淺談連鑄小方坯內部質量的控制
發布時間：
2015-04-08 12:31
湖北中鋼聯冶金工程有限公司 湖北武漢 430023
【摘要】 本文就連鑄小方坯的內部質量存在的問題，進一步探討相關的解決措施。
關鍵詞 連鑄小方坯;內部;質量
引言：
在當前，連鑄工藝及其相關的配套技術均獲得了較大程度的發展，但為了更有效地進行投資與生產成本控制，逐漸降低大方坯應用率而更多采用小方坯已逐漸成為了當前高碳硬線鋼生產的重點研究方向之一。在初步的應用實踐過程中，高碳鋼小截面方坯目前仍受到諸如中心偏析、中心縮孔以及內部裂紋等多方面問題的困擾，繼而在很大程度上對方坯的質量構成了非常不利的影響，相關研究指出，由于這些缺陷的存在，將會顯著增加發生高碳鋼盤條拉拔斷裂的幾率，針對此方面的缺陷問題進行成因與預防控制措施的分析，為高碳鋼小截面方坯的生產提供一定參考。
一、高 效連鑄小方坯結晶器
在連鑄設備中，結晶器是連鑄機的關鍵部件，鋼液通過結晶器壁散熱冷卻，形成一定厚度的坯殼。目前高 效連鑄結晶器一次冷卻普遍采用水縫管式結構，水縫作為結晶器冷卻水通道，結晶器冷卻水以9~12m/s 的速度自下而上從水縫中流過，使結晶器具有良好的冷卻效果。
為實現高拉速，要求結晶器具有足夠的冷卻強度，主要通過采用高 效結晶器銅管和高精度水縫技術實現。高 效結晶器銅管內腔集合形狀采用連續錐度或多錐度，以適應鑄坯的凝固收縮規律，減小坯殼與結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計，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，保證結晶器冷卻強度。結晶器一次冷卻保證鑄坯出結晶器時，形成厚度均勻而強度足夠的坯殼，以能抵抗鋼液靜壓力和拉坯力，避免漏鋼事故。
初出結晶器下口的鑄坯沒有完全凝固，只形成一個厚度較薄的(10~20mm)坯殼，中心還是高溫液體，需要在結晶器下方設計支撐結構和零段噴淋以支撐和冷卻鑄坯。目前高 效連鑄小方坯結晶器下方普遍采用足輥結構支撐鑄坯，并配合適量的噴水以進一步增加坯殼厚度。
足輥裝置時在結晶器出口下方四周安裝足輥，其安裝位置與結晶器銅管對弧，以防對鑄坯形成橫向應力，對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，足輥對拉坯阻力影響較小，足輥調節不當、足輥間隙過大或足輥發生變形均會誘發鑄坯菱變。足輥區的噴水冷卻屬于零段二次冷卻系統，時對初出結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，保證連鑄坯質量。
在高速連鑄過程中，小方坯發生漏鋼事故，冷鋼粘結在足輥上導致停澆或劃傷鑄坯，清理足輥上的冷鋼工作比較困難，對損壞的足輥及噴嘴需要更換。
二、連鑄小方坯內部質量存在的問題
(一)連鑄小方坯中心偏析產生的原因
連鑄小方坯產生中心偏析的原因多是因為其中心區域具有C，Mn，P和S等溶質元素分布并不是十分均勻的情況，以至于時常會在鑄坯橫剖面上表現為鑄坯中心處溶質元素的濃度出現峰值，而兩邊的濃度則相對處于更低的水平，再從鑄坯縱剖面上的情況來看，其表觀形態存在的形式則更多的表現為V形偏析、U形偏析、點狀偏析、線狀偏析或是縮孔等，整體來看，沿中心線，溶質元素多呈現出近似周期性的波動。多數時候，連鑄方坯中心偏析不足以影響終極產品的質量，在一定范圍內是允許存在的。但諸如含碳量相對較高的硬線、鋼簾線鋼種以及對C，Mn，S偏析更為敏感的抗氫致開裂管線鋼種等特殊鋼種，中心偏析則將會對其終產品的質量以及加工性能等造成不同程度的影響，故一般被認為是一種非常典型的鑄坯內部缺陷。在當前連鑄方坯鋼種檔次持續提升的過程中，鑄坯中心偏析的問題實則將愈發的更加突出。
