連鑄坯低倍缺陷

連鑄坯低倍缺陷主要有以下幾種:縮孔、中心裂紋、皮下裂紋、中間裂紋、中心疏鬆、皮下氣泡、非金屬夾雜等。石鋼矩形坯低倍組織的缺陷主要表現為等軸晶帶薄且不均勻，柱狀晶發達，三區分界明顯的特點，斷面可見縮孔、皮下裂紋、中心和中間裂紋。

基本介紹

• 中文名：連鑄坯低倍缺陷
• 外文名：Continuous casting billet defects
• 學科：冶金工程
• 領域：鋼鐵
• 包括：縮孔、中心裂紋、皮下裂紋等
• 特點：柱狀晶發達，三區分界明顯等

簡介

低倍組織是反映連鑄坯(或稱矩形坯)內在質量的一項重要內容，特別是對於優質鋼連鑄坯尤為重要，均勻、緻密的低倍組織是減少和杜絕鋼材內在缺陷、提高鋼材使用性能的基礎保證。石鋼轉爐廠矩形坯連鑄機自2002年7月投產以後，在連鑄坯低倍組織控制上做了很多積極的探索，取得了較好效果。

石鋼矩形坯連鑄機主要工藝參數

連鑄機半徑:12m

鑄機流數:3機3流

流間距:1400 mm

振動形式:四偏心振動

結晶器形式:管式

二次冷卻控制:汽水霧化冷卻

澆注控制:塞棒自動控制+液面自動控

制鑄坯斷面:180 mm x 220 mm,220 mm x 300 mm

石鋼連鑄坯低倍組織的主要缺陷及形成原因

主要缺陷

連鑄坯的低倍組織缺陷主要有以下幾種:縮孔、中心裂紋、皮下裂紋、中間裂紋、中心疏鬆、皮下氣泡、非金屬夾雜等。石鋼矩形坯低倍組織的缺陷主要表現為等軸晶帶薄且不均勻，柱狀晶發達，三區分界明顯的特點，斷面可見縮孔、皮下裂紋、中心和中間裂紋。

皮下裂紋:轉爐廠矩形坯皮下裂紋的分布具有一定的規律性，一般出現在靠近四角的寬面位置;有時裂紋處伴隨有局部凹陷。裂紋一般距表面5-10 mm。

中間裂紋:轉爐廠矩形坯中間裂紋的產生深度一般在距離表面15-20 mm處，表現為從激冷層沿枝晶方向生長發展，裂紋長度10-20 mm不等。

中心裂紋:中心裂紋的產生一般都伴隨著嚴重的中心縮孔和疏鬆，垂直於鑄坯表面。

形成原因

(1)皮下裂紋的產生與結晶器變形、局部摩擦力過大、對弧不準、結晶器及二冷區冷卻不均勻、連鑄坯鼓肚及矯直應力過大等多種因素有關。從轉爐廠情況分析，噴嘴的嚴重堵塞造成冷卻不均、鑄坯出結晶器以後水冷卻和汽水霧化冷卻銜接不好，鑄坯表面出現溫度回升是產生皮下裂紋的主要原因。同時，鑄坯表面的凹陷產生的變形應力也會直接導致皮下的裂紋。

(2)中間裂紋主要是由於冷卻不均勻，出二冷區後鑄坯表面溫度回升產生熱應力，在拉坯和矯直時連鑄坯受的機械應力過大造成，柱狀晶發達也助長裂紋的發生。從轉爐廠中間裂紋產生的位置分析，裂紋的產生時間應該在二冷夾持段，而夾持段鑄坯表面溫度明顯低於正常溫度，特別是在噴嘴下方存在明顯的黑斑，說明夾持段冷卻過強或噴嘴的選型過大。鑄坯表面溫度的反覆變化導致了裂紋的產生。

(3)中心裂紋的產生主要是由連鑄坯凝固末期心部鋼液凝固收縮產生的應力所致;連鑄坯鼓肚，二冷制度不當，矯直應力過大，鋼液過熱度高及氣體含量高都可能引起中心裂紋。調查發現，矩形坯中心裂紋的產生和中心縮孔、疏鬆有著密切的關係，凝固收縮應力是產生中心裂紋的主要原因，同時由於拉矯機壓力偏大，在鑄坯中心通過拉矯未完全凝固的情況下，矯直應力也會造成中心裂紋。

(4)縮孔的產生一般是由於鋼液凝固時柱狀晶發達及局部柱狀晶搭橋，鑄坯中心最後凝固部分集中收縮而得不到鋼液補充所致。從轉爐廠鑄坯縮孔出現的部位說明二冷冷卻的上段冷卻強度過大，在後部凝固過程中鋼水不能及時補縮。

主要控制措施

水質的改善

二冷水質的好壞直接制約二冷室的運行狀況，嚴重時會造成噴嘴堵塞，使鑄坯冷卻不均勻。為改善這一狀況，轉爐廠採取了如下措施:

(1)在連鑄二平池增上化學除油裝置，以降低二冷水中的油含量;

