第一篇：連鑄坯橫裂的產(chǎn)生原因與控制措施

小方坯橫裂產(chǎn)生原因與控制措施 李聿軍1，邵三萍1，鄒節(jié)忠2

（1.江西九江鋼廠有限公司 煉鋼廠，江西 九江；2.萍鋼公司 技術(shù)中心，江西 萍鄉(xiāng)）

摘要

分析了煉鋼廠小方坯產(chǎn)生橫裂的主要原因。通過采取相應(yīng)措施，使方坯橫裂水平降到較低水平。

關(guān)鍵詞 小方坯

橫裂

控制措施

CAUSES TO CC BILLET CROSS CRACKS AND COUNTER CONTROLLING MEASEURES

Li Yu-Jun1, Shao San-Ping1, Zou Jie-Zhong2

（1.The Steelmaking Plant of Jiujiang Iron&Steel company,Jiujiang ,China;2.Technical Center of

PX Steel,Co.Ltd,Pingxiang,China）

ABSTRACT

The main causes to the cross cracks on the surface of CC billet are discussed in the steelmaking plant of Jiujiang Iron & steel company.Counter measures have already been taken to reduce the rejected rate of the billet due to the cross cracks to a relatively lower level.KEY WORDS

CC billet cross cracks controlling measures

0 前言

江西九江鋼廠有限公司（以下簡(jiǎn)稱九鋼）是萍鋼公司2006年9月份兼并重組的股份制企業(yè)。三煉鋼廠（原九鋼煉鋼廠）現(xiàn)有30t轉(zhuǎn)爐兩座，R6m 150×150三機(jī)三流小方坯連鑄機(jī)兩臺(tái)，主要鋼種為HRB335和HRB400，已形成年產(chǎn)100萬噸鋼生產(chǎn)能力。在九鋼重組前后前兩個(gè)月內(nèi)，連鑄坯橫裂不斷，最嚴(yán)重的一個(gè)月由于橫裂導(dǎo)致的廢品率高達(dá)4.5kg/t（廢品率＝廢品量/合格坯產(chǎn)量），成為制約煉鋼廠連鑄質(zhì)量提高的主要問題之一。為此，三煉鋼廠技術(shù)人員認(rèn)真分析總結(jié)了連鑄坯橫裂產(chǎn)生的主要原因，并采取了一系列的預(yù)防控制措施，取得了顯著效果。鑄機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

機(jī)型：全弧型 鑄機(jī)半徑： 6ｍ

主要生產(chǎn)斷面： 150mm×150mm 中間罐公稱容量： 12t 結(jié)晶器銅管長(zhǎng)度：900mm 澆注方式：敞開澆注，加菜籽油潤滑 振幅： 2～6.5mm

工作拉速：平均拉速2.0m/min 振動(dòng)方式：正弦振動(dòng) 振頻：0一220次/min 流間距：1200mm 機(jī)流數(shù)：3機(jī)3流 二冷水控制方法：（靜態(tài)）比例控制法 2 橫裂產(chǎn)生原因 2.1 鋼水成分

三軋鋼廠（原九鋼軋鋼廠）為普通軋制線，沒有控軋控冷，因此煉鋼廠成分Mn按1.20%~1.60%控制，實(shí)際Mn控制在1.40%左右。較高的Mn含量增加了鑄坯的裂紋敏感性，使鋼的脆化溫度區(qū)間加寬[1]。2.2 結(jié)晶器的潤滑、倒錐度和振動(dòng)參數(shù)

三煉鋼廠小方坯連鑄機(jī)采用定徑水口敞開澆注工藝。通過手動(dòng)添加菜籽油保證鑄坯與結(jié)晶器之間的潤滑，由于潤滑相關(guān)制度未規(guī)范，銅管四周潤滑不能保證均勻，降低了潤滑效果，增加了鑄坯與銅管之間的摩擦，造成初生凝固坯殼撕裂。由于結(jié)晶器的強(qiáng)冷，在撕裂處漏出的鋼水立刻凝固，在鑄坯表面形成橫向折疊痕跡，嚴(yán)重時(shí)表現(xiàn)為橫裂[2]。

三煉鋼廠最初結(jié)晶器的倒錐度為1.0%/m。在生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)不脫模而致橫裂，這是因?yàn)榈瑰F度過大，造成結(jié)晶器銅管拉坯阻力增大，坯殼撕裂而致橫裂，嚴(yán)重時(shí)甚至拉斷。

三煉鋼廠結(jié)晶器振動(dòng)采用正弦振動(dòng)方式，振動(dòng)頻率在0～220次/min，起始振頻80次/min。振動(dòng)頻率與拉速關(guān)系如下：

f=aV

式中：a－振動(dòng)系數(shù)

以往振動(dòng)系數(shù)設(shè)為88，在拉速較低時(shí)，振動(dòng)頻率較小，負(fù)滑脫時(shí)間較長(zhǎng)，容易產(chǎn)生振痕。振痕深處樹枝晶粗大，溶質(zhì)元素富集，鑄坯在矯直受到應(yīng)力作用就成為裂紋的發(fā)源地[3]。2.3 二冷配水

三煉鋼廠二冷配水具有先天的缺陷。首先表現(xiàn)在二冷配水的控制方法比較簡(jiǎn)單，二冷配水采用比水量方法，即冷卻水量Q=Kv(K為系數(shù)，v為拉速)，且最初二冷0段（足輥段）為手動(dòng)配水。經(jīng)常在拉速降低或中間包最后一爐出現(xiàn)橫裂，這是由于生產(chǎn)節(jié)奏協(xié)調(diào)或轉(zhuǎn)爐出現(xiàn)故障時(shí)，鋼水接不上造成中間包低液面拉坯，或者最后一爐液面逐漸降低，從而導(dǎo)致拉速降低。在拉速降低的情況下，由于冷卻水量的變化跟不上比拉速的變化，特別是二冷0段由于手動(dòng)調(diào)水，更是滯后于拉速的變化。這種結(jié)果最終導(dǎo)致連鑄坯在矯直時(shí)的溫度落入鋼種的脆化溫度區(qū)間而產(chǎn)生橫裂。其次是二冷比水量過大，造成鑄坯矯直時(shí)溫度較低，在應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋。

另外，三煉鋼廠二冷水質(zhì)難以得到保證，二冷水過濾器老化陳舊，經(jīng)常在二冷水管道能發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)沉積，造成二冷段冷卻不均勻，加劇了橫裂的擴(kuò)展。3 控制措施

根據(jù)三煉鋼廠橫裂產(chǎn)生的主要原因，制訂了以下措施來控制橫裂的產(chǎn)生： 1）調(diào)整結(jié)晶器的倒錐度。結(jié)晶器銅管的倒錐度由1.0%/m調(diào)低為0.8%/m后，效果較好。銅管不脫?，F(xiàn)象大幅減少，拉坯順暢，拉斷現(xiàn)象減少。

2）規(guī)范結(jié)晶器潤滑操作。結(jié)晶器菜籽油要求從四面加入，少加、勤加，以結(jié)晶器上口火焰長(zhǎng)度在10～60mm能看到鋼水液面為宜，火焰太長(zhǎng)，顯黑色則油太多，火焰太短，能看到鋼水亮光則油太少應(yīng)補(bǔ)加油。

3）調(diào)整結(jié)晶器振動(dòng)系數(shù)，結(jié)晶器振動(dòng)系數(shù)調(diào)高到100，以減少結(jié)晶器振痕產(chǎn)生。

4)調(diào)整二冷比水量和0段水量。二冷采用弱冷，比水量由1.2L/kg調(diào)低到1.0L/kg。對(duì)于對(duì)裂紋敏感的20MnSiNb鋼種，比水量進(jìn)一步調(diào)低為0.6~0.8L/kg。由于0段手動(dòng)配水，因此特別注意調(diào)整0段配水量。中間包開澆、最后一爐以及拉速變化大爐次，均要求及時(shí)調(diào)整0段水量。比如，對(duì)于中間包最后一爐，液面逐漸下降，0段水由10～12m3/h調(diào)低到7～9m3/h，以確保鑄坯矯直前溫度大于950℃，避開HRB335和HRB400(20MnSiNb)的脆性溫度區(qū)間（700～950℃）。經(jīng)過調(diào)整后，效果較好，不但開澆爐次、最后一爐和液面波動(dòng)較大爐次的橫裂大幅減少，而且對(duì)裂紋敏感的20MnSiNb鋼種也很少產(chǎn)生橫裂，軋制時(shí)沒有產(chǎn)生爛鋼，軋制后性能良好。

