攀鋼2#方坯連鑄45#鋼動(dòng)態(tài)輕壓下的工業(yè)應(yīng)用

46 2010 年第 33 卷第 1期 攀鋼 2#方坯連鑄 45#鋼動(dòng)態(tài)輕壓下的工業(yè)應(yīng)用 曾 武 （攀鋼 釩 提釩煉鋼廠） 摘 要： 介紹了攀鋼 2#大方坯鑄機(jī) 45#鋼動(dòng)態(tài)輕壓下模型參數(shù)基本開(kāi)發(fā)思路以及相關(guān)模型參數(shù)的選定。 45#鋼生產(chǎn)實(shí)踐表明，輕壓下實(shí)施后，鑄坯中心疏松評(píng)級(jí)小于等于 比例由之前的 高到 100%，鑄坯中心無(wú)縮孔比例由 鑄坯橫斷面碳偏析指數(shù)由 善為 45#鋼內(nèi)部質(zhì)量顯著改善。 關(guān)鍵詞： 大方坯；輕壓下；中心疏松；碳偏析 0 引 言 輕壓下技術(shù)起始于 20 世紀(jì) 70 年代 末、 80 年代初，是在收縮輥縫技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的 一項(xiàng)新興連鑄技術(shù) ， 該項(xiàng)技術(shù) 通過(guò)在連鑄坯液芯末端附近施加壓力產(chǎn)生一定的壓下量來(lái)補(bǔ)償鑄坯的凝固收縮量 ， 從而使鑄坯的凝固組織更加均勻致密，達(dá)到改善中心偏析和減少中心疏松的目的 。采用合理的輕壓下參數(shù)，能顯著改善高碳及合金鋼種的鑄坯中心偏析和中心縮孔等內(nèi)部缺陷，提高鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，因此，輕壓下 技術(shù)已在 國(guó)內(nèi)外的大方坯連鑄上廣泛應(yīng)用。 攀鋼 2#方坯連鑄機(jī)是國(guó)內(nèi)第一臺(tái)自主設(shè)計(jì)研發(fā)具有動(dòng)態(tài)輕壓下功能的大方坯連鑄機(jī)，主要生產(chǎn)氣瓶鋼、車(chē)軸鋼、軸承鋼、乙字鋼、重軌鋼等內(nèi)部質(zhì)量要求嚴(yán)格 的品種鋼。但投產(chǎn)初期， 國(guó)內(nèi)對(duì)動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)的研究還大多限于動(dòng)態(tài)輕壓下扇形段設(shè)備開(kāi)發(fā)和應(yīng)用效果的評(píng)價(jià)，對(duì)其工藝過(guò)程機(jī)理的研究和在線控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)仍處于探索階段 ，因此開(kāi)發(fā)合理經(jīng)濟(jì)的輕壓下工藝參數(shù)是 2#方坯達(dá)產(chǎn)達(dá)效的迫切要求，為此 圍繞 2#方坯連鑄生產(chǎn) 45#鋼出現(xiàn)的中心縮孔缺陷，重點(diǎn)對(duì)中碳鋼系列鋼種的壓下工藝參數(shù)進(jìn)行了開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)完善 2#大方坯各典型鋼種的壓下工藝參數(shù)。 1 2#方坯連鑄機(jī)參數(shù) 攀鋼 2#方坯連鑄機(jī)配備了結(jié)晶器電磁攪拌、凝固末端動(dòng)態(tài)輕壓下、結(jié)晶器液位自動(dòng)控制等先進(jìn)裝備，鑄機(jī)基本參數(shù)見(jiàn)表 1。 