大方坯连铸表面角部缺陷的成因及对策-陈绿英

1、大方坯连铸角部表面缺陷的成因及对策摘 要： 针对攀钢大方坯连铸机投产初期出现的批量性铸坯角部表面缺陷，开展了系统的技术研究。在全面系统分析铸坯角 部缺陷影响因素、 成因的基础上， 提出了防止铸坯角部缺陷的技术对策， 并在现场得到成功应用。 取得了消除铸坯角部纵裂 缺陷、降低凸包缺陷发生率和提高铸机作业率的显著效果。关键词： 大方坯连铸 角部缺陷 结晶器锥度 扇形段 冷却制度The Cause and the Countermeasures of the CornerSurface Defects Found in Continous CastingBloomChen Lv Ying( Vana

2、dium Recovery and Steelmaking Plant of PZH Steel,Panzhihua 617062 Sichuan,China )Abstract: Batch bloom corner surface defects occurred at CC bloom the first stage of the bloom caster put intooperation in Panzhehua Iron and steel- making Company(group),a systematic technical research was made.ofter a

3、complete analysis on influence and the cause of the bloom corner defects a series of technical countermeasures was brought forward and successfully used in prodution,After all,the remarkable result such as the bloom corner crackes have been eliminated,the incidence rate of the bulging reduced,and th

4、e contionous caster productivity increased are obtained.Key words: Contionous Cacting bloom,corner defect,mould taper,segment,cooling system0 前言自2003年11月下旬以来，连铸大方坯角部出现了批量性的表面纵裂和凸包缺陷，至2004年23月份角部缺陷率急剧上升，严重时高达25%以上。为此，系统跟踪调查了大方坯连铸设备、工艺、流道质量等一系列与角部缺陷相关的影响因素。根据影响因素分析了角部缺陷的形成机理及采取的措施，并取得了 消除铸坯表面缺陷和提高铸机产能

5、的显著效果。1 铸坯角部缺陷产生的位置 缺陷产生的位置，从铸坯的外弧与内弧来说，绝大部分出现在外弧面的倒角上，个别炉次出现在内弧 面的倒角上，但不会在铸坯的外弧、内弧面同时出现；具体到产生缺陷的角部来说，通常只出现铸坯外弧 或内弧面的某一个倒角上，极少情况下在外弧或内弧面的两个倒角上同时出现。从缺陷的特征看，大部分为沿铸坯长度方向的断续分布，少部分严重的沿铸坯通长分布。缺陷的表现形式主要有两种，一是呈开口或闭合状态的裂纹，另一是凸包，即铸坯倒角上的凸凹不平现象，严重时伴 有角裂缺陷，如图1-1所示。(a)角部裂纹缺陷(b)角部凸包缺陷图1-1连铸大方坯角部缺陷的位置和分布2连铸大方坯角部缺陷的

6、影响因素2.1结晶器锥度及过钢量对角部缺陷的影响和国内同断面的其它厂家相比，攀钢结晶器锥度偏小，而且宽面锥度比窄面锥度小(不一样)。锥度过小，不利于消除凝固收缩过程中产生的气隙，造成坯壳与结晶器壁之间的紧密接触程度下降，传热热阻 增加和结晶器传热效率降低，导致结晶器内初生坯壳生长不均匀且坯壳较薄，强度较低，在脱开结晶器壁 时由于坯壳回热增加了热应力，容易造成坯壳撕裂形成纵向裂纹。此外，结晶器宽窄面锥度不一致，将加剧铸坯宽面、窄面传热的不均匀性，导致结晶器宽窄面的不均匀磨损，尤其在结晶器使用后期更为明显，不仅使初生坯壳的不均匀性增加，而且还容易造成在坯壳最薄弱处的角部因应力集中而开裂形成裂纹。随

7、着过钢量增加，结晶器铜板的磨损程度增加，结晶器锥度变小，甚至出现了正锥度，角部缺陷也会明显增加。2.2 结晶器倒角对角部缺陷的影响文献1，2均明确指出，结晶器倒角选择不合理容易产生角部缺陷，若结晶器倒角圆弧半径偏大，容易在铸坯倒角处产生纵向表面裂纹，反之，若结晶器倒角圆弧半径偏小，容易在距铸坯角部 3mm5mm处 产生偏离角纵向裂纹。与国内其它钢厂的大方坯连铸机相比，攀钢大方坯铸机的结晶器倒角设计偏大，为25mm 45,而其它钢厂的结晶器倒角一般为12mmK 45和8mnK 45。由于铸坯倒角本身就是冷却最薄弱的部位，凝固坯壳最薄，抵抗变形和撕裂的能力也最差，圆弧半径增大后，倒角处冷却面积增加

