连铸轻压下技术的发展和应用

20世纪 90年代末
表 2 辊式轻压下技术的发展
技术名称
应用
小辊径分节辊扇形段 人为鼓肚轻压下技术 圆盘夹紧式扇形段
日本 NKK首先使用 日本 NKK 日本新日铁
液压夹紧式扇形段
奥钢联 、德国西马克德马格 ( SMS Demag) 、意大利达涅利
缝 ,按照设定的拉速和工艺条件进行浇铸 。动态 轻压下是在浇铸过程中跟踪凝固终点 ,并随之变
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李晓伟 张维维 魏元 张向春 :连铸轻压下技术的发展和应用 《鞍钢技总术第》2304098期年第 1期
化调整辊缝及辊缝收缩程度 。静态和动态轻压下 均对凝固末端轻压下区域扇形段的辊缝进行设 定 。不进行轻压下时 ,按照钢的凝固收缩特性设 定具有一定锥度的辊缝 ,即收缩辊缝 ;而进行轻压 下时 ,则要求轻压下区域的辊缝具有更大的收缩
李晓伟 ,助理工程师 , 2003年毕业于安徽工业大学钢铁冶金 专业 ,现工作于鞍钢股份有限公司技术中心冶金工艺研究所 ,从 事连铸轻压下技术的研究工作 (114009) 。
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附近枝晶的生长可能局部“搭桥 ”并将液相穴的 尖端封闭起来 ,阻断了尖端部分与其它液相的相 互扩散 ,从而形成富含杂质的“小钢锭 ”结构 。形 成的偏析位于中心线附近 ,呈点状或线状 。板坯 和方坯则存在着另一种机理形成的中心偏析 ,即 富含杂质的枝晶间的钢液流动和积累最终造成中 心偏析 。这种流动的驱动力主要有两个方面 :一 个是坯壳凝固引起的收缩 ,另一个是固相坯壳发 生鼓肚引起的负压 。 2. 2 轻压下作用机理
率 。因此 ,轻压下技术又称强收缩辊缝技术 。静 态轻压下和动态轻压下的技术特点见表 3 所示 。 从表 3可以看出 ,动态轻压下技术比静态轻压下 更具优势 。随着轻压下相关技术的不断完善 ,动 态轻压下将越来越显示其优越性 。
名称
静态轻压下 动态轻压下
表 3 静态与动态轻压下技术的比较
优点
可操作性强 ,调控误差小 ,抗外界干扰能力强 可控性强 ,比较灵活 , 可远距离调整辊缝和辊缝收缩 ,
3 轻压下技术的发展和分类
3. 1 轻压下技术的发展
轻压下技术始于 20世纪 70年代末 、80年代 初 ,是在 20世纪 70年代辊缝收缩技术的基础上 发展而来的 。目前 ,连铸坯的轻压下有两种含义 : 在铸坯凝固末端处进行的轻压下 ;离凝固末端较 远处进行的轻压下 ,又称带液芯轻压下 。20 世纪 90年代初人们认为 ,传统厚板坯连铸机轻压下的 目的是消除板坯的中心偏析和中心疏松 ;而中厚 板和薄板坯连铸机轻压下的目的是减薄板坯厚 度 ,提高连铸机的工艺操作性 ,并能与轧机更好的 匹配而取得最佳经济效益 。目前 ,中厚板坯和薄 板坯的轻压下不仅具有这种效果 ,同时也是减轻 中心疏松和中心偏析的手段之一 。 3. 2 轻压下的分类
鞍钢技术
2008
年第
1期
AN
GAN
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TECHNOLO G Y 总第
349期
综 述
连铸轻压下技术的发展和应用
李晓伟 1 张维维 1 魏元 2 张向春 2 (1. 鞍钢股份有限公司技术中心 2. 鞍钢股份有限公司第三炼钢连轧厂 )
摘要 介绍了轻压下技术的作用机理及发展过程 ,分析了轻压下工艺参数 :压下区间 、压 下量及压下速率 ,研究了轻压下工艺对铸坯组织结构 、性能 、表面质量和内部裂纹的影响 。
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动 ,使杂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 ,起到改善中心偏析和减 少中心疏松的作用 。
对于薄板坯而言 ,相当于在连铸与连轧两工 序间增加了一个调节铸坯厚度的环节 [ 3 ] ,其主要 作用为 :
