连铸机结构与工艺参数对方坯质量的影响分析

引言：

连铸技术在现代钢铁生产中占据着重要地位，其通过将液态金属直接凝固成方坯，不仅大幅度提升了生产效率，还降低了能耗和生产成本。目前，连铸机已广泛应用于各大钢铁企业，成为高效、高质钢材生产的核心设备。方坯质量受多种因素影响，诸如工艺参数和设备结构等，如何优化这些因素以提高方坯质量仍然面临诸多挑战。生产过程中，表面质量和内部缺陷的控制尤为关键，直接关系到最终产品的性能和应用效果。冷却速率和过热度是影响方坯力学性能的关键参数，而拉速优化和技术措施的实施则有助于减少裂纹和夹杂物的产生。综合优化连铸工艺参数，提升方坯的整体质量，是当前研究和生产中的重点课题。

1、方坯生产中的关键工艺参数

方坯的质量直接受连铸过程中关键工艺参数的影响。浇注速度决定了方坯的凝固速度和晶粒尺寸，影响其内部组织均匀性。结晶器冷却水量和压力直接影响方坯的表面质量，调节这些参数能有效减少凝固皮的生成。结晶器振动频率和幅度影响了方坯的表面平整度和晶界排列。拉速和拉力的设置影响了方坯的尺寸精度和内部缺陷形成的可能性。喷水冷却速率和喷水位置对方坯的温度分布和内部应力有重要影响，关键在于平衡冷却速度和方坯表面的均匀性。

2、连铸机结构对方坯表面质量的影响

连铸机结构对方坯表面质量的影响主要体现在结晶器、二次冷却区和拉矫机等关键部位。结晶器是连铸机的重要组成部分，其振动方式、振动频率和振幅直接影响方坯的表面质量。合理的结晶器振动参数能减少方坯表面的纵向裂纹和凹坑，提高表面光洁度。二次冷却区通过喷嘴喷射冷却水，对方坯进行均匀冷却，冷却水的流量、喷射角度和冷却强度对方坯表面质量起着至关重要的作用。不均匀的冷却会导致方坯表面产生热应力裂纹和变形。拉矫机的辊子间距和对中性影响方坯在拉制过程中的形状控制，过大的辊子间距可能导致方坯表面产生波纹和划伤。连铸机结构设计的合理性直接关系到方坯表面的质量控制，结构优化可以显著提高方坯表面质量，减少缺陷的产生。

在浇注过程中，结晶器振动以避免坯壳与结晶器之间粘结，结晶器上下运动的结果，造成铸坯 4 个表面上周期性的横纹痕迹，这些痕迹称为振痕。振痕是坯亮被周期性的拉破又重新焊合的过程造成的。振痕的深度与钢中含碳量有很大关系，一般低碳钢振痕较深，而高碳钢振痕较浅。当结晶器振动状况不佳，钢液面剧烈波动或保护渣选择不当时，会使振痕加深，并可能在振痕处潜伏横裂纹、夹渣和针孔等缺陷。当振痕浅且很规则时，在进一步加工中不会引起缺陷。当振痕深并存在缺陷时，就会对随后加工和成品造成危害。为了减少振痕深度，现在连铸机多采用小振福、高振频的振动模式。

3、工艺参数对方坯内部缺陷的影响分析

连铸机在钢铁生产中起着重要作用，工艺参数对方坯内部缺陷的产生和控制至关重要。凝固过程中的温度梯度、冷却速度、过热度等参数直接影响方坯的内部质量。温度梯度过大容易导致偏析和晶粒粗化，而冷却速度过快可能引发裂纹和缩孔缺陷。过热度控制不当，则会引起成分偏析和内部组织的不均匀。拉速过高可能导致中心偏析和中心裂纹，而过低的拉速会增加方坯表面裂纹的风险。合适的二次冷却强度有助于改善凝固组织，降低裂纹和夹杂物的产生。优化电磁搅拌参数能有效减少中心偏析和改善内部晶粒结构。总体而言，合理控制工艺参数可以显著提高方坯内部质量，减少缺陷的产生。

4、冷却速率和过热度对方坯力学性能的作用

冷却速率和过热度是影响连铸方坯力学性能的关键因素。冷却速率过快可能导致方坯产生热应力，从而形成裂纹和其他缺陷；过慢则会引起晶粒粗大，降低材料的强度和韧性。合理控制冷却速率，可以使方坯表面和内部的温度梯度适中，减少内部应力和裂纹的生成，提升力学性能。