(二)連鑄小方坯中心縮孔產生的原因
從工藝方面來看，實踐表明中心縮孔的產生多與鋼水過熱度過高、比水量不妥以及二冷水壓不穩等級方面因素關聯密切，故需給予這些因素有針對性的改進措施。
三、連鑄小方坯內部質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
有學者進行了其他工藝參數不變情況下單純改變連鑄拉速的試驗。以觀察對中心偏析的影響水平，其試驗結果顯示，在拉速不斷升高的情況下，則鑄坯在結晶器內部的停留時間也將會變得越來越短，鋼水的凝固時間也相對被延長，鑄坯液芯同時變長，這在一定程度上會將等軸晶的形核與長大推遲，柱狀晶區也將會被擴大，促使柱狀晶“搭橋”，這將造成有更高的幾率會形成小鋼錠結構，鑄坯中心偏析會被明顯加重。故可以確定，在將拉速控制在一定相對更理想的范圍水平內，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提高，同時也可以在一定程度將中心縮孔減輕，但就其對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)所具體發揮的作用比較明顯，其不僅可對凝固兩相區溶質元素的集聚發揮較好的分散作用，繼而減少中心偏析，同時還能在很大程度上減輕中心等軸晶的滑移現象，繼而減少辦宏觀偏析(V型偏析)。但需要注意的是，F-EMS的應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和使用大功率攪拌凝固末端區域的糊狀區，倘若攪拌的強度達不到要求，則所能發揮的效果也是并不十分明顯;M+F-EMS聯用比較而言是好的，但需保持相對恒定的拉速與穩定的過熱度。
4.凝固末端噴水強冷
相關實驗性研究結果顯示：在現有連鑄工藝條件下，鑄坯末端噴水強冷與非強冷相比，其對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防控制措施
1.控制澆鋼溫度
在進行高溫澆注的情況下，柱狀晶生長將會得到促進，繼而大鑄坯中心的搭橋機會也將大大增加，這終有將會導致產生縮孔的幾率明顯提高。為大程度避免出現高溫鋼澆注的情況，可以考慮穩定轉爐的出鋼溫度，通過對生產工藝進行妥善調整，以盡量將連鑄鋼水過熱度控制在15~20℃。
2.優化比水量
提速后，為了保證冷卻需要，開始時比水量選的較大，鑄坯冷卻太快，易出現縮孔和裂紋。但比水量太小時，鑄坯冷卻慢，矯前溫度過高，導致坯子帶液芯矯直。經過幾次摸索，后將比水量穩定在1.45L/kg，鑄坯縮孔得到了有效控制。
3.穩定二冷水壓
在生產過程中，需對相關工作人員的配水參數給予密切監督，一旦發現有冷水壓不穩以及冷卻不均的情況，則必須在一時間給予協調解決，不僅要保證有穩定的水壓，而且要堅決避免不穩定二冷水壓導致形成斷續縮孔的情況。除此之外，進一步對零段水量進行統一化的規范要求，同時嚴格要求不能對水量進行隨意調整。
結束語：
在我國現階段，連鑄公司及其相關的配套技術均獲得了較大程度的發展，單位了更有效的進行投資與生產成本控制，逐漸降低大方坯應用率而更多采用小方坯已逐漸成為了當前高碳硬線鋼生產的重點研究方向，本文就連鑄小方坯內部存在的質量問題進行分析與研究，并提高相應的解決措施，有效的促進其快速發展。
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