之间厚度匹配的问题 [ 4, 5 ] ,在铸与轧两工序间起 调节铸坯厚度的作用 ,因此 ,目前辊式轻压下的应 用最广泛 。 3. 3 辊式轻压下
辊式轻压下的发展见表 2所示 。 静态轻压下主要是在浇铸前预先设定好辊
名称
静态轻压下
动态轻压下
产生时间
20世纪 70年代末 20世纪 80年代末 20世纪 90年代初
对于传统的厚板坯和方坯而言 ,通过在连铸 坯液芯末端附近施加压力 ,产生一定的压下量来 补偿铸坯的凝固收缩量 ,其主要作用为 :
(1) 可以消除或减少铸坯收缩形成的内部空 隙 ,防止晶间富集杂质元素的钢液向铸坯中心横 向流动 ;
(2) 轻压下所产生的挤压作用还可以促进液 芯中心富集杂质元素的钢液沿拉坯方向反向流
按压下力的来源不同 ,轻压下技术可分为两 种 :机械应力轻压下和热应力轻压下 ;按压下方式 可分为三类 :辊式轻压下 、锻式轻压下和凝固末端 强冷技术 ,前两者属于机械应力轻压下 ,后者属于 热应力轻压下 。具体见表 1所示 。
应力来源
机械应力轻压下
热应力轻压下
压下方式
辊式轻压下 锻式轻压下
(1) 可在结晶器尺寸不变的条件下扩大连铸 连轧生产线产品的规格范围 (在不增加连轧机架 数时可生产更薄的产品 ) ;
(2) 在成品板带厚度不变时 ,相当于增加了 结晶器的尺寸 (可以生产更厚的铸坯 ) ,从而减少 结晶器液面控制的难度 ,改善结晶器内的流场 ,更 好地发挥保护渣的作用 ;
(3) 把凝固末端控制在压下范围内 ,也能起 到改善中心偏析和疏松的作用 。
4 轻压下技术的应用
4. 1 轻压下工艺参数分析 轻压下工艺在现代连铸中的作用显著 ,采取
合理的轻压下工艺参数能最大程度的发挥轻压下 工艺的作用 ,反之则影响铸坯质量 。轻压下工艺 关键参数有 :压下区间 、压下量及压下速率等 。
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4. 1. 1 压下区间 中心偏析和疏松发生在凝固末端的液固两相
目前 ,对合理的压下区间没有固定的说法 ,一 般可结合实际生产设备和生产条件 ,设定压下区 间 。成功应用轻压下工艺的公司所设定的压下区
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间见表 4。
表 4 压下区间 / %
公司
应用范围 /mm
压下区间
中国济钢 (奥钢联技术 ) 芬兰 Rautaruukki 中国台湾中钢
中厚板 低碳微合金钢 210 ×1825
210 ×( 1250～1475) 大方坯
50 ～95 15 ～80 30 ～90 55 ～75
韩国浦项
方坯 250 ×330
30 ～70
充分补偿 ,仍残存 V 偏析 。随着压下量的增加 , V 偏析不断减少 ,但压下量过大时会出现白亮带负 偏析和逆 V 偏析 ,甚至还会产生裂纹 。液芯厚度 越大 ,所需压下量越大 ;但液芯厚度过大时 ,压下 不起作用 。
Key W ords continuous casting soft reduction casting block quality
1 前言
随着市场对钢铁产品质量要求的提高 ,冶炼 及轧制技术也得到了不断发展 。作为炼钢的核心 技术 ———连铸轻压下技术在高效连铸及薄板坯连 铸连轧生产中起着重要作用 。
Abstract This paper introduces the mechanism and development of soft reduction technology, analyzes soft reduction technique parameters including reduction region, reduction and reduction rate, studies the influence of soft reduction technology on block structure, p roperty, surface quality and internal crack.
