低碳鋼連鑄方坯凹陷形成原因分析及控制工藝

史書廣 楊洪藝 王宇

摘 ?要：介紹永興特鋼煉鋼廠生產(chǎn)低碳鋼時，鑄坯凹陷形成的原因分析，采取的工藝措施以及取得的控制效果。在連鑄的生產(chǎn)中，鑄坯會發(fā)生凹陷，降低了鑄坯合格率。永興特鋼煉鋼廠2號連鑄機，在生產(chǎn)過程中極易發(fā)生凹陷的現(xiàn)象，因此，為了提高鑄坯的質(zhì)量，對鑄坯凹陷形成的原因進行了分析，并采取了相應的工藝控制措施。

關(guān)鍵詞：方坯;凹陷;控制措施

一、引言

某鋼廠在生產(chǎn)0.20%C鋼的時候，經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)部分鑄坯表面存在凹陷，，內(nèi)弧面尤為嚴重，在軋制后形成軋材表面缺陷，導致軋材修磨量增加。為提高鑄坯表面質(zhì)量，向軋鋼提供無缺陷的連鑄坯，必須解決此類鋼種的鑄坯表面凹陷問題。為此，結(jié)合相關(guān)鋼種，對連鑄坯表面凹陷進行解剖酸洗，檢驗分析凹陷的成分組織、密度變化、凹陷形態(tài)、深度等。根據(jù)檢驗結(jié)果，參閱國內(nèi)外有關(guān)文獻，確定連鑄方坯表面凹陷產(chǎn)生的原因。據(jù)此采取措施，取得了預期的效果。

二、分析凹陷原因

鑄坯發(fā)生凹陷的主要原因是鑄坯在結(jié)晶器和二冷區(qū)冷卻過程中，因局部冷卻不均勻，鑄坯凝固收縮力或外界擠壓力大于坯殼承受的變形力，發(fā)生坯殼凹陷變形現(xiàn)象。特別是在低碳鋼Q235上，這種凹陷現(xiàn)象時常發(fā)生。因為低碳鋼Q235在結(jié)晶器內(nèi)凝固時，發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生的應力容易集中在坯殼薄弱部位。通過生產(chǎn)實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，導致鑄坯凹陷發(fā)生的原因有：結(jié)晶器傳熱不均勻、噴嘴堵塞、二次冷卻強度過大、扇形段足輥不轉(zhuǎn)積渣、扇形足輥段精度不夠、澆注溫度高拉速快。2.1 結(jié)晶器傳熱不均勻結(jié)晶器保護渣性能不良。結(jié)晶器保護渣不僅起潤滑、保溫、隔絕空氣的作用[1]，而且在結(jié)晶器壁與坯殼之間的液渣層的傳熱作用相當重要，其傳熱性能直接影響到出結(jié)晶器坯殼厚度。而保護渣對結(jié)晶器熱流的影響取決于渣膜厚度，結(jié)晶器銅管劃傷或鍍鉻層剝落。結(jié)晶器銅管劃傷或鍍鉻層剝落較嚴重時，造成鑄坯在結(jié)晶器的冷卻不均勻，使得出結(jié)晶器坯殼厚度不均勻。坯殼較薄的部位，受到強烈的二冷水噴淋冷卻，凝固收縮力不均勻易發(fā)生凹陷。根據(jù)對發(fā)生鑄坯凹陷的結(jié)晶器進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)結(jié)晶器銅管劃傷或鍍鉻層剝落超標的比例大約占30%，在沒有檢查出其他原因的情況下，更換新的結(jié)晶器后未發(fā)生凹陷現(xiàn)象。結(jié)晶器銅管與水套間的冷卻水縫不均勻。當結(jié)晶器安裝精度不高或生產(chǎn)中銅管發(fā)生變形等，水縫超過了設計值，在水縫小于3mm的一邊形成湍流層，冷卻速度變差，這樣結(jié)晶器四周的冷卻速度不同，造成結(jié)晶器坯殼厚度不均勻。在坯殼較薄的部位，受到強烈的二冷水噴淋冷卻，凝固收縮力不均勻易發(fā)生凹陷。

2.2 噴嘴堵塞

噴嘴堵塞特別是足輥段噴嘴堵塞，此時鑄坯剛出結(jié)晶器，坯殼厚度較薄，約13 mm左右。因噴嘴堵塞未被二冷水噴到的局部區(qū)域產(chǎn)生回熱，使已凝固的坯殼重新溶化，坯殼厚度減薄。其他被二冷水噴到的區(qū)域，坯殼繼續(xù)凝固，坯殼厚度增加。此時因不均勻的凝固產(chǎn)生收縮應力不等，在坯殼承受變形力大的區(qū)域發(fā)生凹陷。根據(jù)凹陷次數(shù)的統(tǒng)計分析噴嘴堵塞或足輥不轉(zhuǎn)積渣擋住噴嘴的比例占大約45%。

2.3 二次冷卻強度過大

出結(jié)晶器坯殼受到強的二次冷卻，坯殼發(fā)生迅速收縮，若出現(xiàn)澆注溫度高、拉速較快的現(xiàn)象，在應力集中的部位，易發(fā)生凹陷。