(2)在二冷水管路調節閥後加裝一道過濾網，並將原有的閥前過濾網由通徑80 mm, 60目改為通徑150 mm, 80目，在空氣管路上加裝通徑150 mm的空氣過濾網，以增強過濾效果，防止噴嘴堵塞。為防止設備檢修過程中對系統管路造成的污染，制訂了《二冷系統檢修規定》，並在檢修作業中推廣執行，杜絕了在檢修過程中將雜質帶入系統中而引起的噴嘴堵塞;

(3)二冷水中加入阻垢劑，以降低總硬度，防止二冷水噴嘴結垢堵塞。

通過以上措施，二冷水質得到明顯改善，使噴嘴的性能滿足基本要求。

設備調整

(1)噴嘴型號的調整。鑄機二次冷卻系統分為四個冷卻區，其中A區(足輥)2排水噴嘴，工區(扇形段)6排扁平氣霧噴嘴，B區8排圓錐噴嘴，C區3排圓錐噴嘴。為獲得良好的霧化效果，將A段噴嘴由水噴嘴改為扁平型汽水霧化噴嘴，對二冷段噴嘴進行的重新設計，保證了噴水正常。

(2)對二冷夾持輥間隙進行了重新調整。重新調整足輥、夾持輥各排噴嘴之間的間距，使足輥段及夾持輥段的鑄坯冷卻更加合理，兩段冷卻強度過渡更加平穩，以保證其在拉鋼過程中能良好運轉，從而解決鑄坯表面變形問題。

(3)對弧精度的調整。原設計要求整個R12m弧線上的徑向偏差為±5 mm，為了減少鑄坯的機械應力，將徑向精度調整為0-1mm，並且定期校弧，避免由於輥子磨損或其它原因造成的弧度偏差。

(4)開口度的調整。為了摸索正確的開口度，一方面借鑑外廠經驗，另一方面不斷調整數據進行調試，通過一段時間的實踐摸索出一套合適的數據，現在足輥的開口度精度保持在土0.05 mm之內，夾持輥精度保持在0- 0.3 mm之內。

通過以上對設備的調整，鑄坯皮下裂紋及中心裂紋缺陷得到明顯改善。

工藝參數的調整

(1)拉矯輥壓力的調整。將前三道拉矯輥的壓力從1.3 MPa調至1.0 MPa。

(2)比水量的調整。由於3#連鑄機比水量的設計值較大，屬較強冷卻，使鑄坯低倍組織表現為晶粒粗大，細等軸晶區、中間粗大柱狀晶及中心粗大等軸晶區分層界限明顯，在細等軸晶和柱狀晶區交界處的晶間裂紋及粗大柱狀晶中間的裂紋產生幾率較高，本次工藝參數調整採用弱冷方式，以降低鑄坯斷面的溫度梯度。經過多次調整，二冷比水量足輥段分配水量調整至20 %。總比水量由0.35 L/kg調整至0.2 L/kg，使鑄坯既得到了良好的內部結晶組織，又避免了鑄坯在脆性區的矯直，達到了良好效果。

(3)水量分配的調整。合理的水量分配能夠使鑄坯在二冷室得到均勻的冷卻，各段之間的冷卻強度銜接緊密，鑄坯的表面溫度、內部溫度平緩降低，結晶組織合理生長，從而減少低倍缺陷的發生。為達到這一效果，做了大量的試驗工作，結合所澆鋼種，進行了不同比水量、不同冷卻水分配比例，不同參數的噴嘴選用等十餘種二冷配水方案的試驗比較。通過試驗，尋找到了較合理的水量分配，控制生產的鋼種在二冷區的鑄坯溫度變化儘量在合理的範圍內，通過細化鑄坯晶粒，減輕了組織分層明顯的現象，在此基礎上，對二冷各段的噴嘴型號、水壓、水量、汽水比進行了調整。

鋼水質量的改善

(1)鋼水成分的控制。在儘量降低鋼中[ S]的同時，將鋼中的[ Mn]向上限控制，保證[ Mn]/[S]大於40。

(2)拉速的調整。對拉速進行嚴格的規範，規定220mm x 300mm斷面的鑄坯拉速為0.6-0.7 m/min; 180 mm x 220mm斷面的鑄坯拉速為1.0-1.1m/min。

(3)鋼水溫度的控制。為降低中包過熱度，制定以中包過熱度<20℃為標準的一系列保證措施，使中包過熱度有了明顯下降，降低了缺陷產生的幾率。

經過以上措施的實施，鑄坯低倍缺陷嚴重的情況得到明顯改善。

總結

(1)足輥區採用汽水霧化冷卻方式，使冷卻更為均勻，特別是能夠很好地解決與夾持段冷卻的銜接，是消除皮下裂紋的關鍵因素。

(2)二次冷卻區噴嘴的霧化狀態不良甚至堵塞，影響鑄坯低倍質量的穩定。

(3)鋼水質量直接影響鑄坯低倍質量的提高。

(4)設備原因引起的外應力作用於鑄坯會對鑄坯低倍的缺陷產生影響。

(5)二冷區各段冷卻強度的合理銜接是科學配水的基本依據。