2007年2月份對(duì)連鑄機(jī)改造時(shí)，又進(jìn)一步將0段配水改為自動(dòng)配水，避免手動(dòng)配水的滯后。

5）控制好中間包液面高度和鋼水溫度，避免拉速波動(dòng)過大。連鑄機(jī)長(zhǎng)關(guān)注中間包液面和溫度趨勢(shì)。中間包盡量保持滿液面拉坯，原則上“低溫快拉”，以消除二冷配水方法的缺陷，減輕人工調(diào)整配水參數(shù)的壓力。若中間包液面有下降的趨勢(shì)，則及時(shí)調(diào)節(jié)二冷水流量。中間包溫度過高或過低均應(yīng)向調(diào)度及時(shí)反饋，以便調(diào)度采取措施保證低過熱度。

6）改善水質(zhì)。

7）加強(qiáng)紅坯熱檢。連鑄臺(tái)下班發(fā)現(xiàn)橫裂及時(shí)改成短尺軋制，避免由于橫裂造成整支報(bào)廢。4 效果

在找到連鑄坯橫裂發(fā)生的主要原因和采取相應(yīng)控制措施后，三煉鋼廠自2006年11月份開展了減少鑄坯橫裂的專項(xiàng)攻關(guān)，橫裂廢品率由重組后的4.5%降低到2007年5月份的0.15%，取得了良好的效果。具體情況見圖1。

5橫裂廢品率(kg/t)4.53.8432100.6506年10月06年11月06年12月0.3207年1月0.4107年2月0.2807年3月0.1907年4月0.1507年5月時(shí)間圖1 每月橫裂廢品率情況 結(jié)束語

（1）高M(jìn)n或含Nb鋼連鑄坯容易產(chǎn)生橫裂。

（2）結(jié)晶器潤滑效果不均勻，倒錐度過大，振動(dòng)頻率小對(duì)鑄坯表面質(zhì)量影響較大。結(jié)晶器潤滑均勻，潤滑油少加勤加；合理的倒錐度和振動(dòng)頻率可以使折疊或振痕變淺，保證鑄坯脫模效果，減少橫裂。

（3）對(duì)于高錳鋼或含Nb鋼二冷應(yīng)采用弱冷制度，使鑄坯矯直前溫度避開脆性溫度范圍，減少橫裂發(fā)生幾率。

（4）通過對(duì)鑄坯產(chǎn)生原因進(jìn)行分析和采取上述控制措施，三煉鋼廠鑄坯橫裂廢品率由4.5kg/t降低到0.15kg/t，效果顯著。6參考文獻(xiàn)

[1] 蔡開科等.連續(xù)鑄鋼原理與工藝.北京:冶金工業(yè)出版社.1994 [2] 蔡開科.連續(xù)鑄鋼500問[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1994.李聿軍（1979-），男，江西豐城人，碩士研究生，工程師，2004年畢業(yè)于北京科技大學(xué)鋼鐵冶金專業(yè)，現(xiàn)為江西九江鋼廠有限公司煉鋼廠（萍鋼公司三煉鋼廠）技術(shù)主辦，從事煉鋼轉(zhuǎn)爐和連鑄技術(shù)管理工作。通訊地址：江西省九江市湖口縣金沙灣工業(yè)園江西九江鋼廠有限公司煉鋼廠，332500 聯(lián)系方式：***

第二篇：連鑄坯質(zhì)量考核制度

連鑄鋼坯質(zhì)量考核制度

為了加強(qiáng)連鑄坯質(zhì)量管理，確保下道工序正常生產(chǎn)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要，現(xiàn)制定連鑄坯質(zhì)量考核制度：

1、鋼坯五大元素的控制，應(yīng)嚴(yán)格按照公司內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，五大元素超出內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)的，考核煉鋼廠1000元/項(xiàng)。

2、連鑄坯長(zhǎng)度允許偏差為+80mm，超出該范圍考核煉鋼廠100元/根。

3、連鑄坯邊長(zhǎng)允許偏差為±5mm,超出該范圍考核煉鋼廠100元/根。

4、連鑄坯兩對(duì)角線之差應(yīng)≤10mm，超出該范圍則判定為脫方，脫方鋼坯考核煉鋼廠500元/根。

5、連鑄坯切斜應(yīng)≤12mm，超出該范圍考核煉鋼廠200元/根。

6、連鑄坯鼓肚應(yīng)≤5mm，超出該范圍考核煉鋼廠200元/根。

7、連鑄坯彎曲度不得大于20mm/m，總彎曲度不得大于總長(zhǎng)度的2%，超出該范圍考核煉鋼廠200元/根。

8、連鑄坯表面不得有目視可見的重接、翻皮、結(jié)疤、夾雜，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，考核煉鋼廠500元/根。

9、連鑄坯不得有深度或高度大于3mm的劃痕、壓痕、擦傷、氣孔、皺紋、冷濺、凸塊、凹坑（包括由于手工切割造成連鑄坯端部不平整、凸塊、凹坑、裂痕），一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，考核煉鋼廠200元/根。

10、連鑄坯端面不允許有中心偏析產(chǎn)生的黑點(diǎn)、縮孔、裂紋及皮下氣泡（允許有5個(gè)以下氣泡），一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，考核煉鋼廠500元/根。

11、連鑄坯應(yīng)按爐組批發(fā)運(yùn)并噴寫爐批號(hào)，隨爐號(hào)跟蹤卡一同發(fā)送到下道工序，此三項(xiàng)若不能按要求執(zhí)行，考核煉鋼廠200元/項(xiàng)。

以上連鑄坯質(zhì)量問題一經(jīng)發(fā)現(xiàn)需及時(shí)整改，如流轉(zhuǎn)到下道工序則按照上述制度考核，同時(shí)按廢坯退回?zé)掍?如發(fā)現(xiàn)弄虛作假，對(duì)責(zé)任單位考核2000元/次。

技術(shù)中心

2014年7月29日

第三篇：高品質(zhì)連鑄坯生產(chǎn)工藝與裝備技術(shù)

高品質(zhì)連鑄坯生產(chǎn)工藝與裝備技術(shù)

【摘要】 對(duì)生產(chǎn)這些高性能品種鋼的鑄坯母材質(zhì)量及尺寸的要求也日益提高，集中體現(xiàn)為鑄坯表面的微缺陷化、鑄坯內(nèi)部的高致密度與均質(zhì)化以及斷面的大型化等特點(diǎn)。

研究背景

近十年來，隨著我國交通運(yùn)輸、能源石化、海洋工程、重型機(jī)械、核電、軍工等國家重點(diǎn)行業(yè)與產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)高品質(zhì)品種鋼的需求量大幅增加。與此同時(shí)，受用途和使用環(huán)境特殊性的影響，對(duì)鋼產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、尺寸規(guī)格等也提出了更高的要求。為此，對(duì)生產(chǎn)這些高性能品種鋼的鑄坯母材質(zhì)量及尺寸的要求也日益提高，集中體現(xiàn)為鑄坯表面的微缺陷化、鑄坯內(nèi)部的高致密度與均質(zhì)化以及斷面的大型化等特點(diǎn)。

