连铸坯工艺技术研究

连铸坯工艺技术研究

王利波

天津天钢联合特钢有限公司天津市301500

摘要：社会经济的进一步发展，也推动了钢铁行业的全面发展。在钢铁企业中，会运用到多种生产工艺。其中连铸因生产成本低、效率高、操作灵活、质量高，在世界钢铁工业中得到了迅速发展。因此文章重点就连铸坯工艺技术展开相关论述。

关键词：连铸坯工艺；轨钢；技术研究

合金钢的生产和高强度无缝钢管的生产需要应用于转炉冶炼、炉内精炼、真空脱气、方坯连铸等生产过程中。高品质连铸坯是制备高性能钢材的前提保证，频发的连铸坯表面裂纹缺陷和不稳定的内部偏析及疏松已成为限制高品质连铸坯稳定生产的瓶颈。因此，通过科学合理的铸造工艺，解决断裂问题，是生产高质量坯料的关键环节。

一、连铸坯工艺相关概述

（一）连续铸造的特点

连铸是将钢水直接铸入钢坯的一种新工艺。它的出现改变了一个世纪以来主流铸造工艺，大大简化了从钢水到钢坯的生产过程。国外多年的生产实践表明，它是钢铁工业的一项重要技术创新，其应用越来越广泛。在连铸技术出现之前，钢铁的生产通常是将钢水倒入模具中，冷却再脱模，然后将其加工成所需的钢坯尺寸。在此过程中，需要对钢锭进行多次加热和加工，占地面积大，时间长生产效率低。每一次加工都必须损失一定数量的金属。因此，将钢水直接铸造成接近最终产品尺寸的钢水的想法，促使科学家们进行了一百多年的探索，最终使这一技术在1970年代的实际生产中得以大规模使用。并逐步形成了现代连铸技术。钢铁铸造可分为模铸和连铸造两种类型。前者是所谓的“常规”铸造方式，目前连铸品种规格不断扩大，几乎适应都可以用连铸生产，在生产中钢水不断通过水冷的铜结晶器凝固成坯壳从结晶器下方拉出，冷却凝固成各种规格的钢坯，简化了生产工艺、降低工人劳动强度、降低消耗，提高了生产效率。

（二）连铸坯的优点

①产量高。与模铸相比，连铸钢的产量可提高约10%。这意味着每生产100万吨钢材，连铸钢材可用于增加10万吨钢材。但是，耐火材料的消耗量可以减少约15%。②成本低。每吨连续钢绞线的成本比钢绞线低约5%，完成后可降低约8%。③基地建设投资少，占地少，起步快。基建投资可节约40%左右，占地面积可减少30%左右。据介绍，目前国外还有一些新建和在建的大型钢厂。所有的连续铸造已经完成，并且钢锭模具已经被完全去除，工期大大缩短。④改善工作条件并提高劳动生产率。随着新钢铁的连续铸造，钢铁厂最糟糕的铸铁部分彻底改变了其外观。劳动生产率可以提高约30%。⑤高品质。由连铸生产的铸钢和用于轧制的钢质量不劣于通常用钢轧出的钢坯和钢的质量。因此，连续铸钢完全可能取代喷砂机和开松机，并将板坯直接送到成品轧机。这可以大大缓解氧气炼钢技术的使用，促进钢铁生产的快速发展。

二、连铸坯技术研究

（一）连铸坯凝固末端重压下工艺控制技术

结合宽厚板坯、大方坯连铸生产实际，东北大学开发并投用了一系列凝固末端重压下的工艺理论与工艺控制技术：形成了两阶段连续重压下工艺理论、单点+连续重压下工艺理论、宽厚板非均匀凝固末端压下区间等工艺理论，准确揭示了不同压下模式、压下量对铸坯凝固缩孔焊合与溶质挤压排出等行为的影响规律，为工艺开发奠定了理论基础；开发了基于压力反馈的凝固末端智能检测技术、“堆钢”压下工艺、多维动态冷却控制技术、辊缝在线标定方法等关键工艺，实现了压下量向铸坯心部的高效、稳定传递，保障了溶质偏析与缩孔疏松的同步改善；开发并投用了凝固末端动态压下智能控制系统，其可根据最终轧材成品质量要求与规格要求，结合生产过程监测数据，实现高效、低成本压下工艺的智能选取。与传统模铸工艺相比，采用重压下工艺可提高金属收得率10%，降低吨钢能耗25%；与真空复合焊接流程相比，其生产效率提升一倍以上；与超厚板坯连铸相比，其投资节省800万元以上，吨钢成本降低百元以上。

