矩形坯工藝及質量

1、矩形坯工藝及質量控制矩形坯工藝及質量控制 4#機機 尹峰尹峰 2010.6 簡介：簡介：o什麼是矩形坯？ 方坯寬厚比是1，板坯寬厚比一般是3，介于兩者之間的就是矩形坯。o4#機生產(chǎn)3個斷面規(guī)格，寬厚比分別是：1.5625；1.3818；1.26125。由于寬厚比較小，所以也叫大方坯。o矩形坯的特點：兼具小方坯與板坯的特點。如：從生產(chǎn)事故方面來說，既有小方坯的角裂漏鋼，又有板坯的寬面中心縱裂和粘結漏鋼。 目錄：目錄：o連鑄鋼水的溫度和成分連鑄鋼水的溫度和成分 溫度重要性及碳等成分o連鑄鋼水的凝固連鑄鋼水的凝固 重要點位和工藝控制核心思路的確立o矩形坯工藝控制矩形坯工藝控制 工藝控制核心思路在操作

2、過程中的具體實施o保護渣操作保護渣操作 保護渣的機理及現(xiàn)場判定，操作過程中的注意事項 連鑄鋼水的溫度與成分連鑄鋼水的溫度與成分 鋼水溫度鋼水溫度o良好的鋼水溫度會有效提高鑄機生產(chǎn)率，保證鑄機生產(chǎn)的穩(wěn)定性；同時，由于較低的過熱度能有效抑制柱狀晶的生長（連鑄鋼水凝固），擴大與提高等軸晶的比例，從而獲得良好的鑄坯質量。并且在實際操作中，過熱度的降低，可以保證較高的中包工作液面，促進了鋼水中夾雜與氣體的充分上浮，提高了鋼水純凈性。o因此，合適的鋼水溫度是連鑄順行的前提，又是獲得良好鑄坯質量的基礎。鋼水成分鋼水成分 碳是鋼中最基本的，也是對組織性能影響最大的元素。當c在0.08-0.12%時，鋼的熱裂紋

3、敏感性增加，隨著c增加，鋼的裂紋敏感性逐步增加。當c達到0.17-0.22%時，鋼的總延伸率和塑性延伸率最低，直至為零（碳素鋼）。因此，c在0.17-0.22%時，鋼的熱裂紋敏感性最大（碳素鋼，ss400)。所以c應盡量控制在下限區(qū)域，即低于0.20%，可有效降低熱裂紋敏感性。如c大于0.17%，應控制好過熱度及拉速，減小-的相變體積收縮，防止角裂漏鋼的產(chǎn)生。（綜合考慮，觀點較多） 硫硫o硫對鋼的熱裂紋敏感性有較大影響。o硫在鋼中的存在形式主要為FeS和MnS。os增加時，鋼的延伸率大大降低。oMn/S ，小方坯一般不小于15，大方坯不小于20，板坯不小于25。o連鑄作業(yè)過程中，應嚴禁出現(xiàn)高溫

4、、高硫、高拉速的存在，這極易導致生產(chǎn)事故（工藝控制詳細討論危害作用過程機理）。硫高時應注意過熱度與拉速的控制，適當降低拉速，保證生產(chǎn)與質量的安全性和穩(wěn)定性。 錳、硅含量錳、硅含量o采用錳硅脫氧時，如Mn/si小于2.5，其脫氧產(chǎn)物多為固態(tài)的SiO2，所以鋼水較粘，流動性差。當Mn/Si大于2.5時，脫氧產(chǎn)物為液態(tài)的硅酸錳，流動性好，夾雜易上浮。鈮鈮o鈮能細化晶粒，提高強度。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。 o高溫條件下，會降低鋼的高溫塑性，使鑄坯產(chǎn)生橫裂。o鑄坯內凝固前沿所產(chǎn)生的熱應力，會導致內裂的