我國鋼鐵工業(yè)經(jīng)過數(shù)十年的快速發(fā)展，整體技術(shù)與裝備水平均逐漸邁人世界先進(jìn)行列。值得一提的是，經(jīng)過近20年的引進(jìn)、消化吸收與再創(chuàng)新，我國的連鑄技術(shù)與裝備水平更是獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了超過98%的連鑄比，是當(dāng)前生產(chǎn)高品質(zhì)品種鋼鑄坯母材最主要的工藝。受國家需求驅(qū)動(dòng)，我國的品種鋼微合金化技術(shù)和大斷面連鑄坯生產(chǎn)技術(shù)與裝備更是得到了快速發(fā)展，合金體系涉及Nb、V、Ti、B、Ni等，已建成并投產(chǎn)的寬（特）厚板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)線超過30條、大方坯連鑄機(jī)生產(chǎn)線20余條、?600mm以上大圓坯連鑄生產(chǎn)線20多條，產(chǎn)能超過1.2億噸，具備了生產(chǎn)高品質(zhì)大規(guī)格品種鋼的能力。正是由于品種鋼微合金化技術(shù)進(jìn)步以及上述寬／大斷面連鑄機(jī)的大規(guī)模投產(chǎn)及其技術(shù)進(jìn)步，一定程度上緩解了我國長(zhǎng)期以來依靠進(jìn)口或使用鑄錠來滿足高品質(zhì)品種鋼軋制需求的局面。

但與此同時(shí)，品種鋼連鑄生產(chǎn)過程面臨鑄坯裂紋頻發(fā)、內(nèi)部質(zhì)量不理想的困境，特別是隨著連鑄坯斷面的大型化，鑄坯缺陷所帶來的負(fù)面效應(yīng)尤顯突出，已成為限制高品質(zhì)品種鋼連鑄高效化生產(chǎn)的共性技術(shù)難題。

微合金品種鋼連鑄坯產(chǎn)生角部橫裂紋具有普遍性，開發(fā)有效且穩(wěn)定的裂紋控制技術(shù)一直是國內(nèi)外冶金工作者研究的熱點(diǎn)。目前，除了鋼水成分控制外，主要是圍繞連鑄工藝與裝備技術(shù)而展開，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）優(yōu)化連鑄坯二冷配水工藝，使連鑄坯通過鑄流矯直區(qū)時(shí)避開相應(yīng)鋼種的第三脆性溫度區(qū)。該技術(shù)是目前控制微合金品種鋼連鑄板坯角部橫裂紋缺陷最常用的措施。其包括“熱行”和“冷行”兩條途徑，并以“熱行”路線最為普遍采用。然而，這兩條途徑均以降低連鑄機(jī)扇形段設(shè)備使用壽命為代價(jià)（“熱行”路線須大幅減少連鑄機(jī)矯直段前多個(gè)冷卻區(qū)的冷卻水量，常引發(fā)扇形段鑄輥表面保護(hù)渣與氧化鐵皮燒結(jié)物的黏結(jié)而降低鑄輥的使用壽命；“冷行”路線則將大幅增加鑄坯矯直應(yīng)力，降低扇形段鑄輥軸承及軸承套的使用壽命），且無法從根本上消除連鑄坯角部橫裂紋產(chǎn)生。

2)使用大倒角結(jié)晶器技術(shù)。使用該技術(shù)可大幅提高鑄坯角部過矯直的溫度，實(shí)現(xiàn)鑄坯高塑性過矯直，從而有效控制微合金品種鋼連鑄坯角部裂紋產(chǎn)生。但該技術(shù)使用過程對(duì)連鑄生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性要求較高，同時(shí)也面臨倒角面附近區(qū)域易產(chǎn)生表面縱裂紋、結(jié)晶器銅板使用壽命低等問題。

3)實(shí)施鑄坯二冷足輥段與立彎段垂直區(qū)強(qiáng)冷卻控制技術(shù)，使連鑄坯表層生成一層具有較強(qiáng)抗裂紋能力的組織。但該技術(shù)需要在很小的控制窗口（足輥段與立彎段垂直區(qū)）內(nèi)對(duì)鑄坯實(shí)施較大幅度的快速降溫與升溫控制。一方面，該控冷工藝實(shí)施復(fù)雜，且穩(wěn)定性難以把握；另一方面，目前多數(shù)連鑄機(jī)的高溫區(qū)冷卻能力無法滿足鑄坯角部的降溫與升溫幅度。目前僅日本新日鐵住金與韓國浦項(xiàng)等國際先進(jìn)鋼鐵企業(yè)成功應(yīng)用該技術(shù)。

因此，結(jié)合微合金品種鋼凝固特點(diǎn)與連鑄坯鑄流溫度演工藝，使連鑄坯通過鑄流矯直區(qū)時(shí)避開相應(yīng)鋼種的第三脆性溫度區(qū)。該技術(shù)是目前控制微合金品種鋼連鑄板坯角部橫裂紋缺陷最常用的措施。其包括“熱行”和“冷行”兩條途徑，并以“熱行”路線最為普遍采用。然而，這兩條途徑均以降低連鑄機(jī)扇形段設(shè)備使用壽命為代價(jià)（“熱行”路線須大幅減少連鑄機(jī)矯直段前多個(gè)冷卻區(qū)的冷卻水量，常引發(fā)扇形段鑄輥表面保護(hù)渣與氧化鐵皮燒結(jié)物的黏結(jié)而降低鑄輥的使用壽命；“冷行”路線則將大幅增加鑄坯矯直應(yīng)力，降低扇形段鑄輥軸承及軸承套的使用壽命），且無法從根本上消除連鑄坯角部橫裂紋產(chǎn)生。

2)使用大倒角結(jié)晶器技術(shù)。使用該技術(shù)可大幅提高鑄坯角部過矯直的溫度，實(shí)現(xiàn)鑄坯高塑性過矯直，從而有效控制微合金品種鋼連鑄坯角部裂紋產(chǎn)生。但該技術(shù)使用過程對(duì)連鑄生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性要求較高，同時(shí)也面臨倒角面附近區(qū)域易產(chǎn)生表面縱裂紋、結(jié)晶器銅板使用壽命低等問題。

3)實(shí)施鑄坯二冷足輥段與立彎段垂直區(qū)強(qiáng)冷卻控制技術(shù)，使連鑄坯表層生成一層具有較強(qiáng)抗裂紋能力的組織。但該技術(shù)需要在很小的控制窗口（足輥段與立彎段垂直區(qū)）內(nèi)對(duì)鑄坯實(shí)施較大幅度的快速降溫與升溫控制。一方面，該控冷工藝實(shí)施復(fù)雜，且穩(wěn)定性難以把握；另一方面，目前多數(shù)連鑄機(jī)的高溫區(qū)冷卻能力無法滿足鑄坯角部的降溫與升溫幅度。目前僅日本新日鐵住金與韓國浦項(xiàng)等國際先進(jìn)鋼鐵企業(yè)成功應(yīng)用該技術(shù)。

因此，結(jié)合微合金品種鋼凝固特點(diǎn)與連鑄坯鑄流溫度演變規(guī)律，深入研究微合金品種鋼連鑄坯裂紋產(chǎn)生的本質(zhì)原因，開發(fā)可實(shí)現(xiàn)鑄坯表層組織強(qiáng)化、從根本上消除裂紋產(chǎn)生的微合金品種鋼連鑄坯角部橫裂紋控制技術(shù)成為關(guān)鍵。

連鑄坯中心偏析與疏松是由于鑄坯凝固過程中鋼液選分結(jié)晶特性和凝固收縮特性所導(dǎo)致的固有缺陷，嚴(yán)重影響最終鋼產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命，制約著高端品種鋼的生產(chǎn)。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，主要依靠?jī)?yōu)化連鑄坯二冷工藝并對(duì)連鑄坯施加外場(chǎng)作用（凝固末端壓下、末端電磁攪拌），以解決鑄坯內(nèi)部偏析與疏松問題。這些技術(shù)對(duì)于較小斷面或常規(guī)斷面連鑄坯生產(chǎn)較為有效，而對(duì)于寬（特）厚板坯、大方（圓）坯等寬／大斷面連鑄坯而言，其澆鑄速度較低、冷卻強(qiáng)度較弱，鑄坯凝固速率大大降低，同時(shí)隨著斷面的增寬加厚，其內(nèi)部冷卻條件明顯惡化，凝固組織中柱狀晶發(fā)達(dá)，枝晶間富含溶質(zhì)偏析元素的殘余鋼液流動(dòng)趨于平衡，導(dǎo)致鑄坯偏析、疏松和縮孔缺陷愈加嚴(yán)重。使用常規(guī)技術(shù)手段，尚無法有效實(shí)現(xiàn)寬／大斷面連鑄坯的高致密、均質(zhì)化生產(chǎn)，具體原因主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1)由于鑄坯加厚引起的變形抗力與變形量增大，鑄坯增寬引起的溶質(zhì)非均勻擴(kuò)散與分布趨勢(shì)加劇，傳統(tǒng)的輕壓下工藝已無法有效、穩(wěn)定控制液芯變形，從而無法實(shí)現(xiàn)凝固末端擠壓排除富集溶質(zhì)的鋼液和有效補(bǔ)償凝固收縮的目的。

