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淺談連鑄小方坯內(nèi)部質(zhì)量的控制
發(fā)布時(shí)間：
2015-04-08 12:31
湖北中鋼聯(lián)冶金工程有限公司 湖北武漢 430023
【摘要】 本文就連鑄小方坯的內(nèi)部質(zhì)量存在的問題，進(jìn)一步探討相關(guān)的解決措施。
關(guān)鍵詞 連鑄小方坯;內(nèi)部;質(zhì)量
引言：
在當(dāng)前，連鑄工藝及其相關(guān)的配套技術(shù)均獲得了較大程度的發(fā)展，但為了更有效地進(jìn)行投資與生產(chǎn)成本控制，逐漸降低大方坯應(yīng)用率而更多采用小方坯已逐漸成為了當(dāng)前高碳硬線鋼生產(chǎn)的重點(diǎn)研究方向之一。在初步的應(yīng)用實(shí)踐過程中，高碳鋼小截面方坯目前仍受到諸如中心偏析、中心縮孔以及內(nèi)部裂紋等多方面問題的困擾，繼而在很大程度上對(duì)方坯的質(zhì)量構(gòu)成了非常不利的影響，相關(guān)研究指出，由于這些缺陷的存在，將會(huì)顯著增加發(fā)生高碳鋼盤條拉拔斷裂的幾率，針對(duì)此方面的缺陷問題進(jìn)行成因與預(yù)防控制措施的分析，為高碳鋼小截面方坯的生產(chǎn)提供一定參考。
一、高 效連鑄小方坯結(jié)晶器
在連鑄設(shè)備中，結(jié)晶器是連鑄機(jī)的關(guān)鍵部件，鋼液通過結(jié)晶器壁散熱冷卻，形成一定厚度的坯殼。目前高 效連鑄結(jié)晶器一次冷卻普遍采用水縫管式結(jié)構(gòu)，水縫作為結(jié)晶器冷卻水通道，結(jié)晶器冷卻水以9~12m/s 的速度自下而上從水縫中流過，使結(jié)晶器具有良好的冷卻效果。
為實(shí)現(xiàn)高拉速，要求結(jié)晶器具有足夠的冷卻強(qiáng)度，主要通過采用高 效結(jié)晶器銅管和高精度水縫技術(shù)實(shí)現(xiàn)。高 效結(jié)晶器銅管內(nèi)腔集合形狀采用連續(xù)錐度或多錐度，以適應(yīng)鑄坯的凝固收縮規(guī)律，減小坯殼與結(jié)晶器銅壁之間的氣隙熱阻，尤其是減小角部氣隙熱阻，增加傳熱效率;水縫采用高精度窄水縫設(shè)計(jì)，其寬度一般取3.5~4mm，窄水縫能提高冷卻水的流速，水縫高精度可改善水流的均勻性，保證結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度。結(jié)晶器一次冷卻保證鑄坯出結(jié)晶器時(shí)，形成厚度均勻而強(qiáng)度足夠的坯殼，以能抵抗鋼液靜壓力和拉坯力，避免漏鋼事故。
初出結(jié)晶器下口的鑄坯沒有完全凝固，只形成一個(gè)厚度較薄的(10~20mm)坯殼，中心還是高溫液體，需要在結(jié)晶器下方設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)和零段噴淋以支撐和冷卻鑄坯。目前高 效連鑄小方坯結(jié)晶器下方普遍采用足輥結(jié)構(gòu)支撐鑄坯，并配合適量的噴水以進(jìn)一步增加坯殼厚度。
