1 中心偏析與中心疏松形成原因

鑄坯中元素分布不均勻乡小，鑄坯中心部位的C、S、P等元素含量明顯高于其它部位。在鑄坯厚度中心凝固末端區(qū)域常表現(xiàn)為“V”偏析。中心疏松是指鋼液在凝固末期憎乙，在鑄坯厚度中心的枝晶間產(chǎn)生微小空隙。導致中心偏析和中心疏松產(chǎn)生的原因很多，且這兩種缺陷往往相伴而生弄屡。

1.1 鑄坯凝固組織中柱狀晶過于發(fā)達

中心偏析和中心疏松形成機理之一是“凝固晶橋”理論，即鑄坯凝固過程中鞋诗，鑄坯傳熱的不穩(wěn)定性導致柱狀晶生長速度快慢不一膀捷，優(yōu)先生長的柱狀晶在鑄坯中心相遇形成“搭橋”，液相穴內(nèi)鋼液被“凝固晶橋”分開削彬，晶橋下部鋼液在凝固收縮時得不到上部鋼水補充而形成疏松或縮孔全庸，并伴隨中心偏析秀仲。當凝固組織中柱狀晶過于發(fā)達時，越容易形成“凝固晶橋”壶笼，鑄坯中也越容易產(chǎn)生中心偏析和中心疏松神僵。

1.2 鋼液中易偏析溶質(zhì)元素含量過高

中心偏析和中心疏松形成機理之二是鋼液中易偏析溶質(zhì)元素析出與富集理論，即鑄坯從表殼往中心結(jié)晶過程中覆劈，鋼液中的溶質(zhì)元素在固液相界上具有溶解平衡移動保礼，C、S责语、P等易偏析元素以柱狀晶粒析出炮障，排到尚未凝固的金屬液中，隨結(jié)晶的繼續(xù)進行坤候，這些易偏析元素被富集到鑄坯中心或凝固末端區(qū)域胁赢，由此產(chǎn)生中心偏析和中心疏松。

1.3 坯殼發(fā)生鼓肚

中心偏析形成機理之三是空穴抽吸理論铐拐，即鑄坯在凝固過程中若發(fā)生坯殼鼓脹徘键，在鑄坯中心就會產(chǎn)生空穴，這些空穴具有負壓抽吸作用遍蟋，使富集了溶質(zhì)元素的鋼液被吸入鑄坯中心而導致中心偏析吹害；在凝固末期由十液體向固體轉(zhuǎn)變發(fā)生體積收縮而產(chǎn)生一定空穴，也使凝固末端富集溶質(zhì)元素的鋼液被吸入鑄坯中心虚青，導致產(chǎn)生中心偏析它呀。因此，鑄坯鼓肚量越大棒厘，中心偏析就會越嚴重纵穿。

2 中心偏析與中心疏松預防對策

由中心偏析與中心疏松形成原因分析，若能采取措施促進鑄坯中心凝固組織等軸晶化奢人，減少鋼液中易偏析元素含量谓媒，控制鑄坯鼓肚量，就可以減緩中心偏析和中心疏松的產(chǎn)生何乎。

2.1 提高鋼水純凈度

鋼中含碳量與凝固組織關系密切句惯，影響柱狀晶和等軸晶的生長比率，必然對鑄坯中心偏析和中心疏松的產(chǎn)生起決定性作用支救。有研究表明[1]抢野，在其它條件相同的情況下對含碳量分別為0.3%、0.1%和0.6%的一種鋼進行澆注，發(fā)現(xiàn)其柱狀晶長度、中心偏析寬度和中心疏松空穴按含碳為0.3%~0.1%和0.6%的順序依次增加列牺。因此带族，必須提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中碳的命中率恃轩，準確控制鋼液中的碳含量结洼。  

