連鑄二冷工藝優化與鑄坯角部裂紋控制研究

渠松濤

（江蘇省連云港市灌南縣亞新鋼鐵煉鋼廠，江蘇 連云港 222000）

連鑄坯的二次冷卻是連鑄生產中的一個重要環節，極大的影響到鑄坯內部的質量與連鑄機生產的順利進行。為此，對二冷工藝進行改善，已經成為連鑄工藝發展中及其重要的課題。很多鋼鐵生產企業，在生產前期因二冷系統的缺陷，致使鑄坯質量不合格，以及脫方和內裂情況，因此對鑄坯的合格率以及軋鋼的成材率產生嚴重的影響。為將鑄坯質量有效改善，就必須加強對連鑄二冷工藝優化。進而減少鑄坯質量的缺陷問題。

1 連鑄二冷的作用及原理

連鑄坯二次冷卻的作用，是將鑄坯利用二冷水進行二次冷卻。二冷水既是二次冷卻用水，當鑄坯離開一冷（結晶器冷卻）之后，雖然其表面形成了一定厚度的坯殼，但還需要進而二次冷卻，利用二冷水使坯殼繼續加厚，并加速凝固；通過夾棍與導向棍，對帶液芯的鑄坯起支撐和導向的作用，并防止其鼓肚變形；對引錠桿起導向及支撐的作用；對帶直結晶器的直弧型連鑄機，在二冷區將其完成鑄坯的頂彎作用。

二冷水對于水質的要求并不是很非常高，只要是經過精細過濾裝置的飲用水，就可以進行二次冷卻使用。但是對于二冷水的使用量還是需要進行精確計算，對鑄坯的質量做出低倍分析之后，再進行翻轉調整。大部分的噴嘴堵塞，都是由于對二次冷卻水的過濾不夠精細而導致的。

2 二次冷卻工藝缺陷致使連鑄坯出現角部裂紋

連鑄二次冷卻效果的好壞，將會直接影響到鑄坯質量與連鑄機的產量，也是致使連鑄坯出現角部裂紋的最主要的原因。在所有能夠影響鋼坯質量的因素中，唯有二次冷卻這一因素是可以進行人為控制的。對二次冷卻工藝進行優良化，也是改善鑄坯質量以及提升連鑄機生產量的重要方式。在連鑄過程中，由于進行二次冷卻的強度偏大，尤其是在冬季，當二冷遇到強冷空氣時，二次冷卻的水溫比較低，在噴水量相同的情況下，對于鋼坯的冷卻強度卻更大，可以加快鋼坯的凝固速度與拉速，這樣雖然會使連鑄機保證較高的生存力，但是會讓鑄坯產生各種裂紋，使其存在缺陷，并嚴重影響到鑄坯的質量。還因二冷水在不同地點取水時，通過精細過濾之后被送到二次冷卻噴嘴口，因其水質存在差異，使得在水垢大量形成后噴嘴有不同程度堵塞，以至于造成二冷冷卻不勻稱，進而降低連鑄坯的凝固速度，雖然高溫下生產鑄坯，質量會有所保障，但是，生產效率就會大大降低。

連鑄坯質量經過二次冷卻之后，易出現鑄坯的表面缺陷、內部缺陷以及形狀上的缺陷，對連鑄坯的質量造成嚴重的影響。在通常情況下鑄坯的表面缺陷及內部缺陷都是源自于結晶器，這在連鑄業中已成為共識。但是，二次冷卻區若是硬件配置設施不合理，將會進一步擴大內外缺陷的發展，在進行連鑄坯生產時，若是對二次冷卻控制不到位，會使鑄坯出現以下缺陷：

1）鑄坯表面缺陷。表面縱向裂紋，其形成的主要原因是，在進行二次冷卻時因局部過冷，而產生的縱向凹陷，進而導致鑄坯表面縱向裂紋；還有鑄坯表面、角部的橫向裂紋，當二次冷卻的水量過大時，或者噴嘴偏斜直射鑄坯的角部等情況，就會造成表面橫向裂紋；再就是鑄坯表面的對角線裂紋，這種裂紋一般都出現在方坯之中，其形成的主要原因是，由于四個面的噴水不均勻或噴嘴堵塞等。

2）鑄坯內部缺陷。其中中間裂紋形成的原因是由于鑄坯在凝固時，進行過冷或者不均勻的二次冷卻時，產生的熱應力作用在樹枝晶比較弱的部位，形成的冷卻裂紋；再次是中心裂紋也稱為軸心裂紋，其產生的原因是，二次冷卻過激；最后是中心偏析以及中心疏松，中心偏析與中心疏松是互相對應的，其成因還是鑄坯在二次冷卻區進行凝固時，由于噴水冷卻的不均勻，柱狀晶的生成不規則，而產生的搭橋現象。

