降低板坯角部裂纹生产实践_王洪兴

作者简介 王洪兴 男 河北钢铁集团邯钢公司邯宝炼钢厂 工程师 硕士 从事连铸工艺技术研究 降低板坯角部裂纹生产实践 王洪兴 河北钢铁集团邯钢公司 邯宝炼钢厂 河北 邯郸 摘 要 采取结晶器和二冷区弱冷制度 恒拉速浇铸 控制结晶器钢液面波动在 以内 采用合适 的结晶器窄面锥度 适当提高保护渣碱度 保证扇形段导辊对弧精度和辊缝偏差在 以内 保证 结晶器振动偏差在 以内等措施 可以有效降低连铸坯角部裂纹程度和裂纹发生率 降低热轧 板卷降级比例 关键词 连铸 角部裂纹 结晶器 二冷 中图分类号 文献标识码 文章编号 河北钢铁集团邯钢公司邯宝炼钢厂 以下简 称 邯宝炼钢厂 于 年 月 日投产 建 有 台双流板坯连铸机 自 年 月份开 始 部分钢种板坯角部出现横裂纹 轧制后在卷板 边部产生裂纹缺陷 造成热卷板降级使用 为此 炼钢厂成立了边部缺陷攻关组 对板坯角部裂纹 产生原因进行分析 采取改进措施 取得了良好效 果 板坯角部裂纹明显减轻 因炼钢原因造成的热 轧板卷降级改判量大大降低 连铸机基本参数 连铸设备技术参数见表 表 连铸机技术参数 项目 技术参数 连铸机机型直弧形 弧形半径 冶金长度 结晶器长度 流数 浇铸板坯厚度 浇铸板坯宽度 定尺长度 扇形段 段 段 拉速 板坯角部裂纹原因分析 中碳钢 低合金钢和含 微合金化 年 月 第 卷 第 期 炼 钢 钢铸坯易产生角部裂纹 对所有钢种铸坯 个 角部进行取样酸浸 低碳钢和超低碳钢未发现角 部裂纹 包晶钢和中碳钢角部存在少量轻微裂纹 包晶高强低合金钢 中碳高强低合金钢和管线钢 产生角部裂纹几率较高 裂纹也较严重 内弧和外 弧侧均存在 认为其主要原因如下 冷却强度过大 铸坯中氮化物 碳氮化物 的析出是引起角横裂的内在原因 采取较弱冷却 可以减少氮化物 碳氮化物的析出 二冷制度 不合理 铸坯在弯曲或矫直时角部温度落入第 脆性区 会产生角部裂纹 铸坯在二冷区冷却不 均 造成温度分布不均匀产生热应力 会加剧微细 裂纹的进一步扩展 邯宝炼钢厂连铸机结晶器 冷却水量设计为 低碳钢和超低碳钢窄面冷却水 量为 宽面冷却水量为 结晶器水缝水流速为 包晶钢 包晶高强低 合金钢 中碳钢 中碳高强低合金钢 管线钢等钢 种窄面冷却水量为 宽面冷却水量为 结晶器水缝水流速为 结晶 器冷却水量不随拉速变化而调整 设计水量满足 最高拉速需求 然而连铸机实际拉速维持在 因此坯壳在结晶器内冷却强度偏大 原设计不同钢种拉速 二冷水比 水量在 连铸机二冷水水源地 是能源中心平流沉淀池 沉淀池汇集了炼钢厂和 热轧厂的回水 经过除油 沉淀后由水泵站送至连 铸机二冷喷嘴 期间经过两级过滤 但由于水质硬 度较高 喷嘴容易结垢堵塞 造成铸坯在二冷区冷 却不均匀 拉速波动 受上下工序生产节奏 钢水温 度等影响 连铸机拉速不平稳 拉速波动引起结晶 器振动参数改变 二冷配水参数改变等 导致铸坯 受力和冷却效果改变 造成铸坯产生角部裂纹 对拉速变化超过 炉次铸坯取角部试样 酸浸 产生角裂缺陷的几率比恒拉速的炉次高 对热轧板卷边裂进行追踪 发现有 的 板卷跟拉速波动存在对应关系 结晶器振动偏差大 连铸机采用液压振 动 振动装置根据选定的振动波形带动结晶器做 垂直运动 振动由左右 个液压缸控制 每个液压 缸由两个伺服阀控制 其中 个备用 通过 数据检测及测振仪在线检测 振动效果总体良好 但有时由于伺服阀故障 结晶器会出现偏振现象 会造成铸坯角部微裂纹 扇形段外弧线 辊缝偏差大 有时由于扇 形段线外维修质量较差 备件质量不过硬 导致部 分扇形段外弧线偏差超过 辊缝值偏差大 于 个别点甚至超过 造成铸坯变形 量大 从而产生裂纹 钢水成分不合格 钢水中 含量高 第 脆性区呈扩大趋势 对于含 微合 金化钢来说 高温下固溶在钢中的 在温度降低时以 及 等粒子形式在奥氏体晶界动态或静态析出 成为 应力集中源 保护渣性能不良 保护渣性能对铸坯冷却 效果 铸坯润滑有较大影响 保护渣导热性能过 