2.4 扇形段足輥不轉(zhuǎn)積渣

扇形段足輥不轉(zhuǎn)，導致保護渣皮在鑄坯與足輥的滑動摩擦中脫落，堆積在鑄坯與足輥之間，擋住噴嘴的噴射角度。有研究表明，二冷一區(qū)突然停止水滴的噴射，鑄坯表面溫度會回升達100～400℃[2]。積渣部位的鑄坯不僅得不到二冷水的冷卻，而且受到溫度較高的積渣隔絕，冷卻效果差，在澆注溫度較高的情況下極易發(fā)生凹陷。

2.5 扇形足輥段精度不夠

扇形足輥段精度差，如對輥不平行、輥子表面質(zhì)量差、輥間距超過標準等。鑄坯通過足輥段時受到擠壓，在坯殼薄弱的部位易發(fā)生凹陷。

2.6 澆注溫度高，拉速較快

澆注溫度高，拉速較快，出結(jié)晶器坯殼厚度較薄，在二冷區(qū)受到噴嘴堵塞、輥子積渣、足輥段精度不夠，結(jié)晶器不對中等任何一個原因的影響，在薄弱的部位易發(fā)生凹陷。根據(jù)對凹陷次數(shù)的統(tǒng)計分析澆注溫度高拉速快的比例大約占15%。在實際生產(chǎn)中可以通過及時降低拉速來解決。

三、工藝的控制措施

3.1規(guī)范結(jié)晶器保護渣的使用和管理

結(jié)晶器保護渣的放置區(qū)域防水防潮，按照先進先用的原則，保證其在有效期限內(nèi)使用，按鋼種操作要點使用保護渣。使用過程中，統(tǒng)計其消耗情況，測量液渣層厚度，發(fā)現(xiàn)消耗異?；蛞涸鼘雍穸犬惓＜皶r停用該批號的保護渣。定期抽查化驗保護渣成分，對成分不合格的保護渣嚴禁使用。

3.2完善結(jié)晶器檢查標準

制定結(jié)晶器檢查標準，下線結(jié)晶器主要檢查其彎液面處結(jié)垢情況，測量和校正結(jié)晶器銅管與水套間的水縫。結(jié)晶器鍍鉻層脫落或表面劃痕深度超過1mm必須下線處理，嚴禁使用未檢查合格的結(jié)晶器。從A31號結(jié)晶器檢修記錄（見表1），可以看出結(jié)晶器檢修標準均合乎要求。

3.3控制好二冷水質(zhì)，減少噴嘴堵塞

每周對二冷水水質(zhì)化驗檢查，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常，進行加藥過濾處理，確保水質(zhì)達標。鑄機檢修時，將二冷三區(qū)、四區(qū)噴嘴卸下清洗，對二冷水管道進行沖洗。鑄機年修時，對整個二冷水管道進行酸洗去垢。鑄機生產(chǎn)時，每班至少檢查3次二冷段噴嘴噴霧的情況，并做好記錄，發(fā)現(xiàn)噴嘴堵塞，必須停機更換。

3.4改進扇型段結(jié)構(gòu)，控制扇形段檢修精度

改進扇形段足輥的結(jié)構(gòu)，增加輥子軸套，防止保護渣在輥子軸套處堆積造成輥子不轉(zhuǎn)。增設扇形段足輥沖渣水設備，對足輥上表面進行沖洗，防止足輥積渣，確保噴嘴噴霧冷卻效果。檢修好的扇形段，必須由專業(yè)負責人對其精度進行檢查，確認其符合標準才準許使用。扇形段上線前，必須檢查其足輥是否運轉(zhuǎn)靈活，試水檢查噴嘴是否堵塞，達不到要求不準上線使用。從扇形段檢修驗收記錄可以看出，扇形段的檢修精度都達到了標準要求。

3.5嚴格按照工藝標準操作

鋼水過熱度與拉速匹配是保證鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵。嚴格按照工藝標準要求控制鑄機拉速是連鑄生產(chǎn)重要的工藝紀律。中包鋼水過熱度較高時，及時測量中包內(nèi)鋼水溫度，標準化操作，保證測量溫度的準確性，拉速按下限標準操作，避免過熱度高、拉速快的現(xiàn)象。針對鑄坯凹陷發(fā)生的6個主要原因，采取相應的工藝控制措施，取得了良好的控制效果。2017年發(fā)生的鑄坯凹陷有21次，147.4 t，Q235占比例為75.6%，2018年1～ 11月份發(fā)生的鑄坯凹陷只有3次，23.5 t，Q235占比例為35.8%。

四、結(jié)論

通過對鑄坯凹陷發(fā)生原因進行分析，找出了主要原因，并采取了一系列的控制措施，使低碳鋼生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的鑄坯凹陷現(xiàn)象得到了較好的控制。但鑄坯凹陷現(xiàn)象還偶爾發(fā)生，還需要在這方面做深入的研究。

參考文獻

[1]蔡開科，潘毓淳，趙家貴.連續(xù)鑄鋼500問[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1994.

[2]史宸興.實用連鑄冶金技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1997.

作者簡介：

史書廣，男，漢族，1986.11，河南安陽，本科，化學工程與工藝專業(yè)，初級職稱，研究方向為冶金工程鋼鐵冶金技術(shù)及其理論，無基金項目。