李升，韓小強(qiáng)
( 河北津西鋼鐵集團(tuán)股份有限公司，河北唐山064300)
摘要: 為了提高連鑄的收得率和鑄坯合格率，針對(duì)異型連鑄常見的四種表面缺陷，從連鑄設(shè)備因素、缺陷產(chǎn)生機(jī)理、生產(chǎn)操作工藝等幾個(gè)方面進(jìn)行了細(xì)致的分析，并制定了有效的預(yù)防措施，實(shí)現(xiàn)了鑄坯收得率99．9%以上，鑄坯合格率99．95%以上的目標(biāo)。
關(guān)鍵詞: 鑄坯合格率; 表面缺陷; 產(chǎn)生機(jī)理; 預(yù)防措施
1 引言
鑄坯表面缺陷是連鑄生產(chǎn)過程中常見的缺陷形式，其不但影響鑄坯的收得率，而且還嚴(yán)重影響軋材的表面質(zhì)量，給成本帶來了極大的浪費(fèi)。
異型連鑄斷面復(fù)雜，產(chǎn)生表面缺陷的機(jī)率更大，針對(duì)異型連鑄坯常見的鑄坯表面缺陷產(chǎn)生的原因，主要從結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)、結(jié)晶器液面波動(dòng)、結(jié)晶器保護(hù)渣的理化性能、生產(chǎn)工藝因素等方面分析，為制定相應(yīng)的預(yù)防措施提供依據(jù)，為提高產(chǎn)品的質(zhì)量打下良好的基礎(chǔ)。
2 鑄坯表面缺陷
⑴腹板縱裂紋。橫向位置分布不固定，沿腹板縱向延伸斷續(xù)分布，長(zhǎng)短不一，長(zhǎng)的有幾米甚至更長(zhǎng)，短的有幾厘米，如圖1 所示。另外還有極少的呈直線固定分布。腹板縱裂紋是造成軋材裂紋的主要因素。
⑵小Ｒ 角部縱裂紋。沿著鑄坯的小Ｒ 角部成直線分布，短的幾厘米長(zhǎng)的可貫穿整根鑄坯，如圖2所示。小Ｒ 角部縱裂紋嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成連鑄的漏鋼事故，到目前為止還沒有發(fā)現(xiàn)其對(duì)軋材的影響。
⑶翼緣角部夾渣。多數(shù)呈結(jié)疤狀，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生一個(gè)缺口，最深的可達(dá)20 mm 深，缺口處還有未熔的保護(hù)渣，如圖3 所示。鑄坯翼緣肩角部夾渣輕者會(huì)造成軋材上結(jié)疤的產(chǎn)生，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)導(dǎo)致連鑄漏鋼。
⑷腹板振痕深一般寬度2 mm 左右，深度2 ～ 3mm，也可以說是橫向凹陷或是橫裂，如圖4 所示。
3 鑄坯表面缺陷的形成分析
⑴縱裂紋產(chǎn)生機(jī)理。
縱裂紋形成的基本條件: ①結(jié)晶器彎月面區(qū)初生坯殼不均勻，在坯殼薄弱處產(chǎn)生應(yīng)力集中; ②樹枝晶間元素( P、S) 的局部偏析，裂紋的萌生和擴(kuò)展總是在偏析嚴(yán)重之處［1］。坯殼厚度的不均勻性實(shí)際上就是冷卻過程中熱量傳輸和潤(rùn)滑的不均勻性，然而，實(shí)際生產(chǎn)中影響結(jié)晶器傳熱的因素很多: 氣隙的不均勻形成、保護(hù)渣渣膜厚度的不均勻、結(jié)晶器銅板不同的磨損狀況等等。一般情況下保護(hù)渣的黏度和拉速的積最佳的搭配η1300 vc = 0． 1-0． 3Pa × S ×( m/min) 時(shí)，水平傳熱和潤(rùn)滑的波動(dòng)都是最小的［2］。潤(rùn)滑和傳熱不良時(shí)會(huì)使鑄坯產(chǎn)生表面缺陷，而單位面積保護(hù)渣的耗量又是衡量保護(hù)渣潤(rùn)滑和傳熱的一個(gè)重要的參數(shù)［3］。
Qs = fQtρ /R
式中: f－保護(hù)渣的熔化比例; Qt －保護(hù)渣的噸鋼消耗量，kg /t; ρ－鋼的密度，t /m3 ; R－鑄坯比表面積，板坯Ｒ＜10，方坯Ｒ＞20，矩形坯Ｒ = 15，薄板坯Ｒ＞30。
Ｒ= 2( w+b) /wb
式中: w－結(jié)晶器的寬度，m; b－結(jié)晶器的厚度，m。
保護(hù)渣的噸鋼消耗量一般0．3 ～ 0．7 kg /t，異型坯斷面較為復(fù)雜其適應(yīng)性較差，耗量也要偏高些，能夠達(dá)到0．9 kg /t 左右。
⑵小Ｒ 角部縱裂紋形成原因。小Ｒ 角部是二維冷卻，最早形成氣隙而脫離銅板表面，由于斷面的復(fù)雜性翼緣肩角處保護(hù)渣熔化困難，液渣難以完全填充角部氣隙而使角部冷卻條件變差，同時(shí)由于兩個(gè)臨面的收縮使小Ｒ 角處應(yīng)力集中而產(chǎn)生縱裂或凹陷。