5、產(chǎn)生。連鑄鋼水的凝固連鑄鋼水的凝固 鐵在不同的溫度范圍內有不同的晶體結構。室溫鐵是體心立方晶格（點陣），稱為鐵（Fe）。溫度升高到912時，鐵轉變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц?，稱為鐵（Fe）。溫度升高到1394時，鐵轉變?yōu)轶w心立方晶格，稱為鐵（Fe），F(xiàn)e一直保持到1538 變?yōu)橐后w 。鐵的鐵的“同素異構同素異構”（L ） 相圖相圖包晶反應包晶反應 鋼水溫度降到液相線溫度時，從液體中結晶出的固體為Fe，并以柱狀晶（？）形式長大，溫度繼續(xù)降低時，發(fā)生包晶反應Fe+LFe，即：圍繞Fe形成Fe包層，形成了Fe+Fe+L三個相界面。 溫度繼續(xù)降低， 相長大是由碳原子通過相界面擴散，使相和液體消耗殆盡，全部變成相（

6、奧氏體）。（奧氏體的晶界析出）L 柱狀晶圖片柱狀晶圖片柱狀晶圖片柱狀晶圖片 鋼水中，F(xiàn)e與FeS的共晶體Fe-FeS，其熔點只有985。在凝固過程中，由于選分結晶的作用，F(xiàn)e-FeS被隔離柱狀晶間，在軋制過程中，加熱爐溫度超過1100，就會熔化，軋材出現(xiàn)斷、裂現(xiàn)象。硫危害的硫危害的機理機理 鋼水脫氧不良或過氧化，會加劇這種現(xiàn)象的發(fā)生：過多的FeO與FeS形成了熔點更低的FeS-FeO共晶體（940）。增加Mn的含量，可以提高鋼水中Mn/S，降低硫的危害。加強了脫氧，減少了FeS-FeO的生成。糊狀晶糊狀晶o糊狀晶是鋼水在凝固過程中，當強度和塑性為“0”時的兩溫度區(qū)內鋼的物理狀態(tài)。如：鑄坯在凝固

7、過程中，當溫度降至1504時，高溫強度為“0”。溫度降至1452時，高溫塑性為“0”時，在此兩溫度區(qū)間即是糊狀晶區(qū)域，也叫粘稠區(qū)。（固相率）o糊狀晶受機械應力和熱應力作用。糊狀晶在二冷區(qū)域存在時，易產(chǎn)生內裂；在鑄坯中心區(qū)域出現(xiàn)（凝固末端）時，伴隨中心裂紋、疏松、偏析等缺陷的產(chǎn)生。（方法）o糊狀晶與澆注溫度、二次冷卻、鋼種元素含量等有關。（S355K2，1.0m/min 1.2m/min；345B的T ）o高溫區(qū)（1300 到固相線以下50 ） 在此區(qū)，鋼的高溫塑性和強度明顯降低，特別是s.p等偏析元素的存在，在枝晶間析出液相薄膜（薄膜（未凝未凝），使鋼的脆性增加，這是固液界面容易產(chǎn)生裂紋的根本

8、原因。o中溫區(qū)（1300-900 ）在此區(qū)，鋼處于奧氏體相區(qū)。它的強度決定于晶界析出的硫化物、氧化物的數(shù)量和形狀。o低溫區(qū)（900-700 ）這個脆性區(qū)存在的相變，并在晶界上有AIN和Nb、Ti（c，n）等質點沉淀，使延性降低，加劇了裂紋的形成與擴展。 鋼的三個高溫脆性區(qū)鋼的三個高溫脆性區(qū)高溫脆性曲線高溫脆性曲線工藝控制工藝控制核心思路核心思路o獲得良好的柱狀晶獲得良好的柱狀晶環(huán)帶環(huán)帶（“控制住狀晶控制住狀晶”）o良好柱狀晶環(huán)帶的特征： 1.足以包裹液芯鋼水，不至于產(chǎn)生工藝事故。 2.柱狀晶細（生成條件、固液界面的生長）； 晶間間隙小，組織致密；晶界析出彌散（相對），相變應力?。ㄊ鹿?、質量兩方

9、面影響） 。連鑄坯的組織連鑄坯的組織結構結構柱狀晶生長柱狀晶生長簡示簡示圖圖矩形坯矩形坯工藝工藝及質量控制及質量控制 分工序進行交流。主要從實際操作角度出發(fā)，著重介紹矩形坯工藝控制核心思路核心思路的實施細節(jié)。由于連鑄是個系統(tǒng)控制問題，所以中間會有部分內容相互穿插。如大包澆注涉及到拉鋼和二冷控制，二冷控制受大包澆注和拉鋼過程的影響等。大包工序大包工序 中間包注流的特點（多流鑄機）：中間包包形多為T形或三角形，中間包中間注流所受到的溫度、大包注流的沖擊強度以及夾雜、氣體上浮的有效時間等工作環(huán)境因素要比兩側注流差。 大包、中間包的鋼水溫度分布及澆注溫度曲線大包、中間包的鋼水溫度分布及澆注溫度曲線（“