2)近年來研究者提出了以日本住友金屬CPSS等為代表的大壓下技術(shù)，即通過增大凝固終點(diǎn)的壓下量達(dá)到消除中心偏析與疏松、提高鑄坯致密度的目的。然而，在大壓下量實(shí)施過程中，兩相區(qū)坯殼變形、凝固傳熱、溶質(zhì)微觀偏析、溶質(zhì)宏觀擴(kuò)散、裂紋擴(kuò)展等行為更加復(fù)雜多變，各行為之間的相互影響作用愈加突顯，目前現(xiàn)有研究方法與傳統(tǒng)輕壓下工藝?yán)碚撘央y以指導(dǎo)壓下參數(shù)設(shè)計(jì)，只能依靠反復(fù)的工業(yè)試驗(yàn)進(jìn)行不斷的優(yōu)化和調(diào)試，從而嚴(yán)重制約壓下工藝的實(shí)施效果和穩(wěn)定性。

3)連鑄坯凝固末端電磁攪拌技術(shù)。該技術(shù)實(shí)施需依靠準(zhǔn)確的攪拌工藝為基礎(chǔ)。目前由于對(duì)大斷面連鑄坯凝固行為認(rèn)識(shí)不充分，無法準(zhǔn)確描述非穩(wěn)定凝固條件下的鑄坯兩相區(qū)凝固、流動(dòng)和溶質(zhì)傳輸行為。與此同時(shí)，隨著坯殼厚度的增加，目前電磁攪拌能力與攪拌模式不足以驅(qū)動(dòng)鋼液的流動(dòng)，從而嚴(yán)重影響連鑄坯偏析和疏松的控制效果與穩(wěn)定性。

為此，針對(duì)當(dāng)前鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷升級(jí)、產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高的形勢(shì)，開發(fā)高致密度、均質(zhì)化的寬（特）厚板坯、大斷面方（圓）坯連鑄生產(chǎn)新工藝與裝備技術(shù)顯得十分重要而迫切。

東北大學(xué)朱苗勇教授及其研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期圍繞高品質(zhì)連鑄坯生產(chǎn)工藝與裝備技術(shù)開展研究，先后承擔(dān)和完成了國家杰出青年科學(xué)基金、國家科技支撐計(jì)劃、國家技術(shù)創(chuàng)新計(jì)劃以及企業(yè)重大合作開發(fā)等數(shù)十項(xiàng)課題，授權(quán)國家發(fā)明專利30余項(xiàng)，獲省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)7項(xiàng)。在連鑄坯裂紋控制方面，研究團(tuán)隊(duì)通過近年的研究，揭示了產(chǎn)生微合金品種鋼連鑄坯表面裂紋的本質(zhì)機(jī)理，開發(fā)形成了有效消除微合金品種鋼連鑄坯角部裂紋的全曲面錐度結(jié)晶器與鑄坯二冷高溫區(qū)表層組織控冷相結(jié)合的裂紋控制裝備與工藝技術(shù)。在連鑄坯偏析與疏松控制方面，研究團(tuán)隊(duì)自2003年起就從事鑄坯凝固末端壓下工藝與裝備技術(shù)研發(fā)工作，提出了確定壓下工藝關(guān)鍵參數(shù)的理論模型，開發(fā)了核心工藝控制模型與系統(tǒng)，并率先實(shí)現(xiàn)了板坯、大方坯凝固末端工藝控制技術(shù)的國產(chǎn)化研發(fā)與應(yīng)用，并在寶鋼梅山、攀鋼、天鋼、湘鋼、漣鋼、首鋼、邢鋼等十余家企業(yè)推廣應(yīng)用。目前，針對(duì)高品質(zhì)大斷面連鑄坯生產(chǎn)，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了鑄坯凝固末端重壓下技術(shù)研究與開發(fā)，并率先在大方坯連鑄機(jī)實(shí)施了應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。關(guān)鍵共性技術(shù)內(nèi)容

2.1 微合金鋼連鑄坯表面質(zhì)量控制工藝與裝備技術(shù)

微合金品種鋼連鑄坯凝固過程中，鋼中的Nb、V、Ti以及B等微合金元素極易與鋼中的C、N等元素結(jié)合，生成碳化物、氮化物以及碳氮化物。受傳統(tǒng)連鑄生產(chǎn)過程鑄坯初凝行為及控冷工藝的限制，這些微合金碳氮化物主要以鏈狀形式于鑄坯角部表層組織晶界大量析出，從而極大弱化了其晶界的強(qiáng)度；與此同時(shí)，鑄坯在后續(xù)凝固過程中，同樣受不合理冷卻模式的影響，膜狀或網(wǎng)狀先共析鐵素體優(yōu)先在鑄坯角部奧氏體晶界生成。受奧氏體與鐵素體軟硬相間應(yīng)力分配作用（鐵素體強(qiáng)度僅約為奧氏體強(qiáng)度1/4），鑄坯在彎曲和矯直過程的應(yīng)力極易在晶界鐵素體組織內(nèi)集中。受這些因素共同作用，微合金品種鋼的連鑄坯角部頻繁發(fā)生微橫裂紋缺陷?；谠摫举|(zhì)機(jī)理，要控制裂紋的產(chǎn)生，關(guān)鍵是要消除微合金碳氮化物以及先共析鐵素體膜在奧氏體晶界的形成。為此，需進(jìn)行如下關(guān)鍵技術(shù)研究。

1)不同微合金種類及成分下碳氮化物析出行為研究。不同種類微合金元素與鋼中C、N元素的結(jié)合能力不同，且析出物的晶界與晶內(nèi)析出溫度、析出種類均不盡相同。需根據(jù)鋼中微合金元素的種類、鋼的成分，建立不同成分體系及含量下微合金碳氮化物在不同鋼組織相（奧氏體與鐵素體）及位置（晶內(nèi)、晶界）的析出熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型，明確與成分體系相對(duì)應(yīng)的微合金元素碳氮化物在不同鋼組織相及其不同位置的析出溫度區(qū)及析出控制動(dòng)力學(xué)條件。

2)初凝坯殼角部快冷卻細(xì)晶化控制技術(shù)開發(fā)。研究結(jié)晶器內(nèi)初凝坯殼凝固熱／力學(xué)行為，設(shè)計(jì)最佳的全曲面錐度結(jié)晶器銅板補(bǔ)償量與冷卻結(jié)構(gòu)，并揭示不同錐度補(bǔ)償量和冷卻結(jié)構(gòu)下坯殼角部熱歷程與晶粒生長(zhǎng)規(guī)律，為開發(fā)有效實(shí)施結(jié)晶器內(nèi)鑄坯角部超快冷卻、細(xì)化晶粒的全曲面錐度結(jié)晶器技術(shù)與工藝提供設(shè)計(jì)參數(shù)指導(dǎo)，確保鑄坯角部一次凝固形成細(xì)小的奧氏體晶粒，并大幅降低鑄坯角部溫度，也減輕了連鑄二冷高溫區(qū)為強(qiáng)化鑄坯表層的組織而進(jìn)行控冷的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，通過鑄坯角部在初凝期的快速冷卻，抑制微合金碳氮化物在其奧氏體晶界生成。