另外結(jié)晶器的銅板尺寸的精度也是影響小Ｒ角部縱裂紋的重要因素，還有生產(chǎn)節(jié)奏紊亂、鋼水質(zhì)量較差、溫度高、拉速快、結(jié)晶器液面不穩(wěn)定、冷卻強(qiáng)度過大等都是影響因素。
⑶翼緣肩角部夾渣的原因。翼緣肩角處鋼水的熱流補(bǔ)充不足，液渣層較薄、燒結(jié)層厚與固渣混合，再加上結(jié)晶器液面的劇烈波動(dòng)是造成夾渣的根本原因。保護(hù)渣選取的合理性可以改善由于斷面的客觀條件造成的保護(hù)渣熔化困難問題，然而影響結(jié)晶器液面波動(dòng)的因素就比較多和復(fù)雜了。
⑷振痕產(chǎn)生機(jī)理。振痕的產(chǎn)生有兩種常見的說法: 一種是“凹陷狀”振痕，由于坯殼拉裂焊合而形成; 另一種是“帶鉤狀”振痕，由于彎月面彎曲鋼水重疊凝固形成［4］。總之，振痕是由于振動(dòng)的存在而產(chǎn)生的。
目前連鑄機(jī)的振動(dòng)多采用了負(fù)滑脫振動(dòng)形式，一個(gè)振動(dòng)周期中負(fù)滑脫時(shí)間對(duì)振痕影響很大。銅板和坯殼總是保持相對(duì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，當(dāng)結(jié)晶器銅板向下振動(dòng)速度超過拉坯速度時(shí)，銅板將保護(hù)渣帶入的同時(shí)，液渣層沖擊鋼水彎月面，銅板相對(duì)坯殼向上運(yùn)動(dòng)時(shí)坯殼頂端重形成新的坯殼，在新舊坯殼交界的地方就形成振痕，而兩次沖擊之間鑄坯相對(duì)銅板的行程就是振痕的間距，結(jié)晶器銅板帶動(dòng)液渣下振，沖擊壓力越大振痕就越深，反之就越淺。或者用L表示:
L =VC /F
式中: VC－鑄機(jī)的平均拉速，m/min; F－振動(dòng)頻率，C /min，當(dāng)F＜15 mm 時(shí)，鑄坯的橫裂減少，振痕減輕［5］。
另外保護(hù)渣的性質(zhì)也是影響振痕的直接因素，保護(hù)渣的黏度越高振痕越淺，黏度越高時(shí)保護(hù)渣的耗量相應(yīng)的降低了，因此振痕就淺，而保護(hù)渣的渣條越大時(shí)振痕就越深，因?yàn)樵鼦l增大時(shí)會(huì)使液渣流入通道的壓力增加。
4 影響因素及預(yù)防措施
⑴結(jié)晶器的振動(dòng)。結(jié)晶器是連鑄機(jī)的“心臟”，那振動(dòng)就是“脈搏”，沒有振動(dòng)連鑄是無法正常生產(chǎn)的。振動(dòng)除了影響鑄坯的表面質(zhì)量外，還是影響生產(chǎn)事故的關(guān)鍵因素。結(jié)晶器的振動(dòng)軌跡應(yīng)當(dāng)與連鑄機(jī)的圓弧一致。振動(dòng)軌跡在使用過程中偏離圓弧很多時(shí)，將影響保護(hù)渣向下流入的均勻性。當(dāng)橫向偏離大于0．1 mm，或縱向偏離大于0．1 mm 時(shí)，鑄坯的表面缺陷就增多，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生粘結(jié)漏鋼事故［5］。
結(jié)晶器在線檢測(cè)的偏振數(shù)據(jù)比較困難和繁瑣，因此可以采用“水紋法”檢測(cè)作為參考。一般能夠用肉眼觀察到水紋的振動(dòng)就可以認(rèn)為產(chǎn)生了偏振現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)偏振問題就必須及時(shí)停下維修。所以說提高振動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備維修精度和加強(qiáng)振動(dòng)系統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)施，是保證鑄坯的表面質(zhì)量和杜絕生產(chǎn)事故的有效手段。
⑵結(jié)晶器內(nèi)鋼水的液面波動(dòng)。結(jié)晶器內(nèi)的坯殼是不斷地運(yùn)動(dòng)和生長(zhǎng)的，而結(jié)晶器的鋼水液面可以說是坯殼的最前端的一種動(dòng)態(tài)的平衡。液面的穩(wěn)定對(duì)鑄坯的表面質(zhì)量和生產(chǎn)事故都有很重要的影響，一般結(jié)晶器液面波動(dòng)控制在±3 mm，就能得到良好的鑄坯質(zhì)量。液面波動(dòng)劇烈影響保護(hù)渣的液渣正常流入，造成鑄坯表面缺陷的產(chǎn)生，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)漏鋼事故。