8、较大， 但倒角处冷却能力却随之降低，造成角部冷却不好，减小角部凝固坯壳的厚度，角部初生坯壳薄，抵抗变 形能力差，容易产生角部纵向裂纹。因此，应减小结晶器倒角并优化倒角处的水缝设计，以改善铸坯角部 的冷却条件，达到防止和减少角部缺陷的目的。2.3 结晶器与扇形1段的对弧对中精度对角部缺陷的影响攀钢大方坯连铸机设计的结晶器与扇形1段的对弧对中方法是以足辊为基准点的阶梯式小样板对弧。对弧时将小样板卡在足辊上，检测距结晶器上口约50mm处对弧样板与结晶器铜板之间的间隙，以判断铸机对弧情况。该对弧方法的优点是检测方便和检测时间短，但缺点是弧度基准点较少，加之作为基准点的 足辊由于设计原因，刚度较差，无法

9、准确反映铸机对弧状况，无法同时保证足辊与扇形1段的严格对中和足辊实际开口度与标准开口度基本一致。此外，无论线下还是线上都没有保证足辊与扇形1段精确对中的手段，而且足辊在线上经常更换，造成足辊与扇形1段的对中精度也难以保证。这样也会造成结晶器铜板磨损速度加快及不均匀磨损，从而造成角部缺陷的产生。2.4 结晶器冷却制度对角部缺陷的影响结晶器冷却制度的主要参数包括冷却水量大小及分配、冷却水流速、进出水温差等。冷却水量过小，结晶器内传热效率低，铸坯凝固坯壳薄，容易产生各种表面质量缺陷，冷却水量过大，水量消耗增加，而结晶器热流密度的提高却不明显。采用FeS示踪剂法标定了结晶器内铸坯凝固坯壳厚度，结果见表

10、2-1，同时在铸坯低倍试样上测量了铸坯细小等轴晶的长度，结果见表2-2。表2-1结晶器岀口处铸坯凝固坯壳厚度序号钢种断面/mnX mm炉号流号拉速/m min-1中包温度/c坯壳厚度/mm1U71Mn280x 3251039015st0.70148915.02U75V280x 3802040236st0.75148714.5注：鞍钢280mm x 380mm断面的铸坯，0.75m/min拉速下结晶器出口坯壳厚度为19.0mm表2-2铸坯细小等轴晶长度测定结果铸坯断面/mmx mm样号钢种铸坯细小等轴晶长度/mm宽面窄面280 x 380（大倒角）103298 402U75V(R)89280 X

11、 380（大倒角）302983 402U75V(R)610280 X 325（大倒角）303140 202U71Mn(T)89280 X 325（大倒角）303140 302U71Mn(T)910280 X 325（大倒角）303140 402U71Mn(T)77由表2-1和表2-2可见，采用原结晶器冷却制度，结晶器出口处的坯壳厚度仅为14.515.0mm，而且铸坯宽、窄面的细小等轴晶生长不均匀，这在结晶器宽面和窄面热流密度分布的差异上得到了明显的反映，说明结晶器冷却较弱且不均匀。结晶器冷却强度不足导致铸坯凝固坯壳较薄，抵抗变形和撕裂的能力较弱，使得铸坯产生角部缺陷的危险性大大增加。所以，应优

12、化结晶器冷却制度，适当增加铸坯凝固坯壳的厚度，以增强铸坯抵抗变形和撕裂的能力。2.5 结晶器保护渣对角部缺陷的影响无论高碳钢或低碳钢，使用进口保护渣与国产保护渣对铸坯角部缺陷有一定影响。在铸机状态及其它工艺参数相当的情况下，使用性能优良的结晶器保护渣可以使缺陷率和缺陷程度有所减轻，但无法从根本 上消除铸坯角部缺陷。2.6 拉速和中包过热度对角部缺陷的影响中包钢水过热度偏高和拉速增加，对铸坯凝固前沿的冲刷和重熔加剧，不利于坯壳均匀生长，同时使结晶器保护渣熔化和在气隙内的流失速度过快，造成结晶器内气隙不均匀和传热不均匀，进一步加重了凝 固坯壳的减薄和不均匀性，在铸机流道质量较差的情况下，增强了铸坯

13、产生角部缺陷的敏感性，对角部缺 陷的形成和扩展有一定的促进作用，因此，应严格控制中包钢液过热度和拉速，尽可能实现低过热度恒速 浇注，减轻温度与拉速的波动对铸坯角部缺陷的影响。2.7 连铸大方坯角部缺陷的成因分析及对策通过对大方坯连铸设备、工艺等一系列角部缺陷影响因素的分析，可以认为：（1）铸坯角部缺陷的产生位置在结晶器内，缺陷形成的机理是，凝固坯壳与结晶器壁不断的“接触一 脱开一接触一脱开”运动过程中，由于不规则的气隙导致传热效果差，使初生坯壳凝固厚度薄且不均匀， 在钢液静压力和脱开区域铸坯回热的作用下，坯壳所受的拉应力超过其高温允许强度和应变，在坯壳最薄 弱的角部产生应力集中，最终形成了角部

