周 磊

（攀鋼提釩煉鋼廠， 四川 攀枝花 617000）

1 連鑄機(jī)方圓坯結(jié)晶器的主要工作參數(shù)

現(xiàn)有方圓坯結(jié)晶器的工作原理是通過電磁攪拌、塑形和降溫結(jié)晶，在振動、重力和拉力輔助下完成鑄坯的成形。良好的結(jié)晶條件可以提高鑄坯材質(zhì)的硬度、韌度，減少表面凹陷、斷裂、中心縮孔、白亮帶等缺陷。這些條件包括拉速、過熱溫度范圍、冷卻強度和振動頻率等。黃小東研究了5Cr9Si3馬氏體耐熱不銹鋼連鑄工藝，馬氏體耐熱不銹鋼是一類含鉻和碳的合金鋼，鋼水黏性高，不易成型。研究采用高過熱工藝實現(xiàn)了馬氏耐熱不銹鋼的連鑄生產(chǎn)。在黃小東的研究中，振動方式、溫度、電磁攪拌電流大小、拉速和冷卻方式均會影響鑄坯的質(zhì)量。振動方式和拉速的不同，坯殼脫離結(jié)晶器的速度不同；電磁攪拌參數(shù)不恰當(dāng)，則會導(dǎo)致鑄坯內(nèi)部缺陷。經(jīng)優(yōu)化實驗，研究確定了在非正弦振動、氣霧冷卻、過熱度40℃左右，拉速1.1 m/min、結(jié)晶器電磁電流375 A，末端攪拌電流400 A時，鑄坯的質(zhì)量最好。曹學(xué)欠，陳衛(wèi)強，陳杰在《Φ800 mm圓坯連鑄機(jī)的技術(shù)特點和應(yīng)用》一文中認(rèn)為振動方式、鑄機(jī)拉速、冷卻方式、過熱度控制等因素會影響連鑄效果。研究以Φ380 mm～Φ800 mm的圓柱坯為實驗對象，在采用結(jié)晶器電子攪拌和末端電磁攪拌聯(lián)用，過熱度范圍20～35℃的基礎(chǔ)條件下，優(yōu)化了振動頻率、冷卻水量和拉速等條件。以Φ500 mm圓坯，42CrMo鋼為例，當(dāng)振動平臺振幅為（0～±7.5）mm、頻率 30～350 次 /min、非正弦系數(shù)在0～0.4之間、負(fù)滑脫時間在0.10～0.25 s內(nèi)、結(jié)晶器水量 260～280 m3/h，拉速 0.36～0.44 m/min 時，產(chǎn)出的鑄坯的碳偏析可控制在0.96～1.06范圍內(nèi)。

2 方圓坯結(jié)晶器連鑄拉速參數(shù)

連鑄拉速快，產(chǎn)品產(chǎn)出效率高，但也容易導(dǎo)致坯殼斷裂、內(nèi)部缺陷等問題。因此，連鑄拉速是方圓坯連鑄工藝研究中的重要參數(shù)。朱喜達(dá)和張立峰研究了小方圓坯連鑄機(jī)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)設(shè)定問題，研究對象是公司生產(chǎn)的10流的全弧形連續(xù)矯直連鑄機(jī)，該機(jī)型可生產(chǎn)150 mm×150 mm的小方坯和直徑在150～250 mm之間的圓坯，冷卻采用水冷或氣霧方式，研究采用的振動平臺的振幅為±3～9 mm，拉速在0.2～3.5 m/min之間。鄒中升研究了大方圓坯連鑄機(jī)的結(jié)構(gòu)特點，認(rèn)為高拉速會導(dǎo)致拉矯機(jī)低頻抖動，穩(wěn)定性下降，因此，建議開澆速度為0.1～0.2 m/min，工作運行拉速也應(yīng)小于1 m/min。王文章、洪名國、高和研究了四機(jī)四流方圓坯連鑄機(jī)的結(jié)構(gòu)特點，研究以直徑Φ180～Φ350 mm的圓坯和280 mm×325 mm的方坯連鑄技術(shù)為例，機(jī)型為全弧形連鑄機(jī)，鑄坯的輸出方式為輥道、橫移機(jī)和冷床，連鑄的拉速隨著坯材截面的增大而減小。截面的增大也增加了振動滑脫的摩擦力，坯殼下滑的阻力增加，因此拉速必須相應(yīng)地降低[1]。

