陳躍軍

（新疆八鋼佳域工貿總公司）

Q345鋼種連鑄坯生產過程中出現的中心疏松/偏析等嚴重影響到鑄坯內質，主要原因是連鑄坯在凝固的過程中傾向于柱狀晶組織生成，導致柱狀晶的“搭橋”現象產生，從而出現中心疏松和中心偏析[1]。改善鑄坯中心偏析常用的方法有電磁攪拌、低過熱度澆鑄、輕壓下等技術[2]。但實踐表明，電磁攪拌易在鑄坯內部產生白亮帶而且需要結晶器/二冷段/凝固末端等多個攪拌位置的合理組合；低過熱度澆鑄易發(fā)生中間包底結冷鋼及水口堵塞，限制了其在工業(yè)生產中的應用。諸多研究表明[3-4]，輕壓下技術對改善鑄坯的中心偏析有顯著的作用,但各使用單位對輕壓下工藝參數及效果的確認上頗有爭議。本研究的目的就是通過試驗對比得到合理的壓下位置和壓下量參數及相應的拉鋼條件，指導工作。

1 輕壓下壓下位置的設定

輕壓下控制參數包括壓下區(qū)間、壓下量和壓下速率等。壓下區(qū)間是輕壓下技術的一個重要參數，它要求在鑄坯凝固末端合適的固相率范圍內實施輕壓下。但因為澆鑄鋼種的差異以及各企業(yè)鑄機狀況的差異對最佳壓下位置不統(tǒng)一,圖1為連鑄坯凝固末端兩相區(qū)示意圖。有關有文獻認為[5]，對鑄坯實施輕壓下的適宜部位是相當于從鑄坯中心固相率為fs=0.1～0.3到鑄坯中心固相率達到流動極限固相率fsc=0.6(指鋼液達到流動極限時的固相率)之間的一段鑄坯。認為當fs＞fsc時，鋼液黏性很大，基本不會產生流動，若在此階段實施壓下，很可能對內部質量產生有害影響。Clyne和Davis等人認為這一臨界固相率約為0.85[6]。另有許多文獻認為：恰當的輕壓下位置應是在鑄坯凝固末端附近某一臨界固相率以上，比如fs＞0.8[1]；VAI[7]則強調輕壓下區(qū)域應位于凝固終點之前某一合適的固相率范圍內，在較小或較大的中心固相率范圍采取壓下時，均達不到應有的效果。

圖1 凝固末端兩相區(qū)示意圖

基于以上文獻分析，認為恰當的輕壓下位置應是固相率的某一點，而不是某一個范圍。由于壓下機架一般約為2m，涵蓋一個固相率范圍，因此，只要壓下機架涵蓋這個起作用的固相率點，再輔以合適的壓下量，輕壓下就可以明顯改善鑄坯中心偏析和中心疏松。

2 靜態(tài)輕壓下單機架壓下試驗

2.1 輕壓下試驗工藝

為得到澆鑄Q345板坯的最佳動態(tài)輕壓下位置，進行幾組對比試驗。以某鋼廠板坯連鑄機輕壓下系統(tǒng)為例，其具備從8號至13號扇形段動態(tài)壓下的功能，在16～32m的鑄機冶金長度范圍內均可以實施壓下,具備進行靜態(tài)單機架壓下試驗的條件，以此統(tǒng)計最佳壓下固相率,既能夠縮短動態(tài)輕壓下固相率壓下區(qū)間，又可以減少設備損傷。

單機架壓下試驗在連鑄作業(yè)區(qū)進行，連鑄機型是直弧形板坯連鑄機，采用非正弦振動、塞棒控制和液面自動控制等技術，二次冷卻采用氣霧冷卻，扇形段采用6點連續(xù)矯直及輕壓下軟件系統(tǒng)。由于該鑄機生產過程中執(zhí)行輕壓下動作的的扇形段大多數是9段到11段，且鑄坯的中心偏析評級較好，所以靜態(tài)輕壓下試驗選定的是9、10、11三段。該壓下試驗，壓 下 量 分 別 為 0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm 和2.3mm。選擇作靜態(tài)輕壓下鑄坯質量分析爐次的連鑄生產主要工藝數據見表1。

本試驗采用熱酸侵蝕的方法評價鑄坯內部質量。取樣部位為沿垂直于拉坯方向切割橫向鑄坯，取樣鑄坯厚度約為200mm。

表1 中間包鋼水成分及連鑄相關數據

2.2 試驗結果

采用輕壓下生產的Q345（220mm×1500mm）鑄坯的內部質量檢測結果表明，隨著壓下量和壓下區(qū)間的不同，中心偏析等級從A1.0到C0.5均有分布液芯長度跟鋼水過熱度、結晶器冷卻水量、二冷比給水量有直接的關系，在鋼水過熱度10～28℃。

靜態(tài)輕壓下試驗各段壓下量與中心偏析評級關系如表2所示。從表2可以看出，9段壓下量在1.5mm以上，10段壓下量在1.5mm以上，11段壓下量在0.5mm以上，中心偏析評級都達到了C級。從二冷比給水量、中間包鋼水過熱度、起始壓下固相率和結束壓下固相率?？梢钥闯觯人扛哂?.8L/kg，過熱度低于18℃，壓下初始固相率在0.44～0.55，壓下結束固相率在0.75～0.85時，中心偏析評級都達到了C級。

