连铸坯脱方裂纹原因研究VIP

连铸坯脱方、角裂原因研究及工艺措施姓名：张 民工种：连 铸单位：炼钢厂第二炼钢车间时间：2010年10月10日【摘要】2009年至今，因铁水供应不足，二炼钢车间生产节奏极不稳定，连铸中间包液面波动过大或中断，造成多次二次开浇、拉速忽快忽慢，铸坯质量极不稳定，造成部分铸坯脱方、裂纹较为严重，导致部分铸坯降级外卖或判废，降低了连铸坯合格率，给企业造成很大损失。为提高方坯质量，并为今后以高效连铸技术为方向提供理论和实践依据，本文结合生产过程中采集的有关数据，探讨了我厂铸坯脱方、角裂的形成主要是铸坯在结晶器内冷却不均匀以及其它因素影响造成的。二炼钢改造优化二冷系统和采取一系列技术措施后，铸坯脱方率由原来的3.8%减少到0.0275%，基本消除了角裂。【关键词】方坯质量 脱方 角裂 结晶器1 前言山东石横特钢集团有限公司现有R9m四机四流连铸机1台、60t转炉1台、70t精炼炉和VD真空精炼炉各1台。浇注钢种有碳素结构钢、合金结构钢、高碳钢、锚杆钢等，在生产1652、HRB500T等钢种过程中，铸坯出现了脱方、裂纹现象，严重时常常导致漏钢事故发生，对生产造成极大影响。为此，研究连铸坯脱方、角裂的成因及影响因素，对改善铸坯质量，提高经济效益具有重要意义。2 脱方产生的原因主要在以下几个方面：首先结晶器超期使用，划痕及破损严重，内腔工作面不规整，造成坯壳冷却不均，造成脱方。二次冷却强度达不到要求（如堵塞、脱落），铸坯在二冷段的收缩不匀、回温过大，使坯壳冷却不均，造成脱方。足辊调节不当。坯壳受到定辊夹持变行力或足辊间隙过大，起不到夹持铸坯作用，铸坯自由晃动造成脱方。结晶器振动不平稳，轨迹不准确，特别是发生水平方向晃动，容易出现脱方。浸入式水口不对中、偏斜严重，钢流冲刷某一侧坯壳，致使坯壳变薄，冷却不均，形成脱方。过热度过高、拉速太快也易形成脱方。脱方的连铸坯往往伴随角部裂纹发生，因此以分析脱方的成因为突破口，按上述逐个因素分析讨论，找出影响连铸坯脱方、角裂的真正原因。试验连铸坯165*165方坯、钢种HRB500A生产工艺按常规进行。3 铸坯脱方、角裂的主要素 钢液进入结晶器后，受器壁激剧冷却，形成大量晶核，并迅速凝固成细小等轴晶的激冷层区，正常铸坯的组织是铸坯四周激冷层（细小等轴晶）厚度均匀而致密，铸坯周边坯壳厚度均匀稳定生长，从铸坯横断面低倍组织观察到铸坯四周激冷层明显不均匀，锐角部位的激冷层厚度比钝角部位的要厚，角裂部位在铸坯钝角处，因此出现脱方。3.1 铸坯低倍检验及脱方、角裂的有关数据测量在脱方、角裂的方坯上截取加工试样，作低倍检验，对脱方、角裂的有关数据进行测量及评级，见表1。按TB2011-83连续铸钢方坯和矩形坯标准规定，边长在140180之间的方坯对角线之差不大于7mm，由表1可以看出，铸坯对角线差最大22 mm，最小12 mm。连铸坯脱方很严重的，按YB4002-91连铸钢方坯低倍组织评级图标准规定，评定图分为04级共5级，0级是无缺陷铸坯，4级缺陷最严重。铸坯由表1可以看出，铸坯角裂均大于4级，是很严重的。表1 连铸坯脱方、角裂尺寸及评级表时间：2010年8月份 HRB500A 165*165试样编号对角线之差裂纹长度/宽度距顶角距离评级550-2244-230147/417.253.5550-4245-2232213/315.343552-2243-2232010/312.563.5552-4240-2301011/216.233.53.2 造成铸坯脱方、角裂的主要原因表1中这几炉钢的铸坯脱方、角裂均在结晶器超期使用的情况下出现的，当换上符合工艺技术要求的的结晶器时，铸坯脱方、角裂的炉次大大减少，因此，脱方、角裂的主要因素是铸坯在结晶器内冷却不均匀造成铸坯激冷层厚度不均匀，从而引起坯壳不均匀收缩所致。为了进一步查明引起铸坯在结晶器内冷却不均匀的因素，我们测量了大量因严重脱方换下了的结晶器，主要测量结晶器上下口弧面长度以及上下口直面长度的差值，测量结果见表2165*165方坯结晶器的标准安装尺寸为上口弧面长171.4 mm，下口弧面长170.1，上口直面长169.6，下口直面长168.3 mm。