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摘要：伴随着世界冶金技术的进步，连铸技术得到了突飞猛进的发展。所以连铸机关键核心设备其结构设计也得以长足的发展和提高。基于此，本文对板坯连铸机关键设备对钢坯质量影响进行分析。
关键词：板坯连铸机;关键设备;钢坯质量;影响;
引言
对于板坯连铸机而言，结晶器、扇形段等关键设备的稳定顺行是保证板坯生产质量的根本和基础，如果以上关键设备在维修、维护过程中出现偏差或降低标准，都会直接或间接影响到铸坯质量。因此，只有做好连铸机关键设备的维修与维护，才能减少对铸坯质量的影响。
1原因分析及改进措施
1.1采用结晶器下方急冷回热法（SSC）防止表面裂纹
铸坯表层组织控制。从连铸到轧制工序的过程中，从工艺和生产成本角度出发，一直以来都在积极推进铸坯直接送入轧机的热装热送，为了实现这一目标，需要避免铸坯阶段的表面裂纹。随着近年来对材料性能要求的日益提高，增加了在钢中添加Nb、V、Ni、Cu等的低合金钢。这些钢种的横向裂纹敏感性增高。关于横向裂纹已经进行了大量研究，明确了横向裂纹起因于γ→α相变温度附近的高温脆化行为且铸坯的矫直正是在这个温度区域进行。因此一般在实际连铸作业中，将铸坯矫直时的表面温度控制在高于或低于该脆化温度。在此，通过利用连铸的二次冷却的铸坯表层部位的显微组织控制（SSC），防止成为裂纹起点的晶界膜状铁素体的析出，找到了消除上述脆化机制的方法，实现了从根本上去除裂纹。最终在生产厚板铸坯的鹿岛厂，通过2号连铸机（下文中简称为2CC）内二次冷却，确立了防止铸坯横向裂纹的技术诀窍。将应用该组织控制技术用于裂纹敏感性高的含Nb、Ni、Ti厚板用板坯连铸，在铸坯整个宽度和全长表层部分数毫米厚度的显微组织均未见晶界的膜状铁素体。由于在铸坯弯曲/矫直应力集中于晶界的膜状铁素体时发生横向裂纹，因此，通过这样的组织控制能够防止裂纹生成。
1.2铸坯表面裂纹的防止效果
为了确认SSC对防止裂纹的效果，向试验连铸机铸造的铸坯施加弯曲应变，调查了横向裂纹的发生状况。在具有150mm×600mm截面的垂直型试验连铸机，使用2.5t钢水铸造出4m的铸坯，用布置在连铸机下方的弯曲辊，以应变速度2×10-41/s的条件，施加了相当于实际连铸机弯曲半径10mR的弯曲应变。连铸机注流内和弯曲试验部位，安装了放射温度计，从而可得到所设定的热履历。铸坯表面温度在1170K进行弯曲试验时，在铸坯弯曲试验部位300mm×400mm区域发生横向裂纹。缓冷情况下，沿晶界发生了裂纹，试验性地重现了横向裂纹。与之相对的，SSC情况下相同温度施加相同应变时，则未见裂纹。调查铸坯表层部位的显微组织确认，缓冷条件下生成膜状铁素体，而SSC条件下没有生成，通过铸坯表层部位的显微组织控制，可实现防止裂纹发生的效果。
1.3倒锥度对铸坯质量的影响
结晶器倒锥度太大，会增加坯壳与器壁挤压和拉坯的阻力，引起横裂甚至坯壳断裂。作为结晶器关键参数之一，在维修调整结晶器过程中都会特别注意将倒锥度调整到要求范围内，如果结晶器使用后会发生“跑锥度”问题，需要关注以下4个细节：（1）确保结晶器宽面夹紧力。目前板坯连铸机结晶器宽面均通过机械、液压等形式进行夹紧，想从根本上杜绝“跑锥度”首先把上下部夹紧机构调整符合要求。（2）窄面锁紧机构及支撑杆焊接。在调整好结晶器锥度后必须锁紧窄面调寬机构并焊接支撑杆。（3）调宽过程注意消除机构间隙。由于窄面调宽机构、连接部位均存在加工间隙，为此需在调宽过程中注意消除，具体做法为调任一规格都应从外向内调整，即最后调宽机构动作方向为向结晶器中心移动方向。（4）注意调整好的结晶器角缝。因为结晶器多次更换断面、铜板加工问题等原因造成角缝会减少窄面铜板与宽面铜板接触面，同时减少摩擦力，容易引发“跑锥度”。