10、兩低一高兩低一高”） 1、中包液面的“兩高一低”：延緩、抑制中包澆注溫度的上升，平緩澆注溫度曲線。 2、中包拉速的“兩高一低”：中間注流的安全性，減弱大包注流的沖擊、擾動強度，延長了夾雜、氣體的上浮時間 。 800mm兩高一低兩高一低o高液面操作：實驗表明，夾雜物在中間包上浮所需最短時間大約是5min。延長滯留時間，可使夾雜物充分上浮，氣體聚集排出，降低結晶器鋼水溫度，鋼水均質。o污染鋼水的分布：大包、中間包 正常狀態(tài)： 恒定、勻速下降、勻速上升； 波動平緩，不能急升驟降或忽快忽慢。 原因：（二冷關系）中間包工作液面中間包工作液面高溫的控制高溫的控制 開澆后，工作液面相對低點（800mm不等-

11、t鋼/min，收窄一高范圍，抑制T），更換滑塊（中間、成本），不能犧牲液面（柱狀晶，晶間間隙與氣體、夾雜充填，角部凹陷的后患，質量或事故）。階梯狀包襯吸熱（由來）o兩個矛盾：液面、拉速“兩高一低”的滑塊配置生產(chǎn)節(jié)奏o一個原則：近滿包時匹配生產(chǎn)節(jié)奏o辦法一：細化滑塊內徑（ 不同的中間包使用周期）o辦法二：增加中間包溶池深度o一個思考：優(yōu)秀的大包工不一定是合適的班機長，但班機長必須是優(yōu)秀的大包工小結小結拉鋼工序拉鋼工序 結晶器的冷卻： 縱向、橫向； 角部、面部； 改善結晶器冷卻的兩種思路 （高結晶率、低粘度保護渣）縱向橫向o為什麼角部容易漏鋼？（微觀與宏觀凹陷，簡單擴展至二冷）o角部漏鋼的因素：正

12、常生產(chǎn)中隨時可能遇到的因素（ 結晶偏析傾向大，晶界脆化）o關于拉鋼操作過程中其他問題在保護渣操作部分交流討論。1：注冊表：注冊表 2：跟蹤：跟蹤 3、調節(jié)閥、調節(jié)閥 4、檢測、檢測 閉環(huán)與開路閉環(huán)與開路二冷部分二冷部分o鑄坯在冷卻收縮過程中，若坯殼所受溫差過大會導致坯殼產(chǎn)生裂紋并造成鑄坯內部柱狀晶發(fā)達，甚至形成搭橋現(xiàn)象。二冷水強度和分布非常重要。o二次冷卻都應遵循以下幾個原則： 1、上強下弱。鑄坯出結晶器后，在二冷上段坯殼薄、熱阻小、坯殼收縮產(chǎn)生的應力亦小，有利于強冷，減少漏鋼事故。隨著鑄坯不斷地向二冷下段運動，坯殼逐漸加厚，熱阻增大，為避免鑄坯表面因應力過大而產(chǎn)生裂紋，要逐漸減小冷卻強度（亦

13、稱比水量：即每千克鋼耗水量L/kg）。適宜的冷卻強度可以減輕或避免鑄坯的裂紋、中心疏松等缺陷。 2、保證鑄坯表面均勻冷卻。鑄坯角部冷卻不宜過大，要求拉坯方向表面溫差小于200/m，橫向表面溫差小100/m 。 3、 控制鑄坯表面回溫在容許范圍內。防止凝固前沿的拉應力過大而導致內裂紋，應控制二次冷卻空冷段鑄坯表面的回溫速度小于100/m 。 4、耗水量要能靈活調節(jié)，因為冷卻強度隨鋼種而變。某些熱敏感性強的鋼種冷卻強度還要低一些。 5、避免在脆性區(qū)（700-900）矯直。 6、冷卻效率要高，以加速熱量的傳遞。提問：1、為什麼冷卻強度大、澆注溫度高柱狀晶粗大？（晶間疏松 析出集聚）2、為什麼冷卻強度

