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CSP连铸液芯压下技术改造与实践研究

陈友根1，2，Wolfgang Mossner3，高海潮2，龙胜平2

(1.钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心，北京 100081；2.马钢股份有限公司第一钢轧总厂，安徽 马鞍山 243000；3.西马克公司炼钢连铸技术部，德国 杜塞尔多夫 40237)

摘 要：通过对马钢CSP连铸液芯压下技术改造及其实践的试验研究，分析了增加液芯压下量对铸坯形状、铸坯内部质量及其轧制工序的影响，得出了在马钢CSP连铸现有装备条件下，将液芯压下量从原设计的20mm增加到35mm是可行的，压下率达到了38.8%。该技术成功开发不仅增加了生产的灵活性，也获得了良好的冶金效果。

关 键 词：CSP；液芯压下；连铸；冶金效果；技术改造

1989年率先在美国纽柯公司投产的第1条薄板坯连铸连轧生产线被誉为钢铁行业第3次技术革命[1]，20多年以来薄板坯连铸连轧技术得到了迅猛的发展。但由于CSP薄板坯连铸结晶器容积小，拉速快，使得结晶器内夹杂物上浮困难。随着人们认识的提高和关联技术的进步，增大结晶器内腔尺寸以改善产品质量变成了可行[2]，美国希克曼(Hickman)厂CSP连铸结晶器下口厚度由原来的50mm增加到70mm，通过液芯压下减薄到需要的厚度。为了进一步稳定结晶器内钢水流动，增加水口插入空间，促进夹杂物上浮，薄板坯连铸连轧结晶器有增大内腔的趋势，意大利达涅利公司、日本住友金属以及中国鞍钢等设计的结晶器出口铸坯厚度达到了90mm以上[3]。但是，在铸坯厚度增加的同时使薄规格轧制难度增加，所以为了兼顾热轧卷质量和薄规格轧制，马钢采用了结晶器出口厚度分别为70和90mm两种规格的结晶器，实践表明生产组织难度较大。因此，马钢和SMS Siemag合作在不更换结晶器情况下增加最大液芯压下率，从而既能达到提高产品质量又能满足薄规格轧制的要求。这项液芯大压下技术(相对于当前国际最大液芯压下水平，称之为液芯大压下，简称B-LCR)，最大压下量达到35mm，创造了液芯压下绝对量和相对量国际领先的水平。

液芯压下的作用主要包括：1)较好地解决了薄板坯连铸连轧在产品规格方面的合理匹配。2)增加薄板坯连铸连轧生产流程的灵活性。3)改善铸坯内部结晶组织。采用液芯压下技术，可促使凝固过程中的二次枝晶间距变小。在液芯压下的作用下，液芯部分的钢液相对固相区向上流动，可进一步破碎初生的树枝晶，使之成为结晶核心[4]，进一步细化晶粒[5]。4)改善铸坯表面和内部质量。结晶器出口厚度较大，结晶器内钢液流动相对平稳，热流密度也较小，液芯压下可减小纵裂纹形成概率，抑制其扩展。可以促进液芯部分的钢液相对固相区向上流动，均匀液相区内部溶质，减少中心偏析和疏松[6]。

1 液芯压下技术改造思路

1.1 液芯压下技术改造出发点

1)使用出口厚度90mm的结晶器，通过液芯压下向轧机提供55～90mm任意厚度的铸坯；2)增加组产灵活性，减轻轧机负荷；3)改善铸坯内部质量。

1.2 液芯压下技术改造遵循的原则

1)铸机硬件设备不做任何改造；2)单辊最大压下量不超过原始设计；3)液芯压下过程在完全凝固前完成；4)扇形段及液压缸最大负荷维持原设计不变。

1.3 液芯压下技术改造方案

1)加大总压下量，将最大压下量从原设计的20mm增加到35mm，提高生产灵活性，改善铸坯质量，简化结晶器管理；2)将液芯压下执行过程由原设计的在扇形1段内完成延伸到扇形2段底部完成(图1)；3)根据总压下量，可以选择扇形1段模式、扇形1段+扇形2段模式或扇形2段模式来实现液芯压下，如图2所示(HMI局部操作界面)。