高拉速不僅影響鋼水的結(jié)晶效果，而且由于摩擦生熱等因素，鑄坯表面的熱力學(xué)狀態(tài)會發(fā)生變化，進(jìn)而影響鑄坯的缺陷發(fā)生率。邱東升、吳國慶、李亮等人研究了不同拉速下結(jié)晶器內(nèi)的熱力學(xué)狀態(tài)。研究以斷面150 mm×150 mm的低碳鋼為研究對象，采用二維—熱—力學(xué)耦合有限元模型，研究認(rèn)為高拉速下，坯殼出坯后熱力學(xué)狀態(tài)穩(wěn)定，表面周向溫差變化小，鑄坯缺陷發(fā)生率會降低。研究同時分析了鋼水過熱度對坯殼結(jié)晶狀態(tài)的影響，研究認(rèn)為過熱度過大，會導(dǎo)致冷凝后坯殼表面周向溫差的擴(kuò)大，進(jìn)而導(dǎo)致坯殼表面的拉應(yīng)增大，從而增加了鑄坯的缺陷發(fā)生率。試驗在過熱度20～30℃條件下進(jìn)行。采用方坯水量2 250 L/min，流速9.8 m/s；圓坯水量 1 950 L/min，流速10.5 m/s的冷卻方案。保護(hù)渣堿度0.90～1.20，保護(hù)渣主要成分包括氧化鈣、三氧化二鋁和二氧化硅等。保護(hù)渣的作用主要是保證結(jié)晶器向坯殼傳熱的均勻性，潤滑結(jié)晶器壁。通過冷卻方案和保護(hù)渣方案優(yōu)化，方坯的工作拉速平均提高了0.2 m/min，達(dá)到1.5 m/min左右，圓坯的工作拉速平均提高了0.25 m/min，達(dá)到1.6 m/min左右。

3 方圓坯結(jié)晶器平臺振動參數(shù)

振動的結(jié)晶器出坯方式可防止結(jié)晶器壁與坯殼黏著。重力、拉力和振動平臺的摩擦力等會影響坯殼出坯效果，這些作用力與結(jié)晶器平臺的振幅、振動頻率和振動波形等參數(shù)密切相關(guān)。李文濤，李瑞剛，肖俊生等研究了伺服電機(jī)控制下的結(jié)晶器振動系統(tǒng)設(shè)計問題。伺服電機(jī)可以通過電源的變頻控制技術(shù)實現(xiàn)電機(jī)運轉(zhuǎn)的有效控制，與液壓技術(shù)聯(lián)用，可以組成PLC控制下的任意波形的振動平臺系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以通過輸入振動參數(shù)而實現(xiàn)結(jié)晶器平臺的跟蹤振動。實驗中，在輸入4.5 Hz頻率、偏斜率0.4，內(nèi)外弧中心點位置52的非正弦曲線參數(shù)時，控制系統(tǒng)對振動曲線的跟蹤性能良好。何慶文、王廣連和房緒江等對改造后的萊鋼特鋼廠方圓坯共用連鑄機(jī)的性能進(jìn)行了研究。該廠改造前的結(jié)晶器平臺為原有機(jī)械式四連桿設(shè)計,只能輸出正弦波曲線振動方式，且存在偏振現(xiàn)象[2]，因此，本次設(shè)計將機(jī)械四連桿系統(tǒng)改成液壓非正弦系統(tǒng)。為驗證改造效果，研究以180 mm×220 mm、260 mm×300 mm的方坯和Φ280 mm的圓坯為實驗對象，采用的非正弦波參數(shù)為：振幅（0～±5）mm,振動頻率 40～360 次 /min,非正弦波最大偏斜率40%。結(jié)晶器冷卻水流量180～200 t/h。經(jīng)試驗驗證，鑄坯質(zhì)量明顯改善。李百煉、高亦斌、王鵬等在《自振式結(jié)晶器在奧氏體不銹鋼方圓坯上的應(yīng)用》一文中研究了專門針對不銹鋼結(jié)晶器振動方案。

4 方圓坯結(jié)晶器其他工作參數(shù)