1.4扇形段辊缝对铸坯质量的影响
辊缝开口度误差解决方案如下：a.通过线外预应力标定，即在扇形段上装预置标定块，采用设定压力进行标定。这时，连杆承受受拉应力（和扇形段在实施浇铸时状态一致），铰接点间隙，往下游偏斜量，辊子和轴承的间隙全部消除，位移传感器所处位置是真实零位。在生产时，通过夹紧油缸上的高精度位移传感器（精度：1/1000mm）的和高精度液压阀闭环控制，可得到在浇钢过程中的真实辊缝值;b.利用辊缝测量仪对辊缝进行检测时，通过设计合理的扇形段辊缝调整块来实现。四连杆扇形段结构，侧框架和上框架之间设有辊缝调整块，当给定压力时，上框架通过辊缝调整块和侧框架基准面完全贴合，连杆受到拉力。这时，连铸机处于平行辊缝状态，消除了连杆铰接间隙，也消除了弧形段平行四边形变形带来的误差。辊缝仪工作，可以得到除了锥形辊缝值以外所有想要的数据。从平行辊缝到实际浇铸辊缝及动态轻压下、重压下锥形辊缝值，完全由高精度的位移传感器和液压阀闭环控制，这时的精度值在3/1000mm以内，完全满足浇钢要求。
1.5辊缝超差还可能导致三角区裂纹缺陷的产生
在以往生产过程中，曾经多次出现因零段辊缝超差导致批量钢坯三角区裂纹缺陷的产生，造成辊缝超差的原因。（1）离线辊缝调整时顶测值与自动辊缝仪测量值不一致。目前维修调整扇形段辊缝包括验收时全部采用顶测，即用专用千斤顶顶在上下辊中部进行测量，容易因顶起力分布不均匀造成轴承等加工间隙消除情况不可靠，而在线辊缝仪完全模拟铸坯运行状态及钢水静压力，更接近实际生产状态。为此应以在线测量值为准反推离线控制范围。（2）扇形段内、外弧框架间隙造成的辊缝变化。曾出现过上线扇形段验收数值完全符合技术要求，上线后进口辊缝变大、出口辊缝变小。通过分析认为是扇形段在维修时垂直放置，内、外弧框架存在间隙，上线后扇形段内弧框架因重力作用向出口方向微移，导致进出口辊缝变化。目前已通过验收时消除出口侧框架间隙的方法加以控制。（3）辊套、芯轴、轴承间隙引发辊缝变化。扇形段维修所需辊套、芯轴、轴承、轴承座及垫片组都会引入自由间隙，为此需在维修前对所有备件按照技术标准进行检验，安装过程遵循维修标准化程序，各轴承座下垫片数量也应严格控制在≤5个。同时在调整验收辊缝时必须进行顶测和自由测量，综合游隙控制在≤0.4mm。
1.6对弧对铸坯质量的影响
扇形段固定形式不可靠，无法保证扇形段段间接弧状态。目前2#板坯连铸机扇形段固定采用销轴楔铁固定形式，该形式虽然存在固定拆卸方便等特点，但同时还存在固定不牢固、不可靠的问题，在销轴楔铁使用一段时间后本身的变形，加之锈蚀、水垢使得楔铁打紧后紧固力度降低，造成接弧偏差。此种情况仅能通过改造扇形段才能根本消除。
结束语
连铸机关键设备是连铸生产的根本，他直接影响制约着铸坯质量，因此了解设备参数对铸坯质量影响的原因，将会对日常生产中有效控制提高铸坯质量工作带来积极作用。
参考文献
[1]孟群.高级钢厚板坯创新连铸技术的开发[N].世界金属导报，2020-04-14（B02）.
[2]王少振.板坯连铸机关键设备对钢坯质量影响的分析[J].设备管理与维修，2020（03）：59-60.
[3]唐锡明，龙兵，余波，胡鳌全.板坯连铸机支导段移位分析及控制措施[J].装备制造技术，2019（02）：118-122+131.
[4]信敬亮.搭建连铸关键设备管理系统[J].科技经济导刊，2018，26（07）：35.
