降低連鑄板坯表面縱裂紋的生產(chǎn)實(shí)踐

1、降低連鑄板坯表面縱裂紋的生產(chǎn)實(shí)踐 董金武，劉洪波，高龍永，張松齡 （濟(jì)南鋼鐵股份有限公司 第一煉鋼廠，山東 濟(jì)南250101） 摘要：針對(duì)縱裂紋廢品比例增加的情況，分析了表面縱裂紋的形成機(jī)理，結(jié)合濟(jì)鋼第一煉鋼廠的實(shí)際生產(chǎn)情況，認(rèn)為產(chǎn)生表面縱裂紋的主要影響因素是保護(hù)渣選擇不當(dāng)、設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量不穩(wěn)、水口插入深度不合理和鋼種微合金化特點(diǎn)等，為此，采取了優(yōu)化保護(hù)渣、調(diào)整水口插入深度和調(diào)整二次冷卻條件等一系列的改進(jìn)措施，鑄坯的表面縱裂紋一次合格率由最初的50提高到92，軋制退廢中的裂紋和結(jié)疤退廢由改進(jìn)前的56減少到了31。關(guān)鍵詞：連鑄板坯；表面縱裂紋；形成機(jī)理；解決措施中圖分類號(hào)：TF777.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)

2、碼：B 文章編號(hào)：1004-4620（2006）06-0013-03 Production Practice of Decreasing the Surface Longitudinal Crack of Continuously Casting Slab DONG Jin-wu, LIU Hong-bo, GAO Long-yong, ZHANG Song-ling （No.1 Steelmaking Plant of Jinan Iron and Steel Co., Ltd., 250101, China） Abstract: Because of the proportion incr

3、ease of longitudinal crack waster, the formation mechanism of surface longitudinal crack is analyzed. Combining the production practice of No.1 steelmaking plant of Jigang, the main influence factors producing surface longitudinal crack are selecting improper mould power, the wrong work of the equip

4、ment, the wrong submerging depth of the nozzle and microalloy characteristic. Therefore, a series of improving measures such as optimizing choice of the mould powder and the secondary cooling condition and so on are adopted. Then the proportion of crack free slab increased from 50% to 92% and the pr

5、oportion of unqualified production due to crack and scar after rolling decreased from 56% to 31%.Key words: continuously casting slab; surface longitudinal crack; formation mechanism; anti-methods 鑄坯的表面縱裂紋是鑄坯的主要缺陷之一。濟(jì)南鋼鐵股份有限公司第一煉鋼廠（簡(jiǎn)稱濟(jì)鋼第一煉鋼廠）鑄坯的表面縱裂紋缺陷占了鑄坯整個(gè)表面缺陷的95以上，并且該裂紋長(zhǎng)度多數(shù)在100500mm之間，深度在13mm不等。隨

6、著濟(jì)鋼第一煉鋼廠精煉爐的投產(chǎn)，高端產(chǎn)品的開發(fā)越來越多，對(duì)鑄坯質(zhì)量的要求也越來越高，而后道軋制工序中與鑄坯表面縱裂紋相關(guān)的裂紋、結(jié)疤軋制退廢占整A個(gè)軋制退廢量的50以上。因此，解決連鑄板坯表面縱裂紋的問題十分必要。由于影響鑄坯表面縱裂紋的因素眾多，既有鋼水成分、設(shè)備條件和工藝參數(shù)等的影響，也有操作、原材物料以及冷卻介質(zhì)的影響，鑄坯表面縱裂紋的產(chǎn)生和預(yù)防是一個(gè)系統(tǒng)問題，需要進(jìn)行系統(tǒng)的分析和研究。1 鑄機(jī)概況濟(jì)鋼第一煉鋼廠大板坯鑄機(jī)設(shè)備參數(shù)如下：機(jī)型：R5.7/6.8/8.5/12/17/331500，超低頭板坯連鑄機(jī)；鑄坯斷面：200mm×1400mm；中間包正常容量：12t；結(jié)晶器長(zhǎng)度