鋼液中S、P等是易偏析元素详恼，它們在鋼液中的含量和分布形態(tài)影響鑄坯的中心偏析和中心疏松补君。通過冶煉潔凈鋼引几，如采用鐵水預處理或鋼包脫硫等技術昧互，降低鋼液中S、P等易偏析元素含量伟桅，提高鋼水純凈度敞掘，可有效防止中心偏析和中心疏松的產(chǎn)生。

2.2 控制鑄坯鼓肚量

控制鑄坯鼓肚量楣铁，可以有效減緩中心偏析產(chǎn)生玖雁。鑄坯鼓肚量的大小主要與二冷區(qū)輥間距、坯殼厚度盖腕、鋼水靜壓力等有關赫冬。輥間距越小，坯殼越厚溃列，鋼水靜壓力越小劲厌，鼓肚量就越小。因此听隐，在設計連鑄機時补鼻，盡可能設計采用小輥徑密排輥列布置，縮小輥間距雅任；采用剛性多節(jié)輥风范，防止支承輥變形；連鑄機不宜過高沪么，以便于降低液相穴高度硼婿，減小鋼水靜壓力；在生產(chǎn)中對二冷區(qū)夾輥需嚴格對弧禽车。

2.3 控制澆注溫度和拉坯速度

澆注溫度是影響柱狀晶生長的重要因素寇漫。澆注溫度高，鑄坯柱狀晶發(fā)達：澆注溫度低哭当，鑄坯等軸晶發(fā)達猪腕。因此，在不引起水口凍結(jié)的情況下钦勘，應盡可能采用低過熱度澆注陋葡。在生產(chǎn)操作中，可根據(jù)各廠經(jīng)驗彻采，對不同鋼鐘制定相應的鋼水罐和中間罐目標過熱度基準腐缤。國內(nèi)某廠的經(jīng)驗是：在生產(chǎn)低碳鋼([C]≤0.08%)時捌归，鋼水罐和中間罐內(nèi)鋼水標過熱度最好分別控制在600℃、300℃之內(nèi)岭粤；生產(chǎn)包晶鋼和中碳鋼(0.08%≤[C]≤0.30%)時惜索，鋼水罐和中間罐內(nèi)鋼水目標過熱度最好分別控制在550℃、250℃之內(nèi)剃浇。

拉坯速度也是影響柱狀晶生長的重要因素巾兆。拉坯速度大，鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)停留時間短虎囚，鑄坯液芯延長角塑，這不但推遲了等軸晶的形核和長大，擴大了柱狀晶區(qū)淘讥，而且發(fā)生鑄坯鼓肚的危險系數(shù)也增大圃伶。因此，在不影響產(chǎn)量的前提下蒲列，拉坯速度不宜過大窒朋。在生產(chǎn)實踐中，需根據(jù)不同鋼種在不同的操作模式(如開始澆注蝗岖、快速更換中間罐侥猩、快速更換浸入式水口、更換結(jié)晶器保護渣剪侮、異鋼種連澆時拉坯終了到拉坯開始過程拭宁、終止?jié)沧⒌?span face="">)下制定相應的控制標準。具體標準的設定可在生產(chǎn)中慢慢積累經(jīng)驗瓣俯，也可以參照有成功生產(chǎn)經(jīng)驗的鋼廠數(shù)據(jù)來設定杰标。

2.4 優(yōu)化二次冷卻技術

二次冷卻技術對鑄坯的表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量有重要影響，中心偏析和中心疏松等缺陷的形成與之有緊密的聯(lián)系彩匕。二次冷卻技術包括二冷區(qū)分段腔剂、二冷區(qū)噴嘴選擇及配置、噴水條件(如流量驼仪、壓力)的確定等掸犬。

