70 鋼鑄坯表面渣溝缺陷分析與優化

關文博，王 崢，朱 嘉，宋明明

（山西建邦集團通才工貿有限公司，山西 侯馬 043400）

山西建邦集團通才工貿有限公司鋼廠在連鑄生產70 鋼時，連鑄鋼坯表面出現了嚴重的渣溝缺陷，甚至出現渣溝漏鋼等惡性生產事故。針對此缺陷，經過分析認為是結晶器保護渣熔化性能不良，摩擦阻力大，潤滑不良造成。通過對結晶器錐度和保護渣性能的優化，解決了渣溝問題，保證了鋼坯質量和生產順行。

1 方坯連鑄機主要參數

山西建邦集團通才工貿有限公司鋼廠生產70鋼連鑄鋼坯的鑄機主要參數如下：

機型：全弧形連鑄機；弧形半徑：9 m；鑄坯斷面：150 mm×150 mm；結晶器長度：90 mm；二冷形式：全水+氣霧冷卻；電磁攪拌：內置式首端電磁攪拌和凝固末端電磁攪拌；振動方式：液壓振動。

2 缺陷位置和形貌

70 鋼連鑄坯表面縱向渣溝（見圖1）主要分布在鑄坯的內孤，有少部分出現在側弧。鑄坯表面縱向渣溝外觀特征表現：

圖1 70 鋼連鑄坯表面縱向渣溝

1）在連鑄鋼表面出現多道溝狀缺陷。

2）部分缺陷呈現出逐漸變深變寬的趨勢。

3）部分發展為出現零星焊點狀滲漏的較深溝狀缺陷，后焊點狀滲漏逐漸密集。

4）深溝前方有明顯渣塊。

5）大多數表面渣溝缺陷消失；少量鑄坯表面缺陷嚴重時，出現漏鋼（見圖2）。

圖2 70 鋼連鑄坯表面縱向渣溝導致漏鋼

3 渣溝缺陷原因分析

通過現場生產的觀察，在出現渣溝缺陷前，會在結晶器內出現渣條。之前使用的高碳鋼保護渣，其黏度和熔點較高，消耗量較低，只有0.18 kg/t 左右，使得保護渣在結晶器內停留時間較長，造成燒結層發達，容易出現渣條[1]。

當結晶器下行時，黏在結晶器壁上的渣條就會阻礙液渣的均勻流入，容易引起鑄坯與結晶器之間局部潤滑不良，從而造成鑄坯表面冷卻不均，同時渣條對初生坯殼進行擠壓，致使坯殼向內彎曲（見圖1、圖2）。

在結晶器上行過程中，由于泵吸作用，在該內彎處有較多的液渣被吸入，隨著結晶器內坯殼厚度的不斷穩定增長，這些過多的保護渣會阻礙該處坯殼由于鋼水靜壓力而產生的向外膨脹，一直持續到坯殼達到足夠的厚度，在坯殼與結晶器之間形成穩定的氣隙，這種內彎被固定在坯殼上形成渣溝。因為渣圈對坯殼的擠壓作用是連續的，因此形成的渣溝也是連續的[2]。

由于渣溝的存在，導致該處局部潤滑不良，鑄坯表面冷卻不均，初生坯殼厚度不均勻，在渣溝處坯殼較薄，應力集中，當應力超過坯殼抗拉強度時，會渣溝底部容易產生縱裂紋。

黏在結晶器壁上的渣條大小決定了渣溝的深淺，當渣溝發展到足夠深時，對應的坯殼足夠薄，不能承受鋼水的靜壓力和熱應力，渣溝底部會產生裂紋，鋼水突破坯殼與渣層的阻力滲出，結晶器內滲出的鋼水再次遇冷凝固，下渣的通道被堵塞，渣溝內的壓力上升，因而阻礙了滲漏的進一步發展，所以初期發生的的滲漏是間斷的；但隨著渣溝的進一步發展，進一步變寬變深，阻礙滲漏發生所需的壓力會逐漸增加，當一處滲漏所形成的壓力不足以抗拒鋼水的靜壓力時，就會發生連續的滲漏，鑄坯表面形成連續的二次凝固現象[2]。

鑄坯出結晶器后，渣溝處對應的坯殼厚度仍不足以抗拒鋼水的靜壓力時，就會發生漏鋼事故（見圖2）。當黏在結晶器上的渣條剝離后，鑄坯表面的渣溝隨之消失。

結晶器合適的倒錐度可以避免出現不均勻的氣隙和不均勻的冷卻，對減少熱縱裂、避免漏鋼超一定的作用[3]。

倒錐度過大會增加拉坯阻力，黏在結晶器壁上的渣條不易剝離，鑄坯表面的渣溝不易消除。本次生產70 鋼前，鑄機以低碳鋼為主，其結晶器倒錐度相對較大，上下口差值達到1.7 mm，錐度為1.21%/m。

相比低碳鋼，70 鋼凝固收縮系數較小，因此大錐度結晶器銅管會加大鑄坯表面與結晶器之間的摩擦力，造成結晶器內鑄坯潤滑不良，加劇了鑄坯表面冷卻不均的程度，加重了渣溝缺陷。

4 調整措施

為了消除70 鋼表面渣溝缺陷，可以在提高結晶器保護渣消耗量，提高保護渣熔化性能，加強結晶器內潤滑，降低鑄坯表面與結晶器之間的摩擦力等方面進行攻關。

1）因70 鋼澆注溫度低，在高溫狀態下收縮小，為提高保護渣的耗量，滿足鑄坯的潤滑要求，高碳鋼保護渣低熔點、低黏度是調整方向。通過對保護渣指標進行調整后，70 鋼的渣耗量提高到0.26 kg/t 左右，結晶器內保護熔化狀態良好，出現渣條的現象明顯減少。調整前后保護渣理化指標的對比見表1。

表1 調整前后保護渣的理化指標

2）根據70 鋼凝固收縮的特點，對結晶器倒錐度進行了優化，由原先的1.21%/m 調整為1.07%/m，有效降低了鑄坯與結晶器之間的摩擦力。

5 效果

通過采取上述措施70 鋼的渣耗量提高到0.26 kg/t 左右，結晶器內保護渣熔化狀態良好，出現渣條的現象明顯減少。自2019 年3 月以來，70 鋼鑄坯表面未再次發現渣溝，也未發生渣溝導致的漏鋼事故。