高 导致铸坯冷却过快 温度降低 容易产生裂纹 缺陷 结晶器钢液面波动大 拉速提高 铸坯断 面增大 浸入式水口形式不合理 浸入深度浅 水 口不对中 水口堵塞等均会造成结晶器钢液面波 动增大 液面波动过大会造成弯月面卷渣 坯壳 冷却不均等 导致铸坯产生角部裂纹缺陷 结晶器锥度不合适 由于在线调宽调锥功 能尚未实现 因此在开浇前根据钢种 断面要求将 锥度设定好 拉速变化较大时锥度可能不合适 结 晶器在使用过程中 窄边铜板下角部磨损较为严 重 后期磨损量可达 造成铸坯角部冷却强 度和受力不均 产生角部裂纹缺陷 改进措施 针对铸坯角部裂纹产生的原因分析 炼钢厂 进行了大量的试验 对每次试验铸坯取角部试样 进行酸浸检验 制订相应的改进措施 优化冷却参数 从酸浸检验结果看 铸坯内外弧角部均存在 裂纹 说明铸坯在弯曲和矫直过程中均有裂纹产 生 铸坯角部冷却方式为二维冷却 温度下降较 快 在弯曲时角部温度已进入脆性区 因此对易 产生角部裂纹的中碳钢 包晶钢 包晶高强低合金 钢 中碳高强低合金钢和管线钢等钢种结晶器冷 却水量和水温进行了优化 同时对二冷水量进行 了优化 根据试验结果 采取弱冷形式 适当减小 结晶器冷却水量和二冷水量 提高结晶器进水温 度至 以上 优化前后结晶器冷却水流量见 表 原设计各钢种组二冷水比水量见表 第 期王洪兴 降低板坯角部裂纹生产实践 表 结晶器冷却水流量 钢种 设计流量 优化后流量 窄面宽面窄面宽面 中碳 包晶 包晶高强度低合金 中碳高强度低合金 管线 由表 可以看出 原设计二次冷却强度偏大 尤其冬季二冷水温较低 在水量相同情况下 冷却 强度更大 因此对中碳钢 包晶钢 包晶高强低合 金钢 和 管 线 钢 二 冷 比 水 量 减 小 针 对 角部裂纹严重问题 将中碳高强低合金钢 二冷水比水量降至 另外为提高二冷水水质 能源中心对沉淀池 进行了改造 将炼钢回水和热轧回水分开处理 并 添加药物对水源进行净化 提高二冷水纯净度 降 低二冷水硬度 减少二冷喷嘴堵塞几率 同时炼钢 厂安排日修和定修时对二冷喷淋状态进行检查 及时对堵塞的喷嘴进行清理 保证铸坯均匀冷却 表 原设计二冷水比水量 拉速 二冷比水量 超低碳钢低碳钢中碳钢包晶钢包晶高强度低合金钢中碳高强度低合金钢管线钢 用红外测温枪测得 铸坯在水量调整 前后弧形段和矫直段角部温度见图 水量调整 前铸坯以 进入矫直区 水量调整后铸坯以 进入矫直区 铸坯在矫直区温度提高 水量调整前铸坯在 段出口温度较低 说明 在 段和 段受到强冷 进入 段后有一个小 幅温度回升 图 水量调整前后铸坯角部温度 水量优化调整后对 和 这 个钢种做了射钉试验 测定凝固系数见 表 恒拉速操作 为减少拉速波动对铸坯质量造成的影响 制 定了恒拉速操作制度 对不同钢种 不同断面铸坯 规定了目标拉速 例如生产中碳钢 板坯宽度小 于等于 目标拉速为 板坯宽 度大 于 时 以 双 流 通 钢 量 时拉速作为目标拉速 整炉拉速允许波动范 围为 表 试验测定凝固系数 钢种 凝固系数 比水量 碳当量 为提高连铸机恒速率 炼钢厂采取了一些措 施 强化生产组织 从 铁水脱硫 转炉装入 吹 炼 出钢 精炼进站 处理 出站 连铸座包 开浇 浇铸结束 全过程推行列车时刻表 提高连 铸生产的连续性和稳定性 提高钢水成分和温度 命中率 内控成分合格率由 提高到 以上 中包温度命中率由 提高到 以上 加强设备点检 提高设备保障能力等 连铸恒速率 由 年的平均 提高到 年的 以 上 改善结晶器振动效果 年 月份利用离线振动检测装置对 个流结晶器振动情况进行全面检查 各振动方 炼 钢第 卷 向的定义为 右传感器沿垂直地面方向 即拉坯 方向为 向 向上为正 向下为负 结晶器窄面 垂直方向为 方向 向右为正 沿结晶器宽面垂 直方向为 方向 向固定侧为正 左传感器沿 垂直地面方向 即拉坯方向为 向 向上为正 向下为负 结晶器窄面垂直方向为 方向 向右 为正 沿结晶器宽面垂直方向为 方向 向固定 侧为正 