倒角結(jié)晶器對(duì)易裂鋼的影響研究

朱曉雷¹  陳志威²  張相春²  廖相巍¹

（1.鞍鋼股份技術(shù)中心，遼寧 鞍山，114021；2.鞍鋼股份煉鋼總廠，遼寧 鞍山，114021）

摘  要：分析了含磷、含鈮等角裂敏感鋼種的裂紋產(chǎn)生原因及解決措施。結(jié)果表明，通過(guò)采用倒角結(jié)晶器技術(shù)、優(yōu)化足輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及配套調(diào)整結(jié)晶器窄側(cè)冷卻水流量、提高錐度值等措施，倒角鑄坯在連鑄矯直區(qū)角部溫度可以提高100℃以上，避開鋼的高溫低塑性區(qū)，能夠有效防止或減少裂紋敏感性鋼種連鑄坯的角部橫裂紋。

關(guān)鍵詞：倒角結(jié)晶器；薄板坯；角部橫裂

中圖分類號(hào)：TF769  文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A  文章編號(hào)：

Study of the Effect of chamfered mold copper on crackable steel

ZHU Xiao-Lei1,  CHEN Zhi-Wei2,  ZHANG Xiang-Chun2,  LIAO Xiang-Wei1

(1.Technology Center of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 114009,Liaoning；2.General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,114021,Liaoning)

Abstract: This research analyzed the causes and solutions of corner crack in crackable steel with P and Nb. The results show that using chamfered mold copper, optimizing the structure design of foot roll, adjusting the flow of cooling water on the narrow side of the crystallizer and increasing the taper piston ring can effectively prevent and reduce the corner crack of crackable steel billet. The corner temperature of chamfered billt can increase 100℃ avoiding the high temperature and low plastic zone of steel.

Key word：chamfered mold copper; ASP; corner crack

某鋼廠連鑄機(jī)均為從奧鋼聯(lián)引進(jìn)的1機(jī)雙流立彎式板坯連鑄機(jī)，常規(guī)產(chǎn)品規(guī)格為170mm厚度薄板坯，鑄機(jī)弧形半徑5m，鑄機(jī)最大拉速可達(dá)到2.0m/min，生產(chǎn)品種多樣化，其中含P鋼、含鈮鋼產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的15%-20%。由于這些裂紋敏感性鋼種在生產(chǎn)中鑄坯角部橫裂紋缺陷發(fā)生率較高，不得不下線進(jìn)行清角作業(yè)，不但降低了鑄機(jī)生產(chǎn)效率，同時(shí)還額外增加了生產(chǎn)成本。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外的解決措施有優(yōu)化連鑄二冷配水、控制鋼水氮含量、微鈦合金化處理含鈮鋼、調(diào)整結(jié)晶器保護(hù)渣性能、采用結(jié)晶器非正弦波振動(dòng)及提高連鑄設(shè)備安裝精度等[1-3]，但是這些方法針對(duì)薄板坯鑄機(jī)實(shí)際效果并不明顯，部分鋼種仍無(wú)規(guī)律產(chǎn)生角部橫裂缺陷。由此，該廠決定嘗試在薄板坯連鑄機(jī)上采用倒角結(jié)晶器，擬在不影響總體生產(chǎn)節(jié)奏的基礎(chǔ)上[4]，解決角部橫裂缺陷。

1連鑄板坯角部橫裂紋形成機(jī)制

該鋼廠的鑄機(jī)為薄板坯鑄機(jī)，鑄機(jī)的主要參數(shù)如表1。常規(guī)薄板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中，一冷強(qiáng)冷卻、較小的弧形半徑直接影響鑄坯角部質(zhì)量。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，必須對(duì)鑄機(jī)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，滿足高品質(zhì)鋼的生產(chǎn)。

表1連鑄機(jī)主要設(shè)備參數(shù)

