探討高碳鋼連鑄冷卻工藝技術

吳志會 宋衛東 吳金鐘

摘要：目前隨著國家的快速發展，鋼鐵行業的發展嚴重影響著國家工業化程度，在許多行業中高碳鋼的大批量使用，導致市場對高碳鋼的產品質量和性能要求更加嚴格。高碳鋼連鑄技術也憑借自身生產率高，鑄坯質量好，生產成本低廉，能源消耗少，操作簡便易行的優勢在高碳鋼加工鑄造中得到了廣泛應用。為得到表面質量和內部質量都優良的高碳鋼連鑄坯，本文通過對高碳鋼連鑄冷卻工藝技術中的結晶器冷卻和二冷區冷卻兩部分冷卻技術進行研究探討。

關鍵字：高碳鋼，連鑄技術，冷卻工藝

引言：高碳鋼連鑄技術相比較于傳統模鑄工藝，具有生產率高，鑄坯質量好，生產成本低廉，能源消耗少，操作簡便易行的優勢，因此在高碳鋼鑄造加工中應用極為普遍。由于連鑄工藝是一種通過對融化的鋼水在一定冷卻條件下使之凝固的工藝技術，所以高碳鋼連鑄冷卻工藝是其中最為重要的一環，決定著連鑄生產是否順利以及連鑄坯質量的好壞。在連鑄冷卻工藝中，結晶器被譽為連鑄設備的“心臟”，決定了連鑄坯表面質量的好壞;而二冷工藝則是決定連鑄坯內部質量好壞的關鍵技術，因此探討高碳鋼連鑄冷卻技術，必須從對結晶器和二冷區連鑄工藝的研究入手。只有通過結晶器冷卻得到表面質量好的連鑄坯，通過二冷區冷卻得到內部質量好的連鑄坯，才可以提高連鑄坯質量，提高高碳鋼產品質量。

1高碳鋼連鑄技術

目前對于含碳量高的鋼連鑄坯在生產加工時容易出現問題，例如高碳鋼連鑄坯的表面凹陷，表面縱裂，更嚴重甚至會發生漏鋼，這一系列高碳鋼連鑄坯加工缺陷嚴重影響了產品的后續質量。高碳鋼連鑄工藝技術的改進與完善目前已成為高碳鋼連鑄生產中的研究熱點。理論研究和工程實踐表明，高碳鋼零塑性區范圍在1250℃以上，這就意味著在1250℃以上的溫度范圍內很小應變就會造成鑄坯凝固前沿開裂這一問題;并且在 1050℃～1250℃范圍內，高碳鋼的鑄坯塑性也很差，產生的裂紋傾向性較大。在結晶器對高碳鋼的鋼水冷卻過程中，結晶器周向鑄坯會出現熱量傳遞和鋼水凝固的不均勻現象，主要表現在靠近鑄坯寬度中心的坯殼厚度較薄，并且由于高碳鋼的含碳量較高，碳與其他金屬反應生成碳化物進一步加劇了凝固坯殼厚度的不均勻性。所以為了避免在高碳鋼連鑄過程中出現產品缺陷，需要對高碳鋼連鑄冷卻技術進行研究探討，從結晶器和二冷區連鑄冷卻工藝入手，得到表面質量和內部質量都符合要求的高質量連鑄坯，提高高碳鋼連鑄坯質量，增加高碳鋼產品質量

2結晶器冷卻工藝技術

在高碳鋼連鑄冷卻工藝中，因為結晶器決定了連鑄坯表面質量的好壞，所以被譽為連鑄設備的“心臟”。連鑄結晶器傳熱效率和冷卻效果直接關系到結晶器壽命、鑄坯表面質量、連鑄漏鋼和連鑄其它缺陷。

2.1結晶器特性

結晶器自身良好的導熱性和導熱均勻性決定了結晶器的功能作用，即主要功能是將結晶器內流動的鋼水的熱量通過坯殼、渣膜、氣隙傳遞到結晶器上，然后冷卻水把這部分熱量帶走，鋼水流出結晶器后形成具有一定厚度的坯殼。與此同時，良好的導熱性和導熱均勻性也保證了結晶器出口處的鑄坯厚度均勻，不會產生變形，裂紋和漏鋼的缺陷。此外結晶器良好的耐磨性和抗熱應力作用性能可以滿足由于連鑄過程中坯殼與結晶器銅板不可避免地接觸、摩擦這一問題帶來的挑戰;結晶器重量輕和剛性好的優勢賦予了結晶器良好的結構鋼性，并且方便拆裝調整和維修。

2.2結晶器冷卻過程

結晶器冷卻過程也就是結晶器高效傳熱的過程，這一過程中結晶器銅板內側會隨著鋼水的流動，形成和生長得到連鑄坯殼，結晶器銅板外側是冷卻水的強制對流。具體可以將結晶器內鋼水與冷卻水的傳熱過程分為以下五部分：鋼水與凝固坯殼間對流傳熱，凝固殼內熱傳導，凝固坯殼與結晶器銅板間傳熱，結晶器銅板內熱傳導，結晶器銅板與冷卻水間的對流傳熱。

3.二冷區冷卻工藝技術

連鑄工藝需要經過三個冷卻區凝固傳熱才可以從液態鋼水得到固態連鑄坯，三個冷卻區中上述的結晶器冷卻屬于一次冷卻區，散熱約為總散熱的五分之一左右;離開結晶器后通過輥子冷卻和噴水冷卻覆蓋的部分稱為二次冷卻，散熱約為總散熱的二分之一左右;隨后在空氣中散熱冷卻的部分稱為三次冷卻，主要通過減小溫差實現。

針對二冷區冷卻工藝技術，由于是通過噴水冷卻的方式，鑄坯內熱量消耗快，冷卻速度快，效果好。二次冷卻區需處理80%仍未凝固的鋼水，所以合理的二次冷卻制度才可以避免內部裂紋、中心偏析、中心疏松等缺陷的產生，得到質量良好的連鑄坯。要制定合理的二次冷卻制度需要綜合考慮鋼水的成分、過熱度、拉坯速度及連鑄機設備情況等多種因素，并且遵循冶金原則，限制冶金長度，限制出結晶器坯殼厚度，限制表面溫度回升幅度，限制彎曲矯直區表面溫度，限制表面冷卻速度，限制鼓肚變形。

制定合理的二次冷卻制度需要以遵循上述冶金原則為基礎上，進一步進行二次冷卻工藝技術的改進和完善。例如為了改善流場，促進夾雜物上浮，可以采取低過熱度操作，或者改進浸入式水口，施加結晶器電磁制動等方法;為了均勻連鑄坯表面冷卻，強化表面溫度控制，減輕中心偏析的問題，可以改用氣水噴霧進行冷卻，或者施加電磁攪拌等方法;為了防止連鑄坯受力變形，可以采用多點彎曲矯直或者加強對弧輥縫對中的控制等方法。

結語

在國家工業化程度不斷提高下，鋼鐵在許多行業中得到廣泛使用，特別是高碳鋼。而高碳鋼加工中，鋼連鑄技術也憑借自身優勢完勝傳統模鑄工藝。高碳鋼連鑄冷卻工藝是連鑄中最為重要的一環，直接關系到生產效率和連鑄坯質量。通過對決定連鑄坯表面質量好壞的結晶器冷卻技術，和決定連鑄坯內部質量好壞的二冷工藝這兩方面進行探討，進一步分析和研究高碳鋼連鑄冷卻技術。為提高連鑄坯質量，提高高碳鋼產品質量奠定良好的基礎。

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