连铸坯生产125～165大角钢开裂的成因及对策.doc

连铸坯生产125165大角钢开裂的成因及对策摘要: 用165280连铸坯生产的125165大角钢，尤其是165角钢裂纹率多年来一直超过2。本文从铸坯中夹杂物含量、浸入式水口品质、结晶器内流场、保护渣的影响等方面分析了大角钢开裂的成因，并提出减少钢中夹杂物、浸入式水口由圆形截面改为椭圆形截面、浇Mn钢时避免用Si质水口、减少结晶器液面波动、提高保护渣质量等措施，取得了明显效果。关键词：大角钢，裂纹，夹杂物，结晶器，流场Mechanism of Crack on 125165 Angle Iron and Preventing MethodsWang Shuoming, Hao Ning(Hebei University of Technology. Hebei Tangshang. 063009)Abstract: The crack ratio of 125165 angle iron, especially for 165 angle iron rolled by 165280 continuous casting billet, has been over 2% for many years. In this paper the cause of the crack in angle iron is analyzed in view of the content of inclusion, quality of submerged nozzle, flow field in the mold, flux etc., and methods to reduce inclusion, change the section of submerged nozzle from roundness to ellipse, avoid using silica nozzle in casting manganese steel, reduce fluid surface fluctuate in mold, improve the quality of flux are accordingly raised and then satisfactory results obtained.Key words: Angle iron, crack, inclusion, mold, flow field0 引言唐钢的165280矩形坯连铸机生产出的铸坯轧制成的125165大角钢，尤其是165大角钢裂纹率十几年来一直在2%以上，使用套管式结晶器后，一度角钢的裂纹率高达14%16%，使生产无法进行。如此高的废品率应是偶然的，经调查主要是因为该结晶器的振动梁松动、铸坯表面大量夹渣之故。解决了这个问题后，大角钢的裂纹率仍高达2%4%。废品率依然很高，严重影响唐钢的经济效益。对此进行了大量的调查、分析，找出了影响大角钢开裂的原因，并提出相应改善措施，使角钢裂纹率降至0.5%以下，取得了较好的经济效益。1 角钢裂纹的检验 从唐钢选取了具有代表性的角钢为研究对象，试样经酸洗后，在角钢边沿处可清楚看见很多细小裂纹，偶尔也有较大的裂纹出现。如照片1。对未开裂的部位将角钢边沿打磨一定深度后在显微镜下观察，发现角钢皮下有大量夹杂物。故而针对夹杂物进行了如下研究。1.1 电解检验应用电解法测定钢中非金属夹杂物的总量，得出夹杂物平均含量：0.496%。夹杂物含量很大，可断定夹杂物为造成裂纹的主要原因之一。1.2 金相显微镜检验金相实验的目的是对夹杂物做定量分析。观察夹杂物在试样中的分布及形态。经金相实验得出角钢中夹杂物颗粒较大，且夹杂物分布不均匀，从特征来看应属于外来夹杂物。典型夹杂物如照片2： 照片1 角钢边沿外表面层状裂纹 照片2 试样中典型夹杂物照片选用金相中的计点法对夹杂物做定量分析，画出夹杂物含量分布图。如图1，从图中可看出夹杂物分布不均匀。