結(jié)晶器液面控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的要求較高，射源接收器的精度、信號(hào)處理的速度和拉矯機(jī)反應(yīng)的靈敏度; 生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)中: 鋼水中夾雜物極度不均勻性、水口對(duì)中偏差、水口插入深度、保護(hù)渣加入方式、換水口環(huán)節(jié)等這些都是影響結(jié)晶器鋼水液面波動(dòng)的因素。因此為了避免結(jié)晶器鋼水的波動(dòng)，一是要加強(qiáng)設(shè)備的檢測(cè)和維護(hù); 二是對(duì)一些人為因素要強(qiáng)調(diào)精準(zhǔn)性和熟練性。
⑶保護(hù)渣的理化性能。保護(hù)渣具有: 改善傳熱、潤(rùn)滑、隔絕空氣防止二次氧化、隔熱保溫、吸收夾雜的作用。為了更好地發(fā)揮保護(hù)渣的作用，其理化性能要根據(jù)斷面尺寸、鋼種、拉速范圍和結(jié)晶器振動(dòng)的條件進(jìn)行調(diào)整。
①單位比表面積傳熱是結(jié)晶器斷面形狀和尺寸對(duì)連鑄保護(hù)渣要求的重要參數(shù)。大斷面的結(jié)晶器單位比表面積傳熱小，鑄坯凝固速度慢，為了保證鑄坯出結(jié)晶器時(shí)能夠有足夠的坯殼厚度，相應(yīng)地就要延長(zhǎng)鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的時(shí)間，要求拉速相對(duì)較低。由于結(jié)晶器斷面大，保護(hù)渣的消耗量也相應(yīng)增大，應(yīng)適當(dāng)增大保護(hù)渣中的碳含量，適當(dāng)降低熔速，保持熔渣的供給和消耗平衡。
②碳含量不同，鑄坯的收縮系數(shù)不同，因此對(duì)保護(hù)渣的流動(dòng)性、傳熱、潤(rùn)滑的要求都不同。高碳鋼的初生坯殼凝固收縮小、流動(dòng)性好、導(dǎo)熱能力強(qiáng)，所以要求保護(hù)渣的潤(rùn)滑良好、結(jié)晶溫度低、玻璃態(tài)好、堿度低的性能。碳含量在0．08%～ 0．15%之間時(shí)，鑄坯收縮系數(shù)大，就要求保護(hù)渣具有較高的堿度、熔點(diǎn)、黏度和結(jié)晶溫度，控制渣膜傳熱的能力強(qiáng)。
③拉速提高時(shí)，保護(hù)渣的耗量減少，因此拉速高時(shí)要提高保護(hù)渣的耗量。保護(hù)渣的耗量隨著黏度的升高而降低，隨著凝固溫度、結(jié)晶溫度和熔點(diǎn)的提高而降低。
④振動(dòng)的負(fù)滑脫時(shí)間長(zhǎng)，保護(hù)渣耗量增大，因此要提高保護(hù)渣的黏度; 振動(dòng)頻率增加時(shí)，保護(hù)渣的耗量減少，因此要降低保護(hù)渣黏度、凝固溫度和結(jié)晶溫度［6］。
⑷生產(chǎn)工藝因素。鋼中的有害元素P、S 含量高、非金屬夾雜物高及分布不均勻、過熱度高、拉速快、冷卻強(qiáng)度大等都是影響鑄坯表面質(zhì)量和生產(chǎn)事故的因素。
5 結(jié)語
連鑄的生產(chǎn)關(guān)鍵是設(shè)備維護(hù)，例如: 振動(dòng)的正常使用、結(jié)晶器液面的穩(wěn)定、結(jié)晶器銅板和扇形段的精確的尺寸等等都是影響連鑄鑄坯質(zhì)量和生產(chǎn)事故的主要因素。
其次，就是對(duì)連鑄所用輔料的選取，最關(guān)鍵和直接的就是保護(hù)渣，合理的保護(hù)渣性能對(duì)鑄坯質(zhì)量和生產(chǎn)事故起到了至關(guān)重要的作用。
最后，生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定，合格的鋼水、合理的中包溫度、合理的拉速、更換水口的工藝、合理的冷卻強(qiáng)度等也都是保證連鑄鑄坯質(zhì)量和正常生產(chǎn)的因素。
通過對(duì)以上因素的嚴(yán)格控制，使得鑄坯常見的表面缺陷大大地降低了，實(shí)現(xiàn)了鑄坯收得率99．9%以上，鑄坯合格率99．95%以上的目標(biāo)。
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