3)鑄坯二冷高溫區(qū)表層組織強(qiáng)化控冷裝備與工藝技術(shù)開發(fā)?；谌驽F度結(jié)晶器技術(shù)，揭示鑄坯二冷足輥段與立彎段溫度演變規(guī)律，開發(fā)確保鑄坯角部局部快速冷卻、大回溫強(qiáng)化鑄坯二冷高溫區(qū)表層組織的智能控冷噴淋裝置與配水工藝，實(shí)現(xiàn)鑄坯表層組織的進(jìn)一步細(xì)化。與此同時(shí)，通過鑄坯高溫區(qū)角部局部快速冷卻，進(jìn)一步抑制鑄坯晶界碳氮化物與先共析鐵素體膜生成，有效實(shí)現(xiàn)鑄坯角部表層組織自身強(qiáng)化。

4)微合金品種鋼鑄坯表面裂紋控制技術(shù)的工業(yè)實(shí)施。結(jié)合企業(yè)微合金品種鋼成分體系、連鑄機(jī)裝備特點(diǎn)、鑄坯在鑄流內(nèi)的溫度演變規(guī)律，開發(fā)長(zhǎng)壽命、可在線調(diào)寬、穩(wěn)定化的全曲面錐度結(jié)晶器及其角部快速冷卻工藝、鑄坯鑄流高溫區(qū)角部表層組織強(qiáng)化的智能控冷裝備與工藝，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)微合金品種鋼的高效化、穩(wěn)定化生產(chǎn)。2.2 高致密度、均質(zhì)化寬／大斷面連鑄坯生產(chǎn)工藝與裝備

針對(duì)寬／大斷面連鑄坯生產(chǎn)，采用傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)二冷配水優(yōu)化工藝、鑄坯凝固末端動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)，較難實(shí)現(xiàn)其高致密度、均質(zhì)化生產(chǎn)。而解決該技術(shù)難題最為行之有效的方法是協(xié)同采用鑄坯凝固末端重壓下技術(shù)與鑄坯凝固末端電磁攪拌技術(shù)。然而，由于難以準(zhǔn)確描述大壓下量實(shí)施過程中輥壓力、熱應(yīng)力、矯直力、拉坯阻力等內(nèi)外力共同作用下的凝固坯殼與兩相區(qū)的動(dòng)態(tài)變形行為，及其與溶質(zhì)宏微觀偏析、溶質(zhì)宏觀擴(kuò)散、裂紋擴(kuò)展之間的相互作用關(guān)系，嚴(yán)重制約了凝固末端重壓下工藝的實(shí)施可靠性與穩(wěn)定性。同時(shí)，由于暫無法準(zhǔn)確描述非穩(wěn)定凝固條件下的鑄坯兩相區(qū)凝固、流動(dòng)和溶質(zhì)傳輸行為，無法實(shí)現(xiàn)大斷面連鑄坯凝固末端電磁攪拌工藝的穩(wěn)定投用。因此，需要從理論研究、工藝開發(fā)、裝備控制技術(shù)開發(fā)等幾方面開展研究工作，真正解決凝固末端重壓下工藝的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)該工藝的穩(wěn)定、有效投用。1)工藝?yán)碚撗芯糠矫妫航上鄥^(qū)變形與溶質(zhì)偏析宏微觀多尺度多場(chǎng)耦合計(jì)算模擬，實(shí)現(xiàn)坯殼變形、凝固傳熱、溶質(zhì)宏觀傳輸、溶質(zhì)微觀偏析與相變的順序耦合計(jì)算。全面考慮寬／大斷面連鑄坯生產(chǎn)過程傳熱、流動(dòng)和凝固現(xiàn)象，進(jìn)而研究連鑄工藝參數(shù)和外場(chǎng)（重壓下、電磁攪拌、鼓肚力等）作用下寬／大斷面連鑄坯坯殼與兩相區(qū)變形行為。與此同時(shí)，建立考慮固相演變移動(dòng)、夾雜物析出與多元合金交互作用的微觀組織模型，揭示寬／大斷面連鑄坯凝固組織演變機(jī)理，全面解釋重壓下工藝與電磁攪拌工藝對(duì)寬／大斷面連鑄坯中心偏析與疏松的改善效果，以及凝固組織的均質(zhì)化控制效果。

2)工藝控制技術(shù)開發(fā)方面：合理、有效的工藝控制技術(shù)是實(shí)施重壓下工藝的關(guān)鍵。在理論研究酌基礎(chǔ)上，針對(duì)寬（特）厚板坯／，大斷面方（圓）坯連鑄機(jī)的具體特點(diǎn)，系統(tǒng)研究并開發(fā)形成一系列適用于寬／大斷面連鑄坯的凝固末端壓下工藝控制技術(shù)模型，如基于扇形段／拉矯機(jī)壓力實(shí)時(shí)反饋的凝固末端檢測(cè)技術(shù)；消除寬／特厚板連鑄坯非均勻凝固導(dǎo)致橫截面距窄面1/8-1/4區(qū)域中心偏析與疏松的寬／特厚板壓下區(qū)間控制技術(shù)；基于凝固補(bǔ)縮原理與坯殼變形量在線檢測(cè)的壓下率／壓下量參數(shù)在線控制技術(shù)；確保鑄坯在拉坯方向與寬向上溫度的平滑、合理過渡的多維動(dòng)態(tài)冷卻控制技術(shù)；用于有效混勻兩相區(qū)溶質(zhì)偏析鋼液、提高等軸晶率的凝固末端電磁攪拌技術(shù)；為避免壓下工藝調(diào)整過程中鑄坯寬展不均而導(dǎo)致“楔型坯”的鑄坯寬度的均勻調(diào)控工藝等。

3)裝備控制技術(shù)開發(fā)方面：穩(wěn)定、準(zhǔn)確的裝備控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)凝固末端重壓下工藝的保障。針對(duì)寬（特）厚板、大斷面方（圓）坯連鑄機(jī)的具體特點(diǎn)，開發(fā)以熱坯作為量尺的輥縫在線標(biāo)定技術(shù)，消除高溫與扇形段／拉矯機(jī)結(jié)構(gòu)變形所引起的輥縫誤差，同時(shí)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中輥縫的在線標(biāo)定；開發(fā)有效控制鑄坯延展變形，提高表面壓下量向固液界面?zhèn)鬟f效率的“堆鋼”壓下控制技術(shù)，顯著提高工藝實(shí)施效果；開發(fā)漸變曲率凸型輥壓下技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄坯液芯的有效擠壓，在提高壓下效率的同時(shí)降低鑄坯表面裂紋發(fā)生率；基于全曲面錐度結(jié)晶器／全曲面斜倒角結(jié)晶器，降低壓下過程已凝固坯殼的變形抗力，保證液芯的有效壓下。研究技術(shù)路線與實(shí)施方案

3.1 微合金鋼連鑄坯表面裂紋控制研究

1)利用數(shù)值模擬計(jì)算與在線測(cè)溫相結(jié)合技術(shù)，研究鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)與二冷鑄流內(nèi)的凝固熱／力學(xué)行為，為全曲面錐度結(jié)晶器技術(shù)開發(fā)與鑄坯二冷高溫區(qū)表層組織強(qiáng)化控冷裝備與工藝開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

2)建立不同類型析出物在不同鋼組織相及其位置的析出熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)理論模型，并結(jié)合重熔凝固技術(shù)、透射電鏡等檢測(cè)手段，揭示鑄坯不同冷卻熱歷程下、不同鋼組織相及位置微合金碳氮化物析出行為規(guī)律，確定具體成分微合金品種鋼連鑄坯晶界析出控制的關(guān)鍵參數(shù)；基于鑄坯二冷溫度場(chǎng)演變規(guī)律，揭示連鑄坯角部不同熱歷程與微合金碳氮化物析出行為下組織晶內(nèi)與晶界的相變行為及演變規(guī)律，綜合開發(fā)有效抑制晶界膜狀或網(wǎng)狀先共析鐵素體生成的連鑄二冷配水工藝提供依據(jù)。3)基于上述研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，研究開發(fā)連鑄坯表層組織控制的微合金品種鋼角部橫裂紋控制的全曲面錐度結(jié)晶器工藝與裝備技術(shù)、鑄坯二冷高溫區(qū)表層組織強(qiáng)化控冷工藝與裝備技術(shù)，集成開發(fā)從根本上強(qiáng)化鑄坯表層組織的微合金品種鋼連鑄坯角部橫裂紋控制技術(shù)。

