[科普中国]-连铸坯低倍缺陷

简介

低倍组织是反映连铸坯(或称矩形坯)内在质量的一项重要内容，特别是对于优质钢连铸坯尤为重要，均匀、致密的低倍组织是减少和杜绝钢材内在缺陷、提高钢材使用性能的基础保证。石钢转炉厂矩形坯连铸机自2002年7月投产以后，在连铸坯低倍组织控制上做了很多积极的探索，取得了较好效果1。

石钢矩形坯连铸机主要工艺参数连铸机半径:12m

铸机流数:3机3流

流间距:1400 mm

振动形式:四偏心振动

结晶器形式:管式

二次冷却控制:汽水雾化冷却

浇注控制:塞棒自动控制+液面自动控

制铸坯断面:180 mm x 220 mm,220 mm x 300 mm2

石钢连铸坯低倍组织的主要缺陷及形成原因主要缺陷连铸坯的低倍组织缺陷主要有以下几种:缩孔、中心裂纹、皮下裂纹、中间裂纹、中心疏松、皮下气泡、非金属夹杂等。石钢矩形坯低倍组织的缺陷主要表现为等轴晶带薄且不均匀，柱状晶发达，三区分界明显的特点，断面可见缩孔、皮下裂纹、中心和中间裂纹。

皮下裂纹:转炉厂矩形坯皮下裂纹的分布具有一定的规律性，一般出现在靠近四角的宽面位置;有时裂纹处伴随有局部凹陷。裂纹一般距表面5-10 mm。

中间裂纹:转炉厂矩形坯中间裂纹的产生深度一般在距离表面15-20 mm处，表现为从激冷层沿枝晶方向生长发展，裂纹长度10-20 mm不等。

中心裂纹:中心裂纹的产生一般都伴随着严重的中心缩孔和疏松，垂直于铸坯表面。

形成原因(1)皮下裂纹的产生与结晶器变形、局部摩擦力过大、对弧不准、结晶器及二冷区冷却不均匀、连铸坯鼓肚及矫直应力过大等多种因素有关。从转炉厂情况分析，喷嘴的严重堵塞造成冷却不均、铸坯出结晶器以后水冷却和汽水雾化冷却衔接不好，铸坯表面出现温度回升是产生皮下裂纹的主要原因。同时，铸坯表面的凹陷产生的变形应力也会直接导致皮下的裂纹。

(2)中间裂纹主要是由于冷却不均匀，出二冷区后铸坯表面温度回升产生热应力，在拉坯和矫直时连铸坯受的机械应力过大造成，柱状晶发达也助长裂纹的发生。从转炉厂中间裂纹产生的位置分析，裂纹的产生时间应该在二冷夹持段，而夹持段铸坯表面温度明显低于正常温度，特别是在喷嘴下方存在明显的黑斑，说明夹持段冷却过强或喷嘴的选型过大。铸坯表面温度的反复变化导致了裂纹的产生。

(3)中心裂纹的产生主要是由连铸坯凝固末期心部钢液凝固收缩产生的应力所致;连铸坯鼓肚，二冷制度不当，矫直应力过大，钢液过热度高及气体含量高都可能引起中心裂纹。调查发现，矩形坯中心裂纹的产生和中心缩孔、疏松有着密切的关系，凝固收缩应力是产生中心裂纹的主要原因，同时由于拉矫机压力偏大，在铸坯中心通过拉矫未完全凝固的情况下，矫直应力也会造成中心裂纹。

(4)缩孔的产生一般是由于钢液凝固时柱状晶发达及局部柱状晶搭桥，铸坯中心最后凝固部分集中收缩而得不到钢液补充所致。从转炉厂铸坯缩孔出现的部位说明二冷冷却的上段冷却强度过大，在后部凝固过程中钢水不能及时补缩3。

主要控制措施水质的改善二冷水质的好坏直接制约二冷室的运行状况，严重时会造成喷嘴堵塞，使铸坯冷却不均匀。为改善这一状况，转炉厂采取了如下措施:

(1)在连铸二平池增上化学除油装置，以降低二冷水中的油含量;

