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摘要：和常规的板坯连铸相比,在高拉速的条件下,由于结晶器内凝固坯壳厚度减薄和坯壳与结晶器壁之间摩擦力增大,易发生漏钢事故。另外,因拉速提高,使由水口出来的钢流速度增加,结晶器内钢液的波动较为剧烈,铸坯易发生卷渣、夹杂物侵入深度增加等方面的缺陷,从而使钢的清洁度降低。
关键词：板坯连铸；保护渣；电磁制动；二冷控制
介绍了其所采用的诸如保护渣、结晶器振动、浸入式水口、结晶器液面控制、电磁制动、大容量中间包等技术措施,并对如何提高拉速提出了设想。
一、不同钢种对保护渣性能的要求
1.低碳铝镇静钢(w(C)≤0.08%)在较高的拉速下,主要的问题是预防粘结性漏钢。这就要求保护渣要有良好的吸附Al2O3的能力,同时又要保证保护渣的粘度不上升。使用低粘度、低凝固温度的保护渣有助于提供足够的润滑。
2.中碳钢(w(C)=0.08%～0.18%)这是易产生裂纹的包晶钢,最重要的是防止纵裂和横向裂纹。凝固温度高的保护渣对减少表面裂纹很有效,因为这有助于减少通过结晶器的热流;低粘度的保护渣可提供足够润滑。所以,应使用凝固温度高而粘度低的保护渣。
3.高碳钢(w(C)≥0.18%)这类钢的特点是热强度差、浇铸温度低、拉速低。这就要求保护渣具有良好的绝热性能、合适的碳含量和良好的润滑性能。
二、高速连铸特点与保护渣要求
在高速连铸条件下,流入坯壳与结晶器壁之间的保护渣量减少,由于润滑效果变差,弯月面下铸坯与结晶器之间的摩擦力造成粘滞性拉漏的可能性增加。这就对保护渣提出了如下要求。
1.提供足够的保护渣消耗量。如果保护渣的消耗量低,可能会使润滑膜破裂,凝固坯壳粘在结晶器铜板上,出现粘结性漏钢。国外厂家的实践经验表明,在高拉速的条件下,保护渣的消耗量应大于0.3kg/m2。
2.为保持足够的熔渣层厚度,保护渣应有较快的熔化速度。出现粘结的另一个原因是液态渣池出现“干点”(dryspots),随着拉速的增加,出现“干点”的可能性增加,故高拉速下要求保护渣要有较快的熔化速度。
3.维持稳定的操作性能。为了改善钢的清洁度,保护渣应该能吸附氧化铝夹杂,但吸附夹杂后会提高保护渣的粘度,这会降低保护渣的消耗量。同时氧化铝的提高又会降低保护渣的凝固温度,改善润滑条件。如果保护渣具有稳定的物理性能(即随吸附氧化铝夹杂的增加,其物理性能的变化很小),在操作条件下又能尽可能地减少氧化铝的吸附量,则保护渣的操作性能和设计性能就能比较接近。
三、水口改进和结晶器液面波动控制
高速连铸时,钢水流速增加,如控制不当,则会造成窄面坯壳重熔或钢水液面波动。NKK公司研究了影响结晶器内液面波动的主要因素,并用特性值F作为判断和控制结晶器内钢水液面波动的依据,其定义如式(1)和图1所示。
（1）
图1钢水面波动的特性值F的定义示意图
式(1)中,ρ为钢水密度,kg/m3;QL为钢水注入量,m3/s;Ve为钢水流冲击速度,m/s;θ为钢水流冲击角,(°);D为冲击点距弯月面的距离,m。当注入结晶器的钢水量大,缺陷集中发生在F值较大时,认为这是由于冲击窄面的钢水流量和流速大,反转向上的钢水到达弯月面时具有很大的动能,致使结晶器内钢液面波动大,造成保护渣卷入,因而在最终产品表面暴露出缺陷。而当缺陷发生在F值较小时,则是由于冲击窄面的钢水流量和流速小,反转向上的钢水流到达弯月面时的动能也就小,这不利于非金属夹杂物的上浮分离,而且由于结晶器内钢水液面的热量不足,造成保护渣的熔化不良,致使缺陷发生率明显增高。因此,F值有最佳范围。根据此公式,板坯宽度大时,应增大浸入式水口的出口角度或浸入深度;反之,当板坯宽度小时,则应当减少浸入式水口的出口角度或浸入深度。这样控制的结果,使产品的质量得到明显改善。另外,利用电磁力来控制结晶器内钢液的流动,也能使F值处于最佳状态。
四、电磁制动
在拉速提高的情况下,由于从水口中流出的钢流速度提高,使结晶器内的液面波动加剧,从而易使铸坯产生卷入保护渣、夹杂物、氩气泡的缺陷。
1.FC-Mold技术。流动控制结晶器(FC-Mold)是川崎制铁在第一代电磁制动的应用经验基础上,结合ABB公司的硬件技术研制而成。该系统在结晶器整个宽度方向上形成两组静态磁场,一组位于弯月面附近,另一组位于结晶器下部。上部的磁场有利于稳定弯月面钢液的波动,防止形成紊流和凝固坯壳卷入保护渣;下部磁极则可减少钢液的穿透深度,有利于夹杂物和氩气泡的向上排出,而且可使结晶器表面钢液的温度得到提高,有利于保护渣的熔化。该系统的成功应用,可使冷轧卷表面的分层(sliver)和笔筒(pencilpipe)缺陷大幅度减少,在拉速较高的情况下效果尤其明显。水岛厂4号板坯连铸机还试验了FCMoldII,主要是将FC结晶器的电流从统一供电改为上、下磁极分别供电,并将上部磁极的磁场强度由0.3T减少为0.15T,结果铸坯的表面质量得到进一步改善。除了川崎水岛厂4号连铸机、千叶厂3号连铸机采用了FC结晶器外,日本中山钢铁公司Funamati的连铸机和韩国浦项钢铁公司光阳厂4号板坯连铸机也采用了FC结晶器。
2.EMLS、EMLA技术。高速连铸时,为防止结晶器内液面波动剧烈,需要用磁场来控制液面波动;但实际操作中也存在低速连铸的情况,如开浇和终浇时、浇IF钢时,此时结晶器内弯月面处的凝固壳延伸也会造成卷渣缺陷。为此日本NKK公司开发了同时具有制动和加速功能的EMLS、EMLA的钢流控制系统。当连铸机的拉速较高时,应用EMLS可以抑制结晶器钢液面的波动;而当开浇和终浇时,使用EMLA可以将钢液面的流动也控制在最佳水平。为了解决操作条件变化时人工控制磁场加速/减速功能带来的不便,NKK公司在福山厂5号板坯连铸机应用了计算机控制系统,其原理是每隔5s将水口尺寸、结晶器宽度、拉速等数据输入计算机后计算出钢液流动的F值,根据F值评估窄面钢液的波动量,确定应采用EMLS还是EMLA,自动设定所需的强度并执行。
确保铸坯的高质量是实施高速连铸的必要条件,国外厂家应用的高速连铸保护渣、电磁制动、结晶器液压非正弦振动、动态二冷等技术是保证铸坯高质量的重要措施。在提高拉速的初期,可使用探伤设备来检测铸坯存在的质量缺陷,以防止产品质量受到不利影响。
参考文献
[1]张盛意.浅谈连铸坯质量.2016.
[2]刘秋月，探讨如何提高板坯连铸拉速的技术措施.2017.