連鑄坯脫方裂紋原因研究

1、連鑄坯脫方、角裂原因研究及工藝措施姓名：張 民工種：連 鑄單位：煉鋼廠第二煉鋼車(chē)間時(shí)間：2010年10月10日【摘要】2009年至今，因鐵水供應(yīng)不足，二煉鋼車(chē)間生產(chǎn)節(jié)奏極不穩(wěn)定，連鑄中間包液面波動(dòng)過(guò)大或中斷，造成多次二次開(kāi)澆、拉速忽快忽慢，鑄坯質(zhì)量極不穩(wěn)定，造成部分鑄坯脫方、裂紋較為嚴(yán)重，導(dǎo)致部分鑄坯降級(jí)外賣(mài)或判廢，降低了連鑄坯合格率，給企業(yè)造成很大損失。為提高方坯質(zhì)量，并為今后以高效連鑄技術(shù)為方向提供理論和實(shí)踐依據(jù)，本文結(jié)合生產(chǎn)過(guò)程中采集的有關(guān)數(shù)據(jù)，探討了我廠鑄坯脫方、角裂的形成主要是鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)冷卻不均勻以及其它因素影響造成的。二煉鋼改造優(yōu)化二冷系統(tǒng)和采取一系列技術(shù)措施后，鑄坯脫方率由原

2、來(lái)的3.8%減少到0.0275%，基本消除了角裂?！娟P(guān)鍵詞】方坯質(zhì)量 脫方 角裂 結(jié)晶器1 前言山東石橫特鋼集團(tuán)有限公司現(xiàn)有R9m四機(jī)四流連鑄機(jī)1臺(tái)、60t轉(zhuǎn)爐1臺(tái)、70t精煉爐和VD真空精煉爐各1臺(tái)。澆注鋼種有碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、高碳鋼、錨桿鋼等，在生產(chǎn)1652、HRB500T等鋼種過(guò)程中，鑄坯出現(xiàn)了脫方、裂紋現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)常常導(dǎo)致漏鋼事故發(fā)生，對(duì)生產(chǎn)造成極大影響。為此，研究連鑄坯脫方、角裂的成因及影響因素，對(duì)改善鑄坯質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。2 脫方產(chǎn)生的原因主要在以下幾個(gè)方面：首先結(jié)晶器超期使用，劃痕及破損嚴(yán)重，內(nèi)腔工作面不規(guī)整，造成坯殼冷卻不均，造成脫方。二次冷卻強(qiáng)度達(dá)不到要求

3、（如堵塞、脫落），鑄坯在二冷段的收縮不勻、回溫過(guò)大，使坯殼冷卻不均，造成脫方。足輥調(diào)節(jié)不當(dāng)。坯殼受到定輥夾持變行力或足輥間隙過(guò)大，起不到夾持鑄坯作用，鑄坯自由晃動(dòng)造成脫方。結(jié)晶器振動(dòng)不平穩(wěn)，軌跡不準(zhǔn)確，特別是發(fā)生水平方向晃動(dòng)，容易出現(xiàn)脫方。浸入式水口不對(duì)中、偏斜嚴(yán)重，鋼流沖刷某一側(cè)坯殼，致使坯殼變薄，冷卻不均，形成脫方。過(guò)熱度過(guò)高、拉速太快也易形成脫方。脫方的連鑄坯往往伴隨角部裂紋發(fā)生，因此以分析脫方的成因?yàn)橥黄瓶?，按上述逐個(gè)因素分析討論，找出影響連鑄坯脫方、角裂的真正原因。試驗(yàn)連鑄坯165*165方坯、鋼種HRB500A生產(chǎn)工藝按常規(guī)進(jìn)行。3 鑄坯脫方、角裂的主要素 鋼液進(jìn)入結(jié)晶器后，受器壁

4、激劇冷卻，形成大量晶核，并迅速凝固成細(xì)小等軸晶的激冷層區(qū)，正常鑄坯的組織是鑄坯四周激冷層（細(xì)小等軸晶）厚度均勻而致密，鑄坯周邊坯殼厚度均勻穩(wěn)定生長(zhǎng)，從鑄坯橫斷面低倍組織觀察到鑄坯四周激冷層明顯不均勻，銳角部位的激冷層厚度比鈍角部位的要厚，角裂部位在鑄坯鈍角處，因此出現(xiàn)脫方。3.1 鑄坯低倍檢驗(yàn)及脫方、角裂的有關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)量在脫方、角裂的方坯上截取加工試樣，作低倍檢驗(yàn)，對(duì)脫方、角裂的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量及評(píng)級(jí)，見(jiàn)表1。按TB2011-83連續(xù)鑄鋼方坯和矩形坯標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，邊長(zhǎng)在140180之間的方坯對(duì)角線之差不大于7mm，由表1可以看出，鑄坯對(duì)角線差最大22 mm，最小12 mm。連鑄坯脫方很?chē)?yán)重的，按YB

