连铸坯连续弯曲矫直技术的新探索与实践

1、连铸坯连续弯曲矫直技术的新探索与实践摘要：通过对连铸坯高温蠕变特性的研究，提出了按温度分区设定连续弯曲矫直应变速率的新方法，从而实现了连铸坯高温蠕变特性的充分利用。实践表明，该方法是可行的。关键词：连铸坯；高温蠕变；弯曲；矫直随着连铸技术的发展国内外新设计的直弧型板坯连铸机基本上都采用连续弯曲、矫直方法，同时也热衷于对现有的多点弯曲、矫直进行连续弯曲、矫直改造。图1为连续弯曲矫直滚裂示意图。图1 连续弯曲、矫直滚列示意图鞍钢第二炼钢厂与燕山大学合作，对该厂于20世纪80年代投产的主半径R9300mm、5点弯曲、5点矫直的直弧型连铸机进行了连续弯曲、矫直改造。在该技术改造中实施了两项对传统连续弯

2、曲、矫直技术的新探索：一是分别对连续弯曲段、连续矫直段划分为较高温度区和较低温度区在较高温度区实行较高的变形速度：二是对处于连铸二冷区前部高温区的连续弯曲段总体上实行高的变形速度，而对处于二冷区后部低温区的连续矫直段总体上采用低的变形速度。改造后的生产实践表明，上述新探索是可行的1。1 连铸坯的高温蠕变在连铸过程中，从结晶器内最初的凝固壳开始到连铸机的出口 铸坯的温度变化范围为1500800 。在这样的温度下，物体原子振动十分强烈在外力不变的条件下。物体的变形随着时间的延长而不断增加，即产生蠕变。这种蠕变的变形特征可用流变学模型和图2所示的蠕变曲线来说明2。由材料流变学知，流变学模型称为伯格斯

3、(Burgers模型，它是由麦克斯伟(Maxwel1模型和开尔文(Kelvin模型串联而成。该模型能代表某些复杂的粘弹性材料的流变性质3。图2 蠕变曲线图2所示为蠕变曲线。蠕变曲线的起始段AB的方程为： 式中：A、为取决于材料和温度的常数；为坯壳中的拉应力，且为常数。蠕变曲线的第二段BC的方程为：式中：K、n为与材料和温度有关的常数。诺顿(Norton把上式简化为：利用初始条件：t=0 瞬时加载时，积分常数c=ET 。对式(3积分求解得：=ET +Kt式中：K、n为在温度T时的弹性模量可见式(4右端的第一项为瞬时弹性变形，即图2所示蠕变曲线的OA段，第二项为该曲线的BC段，即第二蠕变阶段。从严

4、格意义上讲，图2所示的蠕变曲线应是ABC曲线。由于蠕变的起始阶段延续的时间很短，可略去不计4，所以可以认为连铸的全过程处于第二蠕变区。由式(3可知，铸坯的蠕变变形速度与K成正比，K取决于材料和温度的常数。蠕变常数的取值受温度的影响很大，K随着温度的增高。值增加，如表l所示5。在连铸生产中，一般均采用热行方式的二次冷却制度，如图3中的曲线所示，冷却水的用量及分配应使结晶器下口的铸坯表面温度从1250左右逐渐降低到矫直点之前高于900。结合图1，可以看出连续弯曲段处于高温区，且温度变化梯度较大，连续矫直段处于相对低温区，温度变化较缓和。表1 部分钢种的蠕变参数图3 二冷区冷却方式通过对连铸坯蠕变特

5、性的探讨，得到以下认识：处于连续弯曲段的铸坯的蠕变变形速度远高于处于连续矫直段的铸坯的蠕变变形速度：处于连续弯曲段较高温度区的铸坯蠕变变形速度明显高于较低温度区铸坯的蠕变变形速度，处于连续矫直段较高温度区的铸坯的蠕变变形速度稍高于较低温度区的铸坯蠕变速度。2 按温度分区设定应变速率的初步探索与实践目前国内外的连续弯曲矫直方法有：以奥钢联为代表的渐进弯曲矫直法，以康卡斯特为代表的浮动辊连续矫直法6，国内开发的固定辊等应变速率 连续弯曲矫直法。渐进弯曲矫直法，其变形区分为三段：具有恒定应变速率的较长中间段，在其前后各有一小段过渡区。康卡斯特连续矫直为浮动辊等应变速率连续矫直6。传统的连续弯曲矫直技

6、术均为等应变速率(=常数弯曲矫直法。其连续弯曲段和连续矫直段也不加区别的采用相同的应变速率。显然传统的连续弯曲、矫直技术的不足之处是没有充分地利用高温条件下连铸坯的蠕变特性。鞍钢第二炼钢厂和燕山大学合作，对于1990年投产的由日本神户制钢设计，国内制造的一流5点弯曲、5点矫直，主半径为R9300 mm的直弧型板坯连铸机进行了连续弯曲矫直改造。该铸机浇铸的钢种为普碳钢、优碳钢、深冲钢、低合金钢，断面为(200250mm(900l550mm。受原有设备的限制。并考虑到力求改造工程量最小化原则，提出了以下总体改造方案：将5点弯曲和5点矫直段改造成连续弯曲、连续矫直段其弯曲、矫直段长度基本上分别保持5

7、点弯曲、5点矫直的原长，采用分段函数分别构造连续弯曲、矫直曲线。分段函数给出的连续弯曲曲线将弯曲段分为较高温度区和较低温度区，在较高温度区的蠕变曲率变化率 大于较低温度区的曲率变化，以实现较高温区的铸坯的蠕变应变速率高于较低温区的应变速率。连续矫直曲线的情况与连续弯曲曲线的分区情况相同；连续弯曲段在总体上曲线的曲率w 大于连续矫直段总体上的曲线曲率z：，以实现总体上连铸坯的应变速率w>z。鞍钢第二炼钢厂直弧型连铸机连续弯曲、矫直改造的铸坯设定固液相界面应变速率如表2所示。改造后的铸机于2006年7月投入生产，投产后的铸机运行稳定，铸坯的中间裂纹比改造前平均下降51.16。表2 铸坯厚23

8、0mm 弯曲、矫直段固液相界面处应变速率 3 结语(1 目前有关连铸坯在高温条件下蠕变的研究还很少特别是实验研究更少。本文所做的有关理论探讨和实践探索也是初步的。(2受改造条件的限制所设定的弯曲段和矫直段、每段的高温区和低温区的应变速率的比值还不是很理想，但通过实践证明这种按温度分区设定应变速率的做法是可行的，有意义的。参考文献：1 王铁钢，陈志勇，李宪奎连续矫直技术在板坯连铸中的应用J连铸，2007，(5：9112 VESTALPINE，陈增琪连续铸钢译文集(5 C北京：冶金工业出版社，1982133l、3 王启宏材料流变学M北京：中国建筑工业出版，198520334 何肇基 金属的力学性质M北京：冶金工业出版社，l982 13ll365 景奉儒，李宪奎，张兴中 连铸坯理想矫直曲线方程的数值解分析A全国连铸学术年会论文集编委会，现代连铸技术进展一第七