7、：784mm；冶金長(zhǎng)度：17m；支撐導(dǎo)向段：QC臺(tái)（含制導(dǎo)段S/G段）；扇形段：Seg17；最大拉速：1.2m/min。2 縱裂紋的形成機(jī)理和影響因素2.1 鑄坯裂紋的形成機(jī)理1連鑄坯裂紋的形成是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，是傳熱、傳質(zhì)和應(yīng)力相互作用的結(jié)果。帶液芯的高溫鑄坯在連鑄機(jī)運(yùn)行過程中，各種力作用于高溫坯殼上產(chǎn)生變形，超過了鋼的允許強(qiáng)度和應(yīng)變是產(chǎn)生裂紋的外因，鋼對(duì)裂紋的敏感性是產(chǎn)生裂紋的內(nèi)因，而連鑄機(jī)設(shè)備和工藝因素是產(chǎn)生裂紋的條件。高溫帶液芯鑄坯在連鑄機(jī)內(nèi)運(yùn)行過程中是否產(chǎn)生裂紋，主要決定于：（1）外力作用；（2）鋼的高溫性能；（3）工藝性能；（4）設(shè)備性能。 外力作用  坯殼在鑄機(jī)內(nèi)所

8、受的外力有：結(jié)晶器坯殼與銅板摩擦力、鋼水靜壓力產(chǎn)生鼓肚、噴水冷卻不均勻產(chǎn)生熱應(yīng)力、鑄坯彎曲或矯直力、支承輥不對(duì)中產(chǎn)生的機(jī)械力、相變應(yīng)力等。當(dāng)這些力作用在高溫鑄坯表面或凝固前沿產(chǎn)生的應(yīng)力或應(yīng)變量超過鋼的臨界應(yīng)力或應(yīng)變值時(shí)就產(chǎn)生裂紋，然后在二冷區(qū)裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展。據(jù)有關(guān)資料介紹2，固液界面臨界應(yīng)力為13Pa，臨界應(yīng)變?yōu)?.2%0.5；而凝固坯殼應(yīng)變?yōu)?.3%時(shí)鑄坯會(huì)產(chǎn)生裂紋。 鋼的高溫性能  鋼可分為三個(gè)延性區(qū)3：區(qū)凝固脆性區(qū)（Tm1350）、區(qū)高溫塑性區(qū)（13001000）、區(qū)低溫脆化區(qū)（900700），其中區(qū)使鑄坯產(chǎn)生內(nèi)裂紋，區(qū)使鑄坯產(chǎn)生表面裂紋。因此，為了減少鑄坯的縱裂紋，就鋼的高溫

9、性能特點(diǎn)來說，應(yīng)該從第三低溫脆化區(qū)來下功夫，盡可能從工藝成分、保護(hù)澆注（防止吸氮）、二次冷卻上進(jìn)行合理調(diào)整來減少鑄坯縱裂紋的產(chǎn)生。Nb、V、Ti作為微合金化元素，在軋制過程中，采用控冷、控軋工藝，析出碳、氮化物，對(duì)鋼有細(xì)晶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化的作用，使機(jī)械性能得到提高。但沉淀作用也會(huì)產(chǎn)生一些人們所不希望的影響，這主要表現(xiàn)在奧氏體溫度區(qū)間冷卻不合理會(huì)引起Nb、V、Ti的碳化物或氮化物沿奧氏體晶界沉淀，在慢速變形情況下就會(huì)使晶界處結(jié)合力減弱，導(dǎo)致連鑄坯產(chǎn)生裂紋。    Nb、V、Ti碳、氮化合物在鋼中難固溶的順序依次是:TiN、Nb（CN）、AlN、TiC、VN、

10、VC。在奧氏體中，Nb、V、Ti的碳化物比氮化物易固溶，氮化物比碳化物易析出，因此，通過析出物的固溶再析出可以改善延性。Nb、V、Ti微合金元素對(duì)鋼的延塑性影響中，Nb的影響最大，其次是Al和Ti，而V幾乎沒有影響。對(duì)Nb鋼來說，隨著Nb含量的增加，特別是800900延展性明顯下降。這也是單Nb微合金化鋼種易產(chǎn)生裂紋的原因。工藝性能  包括低過熱度澆注、雜質(zhì)元素含量（S、Mn/S、P、Cu、Sn、Zn）、合適的二冷水量和鑄坯表面溫度分布、坯殼與結(jié)晶器銅板良好的潤(rùn)滑性、結(jié)晶器液面的穩(wěn)定性、結(jié)晶器內(nèi)坯殼均勻生長(zhǎng)，微合金元素的選擇和含量設(shè)計(jì)等。設(shè)備性能  結(jié)晶器錐度、結(jié)晶器的振動(dòng)

