连铸薄板坯的质量控制措施.doc

连铸薄板坯的质量控制措施冯士超 潘秀兰 王艳红 梁慧智（鞍钢股份有限公司技术中心 鞍山 114009）摘要：分析了连铸薄板坯裂纹的成因及控制措施，重点介绍了薄板坯浇铸期间的主要控制环节和几家先进钢铁企业的生产经验，最后指出了薄板坯连铸技术的发展趋势。关键词：连铸薄板坯；裂纹；质量控制The measures of quality control on casting thin slabFeng Shi-chao Pan Xiu-lan Wang Yan-hong Liang Hui-zhi (Technology Center of Angang Steel Co.Ltd.,Anshan 114009,Liaoning,China)Abstract：The reasons and control measures of the casting thin slab crack were analyzed, the main control segments and the production experience of some advanced steel companies were introduced specially. The development trend of thin slab casting technology was indicated finally.Key words: casting thin slab; crack; quality control 0 前言受市场和用户需求的推动，薄板坯连铸连轧技术发展迅速。高速发展的同时，也出现了一些需要解决的问题。如随着拉速的提高，生产事故有所增加；在连铸生产过程中出现诸如液位波动、连铸粘结和漏钢等问题，还时常出现铸坯裂纹等缺陷。由此，连铸薄板坯的质量控制变得尤为重要。1 薄板坯的质量要求与常规厚板坯相比，连铸薄板坯的凝固特点是：凝固速度快，液芯长度短。薄板坯完全凝固时间仅需1min左右。由于薄板坯连铸拉速高，结晶器熔池狭窄，钢水射流强度大，易造成扰动，因此，薄板坯易产生表面缺陷，进而影响最终产品质量。质量控制包括：内部质量应满足最终带钢产品的性能要求、机械加工要求和相应标准；表面质量要求无裂纹、夹杂、气泡、压痕、麻面等缺陷，并满足相关标准。无缺陷坯的质量要求详见表11。表1 无缺陷铸坯质量要求Table 1 Quality requirement of no defect casting slab项 目要 求钢水洁净度（最高要求）C+P+S+O+H+N0.01，98%以上夹杂物的直径5m，最大夹杂物粒径20m，精炼、连铸的总增碳量0.001%，总增氮量0.001%。铸坯表面无清理率低碳钢为98%，中高碳及包晶范围外的HSLA95%，包晶钢为90%。铸坯振痕平均深度0.4mm铸坯内部质量对所有钢种，曼内斯曼质量1级达90%，2级达95%，不超过曼内斯曼质量3级；内部裂纹之间的最小距离大于10mm。窄面鼓肚值4.0mm宽面鼓肚值2.0mm窄面弯曲度2.5mm/m，在规定板坯长度范围最大值不超过25mm。2 连铸坯裂纹及控制措施2.1 表面裂纹的成因及控制措施连铸坯的表面裂纹2主要包括纵裂纹、横裂纹、网状裂纹和皮下针孔等，见图1，表面深纵裂多出现在薄板坯的中部，并伴有凹坑出现，中间可能间断，深度约25mm。表面短纵裂在板坯分界头中间部位，深度约23mm。靠近薄板坯角部的纵裂深度不同。纵裂形成的成因包括工艺设备和操作的多个环节及钢水成分、钢水温度、水口形状、保护渣性能、结晶器的传热状况、振动条件、锥度控制、冷却制度、工人操作水平的高低以及结晶器铜板设计等。纵裂纹的产生也受钢中硫含量、钢水温度、保护渣行为、连铸工艺参数等影响。