3）鑄坯的形狀缺陷。首先，是鑄坯的菱形變型，其成因主要是在結晶器中形成的，再通過二次冷卻的不均勻，加劇的菱形變形的過程，因為噴嘴堵塞以及安裝時沒有注準中間，或者是四個方位的噴水量不均勻，與噴射角度過大而導致的角部過冷；其次，是縱向凹陷，縱向凹陷的原因是由于二次冷卻裝置的對弧不準確，在二次冷卻過程中，因局部過冷所致，特別是在二次冷卻裝置的上部分。

3 連鑄二次冷卻水的控制方式

能夠對鑄坯傳熱產生影響的因素有多種，其中包括：鋼種、鋼水的溫度、結晶器冷卻、二次冷卻、鑄坯斷面、拉速等等。這些因素將直接決定著鑄坯熱量傳遞的過程以及連鑄坯的質量。在操作工藝與連鑄機設備等一定的條件中，唯一可以進行人工操控的，就是二次冷卻設施。連鑄機的二次冷卻工藝對冷卻水的控制技術，發展到今天這樣的地步已經歷經了四代。

3.1 人工配水的方式

依照鋼種的不同，可以進行設定不同的比水量，比如連鑄機二次冷卻區的總水量與二次冷卻區的各個冷卻回路水量，在二次冷卻區域的每一個回路上，都設有手動的閥門，進行澆注時，依據個人經驗或者現場觀察連鑄坯表面的溫度情況，實施人工操作控制閥門，來調整水量的大小。這項技術相對比較落后，目前使用此項技術的，只有部分以生產小方坯為主的中小民營鋼鐵企業。

3.2 比例控制配水方式

依據鋼種來制定水量，結合連鑄機拉坯的速度來制定各個區的水量。二冷區各個冷卻回路上都設置氣動或電動閥門，由上機位PLC依據拉環速度來進行自動調節閥門，進而控制二冷水量，這項技術在鋼鐵企業中小方坯連鑄機的應用比較廣泛。

3.3 參數控制配水方式

依據連鑄坯傳熱凝固的數學模式和二次冷卻區冶金準則，來確定不同的鋼種之間各冷卻區對冷卻水量控制的參數為a、b、c，建立的水量為q，拉速v進行制定二次曲線方程：

二次冷卻區的各個回路上設置有氣動或電動調節的閥門，拉速變化時，在上機位預先存儲好操作的水表，當上機位的PLC依據拉坯的速度以及掌控參數a、b、c，來進行自動控制二次冷卻各個區域的水量，這項技術廣泛應用于板坯連鑄鋼鐵企業。

3.4 表面溫度值控制方式

依據鋼種高溫力學的特征和二冷冶金的原則，以及連鑄機特性來制定二次冷卻區每一段鑄坯表面的溫度值，結合鑄坯傳熱凝固的數學模式，隔一段時間就進行計算一次二次冷卻區各段鑄坯表面的溫度，用計算得出的溫度與事先設定好的鑄坯表面溫度進行比較后，實現負反饋，依據與事先設定的目標值的差值結果，進行動態的改變二次冷卻各區回路的冷卻水量。

連鑄二次冷卻對于鑄坯的質量，以及連鑄機的產量都起到重要的影響，連鑄二冷工藝發展至今，由于人工配水與比例控制法在操作的水平上，和人為因素的影響下，鑄坯的質量很難保障，在現代化的連鑄生產中已被逐步淘汰。鋼鐵企業要廣為運用參數控制和表面目標溫度控制值的控制方式，這兩種方式也屬于動態控制，還可以稱之為在線動態配水。

4 連鑄二次冷卻的改進措施

為滿足鋼鐵企業煉鋼的正常需要，針對于二冷工藝中存在的問題，并結合鑄坯生產的實際情況，將對二次冷卻系統進行改進：將原有的間接冷卻水改為二冷水；將連鑄機的旋轉接頭進行替換；保障二次冷卻系統的有效循環以及確保系統水量平衡，將過濾器調整為可自動清洗的多介質過濾器，以此來確保循環水懸浮物的清理；在二次冷卻水管路的尾端安裝排污設施，并定期定時進行沖洗，能有效減少系統中的雜亂物質囤積；對整個二冷系統進行定時清洗，優化水質，進而對于噴水口堵塞問題能夠有效解決。

5 結語

如果在鋼坯連鑄過程中，出現溫度高低浮動較大情況，就會導致二次冷卻不能進行均勻的冷卻，鋼坯會在冷卻過程中出現多種樣式的裂紋，嚴重影響鑄坯的質量。將連鑄二次冷卻工藝進行優化，有助于鑄坯質量的提升，連鑄機的生產量也會大大增加。對二冷系統進行水質優化，也會很大程度上減少鑄坯裂紋的出現。