连铸收尾胚缩管之缺陷成因与改善研究壹前言.pdf

連鑄 收尾胚縮管之缺陷成因與改善研究 1 2 3 4 *蔡德昌 林冠儒 曾名輝 黃柏偉 1 中國鋼鐵股份有限公司 工程師 2 中國鋼鐵股份有限公司 組長 3 中龍鋼鐵股份有限公司 工程師 4 中龍鋼鐵股份有限公司 工程師 連鑄縮管主要於完鑄收尾時， 形成於鑄胚尾端，其與收尾製程關係密切。主要形態 為凝固縮管成漏斗狀，頂端有數處架橋，底端則為細長之管狀孔洞。為改善扁鋼胚收尾 切長，本研究利用 HotTop 冷卻模式，以提前關噴水方式 ，並搭配收尾胚之熱傳模擬計 算，找出適化的連鑄收尾模式 ，將尾端1m 比水量由0.65調降至 0.3 L/Kg ，建立尾部緩 冷機制以提高鋼液補充，減少縮管長度 ，實機應用結果顯示，平均收尾切長由2.2m降 至1.9m ，收尾胚質量初步獲得改善。 關鍵字 : 縮管 、收尾胚、連鑄 、凝固 壹、前 言 鋼液冷卻與凝固過程中因密度之遞增而產生體積收縮，一般可分為三個階段：液 態收縮、凝固收縮、固體收縮，其中以液相至固相之凝固收縮最為嚴重 [1] 。因此收縮而 成之管狀孔洞稱為縮管或縮孔。連鑄縮管通常於完鑄收尾時形成於鑄胚尾端，其與收尾 製程關係密切，具有下列特性：(1)澆鑄結束，無新鮮鋼液補充，(2)鑄胚尾部溫度連續 且快速下降，(3)凝固末期，鋼液急速凝固與相變態收縮，(4)鋼液流動性變差或補充不 及。圖 1為典型之扁鋼胚切尾剖面圖[2] 。凝固縮管呈漏斗狀，頂端有數處架橋底端則為 細長之管狀孔洞，在細長孔道之前常有連續或不連續之孔洞或小縮管分布。 目前存在連鑄胚尾縮管切長 長度過長問題，縮管嚴重時必須多次以火燄切除，不 僅影響切尾作業，更降低收尾胚之產率與品質 。胚尾縮管之問題由來已久，連鑄收尾之 凝固現象及縮管形成，為一般鋼液連鑄業者之共同問題，卻一直未能找出關鍵對策加以 改善。 本研究主要探討凝固縮管之形成機制，以尋找較佳之連鑄收尾製程。重點在鋼胚 二冷比水量之設計與完全凝固時間之理論計算，建立一Hot-Top Mold之連鑄收尾製程技 術，並進行實機試驗，初步結果顯示，有效改善了扁鋼胚 收尾之縮管切長長度。 圖 1 收尾胚縮管剖面圖 貳 、研究 方法 本研究主要是利用自行開發的 Dynamic Thermal Tracking (DTT)二冷熱傳計算系 統，針對不同收尾製程的二冷噴水配置(如表所示1 ) ，計算鋼胚冷卻過程的溫度履歷分 布，並計算收尾胚在各區段的比水量變化以及凝固時間的對應性，找出收尾胚適化的二 冷噴水模型設定。以扁鋼胚 A連鑄機為參考，表 中的1 CL_Name為二冷噴水各區段名稱、 CL_Flow為各區段噴水流量大小(L/min) 、CL_len為各區段冷卻長度(m) 、CL_in與CL_out 為各區段入口與出口位置、CL_OffLen為二冷熱傳計算時依據收尾位置決定各區段關水 的時 機，如表中4IO區， 1.71代表鑄胚尾端到達鑄道 1.71m時， 4IO關噴水，由於該區位 於鑄道2.71~4.27m之間，意謂關水時，鑄胚尾端1m行經4IO區都無噴水，而尾端 1~2.56m 範圍，在關水前已先進入 4IO區，因此有接受到不等量的噴水。另距尾端 2.56m之前的鑄 胚已先出 4IO區則未減噴水，其餘依此類推。 表 1 扁鋼胚收尾製程二冷噴水配置 CL_Name CL_Flow CL_len CL_in CL_out CL_OffLen 備註 1N 99 0.7 0.8 1.5 維持噴水