二冷區(qū)分段應根據(jù)連鑄機的輥列排布，沿拉坯方向從上到下按各冷卻段長度逐漸增加的原則劃分绪爸，一般板坯連鑄機為7~9個冷卻段湾碎。

二冷區(qū)噴嘴結(jié)構(gòu)決定了冷卻水的水流密度分布、水滴速度和水滴直徑奠货。氣-水噴嘴相對于壓力水噴嘴介褥，具有噴水流量調(diào)節(jié)范圍大、冷卻強度大、冷卻均勻柔滔、不易堵塞等優(yōu)點溢陪，但使用時消耗的動力較大。各種噴嘴都存在一個能維持其良好霧化性能的水量調(diào)節(jié)范圍睛廊，因此形真，各二冷段噴嘴型號的選擇及數(shù)量的確定應保證噴嘴的實際工作水量變化范圍經(jīng)常處于其正常的調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)。

二次冷卻水量超全、氣量及壓力咆霜，須根據(jù)鑄坯規(guī)格、鋼種卵迂、產(chǎn)品質(zhì)量要求和生產(chǎn)經(jīng)驗來確定裕便。二次冷卻水量總的分配原則是沿拉坯方向從上到下逐漸減少，鑄機內(nèi)弧與外弧的總配水比約為2:3见咒。對裂紋不敏感的鋼種，二冷區(qū)上部強冷挂疆、下部緩冷改览；對裂紋敏感的鋼種，二冷區(qū)從上到下全區(qū)緩冷缤言；對內(nèi)部裂紋比表面裂紋敏感的鋼種宝当，二冷區(qū)上部緩冷、下部強冷[2]胆萧。在連鑄機的設計過程中庆揩，一般根據(jù)產(chǎn)品大綱中鋼種的高溫力學性能及其質(zhì)量要求和鑄坯規(guī)格設計相應的二冷水表。二冷水表的制定要保證冷卻強度足夠跌穗、冷卻水量合理分配订晌。若二冷強度不夠，鑄坯表面溫度就會偏高蚌吸，鑄坯液芯加長锈拨，等軸晶區(qū)擴大，坯殼抵抗因鋼水靜壓力引起的鼓肚變形能力減弱羹唠，會促進中心偏析和中心疏松的形成和擴展奕枢。有文獻[5]研究某鋼廠1350mm板坯連鑄機的二次冷卻制度時，發(fā)現(xiàn)從二冷段IV區(qū)出口到V區(qū)出口佩微，鑄坯表面溫度回升幅度較大缝彬，導致坯殼抵抗鼓肚變形的能力下降，而且因熱膨脹作用使得鑄坯中心產(chǎn)生抽吸作用哺眯，加劇了中心偏析的嚴重程度谷浅。

2.5 采用電磁攪拌技術

連鑄生產(chǎn)中的電磁攪拌技術，就是把按一定規(guī)律排列的線圈安裝在連鑄機某一部位，當給線圈中通定向電流時壳贪，會產(chǎn)生對鋼水有強烈攪拌作用的定向電磁力陵珍。該電磁力推動鑄坯坯殼內(nèi)未凝固的鋼液沿一定方向循環(huán)運動，破壞了鋼液凝固組織中己形成的粗大的柱狀晶违施，使晶粒細化互纯；阻礙了柱狀晶的進一步形成，增加了等軸晶率磕蒲；改善了鑄坯中心部位碳成分和硫化物等夾雜物分布不均的特點留潦，增加了夾雜物相互碰撞和聚合的機會，使夾雜物尺寸增大易于上浮辣往，以減緩中心偏析和中心疏松的產(chǎn)生兔院。

在板坯連鑄機上采用電磁攪拌技術，要使其充分發(fā)揮攪拌作用站削，顯著降低中心偏析和中心疏松坊萝，需準確計算電磁攪拌裝置的具體安裝位置和鑄坯中心的電磁推力大小。有研究表明[4]许起，電磁攪拌裝置安裝在鋼水未凝固率為25%~40%范圍內(nèi)較合適十偶，此時等軸晶率高；電磁推力控制在65mmFe~147mmFe范圍內(nèi)园细，攪拌效果較理想惦积。

