随着科技的发展 ,用户对钢材的质量提出了越来越高的要求。轻压下技术是对紧靠铸坯液芯的区域施加一微小的压下量 ,从而消除凝固过程末期形成的疏松 ,同时还能起到打断所谓“晶间桥”而防止“微结晶块”的形成 ,该“微结晶块”会引起铸坯轴线上的宏观偏析。采用轻压下技术的优势 :( 1 )降低了高碳钢中的碳偏析 ,同时改善了内部致密度 ,尤其对于轴承钢、预紧钢筋混凝土用线材及子午线轮胎用钢丝的生产更是如此。( 2 )改善了用小轧制压缩比生产的中碳钢的内部疏松度<1> 。1 连铸机轻压下设备参数新兴铸管公司炼钢厂 1 # 两流连铸机中的一流上装配了轻压下设备 ,并取得了较好的效果。连铸机主要技术参数见表 1 ,轻压下工艺参数见表 2。与另一流没有使用轻压下设备的铸坯比较 ,铸坯内部质量有了很大的提高 ,主要表现在以下表 1 新兴铸管公司炼钢厂连铸机的主要技术参数Ｔａｂｌｅ 1 ＭａｉｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｃｏｎｃａｓｔｅｒａｔＸｉｎｘ ｉｎｇＤｕｃｔｉｌｅＣａｓｔＰｉｐｅＣｏ名 称技术参数铸坯断面 ｍｍ×ｍｍ 12 0× 12 0弧形半径 ｍ 5 .2 5矫直半径 ｍ 5 .2 5矫直点距结晶器上口距离 ｍ 8.65 3拉速范围 (正常拉速 ) ｍ·ｍｉｎ- 1 2 .3～ 2 .8结晶器长度 ｍｍ 812二冷方式全水冷二冷区一个冷却段 ,喷嘴上大下小生产钢种 2 0ＭｎＳｉ、Ｑ2 3 5表 2 连铸方坯轻压下工艺参数Ｔａｂｌｅ 2 Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｏｆｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｃｏｎｃａｓｔｉｎｇｂｉｌｌｅｔ炉次压下量 ｍｍ工作辊组 组拉矫机工作压力 ＭＰａ整形辊工作压力 ＭＰａ中间包温度 ℃拉速 ｍ·ｍｉｎ- 1 压力 ＭＰａ前期中期后期 1流 2流净水浊水Ｃ15 3 8843 7 7 15 3 715 3 3 15 2 92 .5 42 .5 90 .7 0 .8Ｂ15 495 44 7 7 15 2 415 2 5 15 2 2 2 .60 2 .62 0 .80 .6Ｂ15 164 5 3 8815 3 615 3 2 15 2 2 2 .65 2 .660 .7 0 .8Ａ15 3 90 5 47 7 160 0 15 3 715 3 42 .67 2 .680 .80 .7Ｃ15 2 8763 8815 3 0 15 3 815 3 0 2 .682 .60 0 .60 .8Ｂ15 5 93 64 7 7 15 3 715 3 2 15 3 0 2 .712 .70 0 .80 .7Ａ15 0 7973 8815 1715 1915 172 .862 .90 0 .7 0 .8Ａ15 2 82 748815 3 0 15 2 2 15 2 5 2 .782 .780 .80 .7Ａ15 2 3 983 8815 3 3 15 3 0 15 2 5 2 .62 2 .64 0 .7 0 .8Ａ14 765 848815 1915 2 115 2 0 2 .65 2 .710 .60 .8两个方面 :( 1 )轻压下技术可改善铸坯凝固组织 ,即合理的轻压下工艺能够减少粗大柱状晶和等轴晶 ,增加细小柱状晶和等轴晶。同时能够扩大等轴晶区域 ,提高铸坯的等轴晶比例。( 2 )铸坯经过轻压下装置处理后 ,其化学成分偏析 (Ｃ、Ｐ、Ｓ)、表面和内部质量方面都有相应的改善 ,特别是粗大晶粒的组织大为减少。在接近凝固终了点的位置对铸坯表面施压 ,可以迫使富含残余元素及合金元素的偏析液体返回到钢液熔池中 ,从而使这些元素均匀分布于铸坯中心部位 ,达到降低宏观偏析的目的。2 轻压下设备的使用条件及工艺控制因素从当前世界上各国使用轻压下工艺的经验来看 ,方坯或圆坯连铸时的轻压下工艺一般必须考虑以下 3个问题<2 > :( 1 )必须保证铸坯的最后凝固点落在轻压下区域内 ,最理想的情况是铸坯的最后凝固点位置刚好是轻压下设备的最后一对压下辊位置。( 2 )轻压下区域所诱发的应力不应对设备造成很大的破坏 ,并且不会降低支撑辊的疲劳寿命。( 3)必须避免铸坯内部裂纹的产生。在试验的基础上应确定的工艺参数是 :·铸速 (决定了铸坯尚未固化部分与轻压下辊的位置关系 ) ;·总的轻压下量 ;·每个阶段的轻压下量。研究发现 ,对内部裂纹缺陷影响最大的因素是压下辊与铸坯液芯硬壳之间的位置。另外 ,如果轻压下施压过迟 ,则其对铸坯内部质量不起作用 ;如果施压过早 ,则会引起裂纹 ,还会出现中心偏析。3 轻压下效果评估方法<3 >( 1 )热酸浸法。将加工好的铸坯试样放在温度为 70℃的 5 0 %ＨＣｌ 5 0 %Ｈ2 Ｏ溶液中 ,经过一定时间后 ,将试样表面洗净烘干 ,观察三带组织和其它缺陷。( 2 )硫印法。将经过稀硫酸浸泡过的相纸 ,贴在加工好的铸坯试样上 ,钢中硫化物与硫酸作用生成硫化氢 ,硫化氢又与相纸上的溴化银作用 ,生成棕色的硫化银。沉积在相纸相应的位置上。