5、4002-91連鑄鋼方坯低倍組織評(píng)級(jí)圖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，評(píng)定圖分為04級(jí)共5級(jí)，0級(jí)是無(wú)缺陷鑄坯，4級(jí)缺陷最嚴(yán)重。鑄坯由表1可以看出，鑄坯角裂均大于4級(jí)，是很?chē)?yán)重的。表1 連鑄坯脫方、角裂尺寸及評(píng)級(jí)表時(shí)間：2010年8月份 HRB500A 165*165試樣編號(hào)對(duì)角線之差裂紋長(zhǎng)度/寬度距頂角距離評(píng)級(jí)550-2244-230147/417.253.5550-4245-2232213/315.343552-2243-2232010/312.563.5552-4240-2301011/216.233.53.2 造成鑄坯脫方、角裂的主要原因表1中這幾爐鋼的鑄坯脫方、角裂均在結(jié)晶器超期使用的情況下出現(xiàn)的，當(dāng)換上

6、符合工藝技術(shù)要求的的結(jié)晶器時(shí)，鑄坯脫方、角裂的爐次大大減少，因此，脫方、角裂的主要因素是鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)冷卻不均勻造成鑄坯激冷層厚度不均勻，從而引起坯殼不均勻收縮所致。為了進(jìn)一步查明引起鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)冷卻不均勻的因素，我們測(cè)量了大量因嚴(yán)重脫方換下了的結(jié)晶器，主要測(cè)量結(jié)晶器上下口弧面長(zhǎng)度以及上下口直面長(zhǎng)度的差值，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2165*165方坯結(jié)晶器的標(biāo)準(zhǔn)安裝尺寸為上口弧面長(zhǎng)171.4 mm，下口弧面長(zhǎng)170.1，上口直面長(zhǎng)169.6，下口直面長(zhǎng)168.3 mm。要求四個(gè)水縫間隙一致，倒錐度必須符合工藝技術(shù)要求。結(jié)晶器內(nèi)表面無(wú)劃傷，由表2可以看出，引起鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)冷卻不均勻的因素是：結(jié)晶器內(nèi)表面

7、凹凸不平，結(jié)晶器倒錐度太小，甚至有些變成了正錐度（也就是說(shuō)下口尺寸太接近于上口尺寸甚至相等）。正常鑄坯165*165的對(duì)角線為233 mm，而脫方角裂鑄坯長(zhǎng)對(duì)角線均大于這個(gè)數(shù)值（見(jiàn)表1）。所以鑄坯脫方在結(jié)晶器內(nèi)產(chǎn)生，出結(jié)晶器后加上二冷區(qū)冷卻不均勻繼續(xù)發(fā)展，直到嚴(yán)重生成了漏鋼事故后，導(dǎo)致二冷噴淋管偏斜，噴嘴粘鋼堵塞或脫落。脫方往往伴隨角裂發(fā)生，角裂主要也是在結(jié)晶器內(nèi)冷卻不均勻造成的，在結(jié)晶器角部區(qū)域，由于二維傳熱，結(jié)晶器角部坯殼凝固最快，最早收縮、氣隙首先形成，傳熱減慢，推遲凝固，隨著坯殼的下移，氣隙從角部擴(kuò)到面部，由于鋼水靜壓力作用，結(jié)晶器面部間隙比角部要小，因此角部坯殼最薄，常常是產(chǎn)生裂紋和

8、拉漏的禍根。如果結(jié)晶器倒錐度太小，會(huì)使鑄坯表面和結(jié)晶器內(nèi)壁氣隙太大，這種氣隙最早出現(xiàn)在角部，使角部坯殼變薄，加上結(jié)晶器內(nèi)表面凹凸不平造成冷卻不均勻，坯殼在收縮至鈍角處時(shí)，此處與結(jié)晶器失去接觸，其凝固速度要比銳角處凝固速度要小，就會(huì)在坯殼鈍角部位這個(gè)薄弱處，因承受的應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋。一般出現(xiàn)在鑄坯距角部516 mm地地方，角裂離鑄坯表面的距離最長(zhǎng)為17 mm左右。角裂從激冷層發(fā)展到柱狀區(qū)域，這說(shuō)明鑄坯角裂在結(jié)晶內(nèi)產(chǎn)生，出結(jié)晶器后如果二次冷卻不均勻，更加劇了角裂的程度，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致漏鋼事故。表2 結(jié)晶器上下口測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表結(jié)晶器號(hào)上口弧面長(zhǎng)下口弧面長(zhǎng)差值上口直面長(zhǎng)下口直面長(zhǎng)差值5#171.41