11、（振動(dòng)頻率，振幅，負(fù)滑脫時(shí)間）、氣水噴霧冷卻、對(duì)弧準(zhǔn)確防止坯殼變形、在線檢測(cè)支承輥開口度、支承輥?zhàn)冃?、多點(diǎn)矯直或連續(xù)矯直、多節(jié)輥、壓縮澆注等。2.2 表面縱裂紋的主要影響因素結(jié)合濟(jì)鋼第一煉鋼廠大板坯鑄機(jī)工藝設(shè)備的實(shí)際情況，通過分析，認(rèn)為影響板坯表面縱裂紋的主要因素有：（1）保護(hù)渣理化指標(biāo)不合理；（2）結(jié)晶器水量過大，冷卻強(qiáng)度太高，個(gè)別結(jié)晶器使用壽命較高，鍍層磨損、剝落；（3）結(jié)晶器內(nèi)浸入式水口附近鋼水翻騰嚴(yán)重，浸入式水口側(cè)孔變形嚴(yán)重；（4）二冷噴嘴堵塞情況嚴(yán)重，冷卻不均勻；（5）鋼種含Nb、V、Ti微合金化元素，裂紋敏感性較強(qiáng)；（6）保護(hù)澆注不規(guī)范，鋼水二次氧化和吸氮。3 改進(jìn)措施3.1 選擇

12、優(yōu)化保護(hù)渣出口坯使用粘度和半球溫度相對(duì)較高的A渣和B渣。由于保護(hù)渣粘度和半球溫度相對(duì)較高，加之出口坯拉速穩(wěn)定在中低拉速，結(jié)晶器內(nèi)液渣下渣均勻，半球溫度較高，保護(hù)渣的結(jié)晶溫度也較高，液渣膜相對(duì)較厚，固體渣膜較薄，結(jié)晶器傳熱緩慢，冷卻較弱，鑄坯生長(zhǎng)均勻，鑄坯質(zhì)量較好；同時(shí)A渣也使用在LF處理的鋁含量較高的鋼種；B渣在A36、43A、普碳鋼上的使用效果較好，鑄坯涼料一次裂紋合格率在8594之間；45鋼使用45渣，由于45鋼液相線溫度較低，在14841497，結(jié)晶器彎月面熱量較少，碳含量高，鋼水凝固收縮小，因此其保護(hù)渣半球溫度和粘度在濟(jì)鋼第一煉鋼廠使用的保護(hù)渣中是最低的，鑄坯裂紋一次合格率接近100；

13、J2渣粘度和半球溫度較之A渣和B渣相對(duì)較低、較之45渣又高，用于Q345系列及成分相近的鋼種上表現(xiàn)較好，鑄坯一次合格率在90左右。3.2 嚴(yán)把設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量關(guān)加強(qiáng)對(duì)結(jié)晶器、QC臺(tái)及各扇形段整備和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)質(zhì)量的驗(yàn)收把關(guān)。對(duì)在線的結(jié)晶器，有存在過燒、鍍層脫落、龜裂或凹坑等缺陷的，不再上線使用，返修重鍍；嚴(yán)格控制鑄機(jī)結(jié)晶器、制導(dǎo)段和扇形段的對(duì)弧精度在±0.15mm、開口度精度在±0.20mm以內(nèi)；對(duì)結(jié)晶器、QC臺(tái)、扇形段根據(jù)鑄坯質(zhì)量、設(shè)備運(yùn)行和使用壽命情況定期更換。為防止水壓過高對(duì)結(jié)晶器銅板造成水縫之間竄水的現(xiàn)象，通過水網(wǎng)改造，將結(jié)晶器進(jìn)水壓力嚴(yán)格控制在（0.8±0.05

