轻压下技术在连铸中的应用及发展

图 2 两种轻压下方法示意
a-辊压下法； b-平面压下法
由于辊式轻压下易于操作， 避免了锻式轻 压下的高精度锥度及两块板对称性要求， 所以 成为目前最为广泛应用的轻压下方法。
2 轻压下各项工艺参数的选择理论 分析
对于一项技术， 其是否能发挥作用， 工艺 参数的合理选择是至关重要的， 轻压下的工艺 参数主要包括： 轻压下区间、 压下量、 压下速 率等。 2.1 轻压下区间
收稿日期： 2010 - 10 - 16 作者简介： 姚成功 （1987 - ）， 男， 硕士研究生。 研究方向： 连铸技术。
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姚成功等： 轻压下技术在连铸中的应用及发展
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动 态 轻 压 下 技 术 （ Dynamic Soft Reduction， DSR） 是 在 连 铸 生 产 过 程 中 根 据 铸 坯 的 凝 固 情 况， 动态跟踪铸坯上指定的凝固范围， 实时地 调整轻压下参数命令。 因此， 动态轻压下可以 更好地满足非稳态的生产。
影响轻压下设备的安装区间； 另一方面是当拉
速低时， 铸坯的过冷强度提高， 从而导致无法
压下， 最终导致铸坯的中心偏析和疏松改善不
明显， 铸坯厚度超过正公差， 这一点在梅山钢
铁公司的生产实践中体现。
拉坯速度还与压下率和压下速率之间存在
以下的关系：
Vc =
VR δ
式中： Vc 为拉坯速度， m ／ min。 可以根据上式预 检连铸机的拉坯速度是否合适。
YAO Cheng-gong， YUAN Shou-qian， JING Lin-lin
（Xian University of Architecture and Technology， Xian 710055， China）
ABSTRACT： It is very easy to produce center segregation and center porosity defects in continuous casting process， the quality of the followed products is impacted by the slab or billet. As more research in the field in recent years， a number of methods to improve the quality of products are proposed in the continuous casting， the most effective one is the soft reduction technology. This paper reviews the basic principles of soft reduction technology， the makes theory analysis choice to their technological parameters， moreover explains and discusses the application and development direction of this technology in domestic and foreign plants. KEY WORDS： continuous casting； soft reduction； center segregation； center porosity
种的裂纹敏感性， 防止压下速率太大而引起的铸
坯内裂， 并防止太大的压下速率对辊子的损坏。
根据现有的生产实践， 板坯的压下速率为
0.5 ~ 1.1 mm ／ min， 方坯为 1 ~ 2 mm ／ min。
2.3.2 拉坯速度
拉坯速度对于轻压下的影响主要集中在两
个方面： 一方面是凝固末端位置的变化， 直接
摘 要： 铸坯在连铸生产过程中很容易产生中心偏析和中心疏松缺陷， 其质量对后续的轧材产生直接的
影响。 随着近年来人们的不断摸索研究， 在连铸方面开发了许多改善铸坯质量的新技术， 其中最为行之 有效的一种便是轻压下技术。 为此综述了轻压下技术的基本原理， 对其各项工艺参数进行了理论分析选 择， 并对该技术在国内外企业的应用和发展方向做了一定的阐述和讨论。
压下量是轻压下中一个极为重要的参数， 其合适程度直接决定着最终的铸坯质量： 压下 量过小时， 无法补偿凝固收缩， 从而无法达到 改善中心偏析和疏松； 压下量过大时， 铸坯受 挤压过度， 引起富集溶质的尚未凝固的钢液流 到相邻的鼓肚区， 从而发生白亮带负偏析和逆 V 偏析。
铸坯凝固收缩率在 3% ~ 4%。 根据钢种的不 同而略有差异， 所以生产中的压下量也因钢种 不同而异， 但 可 以 参 见 文 献 ［14， 15］ 中关于压 下量与压下率的关系：
图 3 凝固末端两相区示意
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金属材料与冶金工程
Vol.39 No.1
