余母液流动，加剧偏析；二是设备检修质量不达标或设备问题造成扇形段辊缝变化，铸坯产生鼓肚。

1．3辊缝收缩对中心偏析的影响对于一定断面尺寸的铸坯而言，在浇注过热度、拉速、二冷水冷却稳定、合理的情况下，连铸机的弧度及辊缝是关系铸坯内部质量的两个重要参数。

扇形段辊列辊缝收缩的合理设计及辊缝值的稳定有助于控制铸坯的变形和裂纹，改善中心偏析、中心疏松以及中心线裂纹，避免高强度热轧板材分层等问题。

传统的辊缝收缩技术是依据钢种的凝固收缩特性把连铸机辊列辊缝预先设定一定锥度，补偿铸坯的凝固收缩量，没有额外的压下量。

优化连铸机的辊缝收缩技术就是借助动态轻压下的辊缝设定及调整理念，在易发生中心偏析的铸坯凝固末端区域增加一定的压下量，补偿铸坯凝固末端固液糊状区的凝固体积收缩。

通过收缩辊缝，在连铸坯液芯末端施加均匀外力，形成一定的压缩量来补偿铸坯的凝固收缩量。

一方面可消除或减少铸坯收缩形成的内部空隙，破坏凝固末端形成·23·宽厚板第19卷的“W”形液相穴，防止晶间富集溶质的钢液向铸坯中心横向流动；另一方面，辊缝收缩所产生的挤压作用还可以促使液芯中富集溶质的钢液沿拉坯方向反向流动，使溶质元素在钢液中重新分配。

从而使铸坯的凝固组织更加均匀致密，达到改善中心偏析和减少中心疏松的目的。

1．4辊缝收缩控制技术的应用许多钢厂根据自身设备的特点，应用动态轻压下的原理，设计不同的辊缝收缩方案，进行凝固末端前沿的轻压下实验，证明辊缝收缩技术较大改善了铸坯中心偏析和中心疏松，基本消除了铸坯中心裂纹，连铸机开口度稳定，设备正常，效果比较理想。

根据有关文献资料介绍，基于凝固末端轻压下的辊缝收缩控制技术需要根据凝固末端的位置确定辊缝收缩区域、合理分配收缩量。

压下位置及压下区间过于靠前易造成铸坯窄面鼓肚；过于靠后起不到轻压下作用。

辊缝收缩量过小时，不能完全补偿凝固收缩量，中心偏析和中心疏松改善不明显；收缩量过大时，铸坯受到挤压过度，引起尚未凝固且富集溶质的钢液流到相邻的鼓肚区，形成偏析，还会导致铸坯的应变力及变形率过大，超出钢的高温应变极限后产生内部裂纹，同时容易引起压下区域辊子及轴承座的损坏［2］。

实施基于凝固末端轻压下的辊缝收缩控制技术，关键在于确定凝固末端位置，根据固相分率（0．5≥fs≥0．8）确定压下区间，合理分配各段收缩量，以便于采取不同的辊缝收缩方案对凝固末端进行合理轻压下。

凝固末端位置取决于钢种、铸坯断面尺寸、浇注过热度、拉速、冷却制度等工艺参数，任何一个工艺参数发生变化，凝固末端位置也随之改变。

为了适应不同工艺参数下的生产，可根据实际情况确定几种收缩方案。

凝固末端的位置可通过“射钉法”来测定，即根据测得的坯壳厚度变化，评定系统冷却能力，标定凝固点位置。

然后根据铸坯凝固坯壳厚度与凝固系数的平方根关系，得到铸坯的凝固系数。

凝固系数是制定铸坯生产工艺的重要参数。

在凝固系数稳定的情况下，也可以根据铸坯凝固坯壳厚度与凝固系数的平方根关系计算凝固点位置，但需根据实际情况对凝固系数进行修正。

2舞钢板坯连铸机扇形段辊缝收缩设定方案探讨2．1原设计辊缝情况舞钢1#连铸机是直弯形板坯连铸机，采用6点弯曲，4点矫直，共12个扇形段，每段5对辊子。

结晶器足辊以下为支导段（也称为扇形段零段），共9对三分节辊。

扇形段1段为三分节辊，其余为整体辊。

1 7段为单纯圆弧区，8 9段为矫直段，10 12段为水平段。

可生产厚度为210、250、300mm规格的铸坯。

对于250mm厚度铸坯，扇形段原设计基础辊缝总收缩量为4．6mm，段间收缩量0．4mm，段内收缩量为0．2mm。

2．2压下参数分析2．2．1压下位置确定压下位置关键在于准确确定凝固末端位置。

目前，1#板坯连铸机主要生产250mm厚度规格铸坯。

2004年5月舞钢炼钢厂与连铸技术国家工程研究中心合作，结合现场生产实际，采用“射钉法”测定250mmˑ1800mm断面连铸坯在二冷区不同位置的凝固坯壳厚度，找出连铸坯凝固终点，如表1所示。

表中综合凝固系数根据凝固平方根定律（δ=K凝L有效槡/v）求出，修正未考虑凝固末端加速凝固的特性［3］。

从表1可以看出，低碳钢的凝固点位于第一表1连铸未端凝固点位置品种断面尺寸/mm 过热度/ħ拉速/（m·min－1）比水量/（L·kg－1）完全凝固点位置到弯月面距离/m综合凝固系数/（mm/min－1）低碳钢1800ˑ250约220．90．4510段中部22 23．125．37 24．75中碳钢1800ˑ250约250．850．489段末21．824．77·33·第2期孟怀军等：板坯连铸机辊缝收缩控制技术的探讨和优化个水平段（10#Seg），中碳钢的凝固点位于最后一个矫直段（9#Seg），辊缝收缩区域将包含矫直段，此时铸坯承受矫直力和辊缝收缩的压下力，因此辊缝收缩设定要特别注意，既不能使铸坯产生较大变形而发生裂纹，又不能使辊子受力变形。