9、70.80.6169.6168.51.11#171.4171.5-0.1169.6168.90.73#171.4170.60.8169.6169.9-0.3正常值171.4170.11.3169.6168.31.34 影響鑄坯脫方、角裂的其它因素4.1 化學(xué)成份的影響4.1.1 碳含量的影響據(jù)有關(guān)資料介紹，含碳0.170.22%碳素鋼鑄坯對(duì)熱裂的敏感性最大，對(duì)鑄坯內(nèi)裂紋缺陷敏感性最大的是含碳0.180.24%的鋼種，但澆注HRB500T鋼種時(shí)（C0.210.25%），完全避開(kāi)這一區(qū)域是難以做到的。實(shí)踐證明，含碳量對(duì)鑄坯角裂影響不大。4.1.2 鋼中S、P 含量影響根據(jù)統(tǒng)計(jì)S+P在0.0200.

10、055%范圍時(shí)，脫方角裂率無(wú)明顯變化，當(dāng)（S+P）大于0.055%時(shí)，鑄坯脫方、角裂率明顯增大。這表明對(duì)S、P含量要同時(shí)限制，故（S+P）控制在0.055%以下，可以減少其對(duì)鑄坯脫方、角裂的影響。4.1.3 澆注溫度、拉速影響從實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，發(fā)生脫方、角裂的爐次和正常的爐次拉速隨溫度的變化?；痉喜僮饕?guī)程中拉速要與鑄溫的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，在這種情況下，澆注溫度與拉速對(duì)脫方、角裂的影響不大。但要杜絕高溫快注，因?yàn)樽馗?、拉速快，同時(shí)減薄鑄坯在結(jié)晶器坯殼的厚度，增加脫方的機(jī)會(huì)。5 工藝措施及效果5.1 加強(qiáng)結(jié)晶器維護(hù)管理，使結(jié)晶器的檢查、報(bào)廢、更換程序化、標(biāo)準(zhǔn)化。通過(guò)采取用結(jié)晶器掛牌使用，準(zhǔn)確統(tǒng)

11、計(jì)結(jié)晶器使用爐數(shù)，建立結(jié)晶器使用檔案等措施，防止使用已磨損嚴(yán)重的結(jié)晶器，及時(shí)更換結(jié)晶器。結(jié)晶器安裝要求四個(gè)面水縫一致，倒錐度必須符合工藝要求，內(nèi)腔表面無(wú)劃傷。5.2 二煉鋼2010年9月優(yōu)化改造了二冷配水系統(tǒng)后，由段的汽水冷卻改為現(xiàn)在的水冷卻，段水量由原來(lái)的10m3到了1620 m3左右，比水量由原來(lái)的1.0左右到了1.21.3左右。通過(guò)優(yōu)化二冷系統(tǒng)，并在二冷段加設(shè)了加壓泵，壓力由原來(lái)的0.81.0左右到了現(xiàn)在的1.21.4Mpa，并在二冷段加設(shè)了多級(jí)過(guò)濾網(wǎng)。通過(guò)以上措施，使鑄坯的冷卻強(qiáng)度加強(qiáng)了，提高了二冷水的質(zhì)量，減少了水中懸浮物，并要求每個(gè)開(kāi)澆班組每個(gè)澆次清理一次過(guò)濾網(wǎng)，更換0段、段噴嘴，在漏鋼后要求班組徹底清理噴嘴粘鋼，防止堵塞。通過(guò)采取以上措施，保證了二冷系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。5.3 對(duì)S、P含量要同時(shí)限制，即（S+P）控制在0.055以下。5.4 避免高溫過(guò)注。5.5 中間包與結(jié)晶器嚴(yán)格對(duì)中，防止水口偏斜。5.6 定期檢查，維護(hù)二冷支撐系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。6 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)采取以上措施后，本車(chē)間脫方率由2009年3.8%減少到2010年0