150mm×150mm方坯连铸二次冷却工艺的优化

戈峰

150mm×150mm方坯连铸二次冷却工艺的优化
摘要  石横特钢厂由R9m4机4流连铸机连铸150mm×150mm碳素和合金结构钢、高碳钢和焊条钢。通过优化二冷段工艺，将0.5～0.8MPa水压、0.8～1.3L/kg比水量和3段手动水冷工艺分别改成0.2～0.3MPa水压、0.25～0.75L/kg比水量和4段自动(水＋气)水冷工艺后，杜绝了中间裂纹和鼓肚缺陷，并使脱方、缩孔、疏松降低了50～80%。
   济钢集团石横特殊钢厂(简称石横特钢厂)拥有R9m4机4流连铸机1台(表1)，浇注碳素、合金结构饮、高碳钢、焊条钢等钢种(表2)，生产150mm×150mm方坯供高速线材车间。
1 存在问题
在生产优钢过程中，由于二冷制度不当，出现铸坯缺陷有(1)在二冷区各段冷却不均匀，部分回温太大，或冷却强度大，所导致的内部裂纹(2)二冷区铸坯四个面的非对称性冷却，造成某两个面比另外两个面冷却得更快，在冷面产生沿对角线的压力，加重铸坯扭转，产生菱变；(3)二次冷却太弱，铸坯表面温度过高，发生蠕变而产生鼓肚；(4)二冷不当，矫直时铸坯表面温度低于900℃，刚好位于“脆性区”，再有AlN、Nb(CN)等质点存在，容易在振痕波谷处产生表面裂纹。
2        二次冷却工艺的优化
2.1不同钢种二冷配水制度
对于中、高碳钢和合金钢，为改善铸坯冷却组织　，防止内部裂纹，应采用弱冷制度冷却铸坯。经过长摸索，归纳了各钢种的冷却强度（表3）。
2.2不同拉速二冷水量的配置
根据石横特钢厂不同拉速的低倍组织检验，得出二冷配水量与拉速成成、线性关系。
由实践经验，共设计8条配水曲线，水量由小至大，1-3号线为弱冷，4-5号线为中冷　，6-8号线为强冷，各曲线符合以下公式：
Q＝172×ａ×V（V≥1.0ｍ/min）
或　Q＝ｂ（V＜1.0ｍ/min）
式中：Q－二冷水量/L•min-1；V－拉速/ｍ•min-1；ａ－比水量/L•ｋｇ-1；ｂ－初始水量/L•min-1。
表4为各配水曲线对应的二冷参数。
2.3二冷区喷淋系统参数选择
一般认为，二冷区喷水总长度为冶金长度的35～65%，铸坯表面冷却速度不200℃/大于ｍ，拉坯方向温度回升不超过100℃/ｍ。
由于石横钢厂连铸机的弧形半径较大，空冷时间较长，二冷水选择4段设置，总长度为冶金长度的30%。二冷水除设总过滤器外，在各段各流设二级过滤器，由此方便过滤器的清理和水质的改善。表5为二冷区喷淋系统的设置情况。二冷工艺优化前后工艺的变化情况见表6。
3        优化后生产优钢的质量
根据石横特钢厂150mm×150mm铸坯生产的钢种建立了配水工艺模型，在采用自动配水模型后，显著改善了铸坯低倍组织，杜绝了中间裂纹、鼓肚等缺陷，使铸坯脱方、疏松、缩孔等缺陷降低了50～80%。说明该配水模型较为适合该厂的R9ｍ连铸机。
表1　方坯连铸机的主要技术参数
流数　弧型半径/mm  浇注断面/mm2    浇注速度/m•min-1    定尺长度/mm   冶金长度/m   中间罐容量/t  流间距/mm
4      9000         150×150      1.8～2.8         2800～12000    16.438          25         1250



表2　典型钢种的化学成分/%
钢种      C          Si          Mn         P         S        Cr     Ni      Cu    [o]/10-6  [N]/10-6
45   0.43～0.46  0.20～0.30  0.55～0.65  ≤0.025   ≤0.020   ≤0.05  ≤0.05  ≤0.12   ≤30   ≤50
72A  0.70～0.74 0.15～0.25  0.47～0.57   ≤0.020  ≤0.020    ≤0.05  ≤0.05  ≤0.10   ≤20   ≤40
HRB400  0.20～0.25 0.40～0.60  1.30～1.45   ≤0.040  ≤0.040
ML35   0.32～0.36    ≤0.15   0.47～0.57   ≤0.025  ≤0.020    ≤0.20  ≤0.20  ≤0.20
H08Mn2SiA      ≤0.10  0.65～0.85  1.70～2.00   ≤0.030  ≤0.030    ≤0.20  ≤0.20  ≤0.20
     
表3　不同钢种的比水量
钢种        80    82B   70   72A  40Cr   45   60  65   ML35 20CrMo  20   35   HRB400
比水量/L•kg-1   0.25  0.25  0.30  0.30  0.35  0.45 0.40 0.40 0.40  0.35    0.5  0.5   0.6

表4　各配水曲线对应的二冷参数
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　配水曲线
　项目
　　　　　　　　　1　　　2　　　3　　　4　　　5　　　6　　　7　　　8
　比水量/L•kg-1　0.25   0.30    0.35    0.40   0.45   0.50   0.55    0.60　　　　　　
初始水量/L•min-1　43    51      60     68     77    85     94     99　　　　　

表5　二冷区喷淋系统的技术参数
冷却段　长度/m　喷嘴数　喷嘴间隔/mm　喷嘴形状　冷却方式　气压/MPa　水压/MPa
足辊段　　0.3　　24　　　　140　　　　　全锥　　　水　　　　　－　　　0.3
1段　　　1.53　　32　　　　220　　　　　全锥　　气-水　　　　0.2　　　0.2
2段　　　1.75　　20　　　　430　　　　　全锥　　气-水　　　　0.2　　　0.2
3段　　　1.35　　16　　　　450　　　　　全锥　　气-水　　　　0.2　　　0.2

　　　表6　二冷工艺优化前后主要工艺参数对比
　阶段　冷却段数  长度/mm　水压/MPa　配水方式　冷却形式　比水量/L•kg-1
优化前     3        4.38    0.50～0.80　手动　　　水冷　　　0.80～1.30
优化后　　4　　　　5.53　　0.20～0.30　手动　　水冷＋气-水　0.25～075

　　　　　　　　　　　　《特殊钢》―――2005-6