0.9， 而 对 于 弹 簧 钢 应 选 在 0.4 ~ 0.8 之 间 ； 另 外现实企业也未完全采用上述的分析区间， 见 表 1［10］。
表 1 压下区间
公司
应用范围 ／ mm
压下区 间／%
中国济钢（奥钢联技术）
中厚板
芬兰 Rautaruukki
在连铸生产中， 铸坯内部一般都会存在中 心偏析和中心疏松等缺陷， 对后续的进一步轧 制加工极为不利， 因此必须解决［1］。 尤其是在现 代高效连铸提出后， 以其高拉速为核心的技术， 也带来了中 心 偏 析 和 疏 松 的 进 一 步 恶 化 加 重 ［2］。 常用控制连铸坯中心偏析、 中心疏松产生的技 术很多， 有： 凝固末端轻压下技术， 凝固末端 强冷技术， 低温浇注技术， 电磁搅拌技术， 连
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企业
芬兰 Rautaruukki［18］ 韩 国 浦 项［19］
意大利 Acciaierie［20］
表 2 国外企业轻压下工艺参数
钢种
铸坯断面 ／ mm
压下区间
C 为0.088% 微合金钢 S82
C% 为 0.4%
210 × （1 250 ~ 1 475） 250 × 330 160 × 160
然而并非所有的研究都认可上述的区间， 文 献 ［12］ 则 认 为 其 结 果 应 该 是 固 相 率 为 0.2 ~ 0.5； 文献 ［7］ 则认为对于高碳 钢 应 选 择 在 0.2 ~
图 1 轻压下原理示意
对于轻压下所需的压力主要有两种： 一种 是热应力， 即采用铸坯强冷技术， 使凝固坯壳 向内收缩， 产生于机械力压下类似的作用， 该 法对于大断面、 表面裂纹敏感的钢种收效甚微，
3 轻压下技术在当前国内外企业的 应用实践
3.1 国外企业应用 在轻压下技术的应用方面， 国外企业早于
我国， 其中研发与应用较为成熟与成功的企业 有： 日本的 NKK， 新日铁， 韩国浦项， 加拿大 钢铁公司， 意大利达涅利。 应用效果都较为显 著， 其工艺参数见表 2。
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姚成功等： 轻压下技术在连铸中的应用及发展
连铸过程中固液相界面是脆性区， 一般钢 种 的 铸 坯 内 裂 产 生 临 界 应 变 ε0 为 0.2% ~ 0.4%， 如果压下率超过该临界值， 就会产生裂纹。
关于压下率对铸坯质量的贡献可以参考文 献 ［13］ 的研究结论， 其认为压下率对碳偏析度 的影响是先降后升的关系， 即在其他条件一定 时有一个最优压下率值。 一般板坯压下率为 0.5 ~ 1.1 mm ／ m， 方坯为 0.5 ~ 4.0 mm ／ m 。 ［14］ 一些国 外的学者研究则取该值都较大， 如文献 ［7］ 中弹 簧钢坯 （150×150） 的压下率已达到 3.69 mm ／ m。 2.2.2 压下量
关键词： 连铸； 轻压下； 中心偏析； 中心疏松 中图分类号： TF777 文献标识码： A 文章编号： 1005 - 6084 （2011） 01 - 0052 - 05
Application and Development of Soft Reduction Technology in Continuous Casting
0.3 ～ 0.9 0.3 ～ 0.7
－
压下量 ／ mm 压下率 ／ mm·m -1
－
－
6
1.18
4.8
－
3.2 国内企业应用 我国的现有动态轻压下机型多为国外引进，
2.3 压下速率和拉坯速度
2.3.1 压下速率
压下速率是指单位时间的压下量。 其数值
主要受钢种性质、 铸坯尺寸的影响， 如文献 ［17］
给出的经验公式：
! " VR=D
W
-0.125
（TL - TS）0.15 × 10 -3
式中： VR 为压下速率， mm ／ min； D 为厚度， mm； W 为铸坯宽度， mm； TL 为液相线温度， ℃； TS 为固相线温度， ℃。 同时在生产中还应该重视钢
第 39 卷 第 1 期 2011 年 2 月
金属材料与冶金工程 METAL MATERIALS AND METALLURGY ENGINEERING
Vol.39 No.1 Feb 2011
轻压下技术在连铸中的应用及发展
姚成功，袁守谦，景琳琳
（西安建筑科技大学 冶金工程学院， 陕西 西安 710055）
并且不符合现代钢铁工业节能降耗的热装热送 思想， 故而应用甚少； 另一种便是机械应力， 即用机械压下的方法补偿铸坯收缩， 该法依据设 备又可分为辊式轻压下和锻式轻压下， 见图 2［8］。
1 轻压下技术的原理
在铸坯的凝固过程中， 钢液的选分结晶特 性不可避免地导致了晶间液相区溶质元素的富 集， 与此同时， 铸坯凝固收缩又使得富集溶质 元素的钢液不断向铸坯中心附近补充并凝固， 从而形成了溶质含量中心高、 周围低的分布状 态， 即中心偏析。 对于方坯来讲， 主要是 “搭 桥” 现象的产生， 从而阻断了上部钢液对于下 部钢液的补充， 并产生残余缩孔或中心疏松， 同时伴随严重的中心偏析［5］。 对于板坯则由于坯 壳凝固收缩和坯壳发生鼓肚引起负压而产生驱 动力， 使富含杂质的枝晶间的钢液流动和积累 最终造成中心偏析［6］。