3.2 寬／大斷面連鑄坯偏析疏松控制研究

受連鑄坯生產(chǎn)過程高溫特點(diǎn)以及凝固復(fù)雜性限制，目前尚無法定量描述鑄坯凝固末端壓下過程中坯殼變形對(duì)溶質(zhì)偏析元素再分配行為的影響規(guī)律，限制了工藝的應(yīng)用效果。對(duì)于寬（特）厚板連鑄坯、大斷面方（圓）坯而言，受其斷面增加影響，鑄坯凝固末端施加較大壓下量（率）所引起的兩相區(qū)的坯殼變形、鋼液流動(dòng)、溶質(zhì)偏析和裂紋擴(kuò)展等現(xiàn)象更為復(fù)雜，涉及現(xiàn)代冶金學(xué)、冶金反應(yīng)工程學(xué)、材料力學(xué)、控制工程等多學(xué)科理論與研究方法，需要理論研究與模擬計(jì)算、高溫物理模擬研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究緊密結(jié)合。

凝固末端重壓下工藝開發(fā)方面，以數(shù)值仿真為主要研究手段，并采用試驗(yàn)研究和物理模擬方法對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)，準(zhǔn)確描述超大規(guī)格連鑄坯凝固末端壓下過程鑄坯變形行為、溶質(zhì)偏析行為以及內(nèi)裂紋。產(chǎn)生與擴(kuò)展規(guī)律，最終開發(fā)形成寬／大斷面連鑄坯凝固末端壓下工藝。物理模擬研究主要涉及鑄坯高溫物性參數(shù)測(cè)定，同時(shí)模擬具體條件下鑄坯凝固前沿冷速、溫度和受力條件，為數(shù)值仿真計(jì)算提供必要的建模數(shù)據(jù)和校驗(yàn)數(shù)據(jù)。最終，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，全面驗(yàn)證凝固末端重壓下工藝的合理性。

階段研究進(jìn)展

在微合金品種鋼連鑄坯表面裂紋控制方面，現(xiàn)已成功開發(fā)出全曲面錐度結(jié)晶器技術(shù)、鑄坯二冷高溫區(qū)表層組織強(qiáng)化控冷裝備與工藝技術(shù)。部分技術(shù)先后在天鋼、寶鋼梅鋼、建龍鋼鐵等企業(yè)投入應(yīng)用，穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)了含Nb與含B微合金品種鋼板坯表面無缺陷率達(dá)99%以上，效果顯著。在高致密度、均質(zhì)化寬／大斷面連鑄坯生產(chǎn)技術(shù)方面，已開發(fā)形成寬厚板坯凝固末端非均勻壓下技術(shù)，并在鑄坯凝固末端重壓下工藝的核心工藝與裝備控制技術(shù)方面取得重要突破，順利開發(fā)出扇形段輥縫在線標(biāo)定技術(shù)、基于拉矯機(jī)壓力實(shí)時(shí)反饋的凝固末端檢測(cè)技術(shù)、輥縫在線標(biāo)定技術(shù)、“堆鋼”壓下控制技術(shù)、壓下率／壓下量參數(shù)在線控制技術(shù)、非均勻凝固末端壓下控制技術(shù)等重壓下關(guān)鍵技術(shù)。目前上述技術(shù)已經(jīng)天鋼寬厚板連鑄機(jī)、大連特鋼大方坯連鑄機(jī)投用。所開發(fā)的寬厚板坯非均勻凝固末端壓下技術(shù)在天鋼投用后，有效解決了寬厚板連鑄坯橫向1/4區(qū)域偏析嚴(yán)重’的技術(shù)難題，生產(chǎn)高強(qiáng)船板鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼寬厚板連鑄坯中心偏析≤C級(jí)1.O比例達(dá)到96%以上，中心疏松≤1.0級(jí)比例達(dá)到100%。所開發(fā)的重壓下技術(shù)確保了大連特鋼軸承鋼GCr15、礦山鋼572C、礦山鋼LTB-6等高碳合金鋼連鑄坯及軋材質(zhì)量改善明顯，其中軋制棒材中心疏松從2.0-2.5級(jí)降至1.5級(jí)以內(nèi)。使用重壓下技術(shù)前后軋材低倍質(zhì)量對(duì)比照片如圖1所示。

研究計(jì)劃

在上述原有相關(guān)技術(shù)研究與開發(fā)基礎(chǔ)上，計(jì)劃使用4年時(shí)間完成高品質(zhì)連鑄坯生產(chǎn)工藝與裝備技術(shù)開發(fā)。

◆2014年，完成全曲面錐度結(jié)晶器現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)并開發(fā)出鑄坯二冷高溫區(qū)表層組織強(qiáng)化控冷裝備與工藝技術(shù)，初步集成開發(fā)出有效控制微合金品種鋼板坯角部裂紋新技術(shù)；獲得重工藝、設(shè)備參數(shù)對(duì)鑄坯變形行為的影響，開發(fā)大斷面連鑄方坯凝固末端重壓下工藝方案并進(jìn)行初步現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。

◆2015年，微合金品種鋼鑄坯表面裂紋控制裝備與工藝集成技術(shù)在2家以上企業(yè)得到應(yīng)用，解決全曲面錐度結(jié)晶器技術(shù)實(shí)際應(yīng)用所面臨的多鋼種和在線調(diào)寬等問題，實(shí)現(xiàn)企業(yè)含Nb、B等寬厚板坯微合金鋼的角部橫裂紋率≤1.0%，表面無清理率≥99.5%；進(jìn)一步完善大斷面方坯連鑄坯末端重壓下關(guān)鍵工藝與裝備控制技術(shù)，研究形成避免寬（特）厚板、大斷面方（圓）坯凝固末端壓下實(shí)施過程中內(nèi)裂紋形成及擴(kuò)展的重壓下限定準(zhǔn)則，并在2家企業(yè)得到應(yīng)用。

◆2016年，全面推廣微合金品種鋼表面質(zhì)量控制技術(shù)；在寬／特厚板生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用實(shí)施寬／特厚板連鑄坯凝固末端重壓下工藝方案，實(shí)現(xiàn)典型品種鋼連鑄坯偏析和疏松的有效控制。

◆2017年，進(jìn)一步完善理論、工藝與控制技術(shù)研究體系，在國內(nèi)3家以上企業(yè)推廣大斷面方坯、寬／特厚板坯凝固末端重壓下工藝與控制技術(shù)，全面提高鑄坯致密度與均質(zhì)化。預(yù)期效果

通過上述高品質(zhì)連鑄坯生產(chǎn)工藝與裝備技術(shù)開發(fā)，有望實(shí)現(xiàn)從根本上消除微合金品種鋼連鑄坯角部表面橫裂紋頻發(fā)現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)我國微合金品種鋼連鑄坯的表面無缺陷化生產(chǎn)的目標(biāo)。通過鑄坯凝固末端重壓下技術(shù)開發(fā)，有望最終開發(fā)形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的寬／大斷面連鑄坯凝固末端重壓下技術(shù)，全面實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)工程機(jī)械用鋼、高強(qiáng)橋梁鋼、高強(qiáng)船板鋼、高級(jí)別管線鋼、新一代重軌鋼與火車車軸鋼等高附加值鋼種的高致密度、均質(zhì)化連鑄坯生產(chǎn)，全面解決寬／大斷面連鑄坯中心偏析與疏松及內(nèi)裂紋缺陷嚴(yán)重的共性技術(shù)難題。

第四篇：異形坯連鑄技術(shù)的最新進(jìn)展

異形坯連鑄技術(shù)的最新進(jìn)展

由于異形坯連鑄技術(shù)將煉鋼、精煉、異形坯連鑄機(jī)和軋機(jī)緊湊式布置，形成鋼梁生產(chǎn)新工藝(CBP)而迅速發(fā)展。該工藝將異形坯直接熱裝入加熱爐，與傳統(tǒng)方坯冷裝相比∶

