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高品质连铸坯生产工艺与装备技术

第一篇：高品质连铸坯生产工艺与装备技术高品质连铸坯生产工艺与装备技术【摘要】对生产这些高性能品种钢的铸坯母材质量及尺寸的要求也日益提高，集中体现为铸坯表面的微缺陷化、铸坯内部的高致密度与均质化以及断面的大型化等特点。研究背景近十年来，随着我国交通运输、能源石化、海洋工程、重型机械、核电、军工等国家重点行业与产业的快速发展，对高品质品种钢的需求量大幅增加。与此同时，受用途和使用环境特殊性的影响，对钢产品的质量、性能、尺寸规格等也提出了更高的要求。为此，对生产这些高性能品种钢的铸坯母材质量及尺寸的要求也日益提高，集中体现为铸坯表面的微缺陷化、铸坯内部的高致密度与均质化以及断面的大型化等特点。我国钢铁工业经过数十年的快速发展，整体技术与装备水平均逐渐迈人世界先进行列。值得一提的是，经过近20年的引进、消化吸收与再创新，我国的连铸技术与装备水平更是获得了长足的进步，实现了超过98%的连铸比，是当前生产高品质品种钢铸坯母材最主要的工艺。受国家需求驱动，我国的品种钢微合金化技术和大断面连铸坯生产技术与装备更是得到了快速发展，合金体系涉及Nb、V、Ti、B、Ni等，已建成并投产的宽（特）厚板坯连铸机生产线超过30条、大方坯连铸机生产线20余条、Ø600mm以上大圆坯连铸生产线20多条，产能超过1.2亿吨，具备了生产高品质大规格品种钢的能力。正是由于品种钢微合金化技术进步以及上述宽／大断面连铸机的大规模投产及其技术进步，一定程度上缓解了我国长期以来依靠进口或使用铸锭来满足高品质品种钢轧制需求的局面。但与此同时，品种钢连铸生产过程面临铸坯裂纹频发、内部质量不理想的困境，特别是随着连铸坯断面的大型化，铸坯缺陷所带来的负面效应尤显突出，已成为限制高品质品种钢连铸高效化生产的共性技术难题。微合金品种钢连铸坯产生角部横裂纹具有普遍性，开发有效且稳定的裂纹控制技术一直是国内外冶金工作者研究的热点。目前，除了钢水成分控制外，主要是围绕连铸工艺与装备技术而展开，体现在以下几个方面：1）优化连铸坯二冷配水工艺，使连铸坯通过铸流矫直区时避开相应钢种的第三脆性温度区。该技术是目前控制微合金品种钢连铸板坯角部横裂纹缺陷最常用的措施。其包括“热行”和“冷行”两条途径，并以“热行”路线最为普遍采用。然而，这两条途径均以降低连铸机扇形段设备使用寿命为代价（“热行”路线须大幅减少连铸机矫直段前多个冷却区的冷却水量，常引发扇形段铸辊表面保护渣与氧化铁皮烧结物的黏结而降低铸辊的使用寿命；“冷行”路线则将大幅增加铸坯矫直应力，降低扇形段铸辊轴承及轴承套的使用寿命），且无法从根本上消除连铸坯角部横裂纹产生。2)使用大倒角结晶器技术。使用该技术可大幅提高铸坯角部过矫直的温度，实现铸坯高塑性过矫直，从而有效控制微合金品种钢连铸坯角部裂纹产生。但该技术使用过程对连铸生产工艺稳定性要求较高，同时也面临倒角面附近区域易产生表面纵裂纹、结晶器铜板使用寿命低等问题。3)实施铸坯二冷足辊段与立弯段垂直区强冷却控制技术，使连铸坯表层生成一层具有较强抗裂纹能力的组织。但该技术需要在很小的控制窗口（足辊段与立弯段垂直区）内对铸坯实施较大幅度的快速降温与升温控制。一方面，该控冷工艺实施复杂，且稳定性难以把握；另一方面，目前多数连铸机的高温区冷却能力无法满足铸坯角部的降温与升温幅度。目前仅日本新日铁住金与韩国浦项等国际先进钢铁企业成功应用该技术。因此，结合微合金品种钢凝固特点与连铸坯铸流温度演工艺，使连铸坯通过铸流矫直区时避开相应钢种的第三脆性温度区。该技术是目前控制微合金品种钢连铸板坯角部横裂纹缺陷最常用的措施。其包括“热行”和“冷行”两条途径，并以“热行”路线最为普遍采用。然而，这两条途径均以降低连铸机扇形段设备使用寿命为代价（“热行”路线须大幅减少连铸机矫直段前多个冷却区的冷却水量，常引发扇形段铸辊表面保护渣与氧化铁皮烧结物的黏结而降低铸辊的使用寿命；“冷行”路线则将大幅增加铸坯矫直应力，降低扇形段铸辊轴承及轴承套的使用寿命），且无法从根本上消除连铸坯角部横裂纹产生。2)使用大倒角结晶器技术。使用该技术可大幅提高铸坯角部过矫直的温度，实现铸坯高塑性过矫直，从而有效控制微合金品种钢连铸坯角部裂纹产生。但该技术使用过程对连铸生产工艺稳定性要求较高，同时也面临倒角面附近区域易产生表面纵裂纹、结晶器铜板使用寿命低等问题。3)实施铸坯二冷足辊段与立弯段垂直区强冷却控制技术，使连铸坯表层生成一层具有较强抗裂纹能力的组织。但该技术需要在很小的控制窗口（足辊段与立弯段垂直区）内对铸坯实施较大幅度的快速降温与升温控制。一方面，该控冷工艺实施复杂，且稳定性难以把握；另一方面，目前多数连铸机的高温区冷却能力无法满足铸坯角部的降温与升温幅度。目前仅日本新日铁住金与韩国浦项等国际先进钢铁企业成