Table 1. Main parameters of the continuous slab billet caster

角部橫裂紋是連鑄板坯較常見的表面缺陷，一般發(fā)生在鑄坯角部的振痕波谷處，深度大多在2~7mm，長(zhǎng)度通常在5~20mm，由鑄坯表面沿鋼的晶界展開。 低碳鋼、低合金鋼和含鈮、釩、鈦的微合金鋼鑄坯的角部橫裂紋發(fā)生率高于其他成分鋼。 連鑄板坯角部橫裂紋形成機(jī)制分析如下[5]：

1）連鑄板坯在鋼的高溫脆性區(qū)矯直產(chǎn)生角部橫裂紋

連鑄板坯角部橫裂紋的產(chǎn)生與鋼的高溫脆性溫度區(qū)有關(guān)。 在實(shí)際連鑄生產(chǎn)中，多數(shù)鋼種的高溫脆性區(qū)在700~900℃之間。在連鑄矯直區(qū)域，若鑄坯邊角部溫度在鋼的高溫脆性溫度區(qū)內(nèi)，鋼延塑性會(huì)降低，在矯直變形時(shí)即容易在內(nèi)弧側(cè)鑄坯角部的表面振痕波谷處生成角部橫裂紋。連鑄坯高溫脆性溫度區(qū)范圍和在此溫度范圍內(nèi)鑄坯延塑性降低的程度與鋼的化學(xué)成分有關(guān)。在奧氏體低溫區(qū)域，含鈮、釩、鈦的微合金化鋼和鋁脫氧鋼鑄坯中氮化物、碳氮化物的析出造成鋼的延塑性顯著降低。 若對(duì)鑄坯在這一脆性溫度區(qū)域進(jìn)行矯直，矯直應(yīng)力會(huì)造成鑄坯角橫裂紋頻繁發(fā)生。在實(shí)際生產(chǎn)中，含鈮、釩、鈦鋼鑄坯的角橫裂紋絕大多數(shù)就是在矯直過(guò)程產(chǎn)生的。

2）鑄坯角部應(yīng)力集中導(dǎo)致產(chǎn)生角部橫裂紋

直角鑄坯角部存在拉應(yīng)力。 在鑄坯矯直區(qū)域，鑄坯角部及靠近角部位置在矯直力作用下產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致連鑄坯角部產(chǎn)生橫裂紋。 直角鑄坯角部拉應(yīng)力是導(dǎo)致出現(xiàn)角部橫裂紋的直接原因。

2 薄板坯倒角結(jié)晶器設(shè)計(jì)及應(yīng)用

通過(guò)采用倒角結(jié)晶器技術(shù)、足輥結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及配套調(diào)整結(jié)晶器窄側(cè)冷卻水流量、提高錐度值等措施，有效防止或減少裂紋敏感性鋼種連鑄坯的角部橫裂紋。

2.1 倒角結(jié)晶器基本結(jié)構(gòu)

將倒角結(jié)晶器銅板與背板進(jìn)行安裝檢查并測(cè)試，結(jié)晶器窄面銅板兩側(cè)有向上翹起的斜角，使生產(chǎn)的連鑄坯形成倒角坯。倒角斜面區(qū)域長(zhǎng)度為40mm，傾斜角度30度，中部平直區(qū)寬度107.1mm（如圖1）。

結(jié)晶器在高度方向上采用雙錐度結(jié)構(gòu)，在距銅板上緣0～280mm范圍存在1.5mm的線性偏移量（如圖2）。

2.2 倒角結(jié)晶器足輥設(shè)計(jì)

窄面足輥組第一對(duì)倒角輥向著鑄坯方向的進(jìn)入量均為0mm，第二對(duì)平輥向著鑄坯相反的方向后推1.2mm（如圖3）。

2.3.倒角結(jié)晶器一次冷卻設(shè)計(jì)

