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沉铅法测定连铸方坯液相穴长度的研究
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高文芳1，张剑君1，易卫东2，潘艳华2，王光进2，王金平2，张康兴1，周运武1 (武汉钢铁(集团)公司1．研究院，湖北 武汉430080；2．条材总厂，湖北 武汉430083) 摘 要：采用沉铅法，对不同拉…
高文芳1，张剑君1，易卫东2，潘艳华2，王光进2，王金平2，张康兴1，周运武1
(武汉钢铁(集团)公司1．研究院，湖北 武汉430080；2．条材总厂，湖北 武汉430083)
摘 要：采用沉铅法，对不同拉速和碳含量条件下的铸坯液相穴末端位置、截面形状进行了测定。结果表明：铸坯液相穴长度随拉速提高和碳含量增加而延长，液相穴纵截面和横截面形状大体上呈“V”字形和圆形。X射线强度检测进一步验证了液相穴液芯外侧固、液两相区的客观存在和铸坯在冷却凝固过程中的非均匀性。测定结果可作为优化二冷制度和动态轻压下工艺参数的重要技术依据。
关键词：方坯；连铸；凝固；液相穴
连铸过程中，中间包钢水流入结晶器后，沿四周通水冷却的结晶器壁逐渐冷凝成初生坯壳，随后，在结晶器初凝的坯壳经过二冷段时，边冷却边凝固。受钢液流动状态以及凝固前沿与连铸坯表面之间温度梯度的综合作用。在连铸坯中心形成“V”字形液相穴。铸坯的液相穴长度是连铸机进行动态轻压下、二冷段电磁搅拌和凝固末端电磁搅拌工艺优化的重要参数之一。准确了解铸坯的液相穴末端位置，对动态轻压下获得最佳压下效果至关重要。
关于液相穴长度测定，较为常用的方法大致有3种。1)射钉法[1]，该方法是在连铸过程中，将特制的钉子射入铸坯长度方向不同部位，通过检测钉子的熔化状况，测定连铸坯壳厚度，从而得出连铸坯的综合凝固系数，由此计算出铸坯的液相穴凝固末端位置。2)同位素示踪法[1]，即：将一定量的同位素(198Au)加入结晶器钢液中，注流的运动把同位素带到液相深处，在加入198Au那一刻已经凝固的坯壳不含放射性元素，而液态的钢水则带有放性。通过分析铸坯长度方向放射性元素含量，得到不同长度方向连铸坯壳厚度，从而计算出液相穴长度，此方法的测试原理与射钉法相近。3)沉铅法[2]，在连铸末期，中间包钢水停浇的同时，将一定量的铅加入结晶器内。待铅充分渗透到液相穴末端后，将连铸坯拉出。取一定长度的坯样，将坯样沿铸坯中心线纵向对剖，直接测定液相穴的凝固状况。前两种方法得到的液相穴末端位置是计算值，不是测定值。不能完全直接反映连铸坯的实际凝固状况。而沉铅法是直接测定液相穴末端位置、形状、长度及液相穴横截面形状、直径等。可准确、直观地反映连铸坯的实际凝固状况。但是文献上关于采用沉铅法测定铸坯液相穴时，如何获得铸坯中铅的影像，则没有详细介绍。
本研究在国内首次采用沉铅法，自行开发了获得铸坯中纵、横截面上铅分布影像的分析处理方法。并就82B钢在1．2～1．4 m／min拉速条件下和GCrl5在1．3 m／min拉速条件下，对铸坯在凝固过程的液相穴末端位置、横截面形状进行了测定。以了解连铸过程中拉速和碳含量对液相穴末端位置的影响，为优化二冷制度和动态轻压下工艺参数提供技术依据。
1 测定方法及条件
连铸末期，在中间包钢流停浇的同时，扒开结晶器液面的保护渣，将铅一次加人结晶器内。待铅完全渗入液相穴末端后，将连铸坯拉出，在尾坯拉坯方向截取试样(见图1)，将坯样沿中心线加工成一定厚度的X射线强度检测试样(见图2)，进行X射线强度检测，以确定铅的渗入终点，从而得出不同工况下的铸坯液相穴末端位置及截面形状。液相穴测定试验条件和试验钢种化学成分分别见表1和表2。
2测定结果及分析
2．1液相穴长度
通过X射线强度检测，82B钢在1．2～1．4m／min拉速条件下，GCrl5钢在1．3 m／min条件下的液相穴长度测定结果见表3。
由表3可知：同一钢种条件下，当拉坯速度不同时，铸坯的液相穴随拉坯速度的提高而延长。82B钢当拉速由1．2 m／min提高到1．3 m／min时，液相穴长度由8．554 m延长到9．205 m，增加了0．651 m。拉速由1．3m／min提高到1．4 m／min时，液相穴长度由9．205 m延长到10．232 m，增加了1．027 m，而且随着拉速的进一步提高液相穴长度延长的更多。在同一拉坯速度条件下，钢种不同(碳含量不同)时，铸坯的液相穴随钢中碳含量的增加而延长。GCrl5钢1．3 m／min条件下的液相穴长度比同拉速82B钢的液相穴长了0．022 m。
2．2液相穴纵截面形状
图3～6是不同拉速条件下，铸坯液相穴纵截面铅的射线X强度分布图(白亮区域X射线强度大，表明铅加入时，钢水是液态)。
由图3～图6可以看出：4种不同测试条件下，液相穴的纵截面形状差不多，都大体上呈“V”字形。从总体来看，液相穴中心铅的X射线强度较边缘强，表明液相穴中心的液态钢水比例比边缘多，也就是说，在液态钢水外侧的钢水是半凝固状态的“固、液两相区”或“糊状区”。此外，液相穴不规则的“V”字形也进一步表明了铸坯冷却凝固过程的非均匀性。
2．3液相穴横截面形状
表4为82B钢在1．4 m／min拉速条件下，液相穴横截面试样在铸坯长度方向的截取位置及液芯直径。
表4结果表明：铸坯的液芯直径随铸坯长度的延长逐渐减小，直至消失。当铸坯长度为
7 542 mm时，液芯直径为57 mm。当铸坯长度为10 064 mm时，液芯直径为12 mm。
图7和图8为液相穴横截面X射线强度检测图。
由图7和图8可以看出：液相穴横截面大体呈圆形状，其铅的X射线强度与纵截面测定结果一样，也是中心较边缘强，进一步验证了连铸坯凝固过程中“两相区”的存在。
根据本研究测定结果，已提出了相应的工艺优化建议。
3 结 论
1)铸坯液相穴长度随拉速提高和碳含量增加而延长。
2)铸坯液相穴纵截面和横截面形状大体上呈“V”字形和圆形。
3)X射线强度检测进一步验证了液相穴液芯外侧固、液两相区的客观存在和铸坯在冷却凝阎过程中的非均匀性。
4)82B钢在1．2、1．3和1．4 m╱min拉速条件下铸坯液相穴长度分别为8．554、9．2045和10．232 m。
5)轴承钢GCrl5在1．3 m／min拉速条件下铸坯液相穴长度为9．227 m。
[参考文献]
[1] 蔡开科等．连续铸钢[M]．北京：科学出版社，1990:267—269．
[2] Oh K S. Development of soft reduction for the bloom caster at Pohang works of POSCO[C]／／steelmaking Conference Proceeding．1995：301—308．
延伸阅读
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