板坯鼓肚及凹陷的原因分析及控制

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板坯鼓肚及凹陷的原因分析及控制朱振毅，張永亮，王克忠（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司熱軋部）摘要：介紹了連鑄板坯形狀控制在板坯連鑄生產(chǎn)過程中的重要意義，造成連鑄板坯鼓肚及凹陷缺陷的原因…

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板坯鼓肚及凹陷的原因分析及控制
朱振毅，張永亮，王克忠
（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司熱軋部）

摘要：介紹了連鑄板坯形狀控制在板坯連鑄生產(chǎn)過程中的重要意義，造成連鑄板坯鼓肚及凹陷缺陷的原因以及采取的相應(yīng)措施。
關(guān)鍵詞：板坯；鼓肚；凹陷；缺陷；措施。
1前言
在板坯連鑄生產(chǎn)過程中，板坯形狀控制的意義，不僅僅是控制坯形符合客戶和下游工序標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量要求，更重要的是通過控制坯形來(lái)有效控制生產(chǎn)事故及產(chǎn)品質(zhì)量。泰鋼煉鋼廠有兩臺(tái)150mm×（770-850mm）兩機(jī)兩流直弧形板坯連鑄機(jī)，分別是2003年和2006年投產(chǎn)使用，在生產(chǎn)實(shí)踐中,通過研究板坯鼓肚及凹陷的產(chǎn)生原因，制定了相關(guān)的控制措施，解決了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中的若干問題。
2鑄坯鼓肚
2.1概念及危害
鼓肚是指鑄坯坯殼受到鋼水靜壓力的作用而鼓脹成凸面的現(xiàn)象，板坯表面中心凸起最大值與邊緣的厚度差叫鼓肚量，以此來(lái)描述鑄坯鼓肚變形程度，在板坯發(fā)生的鼓肚分為寬面鼓肚和窄面鼓肚，寬面鼓肚發(fā)生在鑄坯內(nèi)外弧，寬面鼓肚會(huì)引起液相穴內(nèi)富集溶質(zhì)鋼水產(chǎn)生流動(dòng)，引起嚴(yán)重的中心偏析和中心裂紋，嚴(yán)重寬面鼓肚會(huì)使板坯拉不出來(lái)，造成停機(jī)事故（圖1）；窄面鼓肚是一種常見的鑄坯缺陷，正常鑄坯窄面應(yīng)該是向內(nèi)微凹，窄面鼓肚往往伴隨著偏離角凹陷，板坯凹陷部位伴隨著皮下裂紋或結(jié)疤，皮下裂紋是漏鋼的前兆，板坯無(wú)法修磨并且很難軋合。