同時(shí)將倒角結(jié)晶器窄側(cè)水流量由26.4 m3/h增加至28.8m3/h，加強(qiáng)冷卻效果。使鑄坯在矯直時(shí)可以避開鋼的高溫性區(qū)，減少角部橫裂缺陷產(chǎn)生。寬面銅板水量設(shè)計(jì)與現(xiàn)有工藝制度相同。對(duì)于窄面銅板水量，原鑄機(jī)窄邊設(shè)計(jì)水量為26.6噸/小時(shí)，443L/min，窄邊面積0.000936m2，此時(shí)水速為7.89m/s；新設(shè)計(jì)倒角銅板窄邊面積0.001013m2，面積增加約8.2%，為滿足新結(jié)晶器窄邊銅板水速的要求，水量應(yīng)達(dá)到480L/min即28.8m3/h以上。

2.4.倒角結(jié)晶器錐度設(shè)計(jì)

連鑄機(jī)170mm厚度下錐度系數(shù)執(zhí)行:1.1%-1.35%。倒角結(jié)晶器錐度照比直板結(jié)晶器進(jìn)行了增加，設(shè)定在1.20%～1.36%范圍，不同鋼種、不同斷面鑄坯對(duì)應(yīng)的倒角結(jié)晶器窄面銅板附加錐度略有不同。另外，在倒角結(jié)晶器過(guò)鋼量達(dá)到30000噸后，窄面附加錐度原錐度的基礎(chǔ)上最少增加0.5mm。

3 倒角結(jié)晶器實(shí)施效果

倒角結(jié)晶器在薄板坯連鑄機(jī)上實(shí)施效果良好，生產(chǎn)穩(wěn)定，設(shè)計(jì)目標(biāo)拉速為1.3—2.0m/min，實(shí)際最高拉速測(cè)試到2.0m/min。同時(shí)在線調(diào)寬功能運(yùn)行正常，單測(cè)完成連續(xù)調(diào)寬5次的要求，停澆后檢查結(jié)晶器，無(wú)夾鋼現(xiàn)象。生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)鑄坯倒角處進(jìn)行測(cè)溫，溫度穩(wěn)定在950～1014℃，較普通結(jié)晶器角部溫度高約100℃（見表2），高于鋼的高溫脆性區(qū)，消除了鑄坯角部拉應(yīng)力和應(yīng)變集中，避免角部橫裂缺陷的產(chǎn)生。最后對(duì)倒角結(jié)晶器生產(chǎn)鑄坯取樣酸煮，評(píng)價(jià)實(shí)物角部質(zhì)量，角部質(zhì)量良好，未發(fā)現(xiàn)裂紋。

表2 角部溫度對(duì)比

Table 2. The contrast of the corner temperature

以下為生產(chǎn)AH32/S275JR鋼種，斷面170mm*1530mm，拉速1.5m/min，同一鑄機(jī)兩流分別使用正常結(jié)晶器和倒角結(jié)晶器的鑄坯質(zhì)量，如圖4~5，酸煮后的倒角鑄坯內(nèi)弧如圖6所示。

由此證明，倒角結(jié)晶器完全滿足薄板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)需要，同時(shí)對(duì)解決薄板坯角部橫裂缺陷有明顯效果，從生產(chǎn)至今未出現(xiàn)角部縱裂缺陷。

4 結(jié)論

倒角結(jié)晶器技術(shù)從溫度和應(yīng)力兩方面改善鑄坯角部狀況，即在連鑄矯直時(shí)提高鑄坯溫度以避開鋼的高溫脆性區(qū)，同時(shí)減少鑄坯角部應(yīng)力。通過(guò)使用倒角結(jié)晶器技術(shù)，結(jié)合優(yōu)化足輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及配套調(diào)整結(jié)晶器窄側(cè)冷卻水流量、提高錐度值等措施，實(shí)測(cè)倒角鑄坯在連鑄矯直區(qū)角部溫度提高了100℃以上，足以避開鋼的高溫低塑性區(qū)�，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，倒角結(jié)晶器技術(shù)的應(yīng)用，顯著減少了連鑄坯角部橫裂紋缺陷，實(shí)現(xiàn)了薄板鑄機(jī)對(duì)普碳鋼、低碳鋼、低合金鋼和中碳含鈮鋼等多鋼種的穩(wěn)定生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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