2.6 采用輕壓下技術

輕壓下技術，就是通過在連鑄坯液芯末端附近施加均勻外力猛频，使鑄坯產(chǎn)生一定的壓縮量狮崩，以補償鑄坯的凝固收縮量[6]。采用輕壓下技術可消除或減少鑄坯收縮形成的內(nèi)部空隙鹿寻，防止晶間富集溶質(zhì)元素的鋼液向鑄坯中心橫向流動睦柴；同時輕壓下所產(chǎn)生的擠壓作用還可以促使液芯中富集溶質(zhì)元素的鋼液沿拉坯方向反向流動，使溶質(zhì)元素在鋼液中重新分配烈和，從而使鑄坯的凝固組織更加均勻致密爱只，起到改善中心偏析和減少中心疏松的作用。

連鑄生產(chǎn)是一個連續(xù)動態(tài)的過程招刹，因鋼水溫度恬试、鑄坯厚度、鋼種疯暑、拉坯速度和噴水條件等因素不斷變化训柴，鑄坯液芯的凝固位置也不斷變化。靜態(tài)輕壓下技術要求鑄坯凝固終點位置基本保持不變妇拯，需預先設定好輕壓下區(qū)域幻馁，并調(diào)整好相應扇形段輥縫洗鸵。為發(fā)揮輕壓下的最佳效果，找準凝固點仗嗦，輕壓下技術的應用從靜態(tài)發(fā)展到了動態(tài)膘滨。動態(tài)輕壓下可根據(jù)拉坯速度變化、鑄坯凝固終點的位置變化稀拐，對輕壓下位置和壓下量進行動態(tài)控制火邓。VAI開發(fā)的動態(tài)輕壓下系統(tǒng)由一個核心部分組成[7，8]：帶有遠程控制裝置德撬、4個位置調(diào)整液壓缸的SMART扇形段铲咨，可在支撐框架上自動定位，驅(qū)動輥的升降由一個傳動液壓缸實現(xiàn)蜓洪，夾緊由配有內(nèi)裝式位置變送器的4個位置液壓缸完成纤勒。對SMART扇形段進行計算機遠程控制的錐度自動調(diào)整ASTC系統(tǒng)，可根據(jù)不同鋼種自動選擇目標輥縫隆檀，自動調(diào)整開澆和出尾坯狀態(tài)各扇形段的輥縫設定值摇天；動態(tài)計算模型DYNACS系統(tǒng)，能根據(jù)實際水流量刚操、拉坯速度闸翅、鋼種和過熱度，準確控制和確定鑄坯的凝固點菊霜。VAI的動態(tài)輕壓下技術己經(jīng)在梅鋼、武鋼济赎、芬蘭的Rautaruukki和AvestaPolauit鋼廠鉴逞、意大利的ILVA鋼廠、韓國的POSCO公司司训、奧地利的Voestalpinestahl鋼公司以及美國的Bethlehem Steel鋼公司成功投入使用构捡，并且效果不錯。

3 結(jié)語

影響鑄坯中心偏析和中心疏松的因素很多壳猜，根據(jù)它們的形成原因勾徽，在設計和生產(chǎn)中可采取如下預防對策：

1)提高鋼水純凈度，控制鋼液中碳含量统扳，降低S喘帚、P等易偏析元素含量。

2)連鑄機設計成小輥徑密排輥列咒钟、剛性多節(jié)輥等技術控制鑄坯鼓肚量吹由。

3)生產(chǎn)中控制澆注溫度和拉坯速度，澆注溫度不宜過高朱嘴，拉坯速度不宜過大倾鲫。

4)優(yōu)化二次冷卻技術粗合，選擇合適噴嘴，保證冷卻強度足夠乌昔、冷卻水量合理分配隙疚。

5)采用電磁攪拌技術，把電磁攪拌裝置安裝在鋼水未凝固率為25%~40%范圍內(nèi)的某一合適位置磕道，電磁推力控制在65mmFe~147mmFe范圍內(nèi)供屉。

6)采用成熟的動態(tài)輕壓下技術。