（二）钢水流动控制技术

连铸坯的缺陷与结晶器内钢液流动状态有很大关系，拉速的波动，结晶器液面会波动剧烈，可能导致卷渣，恶化铸坯质量，采取结晶器钢水流动控制技术可改善钢液流场，稳定结晶器液面，促进夹杂物上浮提供良好浇注条件，板坯结晶器电磁制动（EMBr）、电磁流动控制和多模式电磁搅拌为结晶器控制流动技术的有效手段，三项技术科有效控制钢液流动，改善传热，均匀冷却坯壳，消除缺陷，提高铸坯表面质量。

（三）热送热装技术

随着炼钢、精炼和连铸机水平的发展，钢水的温度、成分、洁净度和浇注性能大大提高，连铸新技术应用越来越广泛，如采用结晶器电磁搅拌、结晶器液位自动控制系统、动态轻电压技术、结晶器液压振动系统、全过程保护铸造、镁质干式料中间包、在线连铸调宽技术、高效气雾喷嘴等，先进的质量专家评价系统、中间包等离子加热技术和中间包感应加热技术，实现无缺陷铸坯生产，极大提高连铸坯的热装工艺水平。

（四）浇铸温度技术

中包的钢水的温度、冷却系统水优化、耐火材料的种类、炉渣等是影响铸坯质量的重要因素。钢水浇注温度的控制是控制铸坯质量的最重要因素。钢坯内夹杂物的含量、钢坯内外的裂纹、中心偏析以及生产操作的相关稳定性都与钢水的浇注密切相关。

（五）结晶器冷却

结晶器的冷却系统决定了普通方坯连铸速度较高。结晶器内铸坯冷却所需的时间较短，对冷却均匀性的要求较高。因此，在设计结晶器冷却系统时，需要保证结晶器壳体的适当厚度，水套与铜管之间水缝均匀，安装精度高。为了保证其更加均匀，必须时刻注意冷却水的流量、水温和水速的控制，确保坯壳凝固的安全厚度。结果表明，结晶器内的铸坯在冷却过程中更加均匀。

三、连铸坯质量技术控制

（一）严格控制对钢水的要求

第一，控制钢水的温度，在这个温度下降低钢水有害元素的硫、磷含量；第二，微调钢水，即对钢水成分进行操作。它主要调节钢水中一些合金的成分，如碳、锰、硅、铝等元素的含量。为了使钢水温度均匀化，使钢水中的杂质上浮，应对钢水进行吹氩操作，只有严格按照要求进行这些环节的操作，才能获得合格钢水的质量。

（二）控制浇铸温度

当浇铸温度较低时，可改善铸坯的内部裂纹和中心疏松和偏析，使铸坯组织均匀，晶粒尺寸减小，但是，当钢水浇铸温度较低时，会产生一些不利影响，如低温引起钢水流动性差，钢水中的杂质不易上浮，水口结流等生产事故；当钢水浇铸温度较高时，会加剧对中包耐材的侵蚀，钢中外来夹杂急剧增加，钢水二次氧化严重，恶化铸坯内部质量，严重时会造成高温漏钢事故，因此生产中要控制合适的中包过热度。

（三）在结晶器中使用铜板的镀层

在连铸板坯的铸造过程中，结晶器是钢水运行的核心和最重要的设备，当钢水通过中间包向结晶器内浇注时，在结晶器内一次冷却水的影响下，钢水会形成一定厚度的壳体。在此过程中，结晶器内钢水的静压会抑制钢水对结晶器铜板的作用，一些传热和摩擦也会影响铜片。同时，在相对恶劣的条件下需要连续工作，因此结晶器内的铜板往往具有比其它铜板更好的导热性能和冷却能力，具有较强的硬度和耐磨性。

（四）运用电磁搅拌

在连铸板坯连铸过程中，为了减少柱状晶粒，避免中心偏析，提高铸坯质量，应采用电磁搅拌。特别是在处理一些特殊的钢和一些较厚的钢时。电磁搅拌线圈按照一定的规则排列。使用时，线圈放置在方坯表面约20毫米，通过线圈的电流产生磁力。磁力使不凝固的钢液向固定方向循环，使钢液成分在搅拌过程中均匀化。

总之，高品质连铸坯是制备高性能钢材的前提保证，频发的连铸坯表面裂纹缺陷和不稳定的内部偏析及疏松已成为限制高品质连铸坯稳定生产的瓶颈。因此应不断优化连铸坯工艺技术，确保提升铸造产品的质量。

参考文献：

[1]陈本文，张坤，苏春霞，赵刚，杨晰，付超.22SiMn2TiB钢250mm连铸坯氧化铁皮分析及工艺改进[J].特殊钢，2018，39（04）

[2]赵志刚.高速工具钢（M2）连铸工艺基础研究[D].北京科技大学，2018