要求四个水缝间隙一致，倒锥度必须符合工艺技术要求。结晶器内表面无划伤，由表2可以看出，引起铸坯在结晶器内冷却不均匀的因素是：结晶器内表面凹凸不平，结晶器倒锥度太小，甚至有些变成了正锥度（也就是说下口尺寸太接近于上口尺寸甚至相等）。正常铸坯165*165的对角线为233 mm，而脱方角裂铸坯长对角线均大于这个数值（见表1）。所以铸坯脱方在结晶器内产生，出结晶器后加上二冷区冷却不均匀继续发展，直到严重生成了漏钢事故后，导致二冷喷淋管偏斜，喷嘴粘钢堵塞或脱落。脱方往往伴随角裂发生，角裂主要也是在结晶器内冷却不均匀造成的，在结晶器角部区域，由于二维传热，结晶器角部坯壳凝固最快，最早收缩、气隙首先形成，传热减慢，推迟凝固，随着坯壳的下移，气隙从角部扩到面部，由于钢水静压力作用，结晶器面部间隙比角部要小，因此角部坯壳最薄，常常是产生裂纹和拉漏的祸根。如果结晶器倒锥度太小，会使铸坯表面和结晶器内壁气隙太大，这种气隙最早出现在角部，使角部坯壳变薄，加上结晶器内表面凹凸不平造成冷却不均匀，坯壳在收缩至钝角处时，此处与结晶器失去接触，其凝固速度要比锐角处凝固速度要小，就会在坯壳钝角部位这个薄弱处，因承受的应力集中而产生裂纹。一般出现在铸坯距角部516 mm地地方，角裂离铸坯表面的距离最长为17 mm左右。角裂从激冷层发展到柱状区域，这说明铸坯角裂在结晶内产生，出结晶器后如果二次冷却不均匀，更加剧了角裂的程度，严重时还会导致漏钢事故。表2 结晶器上下口测量数据统计表结晶器号上口弧面长下口弧面长差值上口直面长下口直面长差值5#171.4170.80.6169.6168.51.11#171.4171.5-0.1169.6168.90.73#171.4170.60.8169.6169.9-0.3正常值171.4170.11.3169.6168.31.34 影响铸坯脱方、角裂的其它因素4.1 化学成份的影响4.1.1 碳含量的影响据有关资料介绍，含碳0.170.22%碳素钢铸坯对热裂的敏感性最大，对铸坯内裂纹缺陷敏感性最大的是含碳0.180.24%的钢种，但浇注HRB500T钢种时（C0.210.25%），完全避开这一区域是难以做到的。实践证明，含碳量对铸坯角裂影响不大。4.1.2 钢中S、P 含量影响根据统计S+P在0.0200.055%范围时，脱方角裂率无明显变化，当（S+P）大于0.055%时，铸坯脱方、角裂率明显增大。这表明对S、P含量要同时限制，故（S+P）控制在0.055%以下，可以减少其对铸坯脱方、角裂的影响。4.1.3 浇注温度、拉速影响从实际生产中发现，发生脱方、角裂的炉次和正常的炉次拉速随温度的变化。基本符合操作规程中拉速要与铸温的对应关系。因此，在这种情况下，浇注温度与拉速对脱方、角裂的影响不大。但要杜绝高温快注，因为注温高、拉速快，同时减薄铸坯在结晶器坯壳的厚度，增加脱方的机会。5 工艺措施及效果5.1 加强结晶器维护管理，使结晶器的检查、报废、更换程序化、标准化。通过采取用结晶器挂牌使用，准确统计结晶器使用炉数，建立结晶器使用档案等措施，防止使用已磨损严重的结晶器，及时更换结晶器。结晶器安装要求四个面水缝一致，倒锥度必须符合工艺要求，内腔表面无划伤。5.2 二炼钢2010年9月优化改造了二冷配水系统后，由段的汽水冷却改为现在的水冷却，段水量由原来的10m3到了1620 m3左右，比水量由原来的1.0左右到了1.21.3左右。通过优化二冷系统，并在二冷段加设了加压泵，压力由原来的0.81.0左右到了现在的1.21.4Mpa，并在二冷段加设了多级过滤网。通过以上措施，使铸坯的冷却强度加强了，提高了二冷水的质量，减少了水中悬浮物，并要求每个开浇班组每个浇次清理一次过滤网，更换0段、段喷嘴，在漏钢后要求班组彻底清理喷嘴粘钢，防止堵塞。通过采取以上措施，保证了二冷系统的正常运转。5.3 对S、P含量要同时限制，即（S+P）控制在0.055以下。5.4 避免高温过注。5.5 中间包与结晶器严格对中，防止水口偏斜。5.6 定期检查，维护二冷支撑系统，发现问题及时解决。6 结束语通过采取以上措施后，本车间脱方率由2009年3.8%减少到2010年