矩形坯扇形段對弧精度對鑄坯表面質(zhì)量的影響

程磊  李海洋  李偉  楊曉樂  

（河鋼股份有限公司唐山分公司，河北唐山 063016）

摘  要:通過跟蹤連鑄坯內(nèi)外部質(zhì)量問題，對應(yīng)連鑄機(jī)扇形段對弧數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)扇形段對弧精度直接影響鑄坯表面質(zhì)量（凹陷、鼓肚等），精度偏差嚴(yán)重者甚至造成漏鋼生產(chǎn)事故。研究結(jié)果表明當(dāng)扇形段對弧精度控制在±0.10mm時(shí)能夠有效避免上述問題的產(chǎn)生，鑄坯質(zhì)量得到穩(wěn)定提升。

關(guān)鍵詞:矩形坯；扇形段；對弧精度；鑄坯質(zhì)量

Influence of Sector Arc Precision of Rectangular Billet on Surface Quality of Slab

Cheng Lei， Lihaiyang，LiWei，YangXiaole

（HBIS CO.,Ltd Tangshan branch,Hebei Tangshan 063016）

Abstract:Through tracking internal and external quality problems of continuous casting billet and comparing with the arc data of the sector section of a continuous caster, it is found that the precision of arc alignment of sector directly affects the surface quality of billet(e.g.casting sags、bulging and so on ). If the precision deviation is especially bad, it may even cause steel leak accident. The results show that the above problems can be effectively avoided when the arc alignment accuracy of the sector is controlled at ±0.10mm,and the quality of billet is steadily improved.

Key Words:Rectangular billet; Sector section; Counter-arc precision; Slab quality

1 引言

唐鋼型鋼廠矩形坯4#連鑄機(jī)為4機(jī)4流，主弧度半徑12m。每流包括3臺扇形段，扇形段是鋼水在結(jié)晶器冷卻形成高溫薄殼鑄坯后，對其進(jìn)行二次冷卻，并實(shí)現(xiàn)對鑄坯的彎曲、導(dǎo)向、支撐、矯直、拉坯及液芯壓下等功能的設(shè)備[1]。其中一段包含內(nèi)外弧輥及側(cè)弧輥，為連鑄機(jī)主段。連鑄機(jī)自2015年正式投產(chǎn)，初期鑄坯質(zhì)量能夠得到有效控制，但隨著生產(chǎn)時(shí)間增長，扇形段設(shè)備出現(xiàn)不同程度損耗，再加之設(shè)備維修過程中出現(xiàn)的人為誤差，使得鑄機(jī)扇形段問題逐漸累積，鑄坯質(zhì)量問題愈發(fā)突出。扇形段檢修時(shí)按照設(shè)計(jì)要求，保證其輥?zhàn)幽妇�在規(guī)定理想弧線的誤差范圍之內(nèi)，這種測量并調(diào)整的過程稱為對弧，對弧結(jié)果不合格或者對弧精度低將直接影響鑄坯質(zhì)量。

2 扇形段結(jié)構(gòu)組成

矩形坯連鑄機(jī)每流包括3臺扇形段，其中輥?zhàn)訑?shù)量扇形一段內(nèi)外弧分別有17套，側(cè)弧分別有7套；扇形二段內(nèi)弧8套，外弧12套；扇形三段外弧3套，全部為自由輥。澆鑄過程中鑄坯從結(jié)晶器拉出后進(jìn)入扇形段二次冷卻區(qū)，在一段四面輥?zhàn)邮芰�及冷卻水作用下形成規(guī)格斷面尺寸，通過二段、三段到達(dá)拉矯機(jī)，火切，入庫完成生產(chǎn)操作。扇形段工裝參數(shù)主要包括外弧整體弧測量及調(diào)整、頂輥對弧及調(diào)整、輥縫值測量及調(diào)整、扇形段基座測量及調(diào)整。通過與扇形段圖紙對照，在維修過程中將扇形段設(shè)備參數(shù)恢復(fù)到最優(yōu)數(shù)據(jù)，保證扇形段的正常使用，此過程稱為扇形段精度修復(fù)。