足輥裝置時(shí)在結(jié)晶器出口下方四周安裝足輥，其安裝位置與結(jié)晶器銅管對(duì)弧，以防對(duì)鑄坯形成橫向應(yīng)力，對(duì)高拉速鑄坯初出銅管的薄弱坯殼起支撐作用，減少鑄坯變形或漏鋼，足輥對(duì)拉坯阻力影響較小，足輥調(diào)節(jié)不當(dāng)、足輥間隙過大或足輥發(fā)生變形均會(huì)誘發(fā)鑄坯菱變。足輥區(qū)的噴水冷卻屬于零段二次冷卻系統(tǒng)，時(shí)對(duì)初出結(jié)晶器銅管薄而高溫坯殼的輔助支撐和均勻冷卻，可增厚坯殼，控制菱變，保證連鑄坯質(zhì)量。
在高速連鑄過程中，小方坯發(fā)生漏鋼事故，冷鋼粘結(jié)在足輥上導(dǎo)致停澆或劃傷鑄坯，清理足輥上的冷鋼工作比較困難，對(duì)損壞的足輥及噴嘴需要更換。
二、連鑄小方坯內(nèi)部質(zhì)量存在的問題
(一)連鑄小方坯中心偏析產(chǎn)生的原因
連鑄小方坯產(chǎn)生中心偏析的原因多是因?yàn)槠渲行膮^(qū)域具有C，Mn，P和S等溶質(zhì)元素分布并不是十分均勻的情況，以至于時(shí)常會(huì)在鑄坯橫剖面上表現(xiàn)為鑄坯中心處溶質(zhì)元素的濃度出現(xiàn)峰值，而兩邊的濃度則相對(duì)處于更低的水平，再從鑄坯縱剖面上的情況來看，其表觀形態(tài)存在的形式則更多的表現(xiàn)為V形偏析、U形偏析、點(diǎn)狀偏析、線狀偏析或是縮孔等，整體來看，沿中心線，溶質(zhì)元素多呈現(xiàn)出近似周期性的波動(dòng)。多數(shù)時(shí)候，連鑄方坯中心偏析不足以影響終極產(chǎn)品的質(zhì)量，在一定范圍內(nèi)是允許存在的。但諸如含碳量相對(duì)較高的硬線、鋼簾線鋼種以及對(duì)C，Mn，S偏析更為敏感的抗氫致開裂管線鋼種等特殊鋼種，中心偏析則將會(huì)對(duì)其終產(chǎn)品的質(zhì)量以及加工性能等造成不同程度的影響，故一般被認(rèn)為是一種非常典型的鑄坯內(nèi)部缺陷。在當(dāng)前連鑄方坯鋼種檔次持續(xù)提升的過程中，鑄坯中心偏析的問題實(shí)則將愈發(fā)的更加突出。
(二)連鑄小方坯中心縮孔產(chǎn)生的原因
從工藝方面來看，實(shí)踐表明中心縮孔的產(chǎn)生多與鋼水過熱度過高、比水量不妥以及二冷水壓不穩(wěn)等級(jí)方面因素關(guān)聯(lián)密切，故需給予這些因素有針對(duì)性的改進(jìn)措施。
三、連鑄小方坯內(nèi)部質(zhì)量存在問題的解決措施
(一)連鑄小方坯中心偏析的方控制措施
1、控制連鑄拉素在一定范圍內(nèi)
有學(xué)者進(jìn)行了其他工藝參數(shù)不變情況下單純改變連鑄拉速的試驗(yàn)。以觀察對(duì)中心偏析的影響水平，其試驗(yàn)結(jié)果顯示，在拉速不斷升高的情況下，則鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)部的停留時(shí)間也將會(huì)變得越來越短，鋼水的凝固時(shí)間也相對(duì)被延長，鑄坯液芯同時(shí)變長，這在一定程度上會(huì)將等軸晶的形核與長大推遲，柱狀晶區(qū)也將會(huì)被擴(kuò)大，促使柱狀晶“搭橋”，這將造成有更高的幾率會(huì)形成小鋼錠結(jié)構(gòu)，鑄坯中心偏析會(huì)被明顯加重。故可以確定，在將拉速控制在一定相對(duì)更理想的范圍水平內(nèi)，連鑄方坯的中心偏析問題將得到一定程度改善。
3.改善電磁攪拌工藝