[5]侯小光.基于再制造技术的连铸关键设备恢复和改造研究[J].自动化与仪器仪表，2017（11）：109-110.
关键词：板坯连铸机;关键设备;钢坯质量;影响;
引言
对于板坯连铸机而言，结晶器、扇形段等关键设备的稳定顺行是保证板坯生产质量的根本和基础，如果以上关键设备在维修、维护过程中出现偏差或降低标准，都会直接或间接影响到铸坯质量。因此，只有做好连铸机关键设备的维修与维护，才能减少对铸坯质量的影响。
1原因分析及改进措施
1.1采用结晶器下方急冷回热法（SSC）防止表面裂纹
铸坯表层组织控制。从连铸到轧制工序的过程中，从工艺和生产成本角度出发，一直以来都在积极推进铸坯直接送入轧机的热装热送，为了实现这一目标，需要避免铸坯阶段的表面裂纹。随着近年来对材料性能要求的日益提高，增加了在钢中添加Nb、V、Ni、Cu等的低合金钢。这些钢种的横向裂纹敏感性增高。关于横向裂纹已经进行了大量研究，明确了横向裂纹起因于γ→α相变温度附近的高温脆化行为且铸坯的矫直正是在这个温度区域进行。因此一般在实际连铸作业中，将铸坯矫直时的表面温度控制在高于或低于该脆化温度。在此，通过利用连铸的二次冷却的铸坯表层部位的显微组织控制（SSC），防止成为裂纹起点的晶界膜状铁素体的析出，找到了消除上述脆化机制的方法，实现了从根本上去除裂纹。最终在生产厚板铸坯的鹿岛厂，通过2号连铸机（下文中简称为2CC）内二次冷却，确立了防止铸坯横向裂纹的技术诀窍。将应用该组织控制技术用于裂纹敏感性高的含Nb、Ni、Ti厚板用板坯连铸，在铸坯整个宽度和全长表层部分数毫米厚度的显微组织均未见晶界的膜状铁素体。由于在铸坯弯曲/矫直应力集中于晶界的膜状铁素体时发生横向裂纹，因此，通过这样的组织控制能够防止裂纹生成。
1.2铸坯表面裂纹的防止效果
为了确认SSC对防止裂纹的效果，向试验连铸机铸造的铸坯施加弯曲应变，调查了横向裂纹的发生状况。在具有150mm×600mm截面的垂直型试验连铸机，使用2.5t钢水铸造出4m的铸坯，用布置在连铸机下方的弯曲辊，以应变速度2×10-41/s的条件，施加了相当于实际连铸机弯曲半径10mR的弯曲应变。连铸机注流内和弯曲试验部位，安装了放射温度计，从而可得到所设定的热履历。铸坯表面温度在1170K进行弯曲试验时，在铸坯弯曲试验部位300mm×400mm区域发生横向裂纹。缓冷情况下，沿晶界发生了裂纹，试验性地重现了横向裂纹。与之相对的，SSC情况下相同温度施加相同应变时，则未见裂纹。调查铸坯表层部位的显微组织确认，缓冷条件下生成膜状铁素体，而SSC条件下没有生成，通过铸坯表层部位的显微组织控制，可实现防止裂纹发生的效果。
1.3倒锥度对铸坯质量的影响
结晶器倒锥度太大，会增加坯壳与器壁挤压和拉坯的阻力，引起横裂甚至坯壳断裂。作为结晶器关键参数之一，在维修调整结晶器过程中都会特别注意将倒锥度调整到要求范围内，如果结晶器使用后会发生“跑锥度”问题，需要关注以下4个细节：（1）确保结晶器宽面夹紧力。目前板坯连铸机结晶器宽面均通过机械、液压等形式进行夹紧，想从根本上杜绝“跑锥度”首先把上下部夹紧机构调整符合要求。（2）窄面锁紧机构及支撑杆焊接。在调整好结晶器锥度后必须锁紧窄面调寬机构并焊接支撑杆。（3）调宽过程注意消除机构间隙。由于窄面调宽机构、连接部位均存在加工间隙，为此需在调宽过程中注意消除，具体做法为调任一规格都应从外向内调整，即最后调宽机构动作方向为向结晶器中心移动方向。（4）注意调整好的结晶器角缝。因为结晶器多次更换断面、铜板加工问题等原因造成角缝会减少窄面铜板与宽面铜板接触面，同时减少摩擦力，容易引发“跑锥度”。