2.2鼓肚原因
2.2.1鋼水過熱度、拉速、二次冷卻影響在鋼水過熱度高、拉速快、冷卻不良的情況下，使鑄坯溫度過高，坯殼薄、坯殼強(qiáng)度低，在鋼水靜壓力作用下容易造成坯売鼓肚。板坯拉速過高、二次冷卻過弱，使鑄坯液芯長(zhǎng)度超過鑄機(jī)的治金長(zhǎng)度，拉出鑄機(jī)后會(huì)形成寬面鼓肚。拉速變化的影響：尤其是前一爐溫度高、拉速慢，澆注爐次拉速過快，拉速變化幅度過大，相應(yīng)二冷水量未能跟隨增加，造成鑄坯回溫液芯延長(zhǎng)而缺少有效夾輥支撐，受到整個(gè)鑄機(jī)高度的液態(tài)鋼水靜壓力作用造成鑄坯出扇形段的鑄坯寬面鼓肚。
2.2.2扇形段開口度影響
扇形段輥?zhàn)娱_口度變大，不利于鑄坯凝固末端的壓合，液態(tài)鋼水在靜壓力作用下繼續(xù)填充凝固末端空隙，高溫坯殼強(qiáng)度低、塑性變形能力較好，容易產(chǎn)生鼓肚。
2.2.3結(jié)晶器錐度的影響
結(jié)晶器錐度過小或結(jié)晶器下口磨損嚴(yán)重，鑄坯過早脫落結(jié)晶器壁，為導(dǎo)致板坯窄面鼓肚的原因之一。不同的鋼種具有不同的收縮率，結(jié)晶器錐度調(diào)整應(yīng)與鋼種相對(duì)應(yīng)，錐度過大容易粘結(jié)漏鋼，錐度過小則容易產(chǎn)生側(cè)面鼓肚。
2.2.4足輥的影響
坯殼剛出結(jié)晶器時(shí)比較薄，如側(cè)面足輥支撐不足，則容易產(chǎn)生側(cè)弧鼓肚。應(yīng)該將足輥“硬”一些，即將足輥面調(diào)進(jìn)結(jié)晶器側(cè)弧線以內(nèi)0．5mm左右，使坯売收到輕微擠壓，不會(huì)產(chǎn)生側(cè)弧鼓肚。
2.2.5扇形段設(shè)備方面
扇形段液壓系統(tǒng)故障造成的失壓、扇形段抬起、扇形段夾輥斷裂、夾輥彎曲變形等問題，可導(dǎo)致較嚴(yán)重的鼓肚現(xiàn)象。
2.3預(yù)防及控制措施
2.3.1根據(jù)生產(chǎn)鋼種特性，調(diào)整合適的結(jié)晶器錐度，及結(jié)晶器足輥的弧線位置，理論計(jì)算與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，制定工藝參數(shù)。
2.3.2制定合理的溫度、拉速控制制度。實(shí)際生產(chǎn)中嚴(yán)格控制鋼水過熱度（一般在10～25℃），穩(wěn)定鑄坯拉速，避免前后爐次拉速波動(dòng)過大，如拉速變化大，特別是由慢變快時(shí)，二次冷卻水量也應(yīng)同步增加，避免出扇形段鼓肚。
2.3.3制定合理二冷配水制度，板坯鑄機(jī)應(yīng)使用動(dòng)態(tài)二冷配水制度。
2.3.4制定合適的扇形段開口度。加強(qiáng)扇形段開口度的監(jiān)測(cè)、調(diào)整。做好扇形段輥?zhàn)訌澢闆r監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)更換，可采用多節(jié)輥防止輥?zhàn)幼冃危龊蒙刃味我簤合到y(tǒng)的維護(hù)、點(diǎn)檢，防止液壓失壓或扇形段抬起，提高扇形段夾輥質(zhì)量并做好日常點(diǎn)檢，防止夾輥斷裂。
3板坯凹陷
3.1概念及危害
板坯凹陷部位表面凹下最大值與邊緣的厚度差叫凹陷量，板坯凹陷主要有寬面凹陷和窄面凹陷，寬面凹陷多發(fā)生在板坯角部附近，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，凹陷薄弱處產(chǎn)生應(yīng)力集中而出現(xiàn)裂紋，鑄坯表面凹陷越深，坯殼厚度不均勻性就越嚴(yán)重，裂紋出現(xiàn)的幾率越大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生漏鋼。鑄坯窄面出現(xiàn)微凹是正�，F(xiàn)象如果坯殼受到擠壓，則窄面只能往里收，而不能往外鼓，結(jié)晶器的錐度過大和過小，都會(huì)造成窄面凹陷發(fā)生。還有一種縱向凹陷產(chǎn)生原因?yàn)殍T坯在高溫下受到柔性擠壓所致，零段輥?zhàn)硬晦D(zhuǎn)，保護(hù)渣、氧化鐵皮填充到不轉(zhuǎn)的扇形段輥?zhàn)蛹拌T坯表面之間，由于此時(shí)鑄坯表面溫度高，抗壓強(qiáng)度低，導(dǎo)致此類凹陷的產(chǎn)生（圖2），且隨著澆次的進(jìn)行不斷發(fā)展，通過加強(qiáng)對(duì)扇形段的檢查、維護(hù)、改善潤(rùn)滑，此類凹陷就會(huì)消除。
3.2凹陷原因
3.2.1寬面凹陷：其產(chǎn)生原因?yàn)殍T坯在扇形段內(nèi)產(chǎn)生較嚴(yán)重的鼓肚，鼓肚后鑄坯經(jīng)過下一扇形段或下一夾輥后，面部鼓肚部位受到夾輥向鑄坯內(nèi)部壓力被逐漸壓平，但由于窄面及角部坯殼較厚、偏離角部坯殼薄，造成偏離角部坯殼向鑄坯內(nèi)部陷入，形成了偏離角部的嚴(yán)重凹陷，凹陷部位內(nèi)部受到張力作用，伴隨凹陷產(chǎn)生角部?jī)?nèi)裂這種嚴(yán)重缺陷的產(chǎn)生原因主要為：在坯殼凝固末端以上某一扇形段液壓系統(tǒng)故障失壓造成的扇形段抬起、扇形段夾輥斷裂或扇形段夾輥彎曲嚴(yán)重。