14、）MPa范圍，同時(shí)降低結(jié)晶器水的冷卻強(qiáng)度，將原寬面冷卻水由180m3/h降低到170m3/h，從而降低結(jié)晶器內(nèi)的冷卻強(qiáng)度，促進(jìn)結(jié)晶器內(nèi)初生坯殼的均勻生長(zhǎng)。為了穩(wěn)定結(jié)晶器進(jìn)水溫度對(duì)結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度的影響，對(duì)結(jié)晶器的總管進(jìn)水溫度進(jìn)行控制，將其穩(wěn)定在20以上，從而減緩結(jié)晶器的冷卻，減少初生坯殼在結(jié)晶器內(nèi)形成裂紋。3.3 優(yōu)化成分設(shè)計(jì)，穩(wěn)定工藝操作對(duì)于微合金鋼，在成分設(shè)計(jì)上，一般含Nb、V、Ti鋼Nb、Ti含量成分控制在0.015%0.03%，V可適當(dāng)放寬范圍。對(duì)原來單獨(dú)加入Nb的嘗試復(fù)合加入Nb-Ti合金。并且進(jìn)一步規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)澆注，對(duì)不適應(yīng)現(xiàn)操作的保護(hù)套管重新設(shè)計(jì)，并且由原來的中包摘保護(hù)套管取樣改

15、為不摘保護(hù)套管升大包取樣，從而防止鋼水的吸氮，防止鑄坯中氮化物的集中析出。為了適應(yīng)鋼種微合金化的需要，適當(dāng)降低了結(jié)晶器水環(huán)水、支導(dǎo)段的水量，加強(qiáng)連鑄機(jī)二冷水噴嘴檢查，保證二冷水汽水壓力的平衡，增加二次冷卻的均勻性，從而減少鑄坯表面縱裂紋在二冷區(qū)的擴(kuò)展。并重新制定了鑄機(jī)溫度、拉速控制操作規(guī)程，進(jìn)一步規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)的各種操作，穩(wěn)定鑄機(jī)的拉速和溫度。中包溫度要求嚴(yán)格控制在15301540、拉速嚴(yán)格控制在0.91.0m/min的范圍內(nèi)。水口傾角為向下18°，為了提高結(jié)晶器內(nèi)彎月面處的熱量，延遲和減薄彎月面處坯殼的形成，增加鑄坯坯殼在結(jié)晶器內(nèi)冷卻和收縮的均勻性，從而減少裂紋的形成。將水口插入深度從原

16、要求的鋼液面距分流孔上口150170mm調(diào)整到現(xiàn)在的140160mm。水口壽命嚴(yán)格控制在79爐之間，并且根據(jù)鑄坯質(zhì)量、水口周圍鋼水的翻騰情況及時(shí)調(diào)整水口位置，必要時(shí)更換水口。3.4 堆垛緩冷工藝的運(yùn)用由于濟(jì)鋼第一煉鋼廠Nb微合金化鋼比較多，而該類鋼種的裂紋傾向大，并且容易在二冷區(qū)域和精整區(qū)域的打水冷卻過程中擴(kuò)展。因此，為了防止這樣的裂紋擴(kuò)展，要求所有的涼料鑄坯堆垛緩冷24h以上方可鋪開精整，并且嚴(yán)禁打水冷卻。4 改進(jìn)效果4.1 表面縱裂紋一次合格率提高經(jīng)過近兩個(gè)月時(shí)間，采取一系列改進(jìn)措施后，濟(jì)鋼第一煉鋼廠鑄坯的表面縱裂紋一次合格率有了大幅度的提高。2006年1-8月份，精整區(qū)域鑄坯的縱裂紋一次

17、合格率統(tǒng)計(jì)情況見圖1。圖1  精整區(qū)域鑄坯表面縱裂紋一次合格率從圖1可以看出，隨著各種減少鑄坯表面縱裂紋的措施的實(shí)施，鑄坯的一次裂紋合格率由最初1月份的50提高到8月份的92。4.2 軋制退廢中裂紋影響缺陷所占的比例減少隨著各種改進(jìn)措施的實(shí)施，后道軋制工序受鑄坯表面縱裂紋影響的裂紋、結(jié)疤冶煉退廢量逐月減少。具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況見表1。表1  2006年18月中板軋制退廢及裂紋、結(jié)疤在退廢中所占的比例月份裂紋/t結(jié)疤/t合計(jì)/t裂紋與結(jié)疤/t占退廢比/%1102.991141.91434.494244.90156.02101.196107.031366.385208.22757.0319.47996.567248.192116.04647.044.77385.668287.73790.44131.05309.771117.068753.212426.83956.062