优质碳素结构钢和合金钢连铸方坯和矩形坯

单纯从选分结晶角度来看，断面小则中心偏析的倾向也小，加上各类EMS和TSR技术的应用，使连铸小方坯中心偏析状况得到了不断的改进，即使是高碳钢种，连铸小方坯中心C偏析也能控制在1.1左右。因此，现在有越来越多的线材钢种转向用连铸小方坯生产。尽管如此，国外一些著名钢厂却仍坚持用大断面方坯连铸机来生产对中心偏析有严格限制的高碳钢种，实际结果也证实由这种大方坯轧成的小方坯内部质量有着明显的上风，其中心C偏析比可控制在1.05以内。出现这一结果不能简单地回功于轧制过程中的偏析区域压缩以及再加热过程中偏析元素的扩散均化，事实上，还与大方坯连铸工艺特点有关。

首先，大方坯连铸过程中工艺参数比较稳定，有利于借助末端冶金技术减少中心偏析。无论是FEMS、TSR还是SR、重压下，其效果都与工作位置是否适当密切相关。由于工作位置基本上是固定的，目前尚难以实现真正的动态控制，因此，在连浇过程中各种工艺参数基本稳定、凝固终点位置的基本不变是至关重要的。大方坯连铸生产中各类"变数"少，工艺参数轻易保持稳定甚至恒定，而小方坯连铸要做到这一点则相对困难。另一方面，对质量的追求是无止境的，上述钢厂都采用了多项末端冶金设备以进一步减少中心偏析，进步铸坯内部质量，典型的组合就是FEMS+SR。不同的末端冶金技术的最佳工作位置固然有所不同，却都挤在凝固末真个粘稠状区间内。连铸大方坯时粘稠状区间长，具备了同时布置FEMS+SR设备的条件;而连铸小方坯时粘稠状区间短，因此存在着设备布置空间方面的困难，比较经济公道的组合是FEMS+TSR。

大方坯连铸还在过热度控制方面有着明显的上风，中间包钢水均匀过热度可以稳定地保持在20℃以下，有的大断面方坯连铸机的均匀过热度甚至达到15℃以下。相比之下，小方坯连铸的钢水过热度偏高且波动较大。小方坯连铸生产中，中间包钢水过热度均匀能保持在25~30℃之内就已属不易了，很难实现稳定的低过热度浇注。过热度对连铸方坯中心偏析有不可忽视的影响。高的过热度有利于柱状晶的生长和单个大型V偏析的形成，加剧了铸坯中心偏析倾向，因此，低过热度浇注是抑制中心偏析的重要措施。

此外，断面大，拉速低，因此夹杂物上浮的机会多。国外某些大断面的方坯连铸机不但拉速低，而且还保持立弯式甚至立式机型，这就为钢液中非金属夹杂物的上浮排除提供了更多的机会，有利于改善钢的纯净度，减少夹杂物在中心区域的聚集。

总之，由于一些末端冶金技术的成功应用及其低过热度、低拉速的工艺特点，连铸大方坯的中心偏析可以控制在很小的范围内，由此轧成的小方坯与连铸小方坯相比，至少在内部质量方面是有其优越性的。

宝钢高线用坯目前很大一部分仍由模铸生产，这一落后工艺的淘汰已是势在必行，取而代之的将是连铸坯。有两种工艺路径可以用来生产宝钢高线用坯，即小方坯工艺路径和大方坯工艺路径。两者对比，"小方坯路径"在投资与本钱方面上风是显而易见的，而"大方坯路径"的优越性则体现在高碳钢情况下的铸坯内部质量方面。究竟选定何种路径，应取决宝钢高线的产品定位，以及钢帘线、弹簧钢丝等对中心偏析要求严格的高碳钢种所占的比重。笔者仅从铸坯内部质量角度出发，对拟建中的方坯连铸机应配备的技术、设备提出以下想法:

假如选定"小方坯路径"，则连铸机可采用MEMS+FEMS+TSR三种技术组合，断面应不超过140mm×140mm，以保证TSR技术的效果。选用这样的"配置"，连铸小方坯的中心偏析也可能控制在较低的水平上，有些设计商提出的保证值为C/Co<1.1，可以满足宝钢高线尽大部分钢种(包括较低级别的钢帘线钢)的一般质量要求。当然，设计保证值总是有条件的，要求生产、工艺和设备状态都十分稳定，这在高级硬线用小方坯连铸的大产业生产中难度较大，往往难以实现预定的目标，有可能因此影响公司的效益，并造成市场上的被动。

假如选定"大方坯路径"，则MEMS+SR(或FEMS)技术组合是比较理想和成熟的，考虑到后工序情况断面可取在(200~230)mm×(200~230)mm之间。连铸大方坯轧成小方坯后，中心偏析可以控制在1.05以内，有利于开发更高级别的高碳线材钢种，如高级别的钢帘线钢种等，挤身国内外高附加值、高技术含量产品市场的竞争行列。假如能将宝钢在钢水质量、"大方坯路径"工艺以及高线装备水平三方面的上风发挥出来，相信宝钢高线产品在市场上将是有强劲竞争力。

通常，连铸方坯中心偏析不足以影响终极产品的质量，是答应存在的。但在某些钢种如含碳量较高的硬线、钢帘线钢种及对C，Mn，S偏析敏感的抗氢致开裂管线钢种等的情况下，中心偏析则会影响终极产品的质量和加工性能，是一种典型的铸坯内部缺陷。随着连铸方坯钢种档次的不断进步，铸坯中心偏析的题目也日益突出。

邻近凝固终了的粘稠状区域内，晶间富集溶质元素的液体活动和固体漂移是引起中心偏析的根本原因。与板坯相比，连铸方坯的液芯末端比较狭长，轻易产生"搭桥"而形成"小钢锭"现象，因此连铸方坯中心偏析的形成机理与板坯有所不同，偏析的形态也有所区别。V型偏析是连铸方坯最常见的中心偏析，在这方面所作的研究也相对较多。有两种不同的V型偏析。一种以等轴晶结构形式出现，里面含有很多偏析"通道"密布在一起，被称之为"密布型"V偏析。此类V型偏析的成因被解释为:等轴晶形成了一骨骼，它在因凝固收缩而不断增加的负压的作用下被压碎，然后，来自晶间富集溶质元素的液体被吸收来补充凝固收缩，从而在被压碎的骨骼碎晶之间形成了很多偏析"通道"的"密布型"V偏析。另一种则主要以柱状晶形式出现，为单一的大型的V偏析。此类V型偏析的成因则被解释为:两边向内推进的凝固前沿之间产生了"搭桥"现象，并渐渐长大，终极阻隔了液体向下传送。这意味着"桥"下面区域的液体将要在没有新的液体补充情况下凝固，于是，凝固和冷却收缩将在"桥"下产生孔***或很多微小通道("小钢锭"成因)，晶间富集溶质元素的液体将被向下、向中心吸收，形成了"单个大型"V偏析。显然，消除"单个大型"V偏析、抑制"密布型"V偏析是减少方坯中心偏析的主要着手点。

铸坯中心偏析与拉速、过热度等工艺参数及钢种条件有关，同时也与铸机的设计有关。通过铸机的公道设计、借助于某些辅助手段可以将中心偏析控制在答应的范围之内,如:为了破碎或抑制柱状晶的生长，更多地产生等轴晶，以利于将V型偏析的结构形式由大型单一转变为细小密布型，引进了各种位置上的电磁搅拌(EMS)技术;为了消除凝固收缩引起的中心区域空隙，避免富集溶质的残余液相补缩现象的发生，引进了机械应力轻压下和热应力压下技术等。可以说，铸机设计的公道与否、上述辅助手段选择是否恰当，决定了方坯中心偏析的总体水平。