李升，韓小強
( 河北津西鋼鐵集團股份有限公司，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)生機理、生產(chǎn)操作工藝等幾個方面進行了細致的分析，并制定了有效的預防措施，實現(xiàn)了鑄坯收得率99．9%以上，鑄坯合格率99．95%以上的目標。
關(guān)鍵詞: 鑄坯合格率; 表面缺陷; 產(chǎn)生機理; 預防措施
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，而且還嚴重影響軋材的表面質(zhì)量，給成本帶來了極大的浪費。
異型連鑄斷面復雜，產(chǎn)生表面缺陷的機率更大，針對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)晶器振動系統(tǒng)、結(jié)晶器液面波動、結(jié)晶器保護渣的理化性能、生產(chǎn)工藝因素等方面分析，為制定相應的預防措施提供依據(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，長短不一，長的有幾米甚至更長，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?。?角部縱裂紋。沿著鑄坯的小Ｒ 角部成直線分布，短的幾厘米長的可貫穿整根鑄坯，如圖2所示。小Ｒ 角部縱裂紋嚴重時會造成連鑄的漏鋼事故，到目前為止還沒有發(fā)現(xiàn)其對軋材的影響。
⑶翼緣角部夾渣。多數(shù)呈結(jié)疤狀，嚴重時產(chǎn)生一個缺口，最深的可達20 mm 深，缺口處還有未熔的保護渣，如圖3 所示。鑄坯翼緣肩角部夾渣輕者會造成軋材上結(jié)疤的產(chǎn)生，嚴重時就會導致連鑄漏鋼。
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)生應力集中; ②樹枝晶間元素( P、S) 的局部偏析，裂紋的萌生和擴展總是在偏析嚴重之處［1］。坯殼厚度的不均勻性實際上就是冷卻過程中熱量傳輸和潤滑的不均勻性，然而，實際生產(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。一般情況下保護渣的黏度和拉速的積最佳的搭配η1300 vc = 0． 1-0． 3Pa × S ×( m/min) 時，水平傳熱和潤滑的波動都是最小的［2］。潤滑和傳熱不良時會使鑄坯產(chǎn)生表面缺陷，而單位面積保護渣的耗量又是衡量保護渣潤滑和傳熱的一個重要的參數(shù)［3］。
Qs = fQtρ /R
式中: f－保護渣的熔化比例; Qt －保護渣的噸鋼消耗量，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。
保護渣的噸鋼消耗量一般0．3 ～ 0．7 kg /t，異型坯斷面較為復雜其適應性較差，耗量也要偏高些，能夠達到0．9 kg /t 左右。
⑵小Ｒ 角部縱裂紋形成原因。?。?角部是二維冷卻，最早形成氣隙而脫離銅板表面，由于斷面的復雜性翼緣肩角處保護渣熔化困難，液渣難以完全填充角部氣隙而使角部冷卻條件變差，同時由于兩個臨面的收縮使?。?角處應力集中而產(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?。医遣靠v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是造成夾渣的根本原因。保護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渣熔化困難問題，然而影響結(jié)晶器液面波動的因素就比較多和復雜了。
⑷振痕產(chǎn)生機理。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］?？傊?，振痕是由于振動的存在而產(chǎn)生的。
目前連鑄機的振動多采用了負滑脫振動形式，一個振動周期中負滑脫時間對振痕影響很大。銅板和坯殼總是保持相對運動的狀態(tài)，當結(jié)晶器銅板向下振動速度超過拉坯速度時，銅板將保護渣帶入的同時，液渣層沖擊鋼水彎月面，銅板相對坯殼向上運動時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銅板的行程就是振痕的間距，結(jié)晶器銅板帶動液渣下振，沖擊壓力越大振痕就越深，反之就越淺?；蛘哂肔表示:
L =VC /F
式中: VC－鑄機的平均拉速，m/min; F－振動頻率，C /min，當F＜15 mm 時，鑄坯的橫裂減少，振痕減輕［5］。
另外保護渣的性質(zhì)也是影響振痕的直接因素，保護渣的黏度越高振痕越淺，黏度越高時保護渣的耗量相應的降低了，因此振痕就淺，而保護渣的渣條越大時振痕就越深，因為渣條增大時會使液渣流入通道的壓力增加。
4 影響因素及預防措施
