探讨连铸工艺参数调整对连铸坯中心偏析的影响

张海

摘要：文章先分析了连铸坯出现中心偏析的原因，包括凝固晶桥、空穴抽吸、溶质元素富集和析出，随后介绍了连铸工艺技术相关参数调整，包括过热度控制、钢水夹杂影响、拉速和二冷水优化，希望能给相关人士提供有效参考。

关键词：连铸工艺；参数调整；连铸胚；中心偏析

引言：国内钢铁产业的持续发展，因为产能过剩影响，导致钢铁市场呈现出一种低迷趋势，行业竞争持续加剧，主要可以从产品质量和成本方面体现出来，随着竞争趋势的越加残酷和激烈，产品质量也成为客户进行产品选购核心因素。为此需要注重连铸坯中的中心偏析问题，全面优化内部质量，提升钢板探伤效率，减少质量问题。

1. 中心偏析原因分析

1. 凝固晶桥

中心偏析主要是钢液凝固中，固液内的各种溶质元素实施重新分配过程中，柱状晶生长导致枝晶中的未凝固钢水产生溶质元素富集现象，导致铸胚处理中溶质元素分布不均，铸胚中心P、S、C等元素含量超标。联系凝固桥理论分析，铸胚凝固组织内形成了较为发达的柱状晶，高碳钢浇筑中，铸胚凝固时，因为传热系数不稳定，形成了柱状晶的生长差异，铸胚中心出现搭桥晶桥下方钢液在收缩凝固中无法得到有效的钢液补充，产生中心偏析、中心疏松以及中心缩孔等问题。

2. 空穴抽吸

钢液凝固阶段，处于固-液相之间的溶质元素产生再分配现象，柱状晶生长促进了未凝固钢水中所形成溶质元素在枝晶间进行富集。至于钢坯液相穴和鼓肚末端凝固收缩导致中心部位抽吸力增强。该种抽吸力也使得钢坯中心吸入凝固末端所聚集的各种溶质元素，最终形成中心偏析现象^[1]。

3. 溶质元素富集和析出

铸坯结晶中，钢液中的磷、硫、锰、碳等溶质元素于固-液相边界溶解，同时产生平衡移动的现象，顺着柱状晶析出溶质元素渗透到没有彻底凝固的钢液内，并伴随结晶实施，易偏析元素也在铸坯中心产生富集现象，或在末端区域进行凝固，最终出现铸坯中心偏析现象。

2. 连铸工艺参数调整

1. 过热度控制

假如过热度较低，则从理论层面上能够提升浇铸过程中的铸坯等轴晶率，有效减少铸坯偏析现象。而在实际生产实践操作中，假如连铸钢水相关过热度减少，并接近液相线温度，便会引发水口堵塞等现象。为此，可以进一步联系现实发展状况，合理控制连铸过热度，将其维持在10到25度之间，针对全新包、新渣线包，需要合理设计相应的烧烤制度，严格按照具体烧烤制度认真落实，避免产生黑包出钢现象，对真空操作中的温降幅度实施合理控制，有效组织生产活动，确保VD、LF充足的精炼时间，提升综合生产中的钢水温度检测准确性和真实性^[2]。

2. 钢水夹杂影响

钢内碳含量会影响凝固组织，左右等轴晶以及柱状晶的生长率，同时也会影响铸坯中心偏析和疏松问题。相关研究证明，处于其他各种条件一致条件下，针对0.6%、0.1%以及0.3%的碳含量的钢种实施分别浇筑，可以发现相关中心疏松空穴、中心偏析宽度以及柱状晶长度呈现出一次递减的趋势。为此需要进一步优化转炉内的碳命中率，对钢液含碳量实施合理控制。钢液内的磷、硫等元素是一种易偏析元素，其在钢液内的分布形态和含量会对铸胚中心疏松、偏析程度产生直接影响。选择铁水预处理以及钢包脱硫等钢冶炼洁净技术，减少钢液内的磷、硫等偏析元素含量，提升钢水整体纯净度，可以控制中心疏松以及中心偏析问题出现。如果冶炼时间较久，同时操作中间存在倒包现象便会进一步降低洁净度。凝固中，枝晶界产生夹杂物富集现象，弱化晶界强度，削弱综合抵抗力，连铸中，尤其是矫直区间容易出现中间裂纹。