表2 靜態(tài)輕壓下生產鑄坯輕壓下參數及質量情況

3 分析與討論

通常中心偏析受拉速的影響很大，此次試驗拉速過程恒拉速控制，波動范圍在0.9～1.2m/min,采用固定壓下率，只改變壓下量和壓下區(qū)間。通過低倍可以看出，當壓下量大于1.5mm時，壓下區(qū)間為9段、10段和11段的幾種輕壓下位置均可使連鑄坯中心偏析控制在B1.5以下，當壓下量達到2mm時，幾種輕壓下位置均可使連鑄坯中心偏析控制在C1.0以下，中心疏松等級均達到0.5。說明在上述幾個輕壓下區(qū)間的壓下均能保證鑄坯內部質量良好。但是當壓下段在10段和11段時，較小的壓下量就可以使連鑄坯中心偏析等級達到C1.0以下。根據試驗涵蓋的固相率，10段固相率是0.44～0.65，11段固相率是0.57～0.83，二者都涵蓋的固相率在0.57～0.65。因此，可以選定起始壓下段涵蓋的固相率在0.6，后面鑄機段采用跟隨壓下操作。

實際上，當中心固相率較小時，由于鑄機內鑄坯上方的液相因鋼液靜壓力的作用能夠通過流動對凝固收縮產生的空腔進行補縮，因此不會出現枝晶間濃化鋼水流向中心的現象，因此中心固相率較小的區(qū)域不是產生中心偏析的關鍵因素。在此階段實施扇形段的壓下對中心偏析缺陷的改善效果不明顯。當中心固相率達到某一范圍值時，枝晶的生長導致晶間出現相互搭橋現象,連接在一起的枝晶隔斷了上游液相向下游因鑄坯鼓肚或凝固收縮在中心處產生空腔的填充補縮條件（小鋼錠理論），將導致鑄坯凝殼枝晶間富集溶質的殘余液相被抽吸到鑄坯中心，從而產生中心宏觀偏析，因此這個區(qū)域是鑄坯產生中心偏析的關鍵位置，此時的固相率這里稱為臨界補縮固相率，如果在此區(qū)域給定一個適當的壓下量將會消除鑄坯中心因鼓肚或凝固收縮而產生的空腔，有效遏制枝晶間殘余液相的流動，減輕中心偏析程度。當中心固相率較大時，鑄坯厚度中心兩側附近的固液兩相區(qū)(糊狀區(qū))由于二次枝晶間的相互搭橋堵塞了補縮通道.枝晶間殘余鋼水不能夠流動，而造成即使鑄坯中心有較大空腔也不會因枝晶間富集溶質的殘余液相流出形成中心宏觀偏析，因此這樣的位置也不是中心宏觀偏析產生的關鍵位置，此時的固相率稱為臨界流動固相率，如果在這樣的區(qū)域位置即使施加一定的壓下量，也因殘余液相已經不能流動，而無法將產生的裂紋通過液相補充而焊合[3～9]。

因此最佳的輕壓下開始位置應為臨界補縮固相率處，而最佳的壓下結束位置則應為臨界流動固相率處。通過對比試驗發(fā)現，扇形段壓下段位為9段的起始壓下位置過于靠前（fs=0.3)，小于臨界補縮固相率，此時實施的壓下量不僅不會使中心偏析缺陷得到改善，反而可能因為壓下量過大造成中心液相向上游回流導致中心固相率迅速提升，一旦超過臨界補縮固相率，則會出現小鋼錠結構形成的情況，中心空腔將會被枝晶間濃化鋼水填充造成嚴重的宏觀偏析；而扇形段壓下段位為11段的起始壓下位置提高至fs=0.57，其中心偏析有較大改善。因此最佳的起始壓下位置應該在fs=0.6。而對于終止壓下位置即臨界流動固相率位置很多學者認為是在0.7～0.8,試驗過程中將終止壓下位置調整到0.83時，偏析結果依然很理想，并沒有引起裂紋增多的趨勢。由于每個機架涵蓋的固相率一般約在0.2，因此，即使該段壓下的起始壓下率在0.6，結束壓下率也不會超過0.83，完全滿足單機架壓下的需求。綜上所述，對于連鑄生產Q345系列鋼種來說,最佳的動態(tài)輕壓下位置應為fs=0.6。

4 結論

（1）通過試驗分析表明：該鑄機在澆鑄Q345系列鋼種時動態(tài)輕壓下壓下機架涵蓋fs=0.6時，效果較好。

（2）低倍檢驗結果表明，壓下段在9段、10段，壓下量大于1.5mm時，Q345鋼種試驗鑄坯中心偏析等級均在C1.0以下，中心疏松等級也都達到0.5。鑄坯內部質量均為良好,達到內控標準。說明該鑄機的動態(tài)輕壓下技術對保證鑄坯的質量起到了重要的作用。

（3）試驗結果表明，該鋼種生產中比水量高于0.8L/kg，過熱度低于18℃，中心偏析評級結果較好。