1.4扇形段辊缝对铸坯质量的影响
辊缝开口度误差解决方案如下：a.通过线外预应力标定，即在扇形段上装预置标定块，采用设定压力进行标定。这时，连杆承受受拉应力（和扇形段在实施浇铸时状态一致），铰接点间隙，往下游偏斜量，辊子和轴承的间隙全部消除，位移传感器所处位置是真实零位。在生产时，通过夹紧油缸上的高精度位移传感器（精度：1/1000mm）的和高精度液压阀闭环控制，可得到在浇钢过程中的真实辊缝值;b.利用辊缝测量仪对辊缝进行检测时，通过设计合理的扇形段辊缝调整块来实现。四连杆扇形段结构，侧框架和上框架之间设有辊缝调整块，当给定压力时，上框架通过辊缝调整块和侧框架基准面完全贴合，连杆受到拉力。这时，连铸机处于平行辊缝状态，消除了连杆铰接间隙，也消除了弧形段平行四边形变形带来的误差。辊缝仪工作，可以得到除了锥形辊缝值以外所有想要的数据。从平行辊缝到实际浇铸辊缝及动态轻压下、重压下锥形辊缝值，完全由高精度的位移传感器和液压阀闭环控制，这时的精度值在3/1000mm以内，完全满足浇钢要求。
1.5辊缝超差还可能导致三角区裂纹缺陷的产生
在以往生产过程中，曾经多次出现因零段辊缝超差导致批量钢坯三角区裂纹缺陷的产生，造成辊缝超差的原因。（1）离线辊缝调整时顶测值与自动辊缝仪测量值不一致。目前维修调整扇形段辊缝包括验收时全部采用顶测，即用专用千斤顶顶在上下辊中部进行测量，容易因顶起力分布不均匀造成轴承等加工间隙消除情况不可靠，而在线辊缝仪完全模拟铸坯运行状态及钢水静压力，更接近实际生产状态。为此应以在线测量值为准反推离线控制范围。（2）扇形段内、外弧框架间隙造成的辊缝变化。曾出现过上线扇形段验收数值完全符合技术要求，上线后进口辊缝变大、出口辊缝变小。通过分析认为是扇形段在维修时垂直放置，内、外弧框架存在间隙，上线后扇形段内弧框架因重力作用向出口方向微移，导致进出口辊缝变化。目前已通过验收时消除出口侧框架间隙的方法加以控制。（3）辊套、芯轴、轴承间隙引发辊缝变化。扇形段维修所需辊套、芯轴、轴承、轴承座及垫片组都会引入自由间隙，为此需在维修前对所有备件按照技术标准进行检验，安装过程遵循维修标准化程序，各轴承座下垫片数量也应严格控制在≤5个。同时在调整验收辊缝时必须进行顶测和自由测量，综合游隙控制在≤0.4mm。
1.6对弧对铸坯质量的影响
扇形段固定形式不可靠，无法保证扇形段段间接弧状态。目前2#板坯连铸机扇形段固定采用销轴楔铁固定形式，该形式虽然存在固定拆卸方便等特点，但同时还存在固定不牢固、不可靠的问题，在销轴楔铁使用一段时间后本身的变形，加之锈蚀、水垢使得楔铁打紧后紧固力度降低，造成接弧偏差。此种情况仅能通过改造扇形段才能根本消除。
结束语
连铸机关键设备是连铸生产的根本，他直接影响制约着铸坯质量，因此了解设备参数对铸坯质量影响的原因，将会对日常生产中有效控制提高铸坯质量工作带来积极作用。
参考文献
[1]孟群.高级钢厚板坯创新连铸技术的开发[N].世界金属导报，2020-04-14（B02）.
[2]王少振.板坯连铸机关键设备对钢坯质量影响的分析[J].设备管理与维修，2020（03）：59-60.
[3]唐锡明，龙兵，余波，胡鳌全.板坯连铸机支导段移位分析及控制措施[J].装备制造技术，2019（02）：118-122+131.
[4]信敬亮.搭建连铸关键设备管理系统[J].科技经济导刊，2018，26（07）：35.
[5]侯小光.基于再制造技术的连铸关键设备恢复和改造研究[J].自动化与仪器仪表，2017（11）：109-110.