(1)投資減少約30%；

(2)能耗降低50%~60%；

(3)從廢鋼到成品鋼梁生產(chǎn)總時(shí)間減少90%；

(4)生產(chǎn)率提高15%；

(5)金屬收得率提高1.5%；

(6)不需要中間倉庫；

(7)節(jié)約人工費(fèi)用；

(8)降低操作和維修費(fèi)用。

異形坯連鑄技術(shù)主要是鋼梁異形坯連鑄和緊湊式鋼梁生產(chǎn)線。1968年，加拿大阿爾戈馬

公司異形坯連鑄機(jī)投入商業(yè)性生產(chǎn)，美國紐柯-大和公司、日本東京鋼公司、共英鋼公司、盧森堡Thoringen鋼廠等也先后建成生產(chǎn)線。2002年，美國動(dòng)力鋼公司新建電爐煉鋼車間(內(nèi)設(shè)一臺(tái)150噸電爐，2臺(tái)鋼包爐，1臺(tái)三流鋼梁異形坯/大方坯連鑄機(jī))投產(chǎn)，并與現(xiàn)有鋼梁軋機(jī)連接，形成年產(chǎn)能力120萬噸CBP生產(chǎn)線。美國紐柯公司最近也投產(chǎn)了一座CBP短流程廠。此外，美國Ameristeel廠和西班牙CELSA廠最近也投產(chǎn)了多功能組合式連鑄機(jī)(除鋼梁異形坯外，大方坯和小方坯兼用)。目前，全世界已建成CBP生產(chǎn)線約50條。

中國異形坯連鑄以H型鋼生產(chǎn)線為主，其中馬鞍山鋼鐵公司和萊陽鋼鐵公司設(shè)備較先進(jìn)。馬鞍山鋼鐵公司目前擁有大和中小型異形坯生產(chǎn)線兩條∶1998年投產(chǎn)的大型H型鋼機(jī)組，年產(chǎn)能為100萬噸高附加值H型鋼；2005年投產(chǎn)的中小型H型鋼機(jī)組，年產(chǎn)能為50萬噸高附加值H型鋼。其中耐火鋼用作高層住宅樓的鋼梁、火車用耐侯H型鋼，并且開發(fā)了符合美國API標(biāo)準(zhǔn)的SM490YB熱軋H型鋼，實(shí)現(xiàn)了海洋石油平臺(tái)用熱軋H型鋼的國產(chǎn)化，正在開發(fā)汽車大梁、建筑抗震以及輕型薄壁專用H型鋼。萊陽鋼鐵公司目前擁有大、中、小型三條型鋼生產(chǎn)線，主要設(shè)備從德國引進(jìn)∶分別是在2005年、1998年和2002年投產(chǎn)。連鑄采用異形坯熱送熱裝技術(shù)，軋機(jī)采用CCS技術(shù)、XH軋制方法及CRS矯直機(jī)矯直技術(shù)，全線計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)從裝料到成品發(fā)貨的全程自動(dòng)化生產(chǎn)。

異形坯連鑄技術(shù)是連鑄領(lǐng)域的前沿技術(shù)，世界各國應(yīng)為降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力而加快研究步伐。

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第五篇：瀝青路面裂縫產(chǎn)生的原因及控制措施

瀝青路面產(chǎn)生裂縫的原因及控制措施

? 裂縫主要形式及現(xiàn)象

公路瀝青路面的開裂表現(xiàn)形式是多種多樣的，主要有橫向、縱向、網(wǎng)狀和反射裂縫。

橫向裂縫現(xiàn)象為：裂縫與路中心線基本垂直，縫寬不一，縫長(zhǎng)有的貫穿整個(gè)路幅，有的貫穿部分路幅，裂縫彎彎曲曲、有枝有叉。橫向裂縫中的唧漿導(dǎo)致裂縫兩側(cè)凹陷，橋頭跳車處的路面橫向裂縫，在路面積水的作用下加速跳車發(fā)展的速度，同時(shí)會(huì)對(duì)路基造成沖刷。

縱向裂縫現(xiàn)象為：裂縫走向基本與行車方向平行，裂縫長(zhǎng)度和寬度不一。一般都發(fā)生在高填方的路基上?？v向裂縫容易形成沿行車方向呈臺(tái)階狀，影響行車舒適性。

網(wǎng)狀裂縫現(xiàn)象為：裂縫縱橫交錯(cuò)，將面層分隔成若干多邊形的小塊，一般縫寬1mm以上，縫距40cm以下。網(wǎng)狀裂縫導(dǎo)致公路瀝青路面松散或坑槽，嚴(yán)重影響公路瀝青路面的綜合服務(wù)水平。

反射裂縫現(xiàn)象為：基層產(chǎn)生裂縫后，在溫度和行車荷載作用下，裂縫將逐漸反射到瀝青表面，路表面裂縫的位置形狀與基層裂縫基本相似。對(duì)于半剛性基層以橫向裂縫居多，對(duì)于柔性路面上加罩的瀝青結(jié)構(gòu)層，裂縫形式不一，主要取決于下臥層

? 裂縫產(chǎn)生的原因分析

1.引起公路瀝青路面開裂的原因很多，大體可分為三大類: 1)由于行車荷載的作用而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性破壞裂縫。在車輪荷載的作用下，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)層底部產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于其材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生的開裂稱之荷載型裂縫。

2)由于瀝青面層溫度變化而產(chǎn)生的溫度裂縫，包括低溫收縮裂縫和溫度疲勞裂縫，稱之非荷載裂縫

3)是經(jīng)常出現(xiàn)在橋涵兩端的橫向裂縫，或在路段上出現(xiàn)較長(zhǎng)的縱縫，主要是由填土固結(jié)沉陷或地基沉陷引起，稱為沉降裂縫。

2.盡管公路瀝青路面開裂的原因和裂縫的形式是多種多樣的，但其中的行車荷載作用、瀝青面層溫度變化是產(chǎn)生裂縫的主要原因。

2.1橫向裂縫

⑴瀝青面層的自身溫縮開裂；

⑵半剛性基層特別是水泥穩(wěn)定碎石的開裂反射到瀝青面層；

⑶某些基層開挖溝槽埋設(shè)管線以及冰凍地區(qū)路基凍裂導(dǎo)致路面的橫裂；

⑷面層施工時(shí)，施工縫未處理好，接縫不緊密，結(jié)合不良。

⑸橋梁、涵洞或通道兩側(cè)的填土產(chǎn)生固結(jié)或地基沉降等。

2.2 縱向裂縫

⑴填方材料和填方的不均勻性，以及填方密實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過一段時(shí)間的自然沉降，特別是經(jīng)過雨水浸泡后，路基強(qiáng)度有所下降，沿邊坡部分路基承載力也下降，就會(huì)出現(xiàn)縱向裂縫。

⑵施工時(shí)，前后攤鋪幅相接處的冷接縫未按有關(guān)規(guī)范要求認(rèn)真處理，結(jié)合不緊密而脫開；

⑶縱向溝槽回填土壓實(shí)質(zhì)量差而發(fā)生沉陷；

⑷拓寬路段的新老路面交界處土層處理不徹底，沉降不均勻引起縱向開裂；

⑸邊坡值小于設(shè)計(jì)值，邊坡壓實(shí)不夠和邊溝過深使實(shí)際填土高度加大而滑坡等引起的縱向開裂。

2.3 網(wǎng)狀裂縫

⑴路基局部壓實(shí)度不足或基層材料局部松散不成板體，使路面的承載能力下降形成的裂縫；

⑵瀝青與瀝青混合料質(zhì)量差。瀝青延度低，抗裂性差。瀝青混合料拌和時(shí)間過長(zhǎng)，拌和溫度過高或在儲(chǔ)料倉倉儲(chǔ)時(shí)間過長(zhǎng)，使瀝青變硬，對(duì)拉應(yīng)變敏感而產(chǎn)生的裂縫；