3.2.2鋼水成分影響。碳含量在0．10％～0．15％的鋼種在凝固過程中發(fā)生包晶反應(yīng)，伴隨著較大的線收縮，產(chǎn)生的氣隙使各部分傳熱不均勻，造成局部冷卻不足產(chǎn)生凹陷，尤其在偏離角部位，坯殼最薄，凹陷及角部?jī)?nèi)裂紋易在此處產(chǎn)生，嚴(yán)重時(shí)造成角裂漏鋼，這就是普碳鋼易發(fā)生偏離角凹陷及角部結(jié)疤裂紋的主要原因。
3.2.3結(jié)晶器方面的影響。結(jié)晶器銅板或銅管磨損嚴(yán)重或鍍層剝落時(shí)，組合式結(jié)晶器銅板厚度不均勻，結(jié)晶器四周水縫不均勻或水縫堵塞等原因，造成鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)冷卻不均勻，使得出結(jié)晶器坯殼厚度不均勻，坯殼較薄的部位受到強(qiáng)烈的二冷噴淋冷卻，凝固收縮力不均勻易發(fā)生凹陷；另外結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度過大造成角部收縮明顯，促進(jìn)氣隙形成，增加傳熱阻力，而造成凹陷。
3.2.4保護(hù)渣影響。結(jié)晶器保護(hù)渣傳熱性能不良關(guān)鍵影響因素為保護(hù)渣黏度，保護(hù)渣黏度過低時(shí)，則易造成傳熱的不均勻性，從而產(chǎn)生鑄坯凹陷。
3.2.5扇形零段影響。如結(jié)晶器與扇形零段對(duì)弧偏差較大，造成坯殼偏離結(jié)晶器銅板而出現(xiàn)坯殼與銅板間的傳熱不均勻，因角部坯売較厚不易變形，而大面坯売因鋼水靜壓力作用貼于銅板，產(chǎn)生輕微鼓肚，在進(jìn)入零段后，在偏離角部產(chǎn)生凹陷；另外零段夾輥彎曲嚴(yán)重時(shí)，鑄坯產(chǎn)生間隙鼓肚，易造成偏離角凹陷。
3.2.6振動(dòng)影響。振動(dòng)不平穩(wěn)，振動(dòng)南北偏擺量過大，造成液面不穩(wěn)定、坯殼受到不均勻力作用，常導(dǎo)致連續(xù)凹陷的產(chǎn)生。
3.2.7溫度、拉速影響。鋼水溫度過高或拉速過快，都將導(dǎo)致在結(jié)晶器內(nèi)生成的坯殼薄，坯殼不均勻性嚴(yán)重，承受應(yīng)力的能力減弱，坯売薄弱處易產(chǎn)生凹陷、內(nèi)裂。
3.2.8水口對(duì)中。水口對(duì)中不良，易造成結(jié)晶器內(nèi)坯売厚度的不均勻，出現(xiàn)局部應(yīng)力集中而產(chǎn)生凹陷及偏離角內(nèi)裂。
3.3控制措施
3.3.1一般輕微的窄面整體圓弧狀凹陷屬正�，F(xiàn)象，對(duì)鑄坯凹陷量的要求則對(duì)軋制方面影響不大，其形成的主要原因?yàn)樽爿佌{(diào)整偏“硬”導(dǎo)致。
3.3.2為預(yù)防大面偏離角的嚴(yán)重凹陷，應(yīng)做好扇形段液壓系統(tǒng)的維護(hù)、點(diǎn)檢，防止液壓失壓或扇形段抬起，提高扇形段夾輥質(zhì)量并做好日常點(diǎn)檢，防止夾輥斷裂，偏離角部位出現(xiàn)嚴(yán)重凹陷后應(yīng)立即停機(jī)，避免損失過大，停機(jī)后處理液壓系統(tǒng)故障或更換扇形段。
3.3.3盡量控制鋼中碳含量避開包晶反應(yīng)區(qū)，[C]向上限或下限控制。
3.3.4安裝時(shí)保證結(jié)晶器水縫均勻，提高結(jié)晶器材質(zhì)，防止結(jié)晶器磨損嚴(yán)重及鍍層脫落，結(jié)晶器實(shí)施弱冷冷卻，合理控制冷卻強(qiáng)度。
3.3.5根據(jù)鋼種特性選用合適的保護(hù)渣，適當(dāng)提高結(jié)晶器保護(hù)渣黏度，提高保護(hù)渣傳熱均勻性，保護(hù)渣加入時(shí)堅(jiān)持勤加少加原則。
3.3.6提高扇形段對(duì)弧精度，尤其是結(jié)晶器和零段，發(fā)現(xiàn)零段夾棍彎曲變形嚴(yán)重及時(shí)進(jìn)行更換。
3.3.7檢測(cè)振動(dòng)臺(tái)平穩(wěn)性，保證振動(dòng)臺(tái)南北偏擺≤0.2mm，東西偏擺≤0.15mm。
3.3.8適當(dāng)增加窄面足輥與鑄坯的接觸程度，防止鑄坯鼓肚，但足輥不應(yīng)調(diào)整過硬，否則可能會(huì)造成拉坯阻力大，側(cè)面鑄坯凹陷過大。
3.3.9控制好鋼水過熱度，確定合適的拉速制度，防止溫度過高、拉速過快造成的坯殼過薄。
3.3.10嚴(yán)格水口裝配，保證水口對(duì)中良好，防止偏流保證鑄坯均勻冷卻凝固。
4結(jié)論
板坯出現(xiàn)形狀缺陷主要原因是由設(shè)備問題引起的，從工藝上可以采取措施進(jìn)行彌補(bǔ)，反過來(lái)，也可以通過形狀缺陷判斷設(shè)備存在的問題，進(jìn)行有針對(duì)性的檢修，避免出現(xiàn)生產(chǎn)、質(zhì)量事故。

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