测试发现第 流振动频率在 以上时 方向的偏摆量较大 表 和图 是振动频率为 振幅为 测得第 流振动偏摆情 况 因此对振动进行检查 更换了振动辊子单元 方向偏摆量降至 以内 图 为调整后 流振动偏摆情况 表 第 流结晶器振动偏摆量 项目 振动频率 振幅 偏摆 通道 向 通道 向 通道 向 通道 向平均值 最大值 最小值 图 振动装置调整前后的第 流振动偏摆曲线 为防止振动偏差大造成铸坯角部裂纹 利用 每周的连铸机定修时间对一台结晶器振动装置进 行检测 发现有偏差时及时进行调整 确保结晶器 振动偏差不大于 提高扇形段在线精度 制定扇形段穿辊缝制度 每 天穿一次辊缝 根据穿辊缝结果及时更换故障扇形段 或进行在 线调整 确保扇形段导辊对弧精度和辊缝值偏差 在 以内 优化钢水成分 在保证钢材性能的基础上 尽量减少钢水中 铝含量 加强精炼过程控制和连铸保护浇注 避免 钢水增氮 减少 及 的析出 优化保护渣成分 性能 针对 铸坯角裂较为严重问题 对其保 护渣成分和性能进行了优化 调整后对控制角裂 效果较明显 表 为 钢用保护渣成分和 性能调整对比 通过适当提高保护渣碱度 减缓 传热效果 降低保护渣黏度 确保保护渣起到良好 润滑效果 表 钢用保护渣成分性能优化 时间 黏度 熔速 熔点 调整前 调整后 控制结晶器钢液面波动量 年 月份对结晶器钢液面波动情况作 了水模试验 依据试验结果 对连铸机拉速 浸入 式水口形式 水口浸入深度 吹氩量等工艺条件进 行了优化 针对结晶器特点设计了 种新型浸入 式水口 扁平的凹底水口和波浪底水口 生产角部 裂纹敏感性钢种时以凹底水口或波浪底水口代替 尖底水口 优化前水口浸入深度为 水口浸入深度过浅 结晶器钢液面波动量大 浸入 深度过深 传给结晶器钢液面的热量减少 影响保 护渣 熔 化 优 化 后 水 口 浸 入 深 度 为 吹氩量控制在 将结晶器钢 液面波动量控制在 以内 调整结晶器锥度 由于在线调锥功能尚未实现 因此根据目前 拉速 将中碳钢 中碳高强低合金钢 管线钢等钢 种结晶器窄面锥度设定在 改善了坯壳在 结晶器内受力和传热状态 减轻了窄侧铜板磨损 第 期王洪兴 降低板坯角部裂纹生产实践 情况 应用效果 铸坯角部裂纹程度明显减轻 裂纹比例显 著降低 年 月铸坯角部裂纹较严重时铸 坯角部酸浸试样 铸坯裂纹比例为 年 月份攻关取得一定效果后铸坯角部酸浸试样 铸坯裂纹比例为 热轧板卷边部缺陷降级比例降低 年 月 年 月随着工艺参数的优化 热 轧板卷边部缺陷比例持续降低 年 月份以 后在固化工艺参数的基础上 调整结晶器振动状 态 提高扇形段在线精度 边部缺陷改判比例降至 以下 见表 表 年 月 年 月热轧板卷边部缺陷降级比例 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 结 语 采取结晶器和二冷区弱冷制度 恒速浇铸 保 证结晶器振动偏差在 以内 保证扇形 段导辊对弧偏差和辊缝偏差在 以内 降低钢水中 含量 适当提高保护渣碱度 控 制结晶器液面波动量在 以内 采用合适 的结晶器窄面锥度等措施 可以减轻连铸坯角部 裂纹程度 降低板坯角部裂纹缺陷率和热轧板卷 降级比例 参 考 文 献 干勇 倪满森 余志祥 等 现代连续铸钢实用手册 北 京 冶金工业出版社 于赋志 李晓伟 吕志升 等 鞍钢 厚板坯连铸角裂 产生原因分析 年第 届中国钢铁年会论文集 北京 中国金属学会 辛建卿 岳尔斌 钢连铸坯角裂形成原因分析 炼钢 收稿日期 檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 上接第 页 况下 硅钙线仍能有效的穿透渣层 这样便可在软 吹氩或停氩的状态下喂硅钙线 能有效的控制喂 线过程的钢液裸露 控制钢水增氮 生产应用效果 通过在 操作过程中采取以上措施 自 年开始 攀钢 处理过程钢水增氮得到了有效控 制 图 为 年 月份部分炉次在各工序的氮 含量控制情况 可见 精炼