3. 拉速和二冷水优化

拉速扩大，则结晶器中钢水的停留时间缩减，延迟钢水过热度的去除效果，延长柱状晶区间，扩大液相穴，形成中心疏松、凝固桥。二冷区拥有较大的冷却强度，铸坯表层温度状态角度，断面温度形成较大的梯度变化，有助于柱状晶生长，增加柱状晶宽度，减小二冷区对应冷却强度，能够缩减柱状晶区，扩大等轴晶区。

拉坯速度会对柱状晶生长产生直接影响。随着拉坯速度提升，则结晶器中的铸坯停留时间相继缩短，铸坯液芯延长，推迟等轴晶成长和形核，扩大柱状晶区，同时还会提升铸坯鼓肚风险系数，为此，在不会产量形成任何影响条件下，需要合理控制拉坯速度。针对五炉300×2400毫米断面的16Mn系列钢种实施拉速检测实验，在钢浇铸长度达到64米后，把第四炉以及第五炉中的铸坯拉速从正常条件下的每分钟0.8米减少到每分钟0.75米，后期针对降速前第三炉以及减速后第四炉铸坯实施取样，开展冷酸侵蚀试验。结合减速前后的炉次铸坯相关冷酸侵蚀结果分析，当拉速减少到每分钟0.05米后，可以有效改善中心偏析现象，不会产生偏析集中问题。为此连铸坯浇次生产清理中，发现降拉速2炉也是第四炉和第五炉的铸坯下层表面单边大概10到30毫米左右存在裂纹现象，表层质量呈现出恶化趋势。结合具体分析发现，降速尽管能够从某种程度上解决中心偏析问题，但容易使凝固终点提前，导致投用轻压下对应区域接近矫直段，增强外部机械应力，铸坯表层边缘裂纹呈现出一种扩张趋势。

二次冷却技术会直接影响铸坯内部质量和表层质量，中心疏松以及中心偏析缺陷还和其具有密切联系。当连铸坯转入二次冷却区后，表层因为气水和水强烈冷却影响，导致铸坯表层以及液芯位置出现大范围稳定梯度，在连铸坯表层形成一种垂直单向传热现象，晶体快速生长方向和热流方向平行，进而限制了邻近晶体生长，形成某种柱状晶带。假如二次冷却强度较弱，则容易导致铸坯表层温度升高，延长铸坯液芯，扩大等轴晶区间，铸坯外壳抗压能力减弱，无法有效抵抗因为钢水静压力所形成的鼓肚变形问题，进一步形成中心偏析现象，扩大偏析范围。适当扩大冷却强度，降低铸坯回温对铸坯中的裂纹影响，确保连铸坯表层正常矫直温度，不然铸坯表层便会因为矫直段所承受的外部机械应力扩大产生裂纹扩张现象。

五炉含铌钢种实施连铸中，可以把二冷水比水量从每吨0.31千克提升至每吨0.35千克，随后减少后三炉拉速，大概每分钟0.05米，实施该种操作主要是为了扩大冷却强度，预防回温过高，保障内部质量系数。试验炉次相关铸坯热酸侵蚀低倍检测证明，点状偏析评级都是CO.5，拥有理想的中心疏松结果，基本消除中间裂纹，仅在三角区形成少量裂纹。轻压下优化处理工艺，机械轻压主要是在铸坯凝固末端对应两相区中通过夹辊针对铸坯施加相应压量，可以消除铸坯凝固末端所形成的体积收缩现象，预防出现中心疏松或缩孔问题，减少中心偏析问题，控制由于凝固收缩所导致的钢水积聚和流动现象，降低中心宏观偏析度。为了得到适合压量参数，整体压量需要满足以下条件，第一是控制中心疏松和中心偏析，第二是预防铸坯内部裂纹，第三是轻压作用力不可以威胁结构寿命。

结语：综上所述，在连铸工艺技术处理中，连铸坯产生中心偏析现象主要是多种元素形成的。为此钢铁企业需要通过长时间的连铸实践生产，才能形成最佳的连铸工艺参数，进一步改善中心偏析现象，保障钢材料的应用质量和应用寿命，有效减少中心偏析问题出现，提升连铸坯综合质量。

参考文献：

[1]赵紫玉.连铸工艺参数调整对连铸坯中心偏析的影响[J].中国金属通报,2020(02):128-129.

[2]殷光强,张建刚.连铸工艺参数调整对连铸坯中心偏析的影响[J].宽厚板,2018,24(04):39-44.