14、纵裂或凸包缺陷，并在二冷区冷却收缩下进一步扩展。缺陷的产 生是铸机设备、工艺等多种影响因素综合作用的结果。（2）铸机流道质量检测工具简陋，检测方法简单，检测精度不高，检测手段缺乏，无法保证结晶器与 扇形1段的对弧对中精度，无法在线监控结晶器的锥度变化和铜板磨损情况，造成铸流在结晶器内偏移， 随着过钢量的增加，致使结晶器铜板不均匀磨损严重和结晶器锥度变化较大，是产生铸坯角部缺陷的根本 原因和主要原因。(3) 由于结晶器铜板磨损严重且不均匀以及结晶器锥度变化较大，导致坯壳与铜板间的气隙分布不均 匀，恶化了结晶器内传热效果，使凝固坯壳厚度减薄且不均匀性增加，是产生铸坯角部缺陷的直接原因。(4) 结晶

15、器设计倒角偏大和设计锥度偏小等结构上的不合理之处，限制了角部冷却条件的改善和坯壳 与结晶器壁接触的紧密程度，铸坯角部坯壳厚度偏薄，在流道质量较差的情况下没有足够的抵抗变形与撕 裂的能力，是产生铸坯角部缺陷的重要原因。(5) 由于上述几方面原因的综合作用，增加了中包钢液过热度、拉速、结晶器保护渣等连铸工艺参数 波动对铸坯角部缺陷变化的敏感性，尤其是结晶器冷却强度不足，减小了铸坯凝固坯壳厚度和结晶器铜板 抵抗变形的能力，对角部缺陷的产生和在结晶器内的扩展起到了积极的促进作用。根据铸坯角部缺陷的成因，采取以下对策：(1) 研究可靠的结晶器与扇形 1 段的对弧对中技术，提高对弧对中精度和铸机流道质量，

16、避免铸坯在 结晶器内的偏移和结晶器铜板的不均匀磨损。(2) 优化结晶器倒角、锥度等结构参数，强化铸流在结晶器内的冷却条件，增加凝固坯壳厚度以增强 抗变形和撕裂的能力。(3) 研究应用结晶器锥度在线监控技术，避免结晶器锥度变化过大以均衡稳定结晶器内的传热效果， 增加凝固坯壳的均匀性。(4) 优化完善结晶器冷却制度，增加冷却强度以提高凝固坯壳的厚度和结晶器铜板抵抗变形的能力。(5) 严格控制中包钢液过热度和拉速等连铸工艺参数，尽可能的实现低过热度恒速浇注，避免或减小工艺参数的波动加剧铸坯角部缺陷的产生。3 连铸大方坯角部缺陷综合整治技术措施及应用效果通过研究应用了结晶器锥度在线监控技术、铸机整体对

17、弧对中技术、结晶器结构优化、结晶器冷却制度完善以及拉速与中包温度的优化控制等一系列技术，开发形成了涵盖连铸工艺与设备的一整套综合整治技术，提高了铸机工况和流道质量，在线结晶器的铜板磨损和锥度变化得以有效控制，使得铸机的对弧对中精度显著提高，避免了铸坯在结晶器内的偏移，改善了结晶器内的传热条件，增加了凝固坯壳厚度及 其均匀性， 将导致铸坯角部缺陷的各种因素的影响程度逐步消除或减轻， 显著的降低了角部缺陷的发生率。并在此基础上，将各项技术的应用成果和经验及时转化为生产、工艺、设备检修以及质量监控等各方面的 规程规定固化下来，完善和充实了大方坯连铸机的工艺、设备和质量控制体系。通过上述各项工艺设备规

18、程、制度的严格执行，消除和降低了导致角部缺陷的各种影响因素和诱发因2004 年 312 月铸坯角部缺陷素的潜在危险性，铸坯角部缺陷发生率逐步降低并稳定控制在很低的水平，率变化情况见图 3-1和图3-2。80O706050o o O4 3 2%/率陷缺部角80O600222402260802003328444O4O83O63O34二月三月四月五月六月七月月份图3-1铸坯角部缺陷率的波动及原因八月九月图3-2 2004年312月铸坯角部缺陷率的变化外率陷缺部角连铸大方坯角部表面缺陷综合治理技术经实施应用，2004年下半年铸坯角部缺陷率稳定地控制在1%以下，2005年铸坯角部缺陷率为0.35%，2006年上半年铸坯缺陷率为0.16%，消除了角部缺陷对重轨等重点品种质量的影响，确保了大方坯连铸重点品种的质量稳定和大方坯连铸生产的顺利实施，为实施连 铸坯热送热装工艺奠定了坚实的基础。4、结论(1) 连铸大方坯角部缺陷在结