表 1 2#方坯鑄機(jī)基本參數(shù) 鑄機(jī) 形式 流數(shù) 鑄機(jī)半徑/m 結(jié)晶器長(zhǎng)度 / 面 / 矯機(jī)結(jié)構(gòu)類(lèi)型 機(jī)架數(shù) /個(gè) 每個(gè)機(jī)架的輥數(shù) /個(gè) 澆注速度/(m拉矯機(jī)輥?zhàn)又睆?/ 弧形 4 機(jī)4 流 15 850 360450 框架式夾送輥機(jī)架，具有動(dòng)態(tài)輕壓下功能 7 2 50 2 壓下參數(shù)設(shè)計(jì) 凝固終點(diǎn)測(cè)算 凝固終點(diǎn)的準(zhǔn)確計(jì)算是輕壓下功能良好實(shí)施的前提條件，攀鋼利用射釘法對(duì) 2#方坯 45#鋼進(jìn)行凝固終點(diǎn)測(cè)試，并通過(guò)拉矯機(jī)壓力反饋及鑄坯表面溫 度測(cè)試等試驗(yàn)修正射釘法計(jì)算出的 45#鋼綜合凝固系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表 2。 表 2 2#方坯 45#鋼凝固系數(shù)測(cè)試及修正 鋼種 拉速 / (m/坯殼厚度 / 釘位置 / m 液相穴長(zhǎng)度 / m 凝固系數(shù) / (mm) 修正凝固系數(shù)/(mm) 45 鋼 技 術(shù) 47 壓下區(qū)間選擇 壓下區(qū)間是指壓下作用實(shí)施的區(qū)域，一般選取在兩相區(qū)上，即在鑄坯中心線上 的液相凝固點(diǎn)和固相凝固點(diǎn)之間 1，以固相分率的大小標(biāo)定壓下作用區(qū)域，輕壓下工藝參數(shù)示意圖見(jiàn)圖 1。 攀鋼 2#大方坯鑄機(jī)拉矯機(jī)系統(tǒng)采用 7機(jī)架控制，輕壓下可實(shí)施范圍長(zhǎng)達(dá) 9.2 m，見(jiàn)表，為輕壓下靈活調(diào)節(jié)奠定基礎(chǔ)， 45#鋼屬于中碳鋼種，固液兩相區(qū)較長(zhǎng)，結(jié)合鑄機(jī)拉矯機(jī)布置及 45#鋼的凝固特性，在對(duì)比分析多種壓下區(qū)間鑄坯質(zhì)量改善狀況下，確定 45#鋼壓下區(qū)間為中心固相分率 壓 下 量壓 下 區(qū) 間鑄 坯兩 相 區(qū)圖 1 輕壓下工藝參數(shù)示意圖 壓下模式確定 壓下量要完全補(bǔ) 償壓下區(qū)間內(nèi)鋼液在凝固過(guò)程中的體積收縮量，才能防止富集溶質(zhì)鋼液的流動(dòng)。壓下量過(guò)大 ， 將會(huì)導(dǎo)致鑄坯的應(yīng)變過(guò)大， 一旦 超過(guò) 其許可范圍就會(huì)形成裂紋，并使輕壓下區(qū)夾輥 受 損 ；表 3 2#大方坯機(jī)架位置 機(jī)架編號(hào) 距彎月面 距離 /m 輕壓下長(zhǎng) 度 /m 壓下機(jī)架 數(shù)量 /個(gè) 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 壓下量過(guò)小，對(duì)中心偏析和 中心 疏松 等內(nèi)部缺陷 改善不明顯 2。另外壓下總量在輕壓下實(shí)施區(qū)域內(nèi)各拉矯輥上的合理分配，不僅能有效補(bǔ)償鑄坯凝固收縮量，還能有效減少各拉矯輥運(yùn)行力矩。