1.3 电镜检验用KYKY-2800型扫描电子显微镜对夹杂物进行观察和能谱分析。通过电镜扫描测定夹杂物的成份，在夹杂物聚集处照相，并打点进行能谱分析。如照片3和图2所示。由电镜检验可看出，角钢开裂部位的夹杂物一般含有Si、Ca、Al、K、Na、Zr。通过图2可看出Si、Ca的含量由其比值及含K、Na 可断定其是保护渣夹渣造成的。也有少量夹杂物能谱分析Si峰很高，其它很低。加之常可见到Zr。Zr是中包上水口的组成元素。所以，以上这些可以断定夹杂主要来自于保护渣夹渣也有劣质浸入式水口在浇铸过程中熔损。重量百分含量%宽 度 mm 图1 夹杂物含量分布图 照片3 裂纹处夹杂物图2 裂纹处夹杂物的能谱分析2 结晶器流场的优化唐钢二炼钢生产的165280矩形坯，原采用单锥度组合式结晶器。进行高效化改造后，改用套管式连续锥度结晶器，虽然拉坯速度明显提高，检修时间大为缩短，但角钢裂纹率也随之提高。经分析，原大断面165280矩形坯采用组合式结晶器，结晶器角部由于铜板无水缝，结晶器角部冷却弱，正好适应了铸坯角部二维传热冷却快的情况，使铸坯坯壳厚度正好较均匀。而采用套管式结晶器后，角部有水缝，结晶器角部冷却与铸坯角部冷却反而不适应。加上圆截面水口使钢液热流对宽面大，使坯壳窄面较厚、而宽面薄。坯壳角部冷却快、收缩较早，由于角部的构架作用，使宽面偏离角部位较早离开结晶器而坯壳较薄。这个部位正是角钢边沿位置，宽面造成应力集中，从而加剧了角钢边沿开裂的情况，图3所示。为了解决这个问题，把圆截面水口改为椭圆截面水口，目的是使钢液热流对宽面、窄面较均匀，且尽量大的达到角部，使铸坯坯壳尽量均匀。 图3 圆形和椭圆形水口形成流场比较的示意图另外，鉴于角钢边沿开裂原因主要是铸坯表面夹渣，说明结晶器内流场不尽合理，液面波动大。为此进行了结晶器流场优化。合理的流场可以减小水口出口流股对坯壳的冲击，保持合理的钢液面波动，有利于保护渣的熔化和均匀传热，防止保护渣的卷入和初生坯壳的不均匀生长，促进钢中夹杂物的上浮1-2。2.1 研究方法及结果采用浸入式水口结构优化与工艺参数相配合的方法，用Phoenics软件对结晶器内流场进行模拟，找出合理的浸入式水口的形状和尺寸。原生产中使用的浸入式水口是内径为25mm、外经为75mm的圆形水口，插入深度为80mm。优化后水口长轴为28mm、短轴为17mm的椭圆型水口，在100mm的插入深度时该结晶器内的流场。 用Phoenics软件进行模拟结果如图4和图5。 图4 椭圆水口和圆水口在Z方向近水口处等速面比较 图5 椭圆水口和圆水口在Y方向的等速面比较由结晶器内流场模拟研究可知，采用椭圆形直通式水口形成的流场在结晶器弯月面流体速度比圆形直通式水口形成的速度小，因而液面波动幅度小，发生卷渣的可能性较小，不易出现液面裸露，保护渣容易均匀熔化，覆盖也比较好，使出现卷渣和二次氧化的可能性大大减少。椭圆形直通式水口也使钢流热流达到窄面、角部较大，坯壳厚度比较均匀，减少了坯壳应力集中的情况。3 结论通过对唐钢大角钢裂纹的实验研究和理论分析，得出如下结论：(1)裂纹主要是由夹杂物引起的。 (2)夹杂物主要是外来夹杂物，其主要是保护渣夹渣，也有浸入式水口熔损。钢中夹杂物含量高也是造成裂纹的原因之一。 (3)保护渣主要是物性不合适和结晶器流场不合理造成卷渣；劣质水口及水口品质选择不当而在浇注过程中被侵蚀、熔损。(4)浸入式水口的设计影响到矩形坯初期坯壳的形成、结晶器液面稳定及形成的强制循环区的大小，这也对铸坯中夹杂物的含量和裂纹产生影响。5 改善措施通过以上研究和分析，结合该厂生产现状,提出以下对策： (1) 改善所使用的保护渣的性能，使其在结晶器内有很好的冶金行为。(2) 使用质量好的浸入式水口，避免浸入式水口被烧穿后造成的夹杂。同时还要避免对浸入式水口混用,例如在浇铸Mn钢时，避免使用Si质水口。(3) 要在减少钢中夹杂物总量上做大量工作，通过降低转炉终点钢液中