(2)在二冷水管路调节阀后加装一道过滤网，并将原有的阀前过滤网由通径80 mm, 60目改为通径150 mm, 80目，在空气管路上加装通径150 mm的空气过滤网，以增强过滤效果，防止喷嘴堵塞。为防止设备检修过程中对系统管路造成的污染，制订了《二冷系统检修规定》，并在检修作业中推广执行，杜绝了在检修过程中将杂质带入系统中而引起的喷嘴堵塞;

(3)二冷水中加入阻垢剂，以降低总硬度，防止二冷水喷嘴结垢堵塞。

通过以上措施，二冷水质得到明显改善，使喷嘴的性能满足基本要求。

设备调整(1)喷嘴型号的调整。铸机二次冷却系统分为四个冷却区，其中A区(足辊)2排水喷嘴，工区(扇形段)6排扁平气雾喷嘴，B区8排圆锥喷嘴，C区3排圆锥喷嘴。为获得良好的雾化效果，将A段喷嘴由水喷嘴改为扁平型汽水雾化喷嘴，对二冷段喷嘴进行的重新设计，保证了喷水正常。

(2)对二冷夹持辊间隙进行了重新调整。重新调整足辊、夹持辊各排喷嘴之间的间距，使足辊段及夹持辊段的铸坯冷却更加合理，两段冷却强度过渡更加平稳，以保证其在拉钢过程中能良好运转，从而解决铸坯表面变形问题。

(3)对弧精度的调整。原设计要求整个R12m弧线上的径向偏差为±5 mm，为了减少铸坯的机械应力，将径向精度调整为0-1mm，并且定期校弧，避免由于辊子磨损或其它原因造成的弧度偏差。

(4)开口度的调整。为了摸索正确的开口度，一方面借鉴外厂经验，另一方面不断调整数据进行调试，通过一段时间的实践摸索出一套合适的数据，现在足辊的开口度精度保持在土0.05 mm之内，夹持辊精度保持在0- 0.3 mm之内。

通过以上对设备的调整，铸坯皮下裂纹及中心裂纹缺陷得到明显改善。

工艺参数的调整(1)拉矫辊压力的调整。将前三道拉矫辊的压力从1.3 MPa调至1.0 MPa。

(2)比水量的调整。由于3#连铸机比水量的设计值较大，属较强冷却，使铸坯低倍组织表现为晶粒粗大，细等轴晶区、中间粗大柱状晶及中心粗大等轴晶区分层界限明显，在细等轴晶和柱状晶区交界处的晶间裂纹及粗大柱状晶中间的裂纹产生几率较高，本次工艺参数调整采用弱冷方式，以降低铸坯断面的温度梯度。经过多次调整，二冷比水量足辊段分配水量调整至20 %。总比水量由0.35 L/kg调整至0.2 L/kg，使铸坯既得到了良好的内部结晶组织，又避免了铸坯在脆性区的矫直，达到了良好效果。

(3)水量分配的调整。合理的水量分配能够使铸坯在二冷室得到均匀的冷却，各段之间的冷却强度衔接紧密，铸坯的表面温度、内部温度平缓降低，结晶组织合理生长，从而减少低倍缺陷的发生。为达到这一效果，做了大量的试验工作，结合所浇钢种，进行了不同比水量、不同冷却水分配比例，不同参数的喷嘴选用等十余种二冷配水方案的试验比较。通过试验，寻找到了较合理的水量分配，控制生产的钢种在二冷区的铸坯温度变化尽量在合理的范围内，通过细化铸坯晶粒，减轻了组织分层明显的现象，在此基础上，对二冷各段的喷嘴型号、水压、水量、汽水比进行了调整。

钢水质量的改善(1)钢水成分的控制。在尽量降低钢中[ S]的同时，将钢中的[ Mn]向上限控制，保证[ Mn]/[S]大于40。

(2)拉速的调整。对拉速进行严格的规范，规定220mm x 300mm断面的铸坯拉速为0.6-0.7 m/min; 180 mm x 220mm断面的铸坯拉速为1.0-1.1m/min。

(3)钢水温度的控制。为降低中包过热度，制定以中包过热度