探讨高碳钢连铸冷却工艺技术

吴志会 宋卫东 吴金钟

摘要：目前随着国家的快速发展，钢铁行业的发展严重影响着国家工业化程度，在许多行业中高碳钢的大批量使用，导致市场对高碳钢的产品质量和性能要求更加严格。高碳钢连铸技术也凭借自身生产率高，铸坯质量好，生产成本低廉，能源消耗少，操作简便易行的优势在高碳钢加工铸造中得到了广泛应用。为得到表面质量和内部质量都优良的高碳钢连铸坯，本文通过对高碳钢连铸冷却工艺技术中的结晶器冷却和二冷区冷却两部分冷却技术进行研究探讨。

关键字：高碳钢，连铸技术，冷却工艺

引言：高碳钢连铸技术相比较于传统模铸工艺，具有生产率高，铸坯质量好，生产成本低廉，能源消耗少，操作简便易行的优势，因此在高碳钢铸造加工中应用极为普遍。由于连铸工艺是一种通过对融化的钢水在一定冷却条件下使之凝固的工艺技术，所以高碳钢连铸冷却工艺是其中最为重要的一环，决定着连铸生产是否顺利以及连铸坯质量的好坏。在连铸冷却工艺中，结晶器被誉为连铸设备的“心脏”，决定了连铸坯表面质量的好坏;而二冷工艺则是决定连铸坯内部质量好坏的关键技术，因此探讨高碳钢连铸冷却技术，必须从对结晶器和二冷区连铸工艺的研究入手。只有通过结晶器冷却得到表面质量好的连铸坯，通过二冷区冷却得到内部质量好的连铸坯，才可以提高连铸坯质量，提高高碳钢产品质量。

1高碳钢连铸技术

目前对于含碳量高的钢连铸坯在生产加工时容易出现问题，例如高碳钢连铸坯的表面凹陷，表面纵裂，更严重甚至会发生漏钢，这一系列高碳钢连铸坯加工缺陷严重影响了产品的后续质量。高碳钢连铸工艺技术的改进与完善目前已成为高碳钢连铸生产中的研究热点。理论研究和工程实践表明，高碳钢零塑性区范围在1250℃以上，这就意味着在1250℃以上的温度范围内很小应变就会造成铸坯凝固前沿开裂这一问题;并且在 1050℃～1250℃范围内，高碳钢的铸坯塑性也很差，产生的裂纹倾向性较大。在结晶器对高碳钢的钢水冷却过程中，结晶器周向铸坯会出现热量传递和钢水凝固的不均匀现象，主要表现在靠近铸坯宽度中心的坯壳厚度较薄，并且由于高碳钢的含碳量较高，碳与其他金属反应生成碳化物进一步加剧了凝固坯壳厚度的不均匀性。所以为了避免在高碳钢连铸过程中出现产品缺陷，需要对高碳钢连铸冷却技术进行研究探讨，从结晶器和二冷区连铸冷却工艺入手，得到表面质量和内部质量都符合要求的高质量连铸坯，提高高碳钢连铸坯质量，增加高碳钢产品质量

2结晶器冷却工艺技术

在高碳钢连铸冷却工艺中，因为结晶器决定了连铸坯表面质量的好坏，所以被誉为连铸设备的“心脏”。连铸结晶器传热效率和冷却效果直接关系到结晶器寿命、铸坯表面质量、连铸漏钢和连铸其它缺陷。

2.1结晶器特性

结晶器自身良好的导热性和导热均匀性决定了结晶器的功能作用，即主要功能是将结晶器内流动的钢水的热量通过坯壳、渣膜、气隙传递到结晶器上，然后冷却水把这部分热量带走，钢水流出结晶器后形成具有一定厚度的坯壳。与此同时，良好的导热性和导热均匀性也保证了结晶器出口处的铸坯厚度均匀，不会产生变形，裂纹和漏钢的缺陷。此外结晶器良好的耐磨性和抗热应力作用性能可以满足由于连铸过程中坯壳与结晶器铜板不可避免地接触、摩擦这一问题带来的挑战;结晶器重量轻和刚性好的优势赋予了结晶器良好的结构钢性，并且方便拆装调整和维修。

2.2结晶器冷却过程

结晶器冷却过程也就是结晶器高效传热的过程，这一过程中结晶器铜板内侧会随着钢水的流动，形成和生长得到连铸坯壳，结晶器铜板外侧是冷却水的强制对流。具体可以将结晶器内钢水与冷却水的传热过程分为以下五部分：钢水与凝固坯壳间对流传热，凝固壳内热传导，凝固坯壳与结晶器铜板间传热，结晶器铜板内热传导，结晶器铜板与冷却水间的对流传热。

3.二冷区冷却工艺技术

连铸工艺需要经过三個冷却区凝固传热才可以从液态钢水得到固态连铸坯，三个冷却区中上述的结晶器冷却属于一次冷却区，散热约为总散热的五分之一左右;离开结晶器后通过辊子冷却和喷水冷却覆盖的部分称为二次冷却，散热约为总散热的二分之一左右;随后在空气中散热冷却的部分称为三次冷却，主要通过减小温差实现。

针对二冷区冷却工艺技术，由于是通过喷水冷却的方式，铸坯内热量消耗快，冷却速度快，效果好。二次冷却区需处理80%仍未凝固的钢水，所以合理的二次冷却制度才可以避免内部裂纹、中心偏析、中心疏松等缺陷的产生，得到质量良好的连铸坯。要制定合理的二次冷却制度需要综合考虑钢水的成分、过热度、拉坯速度及连铸机设备情况等多种因素，并且遵循冶金原则，限制冶金长度，限制出结晶器坯壳厚度，限制表面温度回升幅度，限制弯曲矫直区表面温度，限制表面冷却速度，限制鼓肚变形。

制定合理的二次冷却制度需要以遵循上述冶金原则为基础上，进一步进行二次冷却工艺技术的改进和完善。例如为了改善流场，促进夹杂物上浮，可以采取低过热度操作，或者改进浸入式水口，施加结晶器电磁制动等方法;为了均匀连铸坯表面冷却，强化表面温度控制，减轻中心偏析的问题，可以改用气水喷雾进行冷却，或者施加电磁搅拌等方法;为了防止连铸坯受力变形，可以采用多点弯曲矫直或者加强对弧辊缝对中的控制等方法。

结语

在国家工业化程度不断提高下，钢铁在许多行业中得到广泛使用，特别是高碳钢。而高碳钢加工中，钢连铸技术也凭借自身优势完胜传统模铸工艺。高碳钢连铸冷却工艺是连铸中最为重要的一环，直接关系到生产效率和连铸坯质量。通过对决定连铸坯表面质量好坏的结晶器冷却技术，和决定连铸坯内部质量好坏的二冷工艺这两方面进行探讨，进一步分析和研究高碳钢连铸冷却技术。为提高连铸坯质量，提高高碳钢产品质量奠定良好的基础。

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