2 试验条件及试验方案

试验钢种为SPHC、Q235B、MGW800等，断面规格为1200～1550mm。马钢CSP薄板坯连铸主要技术条件和参数如表1所示。

根据上述3种模式及压下量在2个扇形段之间的分配，制定试验方案见表2。

3 试验结果及分析

3.1 液芯压下量对铸坯窄面形状的影响

铸坯在液芯压下过程中，窄面属于自由面，受压产生变形。具有代表性的变形主要是窄面鼓肚，如图3(a)所示，经测量压下到70、65和60mm的铸坯，其窄面最大鼓肚量分别为6、9和8mm，如图3(b)所示，通过热轧立辊侧压，能够满足轧制要求，热卷边部质量如图3(c)所示。在液芯压下过程中，结晶器液面发生轻微波动，压下完成以后，结晶器液面保持稳态，经设置在轧机F7出口的热轧卷表面质量检测装置PARSYTEC反馈，与结晶器卷渣相关的缺陷没有增加。

3.2 液芯压下量对铸坯三角区裂纹的影响

人们对液芯压下比较担心的是对三角区裂纹的影响，图4是铸坯厚度从结晶器出口的90mm分别压下到70、65、60、55mm时铸坯断面靠近窄面的宏观组织，生产的钢种均为SPHC，冷却曲线均采用T8。从图4中可以看出，随着压下量的增加，三角区没有发现裂纹倾向，可以判断，在试验范围内增加液芯压下量不会形成三角区裂纹。

3.3 液芯压下量对铸坯内部质量的影响

对热态试验铸坯凝固组织进行了低倍分析。图5是铸坯厚度从结晶器出口的90mm分别压下到70、65、60、55mm时铸坯断面中间部位的宏观组织，生产的钢种均为SPHC，中心疏松均为0.5级，70和65mm厚度铸坯中心偏析均为C类1级，60和55mm厚度铸坯为C类0.5级。结果表明：随着液芯压下量的增加，中心偏析和疏松有减轻的趋势。

3.4 液芯压下量对热轧卷楔度的影响

楔度是用同一断面两边距离边部40mm的厚度差表示，热轧卷楔度是整个热轧卷每隔200mm的楔度的平均值。根据对液芯压下试验热轧卷楔度统计分析获得液芯压下量(即铸坯厚度)与热轧卷楔度的关系见表3。从表3可以看出，随着液芯压下量增加，热卷楔度总体呈逐渐降低的趋势。

4 结论

1)对马钢现有CSP连铸进行技术改造，进一步增加液芯压下量是可行的。

2)可以使用结晶器出口厚度为90mm的结晶器，生产厚度为55～90mm的铸坯。最大压下量达到35mm，创造了薄板坯连铸液芯压下率38.8%的最好水平。

3)铸坯的窄面鼓肚变形能够通过轧机立辊改善，对热卷边部质量没有影响。

4)随着液芯压下量的增加，铸坯中心偏析和疏松有改善的趋势。

5)随着液芯压下量的增加，未发现三角区裂纹和三角区裂纹增加趋势。

6)随着液芯压下量的增加，热卷楔度呈降低的趋势。

参 考 文 献：

[1]   殷瑞钰.中国薄板坯连铸连轧的进展[J].钢铁，2008，43(3)：1.

[2]   逯洲威.薄板坯连铸连轧的液芯压下技术[J].钢铁研究，2002，129(6)：1.

[3]   田启新，马建锋，丁广友，等.唐钢FTSC薄板坯纵裂纹的工艺原因分析和控制措施[J].南方金属，2007(6)：10.

[4]   胡林，余益生，薛志明，等.连铸坯的液芯轧制[J].钢铁，1995，30(7)：23.

[5]   张家涛，邢长虎，翟启杰.在不锈钢连铸薄板坯生产中应用液芯压下技术的探讨[J].上海金属，2004，26(4)：21.

[6]   岑永泉.连铸坯液芯压下工艺[J].上海金属，1997(5)：42.