3 鑄坯缺陷問題調(diào)查

連續(xù)鑄鋼是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，坯殼狀態(tài)主要受鋼水靜壓力、輥?zhàn)訑D壓力的影響。扇形段對弧精度低直接表現(xiàn)為輥?zhàn)优c鑄坯之間無接觸，坯殼受力不均，當(dāng)鋼水靜壓力大于輥?zhàn)訑D壓力時(shí)坯殼表現(xiàn)為“鼓肚”，當(dāng)輥?zhàn)訑D壓力大于鋼水靜壓力時(shí)，坯殼表現(xiàn)為“凹陷”。隨著鑄坯澆注的進(jìn)行，坯殼“鼓肚”“凹陷”交替進(jìn)行。由于凝固前沿偏析元素的聚集導(dǎo)致晶間原子結(jié)合力小、強(qiáng)度低。當(dāng)凝固前沿不足以承受外力時(shí)，內(nèi)裂紋形成[2]。因此，控制鑄坯表面質(zhì)量顯得尤為重要。

3.1鑄坯表面凹陷

鑄坯表面凹陷是鑄坯在結(jié)晶器和扇形段二次冷卻過程中，因局部冷卻不均勻，鑄坯凝固收縮力或外界擠壓力大于坯殼承受的變形力，出現(xiàn)坯殼內(nèi)凹的現(xiàn)象。在鑄坯的凹陷處常常伴有裂紋產(chǎn)生，這是由于凹陷部位冷卻和凝固速度比其它部位慢，組織粗化，裂紋敏感性強(qiáng)，在熱應(yīng)力和鋼水靜壓力作用下，在凹陷薄弱處產(chǎn)生應(yīng)力集中而出現(xiàn)裂紋[3]。

在矩形坯生產(chǎn)過程中，凹陷主要分為兩大類，一類是寬面中心部位一條明顯凹陷帶，如圖1所示，深度在4mm以內(nèi)；另一類是窄面整面內(nèi)凹，如圖2所示，深度在2-6mm。此類凹陷貫通整只鑄坯，若凹陷問題不能及時(shí)處理，將會(huì)擴(kuò)大影響，形成廢坯。

3.2鑄坯表面鼓肚

帶液芯的鑄坯在運(yùn)動(dòng)過程中，高溫坯殼在鋼液靜壓力作用下，于兩支撐輥之間發(fā)生的鼓脹成凸面的現(xiàn)象，稱為鼓肚變形[4]。鑄坯寬面中心凸起的厚度與邊緣厚度之差叫鼓肚量，依此衡量鼓肚變形程度。

因?yàn)殍T坯鼓肚問題的形成主要是由于帶液芯鑄坯形成的坯殼厚度不夠，無法承受內(nèi)部鋼水的靜壓所造成。一般情況下，為防止鼓肚變形可采用以下措施：增加二冷夾持段長度，并選擇合適的輥間距，良好的輥?zhàn)觿偠�，保證輥?zhàn)訉χ芯�度，合理的二冷�?qiáng)度[5]。結(jié)合4#機(jī)矩形坯生產(chǎn)現(xiàn)狀，采用漸進(jìn)輥縫方式，即從扇形段頭輥至末輥設(shè)計(jì)輥縫逐漸變小，以貼合鑄坯冷卻收縮程度，繼續(xù)對鑄坯鼓肚問題加以解決。

3.3鑄坯表面劃痕

鑄坯劃痕形成原因?yàn)樯刃味屋侀g積累的氧化鐵皮與液態(tài)保護(hù)渣混合物無法得到及時(shí)清除，混合物冷卻后形成硬質(zhì)積渣夾雜在坯殼與輥間，當(dāng)鑄坯下行時(shí)坯殼與硬質(zhì)積渣之間形成強(qiáng)摩擦，在坯殼表面形成劃溝，出現(xiàn)表面劃痕缺陷。

積渣產(chǎn)生原因一是保護(hù)渣使用不合理或者保護(hù)渣熔點(diǎn)及黏度與鋼種不匹配，液態(tài)保護(hù)渣黏附在輥上并逐漸積累；原因二是隨著扇形段過鋼量增加，扇形段輥?zhàn)悠�離原弧度，出現(xiàn)跑弧現(xiàn)象，坯殼與輥間出現(xiàn)縫隙，造成保護(hù)渣和氧化鐵皮積累。

4 對弧精度調(diào)整

4.1對弧精度標(biāo)準(zhǔn)

矩形坯扇形段對弧可分為內(nèi)外弧彎曲弧調(diào)整以及側(cè)輥直弧調(diào)整，通常將對弧精度與輥縫精度看成輥列的基本精度。在調(diào)整輥列對弧精度之前需對扇形段基座進(jìn)行測量，以保證連鑄機(jī)整體弧形完整性。扇形段側(cè)弧及外弧圖紙數(shù)據(jù)要求如圖3、圖4所示。輥列對弧精度要求誤差控制在±0.10mm。