⑴結(jié)晶器的振動。結(jié)晶器是連鑄機的“心臟”，那振動就是“脈搏”，沒有振動連鑄是無法正常生產(chǎn)的。振動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)晶器的振動軌跡應當與連鑄機的圓弧一致。振動軌跡在使用過程中偏離圓弧很多時，將影響保護渣向下流入的均勻性。當橫向偏離大于0．1 mm，或縱向偏離大于0．1 mm 時，鑄坯的表面缺陷就增多，嚴重時甚至會產(chǎn)生粘結(jié)漏鋼事故［5］。
結(jié)晶器在線檢測的偏振數(shù)據(jù)比較困難和繁瑣，因此可以采用“水紋法”檢測作為參考。一般能夠用肉眼觀察到水紋的振動就可以認為產(chǎn)生了偏振現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)偏振問題就必須及時停下維修。所以說提高振動系統(tǒng)設(shè)備維修精度和加強振動系統(tǒng)的檢測設(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。結(jié)晶器內(nèi)的坯殼是不斷地運動和生長的，而結(jié)晶器的鋼水液面可以說是坯殼的最前端的一種動態(tài)的平衡。液面的穩(wěn)定對鑄坯的表面質(zhì)量和生產(chǎn)事故都有很重要的影響，一般結(jié)晶器液面波動控制在±3 mm，就能得到良好的鑄坯質(zhì)量。液面波動劇烈影響保護渣的液渣正常流入，造成鑄坯表面缺陷的產(chǎn)生，嚴重時還會引發(fā)漏鋼事故。
結(jié)晶器液面控制系統(tǒng)對設(shè)備的要求較高，射源接收器的精度、信號處理的速度和拉矯機反應的靈敏度; 生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)中: 鋼水中夾雜物極度不均勻性、水口對中偏差、水口插入深度、保護渣加入方式、換水口環(huán)節(jié)等這些都是影響結(jié)晶器鋼水液面波動的因素。因此為了避免結(jié)晶器鋼水的波動，一是要加強設(shè)備的檢測和維護; 二是對一些人為因素要強調(diào)精準性和熟練性。
⑶保護渣的理化性能。保護渣具有: 改善傳熱、潤滑、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)晶器振動的條件進行調(diào)整。
①單位比表面積傳熱是結(jié)晶器斷面形狀和尺寸對連鑄保護渣要求的重要參數(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)晶器時能夠有足夠的坯殼厚度，相應地就要延長鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的時間，要求拉速相對較低。由于結(jié)晶器斷面大，保護渣的消耗量也相應增大，應適當增大保護渣中的碳含量，適當降低熔速，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，因此對保護渣的流動性、傳熱、潤滑的要求都不同。高碳鋼的初生坯殼凝固收縮小、流動性好、導熱能力強，所以要求保護渣的潤滑良好、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，鑄坯收縮系數(shù)大，就要求保護渣具有較高的堿度、熔點、黏度和結(jié)晶溫度，控制渣膜傳熱的能力強。
③拉速提高時，保護渣的耗量減少，因此拉速高時要提高保護渣的耗量。保護渣的耗量隨著黏度的升高而降低，隨著凝固溫度、結(jié)晶溫度和熔點的提高而降低。
④振動的負滑脫時間長，保護渣耗量增大，因此要提高保護渣的黏度; 振動頻率增加時，保護渣的耗量減少，因此要降低保護渣黏度、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，例如: 振動的正常使用、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，就是對連鑄所用輔料的選取，最關(guān)鍵和直接的就是保護渣，合理的保護渣性能對鑄坯質(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。
通過對以上因素的嚴格控制，使得鑄坯常見的表面缺陷大大地降低了，實現(xiàn)了鑄坯收得率99．9%以上，鑄坯合格率99．95%以上的目標。
參考文獻:
［1］ 蔡開科．連鑄坯質(zhì)量控制［M］．北京: 冶金工業(yè)出版社，2010．5: 187．
［2］ 盧盛意．連鑄坯質(zhì)量研究［M］．北京: 冶金工業(yè)出版社，2011．2．: 94．
［3］ 許英強，等．連鑄保護渣技術(shù)問答［M］．北京: 冶金工業(yè)出版社， 2013．1: 27-28．
［4］ 張志強，張炯明．連鑄坯表面振痕形成機理的研究［J］．鋼鐵研究， 2008( 2) ．
［5］ 盧盛意，連鑄坯質(zhì)量［M］． 北京: 冶金工業(yè)出版社，2000．12: 168 / /67．
［6］ 李廣田，等．鋼鐵冶金輔助材料［M］．北京: 化學工業(yè)出版社， 2009．12: 153-155．