就高碳鋼而言，單純的M-EMS攪拌只能在一定程度將等軸晶區(qū)提高，同時(shí)也可以在一定程度將中心縮孔減輕，但就其對(duì)中心偏析的作用來看，其效果是非常有限的，基于此，采用M+F-EMS的組合攪拌形式是非常有必要的。末端電磁攪拌(F-EMS)所具體發(fā)揮的作用比較明顯，其不僅可對(duì)凝固兩相區(qū)溶質(zhì)元素的集聚發(fā)揮較好的分散作用，繼而減少中心偏析，同時(shí)還能在很大程度上減輕中心等軸晶的滑移現(xiàn)象，繼而減少辦宏觀偏析(V型偏析)。但需要注意的是，F(xiàn)-EMS的應(yīng)用是需要具備一定前提條件的，那就是必須有較寬的中心等軸晶區(qū)和使用大功率攪拌凝固末端區(qū)域的糊狀區(qū)，倘若攪拌的強(qiáng)度達(dá)不到要求，則所能發(fā)揮的效果也是并不十分明顯;M+F-EMS聯(lián)用比較而言是好的，但需保持相對(duì)恒定的拉速與穩(wěn)定的過熱度。
4.凝固末端噴水強(qiáng)冷
相關(guān)實(shí)驗(yàn)性研究結(jié)果顯示：在現(xiàn)有連鑄工藝條件下，鑄坯末端噴水強(qiáng)冷與非強(qiáng)冷相比，其對(duì)鑄坯的中心偏析程度有一定的影響。
(二)連鑄小方坯中心縮孔的預(yù)防控制措施
1.控制澆鋼溫度
在進(jìn)行高溫澆注的情況下，柱狀晶生長將會(huì)得到促進(jìn)，繼而大鑄坯中心的搭橋機(jī)會(huì)也將大大增加，這終有將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生縮孔的幾率明顯提高。為大程度避免出現(xiàn)高溫鋼澆注的情況，可以考慮穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐的出鋼溫度，通過對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行妥善調(diào)整，以盡量將連鑄鋼水過熱度控制在15~20℃。
2.優(yōu)化比水量
提速后，為了保證冷卻需要，開始時(shí)比水量選的較大，鑄坯冷卻太快，易出現(xiàn)縮孔和裂紋。但比水量太小時(shí)，鑄坯冷卻慢，矯前溫度過高，導(dǎo)致坯子帶液芯矯直。經(jīng)過幾次摸索，后將比水量穩(wěn)定在1.45L/kg，鑄坯縮孔得到了有效控制。
3.穩(wěn)定二冷水壓
在生產(chǎn)過程中，需對(duì)相關(guān)工作人員的配水參數(shù)給予密切監(jiān)督，一旦發(fā)現(xiàn)有冷水壓不穩(wěn)以及冷卻不均的情況，則必須在一時(shí)間給予協(xié)調(diào)解決，不僅要保證有穩(wěn)定的水壓，而且要堅(jiān)決避免不穩(wěn)定二冷水壓導(dǎo)致形成斷續(xù)縮孔的情況。除此之外，進(jìn)一步對(duì)零段水量進(jìn)行統(tǒng)一化的規(guī)范要求，同時(shí)嚴(yán)格要求不能對(duì)水量進(jìn)行隨意調(diào)整。
結(jié)束語：
在我國現(xiàn)階段，連鑄公司及其相關(guān)的配套技術(shù)均獲得了較大程度的發(fā)展，單位了更有效的進(jìn)行投資與生產(chǎn)成本控制，逐漸降低大方坯應(yīng)用率而更多采用小方坯已逐漸成為了當(dāng)前高碳硬線鋼生產(chǎn)的重點(diǎn)研究方向，本文就連鑄小方坯內(nèi)部存在的質(zhì)量問題進(jìn)行分析與研究，并提高相應(yīng)的解決措施，有效的促進(jìn)其快速發(fā)展。
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