4.2測量與調(diào)整

以矩形坯連鑄機(jī)250*360mm2斷面規(guī)格某一段體為例，用以說明扇形段對弧調(diào)整基本操作。

4.2.1扇形段基座調(diào)整

首先將段體吊運(yùn)至專用基準(zhǔn)臺上，使用電子水平儀測量基準(zhǔn)臺、扇形段頭輥兩端、尾輥兩端數(shù)據(jù)，整理如表1所示：

表1 扇形段外弧輥基座測量值

同樣原理測量得側(cè)輥頭尾輥數(shù)據(jù)如表2所示：

表2 側(cè)弧輥標(biāo)準(zhǔn)高度測量值

根據(jù)與3.1中所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對比計(jì)算可得扇形段頭尾輥基座調(diào)整量。如表3所示：

表3扇形段頭尾輥基座調(diào)整量

通過對扇形段頭尾輥基座數(shù)據(jù)的測量調(diào)整，將對弧精度誤差控制在±0.10mm，保證了結(jié)晶器-扇形段-拉矯機(jī)整體弧形完整性，在鑄坯經(jīng)過一二段、二三段過渡部位時(shí)能夠正常順行，確保鑄坯不受額外擠壓力。

4.2.2扇形段輥?zhàn)訉�弧調(diào)整

將R12m弧整體對弧樣板搭靠在扇形段外弧頭尾輥兩端上，使用塞尺測量除頭尾輥外輥?zhàn)禹敳颗c弧板之間縫隙，即為外弧輥?zhàn)訉�弧需調(diào)整量。使用直弧板采用同樣操作可得側(cè)弧輥調(diào)整量。以外弧輥為基準(zhǔn)使用輥縫儀測量內(nèi)外弧輥縫值，并與輥縫標(biāo)準(zhǔn)值表對比計(jì)算得出內(nèi)弧輥調(diào)整量，如表4所示。

表4 扇形段輥縫精度調(diào)整值

5 提高對弧精度后效果

5.1對段體接弧影響

通過對比每個(gè)流扇形段不同對弧精度（1流±0.10mm，2流±0.20mm，3流±0.30mm，4流±0.40mm）的段體之間5次接弧數(shù)據(jù)變化（圖5）可見，對弧精度越高的扇形段之間接弧更趨于標(biāo)準(zhǔn)值。從生產(chǎn)過程中現(xiàn)場觀察鑄坯情況，接弧較好的流鑄坯經(jīng)過段體結(jié)合處時(shí)未出現(xiàn)明顯刮蹭痕跡，而接弧較差的流鑄坯有明顯刮蹭痕跡，說明接弧良好有利于鑄坯順行，鑄坯表面質(zhì)量更優(yōu)。

5.2對鑄坯質(zhì)量影響

在控制變量的前提下僅比較扇形段對弧精度不同對鑄坯質(zhì)量產(chǎn)生的影響，表5統(tǒng)計(jì)了2018年5月-8月鑄坯表面質(zhì)量缺陷產(chǎn)生次數(shù)。由表可得，當(dāng)扇形段對弧精度由±0.40mm逐漸提高至±0.10mm后鑄坯缺陷產(chǎn)生次數(shù)明顯減少，降低比例約64.7%，鑄坯表面質(zhì)量有顯著提升。

表5 不同對弧精度下鑄坯質(zhì)量缺陷次數(shù)對比

6 結(jié)論

鑄坯質(zhì)量與扇形段對弧精度成正相關(guān)，即對弧精度越高，則鑄坯質(zhì)量越好。通過測量調(diào)整扇形段基座與輥?zhàn)訉�弧�?shù)據(jù)，將對弧精度控制在±0.10mm后，鑄坯表面凹陷、鼓肚等質(zhì)量缺陷比例降低約64.7%，表面質(zhì)量得到有效改善。同時(shí)，優(yōu)化了段體接弧數(shù)據(jù)，確保鑄坯生產(chǎn)順行。

參考文獻(xiàn)

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[3] 郭亮亮，黃宗澤，徐正其.連鑄坯表面凹陷成因與對策綜述[A].全國煉鋼-連鑄生產(chǎn)技術(shù)會(huì)論文集[C].2014年.

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[5] 幸偉．二次冷卻對連鑄坯質(zhì)量的影響[J]．鑄造技術(shù)，2012，33(1)：66—68．