关键词 连铸 轻压下 铸坯质量 中图分类号 : TF777 文献标识码 : A 文章编号 : 1006 - 4613 (2008) 01 - 0010 - 05
D evelopFra Baidu bibliotekent and App lication of Continuous Casting Soft Reduction Technology
区内 。如图 1所示 ,在液相线温度和固相线温度 之间的区域 (固相率 fs = 0～1)为两相区 。
图 1 凝固末端两相区示意图
由图 1可知 , fs = 0～1区间内 ,钢液中杂质元 素含量越来越大 。 q2 区内的凝固收缩可以通过 左端非浓化钢液的流动来补偿 ; q1 区内钢液凝固 收缩时得到 q2 区内的浓化钢液的补充 ,由于相邻 柱状晶的二次晶臂开始生成并完成相互联结 ,补 充钢液较困难 。 p区内 ,残余浓缩钢液被枝晶网 封闭起来 ,凝固收缩时将得不到前沿钢液的补充 。 因此 ,钢液在 q2 区流动不会形成中心偏析 ,反而 均匀了该区内的杂质分布 ; q1 区的收缩则将导致 富集杂质元素钢液的集中 ,从而促进中心偏析的 形成 ; p区的凝固收缩因没有钢液的补充将形成 疏松 。
L i X iaowe i1 Zhang W e iwe i1 W e i Y uan2 Zhang X iangchun2 (1. Technology Center of Angang Steel Co. , L td.
2. No. 3 Steelm aking and Continuous Rolling Plant of Angang Steel Co. , L td. )
能跟踪凝固末端实施压下 ,压下范围大
缺点
可调性差 ,适应能力差 ,功能单一 调控误差大 ,技术要求高
3. 4 动态轻压下 目前 ,国际上已成功应用动态轻压下技术的
公司主要有奥钢联 VA I、德国西马克德马格 ( SM S Demag) 、日本住友重机和意大利达涅利等 。最先 进的扇形段技术是奥钢联公司的 SMART ( Single M inute Adjustm ent and Restranding Time) 扇形 段 和德国西马克德马格公司的 Cyberlink扇形段 ,两 者的结构虽不完全相同 ,但功能基本相同 。其中 奥钢联开发的 SMART扇形段是最成功的 。 奥钢联开发的采用比例阀控制的液压夹紧式 SMART扇形段可以远程调整辊缝 ,再加上 ASTC 控制模型就可以达到动态轻压下的目的 。首台 SMAR T扇形段的试验在奥地利林茨钢厂获得 成 功 ,首台全 SMART扇形段的板坯连铸机 1997 年 在芬兰的罗德罗基厂投入使用 。目前 ,南非的哥 伦布钢厂 (生产不锈钢 ) 、意大利的依尔瓦 ( IL2 VA )厂 、韩国浦项 2号机 、原美国伯利恒公司雀点 厂 、美国的 AVESTA 厂 (生产不锈钢 ) 、芬兰奥托 昆普厂 (生产不锈钢 ) 、中国的武钢和济钢共 8台 连铸机采用了 SMART扇形段和 ASTC控制模型 , 其中 5台已经投产 ,而且有 3台 (如雀点厂 )采用 了动态轻压下技术 。
2 轻压下作用机理
2. 1 中心偏析形成机理 中心偏析通常指连铸坯中心线附近的宏观偏
析 ,一般呈点状或线状 ,中心偏析的周围经常伴有 中心疏松 [ 1, 2 ] 。连铸坯凝固末期 ,枝晶间富含杂 质的钢液流动和积累形成中心偏析 。对于截面呈 方形的方坯而言 ,铸坯内部液相穴末端形状很尖 。 由于杂质积累 ,液相穴尖端部分杂质浓度很高 ,而
凝固末端 强冷技术
表 1 轻压下的分类
应用范围
特点
板 、方及圆坯 大方坯
小方坯
消除中心缺陷效果良好 ,投资少 。 消除中心缺陷效果好 ,但设备庞大 ,投资和维护成本高 。
消除中心缺陷效果良好 ,投资少 ,占地面积小 , 但易出现裂纹 ,而且应用范围狭窄 。
由于热应力轻压下适用范围小 ,应用受到了 限制 ;机械应力中的锻式轻压下也因为设备庞大 、 功能单一等缺点而应用较少 ;而辊式轻压下不仅 能改善铸坯内部质量 ,还能在一定程度上减薄铸 坯厚度 ,发展为液芯压下技术 ,应用于薄板坯连铸 连轧生产线时 ,能很好地解决薄板坯连铸与连轧