国内外先进厂多采取以下措施减少板坯纵裂：稳定结晶器液面、改进保护渣性能、调整结晶器冷却水量、改进连铸工艺技术操作等。对于防止或减少角部横向裂纹多采取调整结晶器锥度，保证合适的负滑脱时间，采用具有合适成分、粘度的保护渣，减少结晶器的摩擦阻力。2.2 内部裂纹的成因及控制措施内部横裂纹是在连铸时，铸坯内部受热应力或其它外力的作用超过钢的塑性变形极限而产生的。铸坯枝晶间最容易产生裂纹，裂纹在外力的作用下，又不断扩展，这样就形成了铸坯内部晶间裂纹，见图2。控制连铸薄板坯内部横裂纹的措施有：控制中间包钢水过热度、合理控制连铸坯拉速、减少铸坯出现鼓肚等。图2中：1-角裂2-中间裂纹3-矫直裂纹4-皮下裂纹5-中心线裂纹6-星状裂纹图1中：1-表面纵裂纹2-表面横裂纹3-网状裂纹4-角部横裂纹5-边部纵裂纹6-表面夹渣 7-皮下针孔8-深振痕 图1 连铸坯表面裂纹 图2 连铸坯内部裂纹Fig.1 Surface crack of casting slab Fig.2 Inner crack of casting slab3 先进钢铁企业的生产经验为了保证连铸坯的表面和内部质量，薄板坯浇铸期间的主要控制环节和几家先进钢铁企业的生产经验如下：（1）连铸薄板坯厚度控制目前，薄板坯连铸不是追求更薄，而是将铸坯厚度控制在合适的范围。适当增加薄板坯厚度，有利于改善表面质量。如德马克公司为浦项设计的薄板坯连铸机铸坯厚度从75mm增大到100mm，西马克公司为美国第纳米克斯公司和中国邯钢设计的厚度均为75mm。（2）结晶器电磁制动（EMBr）技术的应用薄板坯拉速比厚板坯高，在结晶器弯月面区钢水流动强度增大34倍，极易造成凝固坯壳卷渣。结晶器采用EMBr，板坯表面纵裂减少，弯月面波动小，热轧板卷卷渣缺陷减少了90%，冷轧板表面缺陷造成的废品损失由2.5美元/t减少到0.5美分/t，结晶器铜板使用寿命可提高1倍。1982年在日本川崎水岛厂5号板坯连铸机上使用EMBr后，对改善结晶器内钢水流场和温度场分布、减少卷渣、促进夹杂物上浮以及提高连铸坯的质量有显著的作用。电磁制动技术在日本和欧美一些钢厂的薄板坯连铸机上应用广泛。浦项在使用EMBr后，减少了弯月面的波动及钢液在结晶器内的湍流，避免了纵向裂纹。美国纽柯公司克劳福兹维尔厂在使用EMBr技术后，基本消除了“驻波”，结晶器液面稳定。（3）液芯轻压下（LCR）和动态轻压下的应用液芯轻压下的位置根据钢种而定。轻压下可以减轻中心疏松和中心偏析；有利于细化枝晶；可适当增加坯厚，有利于改善铸坯表面质量；供给较薄板坯，轧制薄规格产品，节省后续轧制，增加生产灵活性。然而，如果轻压下参数选择不当，破碎的枝晶间如果不能得到液态金属的及时填充，就会产生内部裂纹，因此要合理设定轻压下参数。德马克公司最先在意大利阿维迪ISP生产线上应用了液芯轻压下，取得了成功后，在许多薄板坯连铸上进行了推广应用。第一代CSP工艺没有采用液心压下技术，改进后的美国希克曼厂1号薄板坯连铸机采用了该技术，并改进了结晶器尺寸，在通钢量不变的情况下，钢水流动变稳，有利于夹杂物上浮和提高拉速。蒂森克虏伯在第一转炉炼钢厂新建的薄板坯连铸机，通过液芯压下（LCR）来连续调节产品的厚度，调节范围为6348mm。低碳钢的最大拉速为5.5m/min，碳钢的最大拉速为44.5m/min。中国通钢第三炼钢厂的薄板坯连铸机采用了扇形段动态软下压技术3，效果良好，显著地提高了铸坯的质量，且设备性能稳定。（4）结晶器内钢水流的控制为控制结晶器内的钢水流动，重要的是要使浸入式水口流出的钢水流保持稳定，控制结晶器内的钢水在没有施加电磁力状态下的流动变化。日本住友金属工业公司开发了利用势能（中间包突出部分）使钢水产生涡流的技术。研究结果表明，浸入式水口内产生的涡流对流出钢水的均匀流动和稳定流动具有很好的作用。