電磁攪拌方式、冷卻方式、水口長度等參數(shù)也會影響鑄坯質(zhì)量，相關(guān)研究人員對此類參數(shù)的設(shè)定也展開了分析。閻建武、李萬國研究了某特鋼廠Φ800 mm圓坯連鑄機(jī)的性能。該連鑄機(jī)為全弧連鑄矯直型，鑄坯的直徑可達(dá)800 mm，拉速范圍0.1～1.0 m/min，結(jié)晶器采用氣水聯(lián)用冷卻，出坯方式可聯(lián)用輥道、橫移機(jī)、起吊機(jī)等設(shè)備。為保證特大圓坯內(nèi)部質(zhì)量，工程采用了結(jié)晶器液面自動控制技術(shù)，鋼水?dāng)嚢璨捎昧私Y(jié)晶器攪拌，二冷電磁攪拌和末端電磁攪拌的電磁攪拌聯(lián)用技術(shù)。周力、高書成、蔣棟初等在《小方坯連鑄機(jī)末端電磁攪拌位置及連鑄工藝優(yōu)化實踐》一文中探討了不同的末端電磁攪拌技術(shù)對鑄坯中心偏析等質(zhì)量缺陷問題的改善作用。研究用鑄機(jī)為全弧形4機(jī)4流。平臺非正弦振動，氣水聯(lián)用冷卻，實驗用鑄坯為200 mm×200 mm方坯，拉矯機(jī)距離結(jié)晶器液面14.1 m。電磁攪拌采用變頻電流形成的變化磁場實現(xiàn)結(jié)晶器內(nèi)鋼水的流動，從而達(dá)到攪拌效果。電磁攪拌強度大有利于均勻傳熱，但過大的攪拌強度會造成液面控制困難和保護(hù)渣的混入。因此，應(yīng)在現(xiàn)場條件下優(yōu)化電磁攪拌強度，以提高鑄坯質(zhì)量。電磁攪拌器的安裝高度可以影響攪拌強度，在一定的拉速條件下，改變末端電磁攪拌器的安裝高度可減少鑄坯的中心偏析等現(xiàn)象。實驗中，設(shè)計人員將末端電磁攪拌（FEMS）后移到距離結(jié)晶器9.85 m處，顯著地降低了碳鋼的中心偏析度。通過實驗，研究還發(fā)現(xiàn)二次冷卻強度與末端電磁攪拌強度需要完美匹配，否則攪拌液芯厚度會不符合要求。通過優(yōu)化，研究在加強末端攪拌強度的前提下，將冷卻水量從130 m3/h降低至110 m3/h，從而抑制了鑄坯內(nèi)柱狀晶生長，擴(kuò)大了等軸晶區(qū)比例，改善了鑄坯質(zhì)量。

馬鋮佑對結(jié)晶器水口長度對結(jié)晶器流場數(shù)值模擬的影響進(jìn)行了分析[3]。研究認(rèn)為由于水口長度的變化會影響水口出水的最大流速，因此，結(jié)晶器流場模擬計算時應(yīng)特別注重水口長度的變化。研究以220 mm×260 mm的方坯為實驗對象，拉坯速度為0.9 m/min。水口為浸入式直通型，水口內(nèi)徑40 mm，浸入結(jié)晶器液面深度為100 mm。研究采用了水口長度為 0、300、600、1 000 mm四個類型的水口，分別計算了水口出口最大流速和最大沖擊深度等數(shù)值，研究認(rèn)為，為保證模擬計算數(shù)值的準(zhǔn)確行，推薦使用水口長度為1 000 mm的原型水口。除開本文提到的拉速、振動方式、攪拌方式、出水水口長度因素，結(jié)晶器水冷的冷卻時間，壓強，結(jié)晶器的形狀等因素，也會影響方圓坯結(jié)晶器的出坯質(zhì)量，后續(xù)的研究應(yīng)采用多因子實驗設(shè)計方案，以確定多種影響因素下的特定方圓坯結(jié)晶器的最佳工作狀態(tài)。

[1]黃小東.連鑄工藝參數(shù)對5Cr9Si3馬氏體耐熱不銹鋼方坯質(zhì)量的影響[J].江西冶金，2018（1）：24-25.

[2]曹學(xué)欠，陳衛(wèi)強，陳杰.Φ800 mm圓坯連鑄機(jī)的技術(shù)特點和應(yīng)用[C].高品質(zhì)鋼連鑄生產(chǎn)技術(shù)及裝備交流會，2014.

[3]朱喜達(dá)，張立峰.小方圓坯連鑄機(jī)設(shè)備技術(shù)應(yīng)用[C].連鑄裝備的技術(shù)創(chuàng)新和精細(xì)化生產(chǎn)技術(shù)交流會會議，2015.