14、小、澆注溫度低柱狀晶細?。浚ňчg致密 相對彌散） 圖解：圖解：高溫、高硫、高拉速（三高）的生產(chǎn)危害機理 高溫鋼水凝固特點； 硫危害的機理； 高拉速坯殼組織特點。o高硫的控制：弱冷，降低坯殼的不均勻生長，柱狀晶細、短，晶間間隙小，縮小硫的低溫共晶體的生存空間，擠壓到液芯中去。o二冷總體控制思路：結晶器弱冷，零段、段冷卻適當強冷（方式：Q、F），、弱冷回熔（枝晶雨）。總強度減弱（16%，18%，19%），生成“光斑”（火切工序的鑄坯在線判定）?；鹎泄ば蚧鹎泄ば?鑄坯經(jīng)火焰切割工序切割后，在鑄坯切斷面形成一定特征，這些特征可判斷鑄坯凝固情況，從而為拉鋼的安全性、質量的穩(wěn)定性服務。并可根據(jù)特征對鑄坯進

15、行在線調整，適應長生產(chǎn)周期的要求（噴嘴堵塞、泄漏等，影響冷卻通腔）。o坯面覆蓋均勻、細碎的氧化鐵皮（矩形坯、小方坯的不同）o“光斑”居中，直徑5070mm，“光斑”輻射區(qū)面積占鑄坯切斷面的50-60%。（飄移）o形狀尺寸良好，無凹陷等形狀缺陷（重點判斷漏鋼）良好鑄坯特征良好鑄坯特征工藝控制小結工藝控制小結o閉環(huán)控制火切工序大包工序拉鋼工序二冷部分保護渣操作保護渣操作o連鑄保護渣是以CaO-SiO2-AI2O3為基料，NaO、CaF2等為熔劑，碳質組分為骨架材料的一種硅酸鹽材料。o保護渣的工藝性能：鋪展性、透氣性、保溫性、燒結及渣團渣條o堿度為CaO/SiO2。它對于保護渣的結晶特性影響很大，因

16、而影響保護渣的導熱性和潤滑性能。o保護渣的堿度一般為0.61.4，當保護渣的堿度小于1.0時為酸性渣，凝固后呈玻璃體，潤滑性很好，導熱性能很好。o當堿度大于1.0時為堿性渣，能提高凝固溫度，促使結晶化，帶來緩慢冷卻，有助于防止縱裂紋的發(fā)生。o提高熔渣堿度，可使熔渣粘度降低，使擴散速度加快，因而有利于加快吸收速度。所以提高堿度是提高熔渣吸收三氧化二鋁夾雜物速度的有效手段。粘度粘度o保護渣的粘度主要是由溫度和化學成分決定的。溫度升高，粘度減小。o隨著保護渣中SiO2、Al2O3含量的升高及堿度(CaO/SiO2)的降低，粘度升高。o另外，網(wǎng)狀組織抑制元素,例如氟化物(NaF、CaF2 )，強堿（N

17、a2O、K2O)和堿金屬氧化物(CaO、 MgO、BaO）可降低保護渣的粘度。o保護渣粘度一般用粘度測定裝置測出。o保護渣作用過程機理：圖示o溫度分布：40-600-1250-1530o液渣厚度：液面起伏高度（3-4倍振幅？駐波高度）o渣圈厚度的影響因素：結晶器熱面溫度、保護渣粘度、鋼水溫度、保護渣厚度、保護渣熔點溫度等， 渣圈薄，振痕淺o圖示：粘結漏鋼的機理 渣圈較厚（原因：粘度、冷卻、操作等），堵塞甚至封死了液渣流入氣隙的通道，造成了潤滑傳熱不良，產(chǎn)生粘結漏鋼；渣圈未挑凈，小渣圈被帶入氣隙中(或鋼液面波動將其卷入)，隔絕了液渣的潤滑傳熱，造成潤滑傳熱不良，產(chǎn)生粘結漏鋼（如被帶入渣圈較大，則形成出結晶器口的渣漏）。o液渣層厚度穩(wěn)定，隨渣厚的變化不大。o渣面適度“活躍”，結晶器有四周均勻的火苗，渣面偶爾飄過火苗。o鋼面無結