⑶瀝青層厚度不足，層間粘結(jié)差，水分滲入，形成的裂縫；

⑷行車荷載重復(fù)作用下引起的疲勞裂縫。

⑸外界原因如污染、腐蝕等造成的局部網(wǎng)裂

2.4 反射裂縫

⑴在已開裂的舊瀝青、舊水泥混凝土路面層上加罩瀝青面層，由于溫度的變化（降低），老路面的裂縫繼續(xù)擴(kuò)展，給也處于溫度收縮的新瀝青面層一個(gè)附加應(yīng)力，使新鋪層在舊裂縫處斷開。

⑵半剛性基層溫縮和干縮開裂引起的反射裂縫等。

? 裂縫形成后對(duì)道路的危害

由于環(huán)境溫度、交通荷載等因素的影響，瀝青路面初期產(chǎn)生的裂縫對(duì)瀝青路面使用性能常無明顯影響，但由于半剛性基層自身干縮和溫縮應(yīng)變脹縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過半剛性基層自身的極限抗拉強(qiáng)度，使其從強(qiáng)度薄弱處產(chǎn)生斷裂，隨著路面使用時(shí)間的延長(zhǎng)。已有的裂縫逐漸向上擴(kuò)展到路表，橫向裂縫不斷增加?？p寬不斷增大，橫向裂縫再不斷附生縱向裂縫，最終形成大小不等獨(dú)立板塊，在表面水的作用下，致使裂縫附近基層的含水量加大，甚至飽和。其結(jié)果是路面強(qiáng)度明顯降低，在大量行車荷載反復(fù)作用下，產(chǎn)生沖刷、唧漿和沉陷等現(xiàn)象，聚終導(dǎo)致路面很快產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞，使道路結(jié)構(gòu)逐漸喪失承載能力。這些病害，如得不到及時(shí)治理，對(duì)社會(huì)車輛形成一種潛在的危害，也極大地縮短道路的服務(wù)壽命，給國家造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。

? 瀝青路面裂縫的預(yù)防和處理措施

延緩和減輕半剛性基層瀝青混凝土面層的荷載型裂縫和非荷載型裂縫，可采用兩大類方法：一是在施工期間就采用相應(yīng)的預(yù)防裂縫或處理措施；二是在維修養(yǎng)護(hù)時(shí)選用合適的加鋪 層體系。通常在有條件時(shí)，為獲得最佳效果，可綜合運(yùn)用這兩類方法。

1.1提高路基工作區(qū)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性

路基是路面的基礎(chǔ)，路基工作區(qū)又是路基經(jīng)受行車荷載影響較大的深度區(qū)域，該深度區(qū)域具有足夠的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性對(duì)保證路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性極為重要，否則將產(chǎn)生不均勻沉降使路面發(fā)生開裂。因此，必須采取有效措施處理好影響路基工作區(qū)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，最大限度地減小路基完工后沉降量。

（1）路基工作區(qū)的強(qiáng)度主要是在填筑過程中形成的。必須嚴(yán)格控制路基的填筑工藝，確保路基強(qiáng)度。填筑材料首選石、礫、砂類土，其次選用含礫、砂低液限粘土，再次選用低液限粘土。粉質(zhì)土和有機(jī)土不能用于填筑路基。

（2）壓實(shí)度是反映路基強(qiáng)度的重要指標(biāo)，也是提高路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性的最經(jīng)濟(jì)、最有效的技術(shù)措施，施工中必須嚴(yán)格檢測(cè)控制，使其達(dá)到規(guī)定值。填土層的厚度對(duì)壓實(shí)度有直接的影響，施工中要插桿掛線，每層的松鋪厚度不應(yīng)大于30cm。檢測(cè)壓實(shí)度試坑要打到下一層頂面，凡是檢測(cè)結(jié)果達(dá)不到規(guī)定值的要加壓處理，或推除重填。

（3）降低地下水位是提高路基強(qiáng)度的重要措施。路面底以下80cm路床是路基的關(guān)鍵部位，它直接承受和吸收路面的擴(kuò)散應(yīng)力，要有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。當(dāng)開挖后發(fā)現(xiàn)底下滲水，不論流量大小都要處理。填方地段要采用較好的材料填筑，土質(zhì)差的地段要進(jìn)行換填處理，確保其強(qiáng)度和穩(wěn)定性.1.2基層應(yīng)有合理厚度

當(dāng)基層厚度增加時(shí)，其承載能力也迅速增加，試驗(yàn)證明，半剛性基層厚度由10cm增加

到25cm時(shí)，其承載力提高為原來的3倍。

1.3修筑防裂路面

研究表明，面層反射裂縫明顯地受瀝青面層厚度的影響，厚度超過15cm的面層可以有效的防止受拉疲勞所產(chǎn)生的裂縫，還可以降低車輛荷載引起的剪應(yīng)力。

1.4選擇防裂性能好的材料

（1）選用抗沖刷能力好，干縮、溫縮系數(shù)小、抗拉能力高的半剛性材料作基層，最好使用溫度膨脹系數(shù)低的骨料。

（2）選用松弛性能好的優(yōu)質(zhì)瀝青做面層，保證瀝青的針入度、延度等指標(biāo)；在缺少優(yōu)質(zhì)瀝青的情況下，應(yīng)采用某些添加劑或聚合物，以提高瀝青的低溫抗裂性能及高溫穩(wěn)定性能。

（3）在穩(wěn)定度滿足要求的前提下，選用針入度較大的瀝青作面層。

（4）采用密實(shí)型瀝青混凝土面層?？障堵蕦?duì)面層的疲勞壽命有很大影響，密實(shí)型瀝青混合料在使用中瀝青硬化緩慢，同時(shí)也延緩了裂縫的擴(kuò)展。

（5）瀝青混合料的集料應(yīng)選用表面粗糙、石質(zhì)堅(jiān)硬、耐磨性強(qiáng)、嵌擠作用好、與瀝青粘附性好的材料。如果集料呈酸性，則應(yīng)填加一定數(shù)量的抗剝落劑或石灰粉，確?；旌狭系目箘兟湫阅埽瑫r(shí)應(yīng)盡量降低集料的含水量，盡可能使用人工砂代替原形顆粒的天然砂。

1.5設(shè)置應(yīng)力吸收層

1.5.1在基層與面層之間鋪橡膠瀝青中間層、預(yù)制織物膜帶條、土工織物或土工格柵中間層、低粘度瀝青混凝土層等均勻應(yīng)力吸收層。

1.5.2采用應(yīng)力吸收薄膜，對(duì)減緩反射裂縫的產(chǎn)生與擴(kuò)展有明顯的效果，可使裂縫處相對(duì)位移產(chǎn)生的應(yīng)力傳到面層時(shí)大為減少，明顯降低應(yīng)力強(qiáng)度因子。而吸收薄膜的彈性模量越低，防裂效果越好?？梢姂?yīng)力薄膜應(yīng)選用低模量高韌性、大變形率的材料為好。

1.5.3用土工格柵加筋瀝青路面的主要功能是控制車轍、反射裂縫和疲勞裂縫，不同類型的格柵性能顯著不同。

1.5.4橡膠瀝青吸收膜，是使用廢橡膠磨細(xì)的粉與熱瀝青攪拌后，施于面層中間，形成一薄膜或與砂石成一薄層。有試驗(yàn)結(jié)果表明，此應(yīng)力吸收層在面層中間效果最佳。

1.6施工時(shí)控制裂縫發(fā)生的措施

1.6.1在施工方面，控制半剛性基層碾壓時(shí)的含水量為最佳含水量的0.9倍，壓實(shí)度達(dá)到規(guī)范要求，碾壓完成后要及時(shí)保濕養(yǎng)護(hù)，防止基層干曬，養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，立即噴灑瀝青乳液，做成透層或粘層，然后盡快鋪瀝青面層。

1.6.2制備瀝青混合料時(shí)控制好加熱時(shí)間和加熱溫度，不使瀝青老化、加強(qiáng)碾壓，使瀝青混合料達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度，也可減少反射裂縫。

1.6.3為了減少瀝青面層由于半剛性基層的收縮裂縫而產(chǎn)生反射裂縫或?qū)?yīng)裂縫，應(yīng)盡可能采取有效措施來減少半剛性基層本身的收縮裂縫。