开发了水口内装有旋转叶片使钢水流形成涡流流出的浸入式水口，即涡流浸入式水口，它不依靠电磁力的控制就能使结晶器内的钢水形成稳定的流动，不仅有效地提高了板坯质量，而且提高了板坯的生产率。另外，要加强结晶器内钢水液面的控制，目的是：a.防止夹杂物卷入铸坯，避免铸坯表面和内部产生夹杂缺陷；b.防止结晶器保护渣的不均匀流入，避免产生裂纹；c.使铸坯初期的凝固状态比较稳定，保证在结晶器内部产生均匀的凝固坯壳；d.减少和避免漏钢、溢钢等事故，稳定生产操作。安赛乐集团SOLLAC Atlantique敦克尔克厂CC23双流板坯连铸机安装了电磁涡流式结晶器液位检测装置，结晶器液压振动及预留将来实现带有液芯长度预测数学模型功能的动态轻压下的可能性。（5）连铸保护渣的开发与应用连铸保护渣的主要任务4是保证铸坯得到充分润滑以实现高拉速，和常规连铸相比，薄板坯连铸用保护渣应具有低粘度、低熔点、低凝固温度和较快的熔化速度。薄板坯连铸保护渣除了满足隔热保温、吸附夹杂物、隔绝空气防止二次氧化外，保证润滑和控制传热尤为重要。奥钢联薄板坯连铸浇铸的钢种为深冲钢、结构钢和低合金钢，保护渣的物理性能如表2所示。表2奥钢联薄板坯连铸用保护渣的物理性能Table 2 Physical property of powder used in thin slab continuous casting of VAI渣型软化温度/熔融温度/流动温度/碱度粘度（1300）/Pas结晶温度A970980103510601.00.060.08较低B10401050112011601.00.100.13较高（6）CSP生产质量管理系统安赛乐ACB公司CSP生产线的IPQS（生产质量管理系统）的运行将每个用户在质量控制方面的工作整合到了一个连续的质量保证和工艺优化系统中，处理日常工作中遇到的质量保证、生产操作变化时的快速反应等，见图3。图3 IPQS的通讯连接与监控Fig.3 Communication connection and monitoring of IPQS（7）炼钢原料炼钢原、辅料的质量控制很重要，提高薄板坯原料的洁净度对薄板坯质量至关重要。因为薄板坯断面小，钢水中的固体夹杂物聚集容易堵塞水口，增加了拉漏的几率，易使板坯表面产生夹渣和皮下气泡等缺陷，随着产品厚度变薄，需要洁净的钢水作保证。通过以上各环节的控制，可以使铸坯质量明显提高。Corus艾默伊登厂薄板坯连铸机（DSP）装备了多项关键设备：包括低氧钢包渣技术、下渣检测技术、带浅坑的H形中间包技术、带多级EMBr的漏斗形结晶器技术、特殊浸入式水口技术、先进的结晶器液位控制技术、液压振动技术、结晶器下口垂直段技术和液芯压下技术。其浇铸的连铸坯在宽度和长度方向上温度均匀，在水口外部包裹一种新式的绝缘材料，绝缘材料外部表面采用保护釉，可以防止空气可以进入到耐材和绝缘材料的缝隙而损坏耐材。现在最大拉速可达5.4m/min，平均拉速（包括开浇和停浇）超过了5.0m/min，可以此铸速稳定地浇铸HSLA（高强度低合金）钢种。DSP开发的主旨是生产的稳定性、设备的可靠性和工艺的稳定性。我国济南钢铁公司第三炼钢厂的中薄板高拉速连铸机，经过改进和加强管理，2007年漏钢率仅为0.1%。4 结论当前，薄板坯质量控制的方向是：在进一步提高生产率的同时，减少铸坯表面裂纹和内部裂纹的产生，薄板坯领域研究较多的是不断优化和改进结晶器性能、延长其使用寿命，结晶器电磁制动技术，结晶器液位控制，液芯轻压下和动态轻压下技术，根据不同的钢种选择合适的连铸保护渣等。一些对表面质量要求最高的汽车工业，尤其是轿车车身用钢板，只有在钢水质量满足最佳表面质量要求条件下，薄板坯连铸工艺才能出生产满足高质量深冲板要求的铸坯。薄板坯连铸工艺生产更多的高