连铸过程是一个不均匀的冷却过程,其不均匀体现在自结晶器至二次冷却的全过程,具体表现在:
(1)在结晶器弯月面处冷却形成的初始坯壳因凝固收缩而脱离结晶器壁,随后钢液的静压力又将之压向结晶器,使两者之间成为一个接触—脱离—接触的动态变化过程。在坯壳表面形成的保护渣膜厚度也是不均匀的,导致结晶器内坯壳所受冷却的不均匀和生长的不均匀,是导致板坯表面裂纹和皮下裂纹产生的主要原因。在结晶器中所做的多方面努力如液面控制,改善保护渣特性等措施只能在一定程度上减轻这种冷却的不均匀性,无法根本消除。
(2)在二次冷却区带液芯的铸坯接受喷雾冷却,导致冷却和通过空气进行辐射传热,喷嘴的喷雾冷却和导辊的冷却均为不均匀冷却,如果冷却不均匀性严重,会导致已有表现细小裂纹的扩展,板坯鼓肚,并造成多种内裂纹。冷却不适当还会导致液芯延长、铸坯表面温度不适当,在板坯矫直时表面温度处于高温脆性区,容易产生表现横裂纹,在初始凝固冷却不均匀的振痕波谷位置尤为严重。对于一些含有碳氮化物形成元素Al、Nb、V、Ti、Cr、Mo的微合金钢,这一问题尤其要引起关注。
利用钢的高温特性,可以对连铸过程中以下方面提供指导:
(1)结晶器中初生坯壳的凝固冷却和应力应变位于高温脆性区,利用数值计算,可以得出结晶器中钢液及坯壳中的温度场,速度场及应力场,从而分析得出影响铸坯应力的主要因素,应用钢的高温特性试验,可以测量得出高温下产生裂纹的临界应变及应力,由此对铸坯应力的主要影响因素进行调整、控制。
(2)在连铸二次冷却区,由于间断的喷雾冷却作用,使铸坯表面温度呈周期性变化,会产生一定的热应力,同时钢水静压力造成铸坯鼓肚,导辊不对中造成铸坯产生额外应力,通过高温特性测试,可以研究循环加热与冷却对钢的高温特性的影响,据此提出为避免产生裂纹,保持铸坯表面温度高于脆性温度区,在铸机机械和冷却制度的设计上应遵循的原则和应该采取的措施。
(3)根据钢的高温力学特性测试结果,铸坯矫直温度应避开低温脆性区,该温度范围与钢的化学成分密切相关。通过钢的高温力学性能的测试,可以准确地确定该温度范围,为制定二次冷却制度提供依据。
在X1,X2,X3三种钢的生产过程中均采用了较强的冷却制度,保证其矫直区铸坯表面温度在930℃以上,同时在结晶器操作中采用了适当的中碳钢保护渣,并加强了结晶器液面的控制,获得了良好的铸坯质量。
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