4 新兴铸管公司小方坯轻压下的效果4.1 热酸浸法研究铸坯的三带组织铸坯试样酸洗后 ,对其进行拍照并在北京科技大学的Ｌｅｉｃａ高倍图象仪上进行铸坯组织的高倍分析。结果可以看出 :轻压下技术能够明显扩大等轴晶比例 ,同时还能够起到细化晶粒的作用。铸锭的宏观凝固组织自表面至中心可大致分为 3个区域 ,即激冷层、柱状晶区以及等轴晶区。一般的讲 ,等轴晶结构致密 ,晶界面积大 ,杂质和缺陷分布比较分散 ,且各晶粒之间位向也各不相同 ,故性能均匀而稳定 ,没有方向性 ;而柱状晶由于其晶体具有明显的方向性 ,加工能力差 ,容易导致中心偏析、中心疏松和中心裂纹等缺陷。所以在金属和合金凝固过程中应尽可能抑制柱状晶区的发展 ,并促使等轴晶区扩大 ,促进等轴晶晶粒细化<4> 。图 1 轻压下和非轻压下铸坯试样等轴晶比例值的对比Ｆｉｇ.1 Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｒａｔｉｏｏｆｅｑｕｉａｘｅｄｃｒｙｓｔａｌｚｏｎｅｉｎｃｏｎ ｃａｓｔｉｎｇｂｉｌｌｅｔｓａｍｐｌｅｗｉｔｈｓｏｆｔａｎｄｗｉｔｈｏｕｔｓｏｆｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎ 从图 1可以看出 ,使用了轻压下技术之后 ,铸坯的等轴晶区所占整个晶区的比例明显提高 ,从而铸坯的机械性能有了很大的改善。由图 2可以看出 :使用轻压下技术之后 ,铸坯的晶粒明显细化 ,验证了轻压下技术确实能够起到细化晶粒的作用。4.2 铸坯内部质量研究连铸坯的内部质量主 要取决于其中心致密度。而影响连铸坯中心致密度的缺陷是各种内部裂纹、中心偏析和疏松以及铸坯内部的宏观非金属夹杂物。轻压下技术可以有效地减轻铸坯的中心偏析程度和中心疏松,提高生产的质量和性能 ,特别是对于中、高碳钢种效果尤其明显。由低倍组织可见 ,未使用轻压下技术铸坯的Ｖ形偏析以图 2 连铸坯高倍组织 (ａ)没有轻压下 ,(ｂ)
轻压下 ×5 0Ｆｉｇ.2 Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｏｎｃａｓｔｉｎｇｂｉｌｌｅｔ:(ａ)ｗｉｔｈｏｕｔｓｏｆｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ,(ｂ)ｗｉｔｈｓｏｆｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎ × 5 0及中心偏析比较明显。使用轻压下技术后 ,Ｖ形偏析和中心偏析几乎消失 ,从而使铸坯的内部质量得到很大的改善。5 结论连铸坯轻压下技术是高效连铸、提高连铸坯质量 的有效措施之一。新兴铸管公司炼钢分厂率先在国内方坯连铸轻压下技术开发、应用方面开展了研究工作,并取得了初步成果 :( 1 )连铸坯轻压下技术能够减少沿中心线方向的化学偏析 ,而且还能够改变偏析具体形态及缩小纵向和横向的偏析波动范围。( 2 )轻压下技术可很好地防止中心偏析和中心疏松的生成 ,从而极大地改善铸坯的内部质量 ,提高铸坯的机械性能。( 3)轻压下技术能够扩大铸坯的等轴晶区比例 ,与没有使用轻压下技术相比较提高了将近 3个百分点 ,并且能够很好地细化晶粒。120mm×120mm连铸小方坯轻压下技术的应用@李京社$北京科技大学!北京100083
@阎红军$北京科技大学!北京100083
@李士琦$北京科技大学!北京100083
@刘明忠$新兴铸管公司炼钢部
@杨明生$新兴铸管公司炼钢部
@范英俊$新兴铸管公司炼钢部
@程爱民$新兴铸管公司炼钢部
@刘联群$武汉大西洋连铸设备工程有限责任公司小方坯连铸;;
中心疏松;;
中心偏析;;轻压下新兴铸管公司炼钢厂在 1 #连铸机安装了轻压下设备 ,使用结果表明 :采用轻压下技术可明显减少 1 2 0mm× 1 2 0mm铸坯中心线C、P、S的偏析和中心疏松 ,细化晶粒以及等轴晶区比例提高 3个百分点。1 ZocchiG .ExperimentsinBloomSoftReduction.DANEWS 114VOL ,1995(1):30
2 倪满森,等.方坯连铸高效化技术的开发与应用.连铸,1998(1):3
3 SakakiGS ,KwongAT .SoftReductionofContinuouslyCastBloomsatStel co’sHiltonWorks.SteelmakingConferenceProceedings,1995,298
4 宋维锡.金属学.北京:冶金工业出版社,1989.118Ｏ富痆4> 。图 1 轻压下和非轻压下铸坯试样等轴晶比例值的对比Ｆｉｇ.1 Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｒａｔｉｏｏｆｅｑｕｉａｘｅｄｃｒｙｓｔａｌｚｏｎｅｉｎｃｏｎ ｃａｓｔｉｎｇｂｉｌｌｅｔｓａｍｐｌｅｗｉｔｈｓｏｆｔａｎｄｗｉｔｈｏｕｔｓｏｆｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎ 从图 1可以看出 ,使用了轻压
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