根據(jù)拉矯輥在鑄機(jī)流線上的布置，攀鋼 2#方坯各拉矯輥壓下量分配遵循拋物線分布形式。 對(duì) 45#鋼壓下總量的確定，利用傳熱模型來(lái)確定鑄坯的隨時(shí)間空間的溫度分布，進(jìn)而得出坯殼厚度、輕壓下壓下區(qū)坯殼的形狀等；再對(duì)鑄坯進(jìn)行熱力耦合計(jì)算，分析出在各種條件下的鑄坯的應(yīng)力、應(yīng)變和位移，從而計(jì)算合理的壓下總量和壓下分配。結(jié)合模型計(jì)算值，開(kāi)展 下 模式工業(yè)試驗(yàn)，根據(jù)鑄坯質(zhì)量反饋?zhàn)罱K確定 45#鋼選擇 壓下模式的典型低倍圖片見(jiàn)圖 2。 (a) T=20 ， m/ (b) T=28 ， m/(c) T=25 ， m/ (d) T=27 ， m/圖 2 不同壓下量下 45#鋼鑄坯低倍 48 2010 年第 33 卷第 1期 3 應(yīng)用效果 減輕鑄坯中心疏松 輕壓下實(shí)施后， 45#鋼中心疏松明 顯減輕，鑄坯中心致密度增加，小于等于 高到 100%，見(jiàn)圖 。 分布頻率/%有輕壓下無(wú)輕壓下圖 3 45#鋼鑄坯中心疏松評(píng)級(jí)對(duì)比 減輕鑄坯中心縮孔 輕壓下實(shí)施后， 45#鋼鑄坯中心縮孔明顯減輕，鑄坯中心致密度增加，無(wú)縮孔比例由 無(wú) 圖 。 分布頻率/%有輕壓下無(wú)輕壓下圖 4 45#鋼鑄坯中心縮孔評(píng)級(jí)對(duì)比 改善鑄坯斷面成分均勻性 沿鑄坯橫斷面厚度方向每間隔 20 樣鉆頭直徑 =6 分析鑄坯斷面碳成分分布，輕壓下工藝對(duì) 45#鋼鑄坯橫斷面碳成分均勻性的影響見(jiàn)圖 。 0 40 60 80 100 120 140 160 180 200距鑄坯內(nèi)弧表面距離/輕壓下工藝對(duì) 45#鋼鑄坯厚度方向碳分布均勻性的影響 由圖 可見(jiàn)，采用輕壓下工藝后， 45#鋼鑄坯碳成分均勻性增加，善為 坯橫斷面碳偏析指數(shù)厚度方向取樣點(diǎn)成分與中間包成品成分之比。 鑄坯縱向低倍組織影響 為了直觀對(duì)比鑄坯內(nèi)部質(zhì)量改善情況，制取鑄坯縱向低倍試樣來(lái)觀察內(nèi)部疏松及縮孔形貌，典型試樣結(jié)果見(jiàn)圖 。 由圖 可見(jiàn)，實(shí)施 5 壓下后， 45#鋼鑄坯沿澆鑄方向的內(nèi)部縮孔及中心疏松缺陷輕微，明顯優(yōu)于未實(shí)施輕壓下的鑄坯。 (a) 壓下量 5.0 T=25 ， m/ (b) 壓下量 0 T=25 ， m/ 圖 輕壓下工藝對(duì) 45#鋼鑄坯縱向低倍組織的影響 攀 鋼 技 術(shù) 49 4 結(jié)語(yǔ) 1) 攀鋼 2#大方坯鑄機(jī)動(dòng)態(tài)輕壓下功能自主開(kāi)發(fā)成功，為 2#大方坯鑄機(jī)品種鋼生產(chǎn)奠定良好基礎(chǔ)，設(shè)計(jì) 中優(yōu)化選取的模型參數(shù)經(jīng)過(guò)工業(yè)實(shí)踐證明，完全滿足 45#鋼生產(chǎn)需求。 2) 45#鋼輕壓下實(shí)施后，鑄坯中心疏松評(píng)級(jí)小于等于 比例由之前的 高到 100%，鑄坯中心無(wú)縮孔比例由 高到 鑄坯橫斷面碳偏析指數(shù)由 善為 3) 45