均质化连铸生产技术发展概述

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摘 要 本文综述了轻压下、重压下等几种常用的改善铸坯中心偏析和疏松的方法，并分析了当前新的技术趋势，未来开发出均质化的宽（特）厚板坯、大断面方（圆）坯连铸生产新工艺与装备技术显得十分重要而迫切。

关键词 偏析 疏松 重压下 均质化连铸 液芯大压下

中图分类号：TG292 文献标识码：A

我国钢铁工业经过数十年的快速发展，整体技术与装备水平均逐渐迈入世界先进行列。近20年我国实现了超过98%的连铸比，是当前生产高品质品种钢铸坯母材最主要的工艺。但随着连铸坯断面的大型化，铸坯缺陷所带来的负面效应尤显突出，已成为限制高品质品种钢连铸高效化生产的共性技术难题。

1中心偏析和中心疏松

连铸坯中心偏析与疏松是由于铸坯凝固过程中钢液选分结晶特性和凝固收缩特性所导致的固有缺陷，严重影响最终钢产品的质量和使用寿命，制约着高端品种钢的生产。在现有技术条件下，主要依靠优化连铸坯二冷工艺并对连铸坯施加外场作用（凝固末端压下、末端电磁搅拌），以解决铸坯内部偏析与疏松问题。这些技术对于较小断面或常规断面连铸坯生产较为有效，而对于宽（特）厚板坯、大方（圆）坯等宽/大断面连铸坯而言，其浇铸速度较低、冷却强度较弱，铸坯凝固速率大大降低，同时随着断面的增宽加厚，其内部冷却条件明显恶化，凝固组织中柱状晶发达，枝晶间富含溶质偏析元素的残余钢液流动趋于平衡，导致铸坯偏析、疏松和缩孔缺陷愈加严重。

2几种压下技术比较

2.1轻压下技术

20世纪70年代末，冶金工作者在辊缝收缩技术的基础上发展得到了轻压下技术。具体操作是在连铸机扇形段内的支撑辊道上采用无缝收缩技术，目的是防止连铸还鼓肚变形而产生中心偏析与疏松，近年来板还连铸机上常采用此技术，该技术在很多钢厂都取得了较好的效果。

70年代日本钢管公司提出了早期的静态轻压下技术，该技术要求固定的轻压下铸辊内的铸还恰好是凝固末端两相区，因此应用备受限制。为了获得更好的轻压下效果，日本钢管公司提出了采用小辊径分节辊扇形段，1976年投入使用，取得了良好效果，在全世界范围内迅速推广。在20世纪九十年代由奥钢联（VAI）率先将其发展为常规板坯动态收缩辊缝控制技术，也即所谓动态轻压下技术。采用轻压下技术时压下量较小，通常在4～8 mm之间，但也有大方坯连铸机轻压下量达14 mm。压下量的大小对其使用效果影响很大，适当地增加压下量有利于减少中心偏析，但压下量过大也会使铸坯内裂的倾向加剧或使压下辊损坏。

2.2重压下技术与连续锻压

重压下与连续锻压是另外两种机械应力压下技术，其原理是基本相似的，都是在临近凝固末端位置上施加一个更大的压下量以达到消除中心缩孔、疏松和中心偏析的目的。重压下与连续锻压的压下量都很大，神户制铁所3#大方坯连铸机采用5 组大直径压下辊进行“重压下”， 总压下量达20～30 mm；而川崎制铁的3#大方坯连铸机则采用连续锻压技术，总压下量更是高达40mm以上。重压下和连续锻压的主要缺点就是设备庞大、投资与成本高，因此难以推广。

2.3热应力压下

热应力压下技术也被称之为二冷强冷技术，其基本原理是：在邻近凝固末端的位置上，对铸坯表面进行高强度冷却，致使凝固坯壳向内收缩，产生与机械应力压下相同的效果。由于TSR 使用效果很大程度上取决于强冷的位置是否合适，因此铸坯凝固终点位置计算的准确性、连铸工艺的稳定性是TSR 成败的关键。TSR的使用还受到铸坯断面尺寸的限制。一般认为，对于140 mm€？40 mm以下的小方坯，TSR的效果比较显著。TSR 技术比较适用于一些生产高碳钢种的小方坯连铸机。

2.4电磁搅拌技术

连铸坯凝固末端电磁搅拌技术的实施需依靠准确的搅拌工艺为基础。目前由于对大断面连铸坯凝固行为认识不充分，无法准确描述非稳定凝固条件下的铸坯两相区凝固、流动和溶质传输行为。与此同时，随着坯壳厚度的增加，目前电磁搅拌能力与搅拌模式不足以驱动钢液的流动，从而严重影响连铸坯偏析和疏松的控制效果与稳定性。

2.5应用情况

目前，国际上掌握并能很好地应用动态轻压下技术的公司主要奥钢联、达涅利、德马克西马克公司和住友重机等。动态轻压下技术要求压下段能够迅速地远程调整轻压下辊的辊缝值，达到轻压下区域随着铸还凝固末端位置的变化而变化。以上公司各自推出了能够根据连铸工艺快速远程调节辊缝的智能扇形段，如：奥钢联的SMART扇形段，达涅利的OPTIMUM扇形段和SMSD的CYBERLINK扇形段。

3近年来的新技术趋势

近20年来，机械压下技术在薄板坯连铸领域得到了迅速发展，目前世界已经发展成熟的薄板坯连铸工艺有ISP、CSP、FTSC、CPR、QSP技术等。但是，到目前为止，各种薄板坯连铸技术设计的最大液芯压下量都没有突破20mm。但上述技术只在薄板坯连铸连轧生产中得到了应用，而在厚板领域的应用却仍处于研究阶段。

使用常规技术手段，尚无法有效实现宽、大断面连铸坯地高致密、均质化生产，具体原因是由于铸坯加厚引起的变形抗力与变形量增大，铸坯增宽引起的溶质非均匀扩散与分布趋势加剧，传统的轻压下工艺已无法有效、稳定控制液芯变形，从而无法实现凝固末端挤压排除富集溶质的钢液和有效补偿凝固收缩的目的。

为此，针对当前钢产品结构不断升级、产品质量要求不断提高的形势，开发高致密度、均质化的宽（特）厚板坯、大断面方（圆）坯连铸生产新工艺与装备技术显得十分重要而迫切。

近年来，国内外相关研究机构也大断面铸坯的均质化生产技术研究。比较典型的研究成果有日本的新日铁住金公司的NS大压下技术，国内的东北大学的凝固末端重压下技术，目前主要应用于大方坯；中冶东方工程技术有限公司公司自主开发的液芯大压下轧制技术，主要应用于宽厚板坯。

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