过热度是指钢水在浇铸前的温度超过液相线温度的程度。过热度过高会导致晶粒粗化，减少方坯的韧性和塑性；过低则可能引发早期凝固，影响方坯的致密度和均匀性。通过优化过热度，可使钢水在凝固过程中形成均匀的晶粒结构，提高材料的综合力学性能。

在生产实践中，结合实际情况调整冷却速率和过热度，可以显著改善方坯的强度、韧性等力学性能，为后续加工和使用提供更高质量的基础材料。

5、连铸机拉速优化与方坯质量的关系

连铸机拉速的优化对方坯质量具有显著影响。拉速是指连铸过程中钢液在结晶器中凝固并被拉出结晶器的速度。拉速过高容易导致表面裂纹和内部疏松等缺陷，而过低则可能引起生产效率降低和成本增加。拉速的合理控制需根据钢种、结晶器设计、冷却条件等多种因素综合考虑。拉速适中时，能够保证方坯均匀凝固，减少缺陷，提高表面和内部质量。合理的拉速还能改善方坯的力学性能，确保其在后续加工中的稳定性和可靠性。优化拉速对提升方坯整体质量和生产效率具有重要意义。

6、减少方坯裂纹和夹杂物的技术措施

方坯在连铸过程中容易产生裂纹和夹杂物，这些缺陷会影响产品的质量和性能。为了减少裂纹，可以采用电磁搅拌技术，通过在凝固过程中施加电磁力，均匀内部组织，减少应力集中。优化浇注温度和冷却速率，保持适宜的凝固前沿温度梯度，也能有效防止裂纹的产生。针对夹杂物问题，需提升钢水的洁净度，采取二次精炼工艺，如真空脱气和电渣重熔，去除钢水中的气体和夹杂物。在连铸过程中，合理控制拉速和浇注速度，避免过高的拉速导致夹杂物卷入和凝固不均匀。调整结晶器振动参数，采用优化的结晶器粉末和保护渣，有助于减少夹杂物的附着和进入方坯内部。采用先进的在线检测和控制技术，可以实时监测连铸过程中的参数变化，及时调整工艺条件，确保方坯的质量稳定。通过以上技术措施，可以显著改善方坯的表面和内部质量，提高产品的市场竞争力。

7、连铸工艺参数的综合优化策略

连铸工艺参数的优化在方坯质量控制中至关重要。温度控制是首要环节，需确保钢液温度在最佳范围内，避免过热或过冷对结晶质量的影响。过热度过高会导致方坯表面缺陷增加，过冷则易引发内部裂纹。拉速调整也极为重要，需与冷却系统协调，使钢液均匀凝固，避免因拉速过快产生拉痕和内裂。

二次冷却区的喷水量和喷嘴角度对方坯表面质量有显著影响，过强的冷却会使表面产生应力，导致裂纹形成，过弱则无法有效去除表面热量，增加表面缺陷几率。保护渣的选择和使用也需优化，以减少非金属夹杂物的混入，确保润滑效果，防止结晶器内壁与钢液粘结。

电磁搅拌技术在连铸工艺中的应用，可有效改善钢液流动状态，减少偏析和中心疏松，提高方坯内部质量。合理设置搅拌强度和频率，能够均匀分布温度场和成分场，进一步提升方坯性能。综合以上策略，通过科学调整连铸工艺参数，可显著提升方坯的表面和内部质量，为后续加工打下坚实基础。

结束语：

通过对连铸机结构与工艺参数的系统分析，可以看出其对方坯质量有着至关重要的影响。优化关键工艺参数和连铸机结构，不仅能有效提升方坯的表面质量，减少内部缺陷，还能通过控制冷却速率和过热度来改善方坯的力学性能。进一步优化拉速和采取技术措施减少裂纹与夹杂物，对于提高整体生产效率和方坯质量具有显著作用。综合优化连铸工艺参数，建立科学合理的控制策略，是提升方坯质量和满足市场需求的关键。

参考文献

[1]陈光伟于泽琦.工艺参数对齿轮坯锻造质量的影响[J].热加工工艺,2021,50(07):108-110.

[2]刘驰.方坯连铸机保护浇铸工艺的应用研究[J].中国科技期刊数据库工业 A,2021,(01):0036-0036.

[3]刘兴元康爱元.提高方坯连铸机结晶器寿命工艺优化[J].山西冶 金,2023,46(01):131-133.

[4]唐海明,李秀芳,姜英,阎重.小方坯连铸机圆坯改造技术工艺参数设计[J].吉林冶金,2022,(02):40-44.

[5]韩建刚.小方坯连铸机结晶器工艺参数对卷渣的影响[J].金属制 品,2023,49(03):34-38.