连铸表面裂纹产生的原因和改进的技术措施3

姓名：陈守汪班级：冶094班学号：0990142142012年5月14日连铸表面裂纹产生的原因和改进的技术措施摘要：连铸坯表面裂纹的产生主要取决于:钢成分对裂纹敏感性、浇铸工艺条件及连铸机设备状况。带液芯的连铸坯在连铸机内运行过程中受到外力作用是坯壳产生裂纹的外因,钢的高温力学行为是产生裂纹的内因,而设备和工艺因素是产生裂纹的条件。根据所浇钢种,对连铸机设备的调整应符合钢水凝固收缩规律,以坯壳不发生变形为原则。优化工艺参数,使其处于能够保证连铸坯不产生裂纹或不足以造成废品的允许范围内,得到合理的铸坯凝固结构。关键词：铸坯表面纵裂纹、铸坯表面横裂纹主要内容：铸坯裂纹是影响连铸机产量和铸坯质量的主要缺陷。据统计,铸坯各类缺陷中有50%为裂纹缺陷。铸坯出现裂纹,轻者需进行精整,重者会导致漏钢和废品,既影响连铸坯生产率,又影响产品质量,增加生产成本。1铸坯表面纵裂纹1.1板坯表面纵裂纹特征表面纵裂纹可能在板坯宽面中心区域或宽面到棱边的任一位置产生。综合分析表明,纵裂纹有以下特征:(1)产生纵裂纹的表面常伴有凹陷(depression),纵裂纹的严重性与表面凹陷相对应。(2)裂纹沿树枝晶干方向扩展。(3)裂纹内发现有硅、钙、铝等元素的夹杂物。(4)在裂纹周围发现有P,S,Mn的偏析。(5)裂纹边缘出现一定的脱碳层,说明裂纹是在高温下形成扩展的。1.2表面纵裂纹产生的原因板坯表面纵裂纹在连铸机内产生原因如下:(1)板坯横断面低倍检验表明,纵裂纹起源于激冷层薄弱处(约2～3mm)。(2)结晶器的模拟试验表明,纵裂纹起源于结晶器弯月面区(几十毫米到150mm)周边坯壳厚度薄弱处。这说明纵裂纹起源于结晶器的弯月面区初生凝固壳厚度的不均匀性。坯壳受下列所述力的作用:(1)板坯凝固壳四周温度不均匀而产生的收缩力;(2)板坯收缩时由钢水静压力产生的鼓胀力;(3)宽度收缩时受侧面约束产生的弯曲应力。这些力综合作用在坯壳上,当张应力超过钢的高温允许强度时,就在坯壳薄弱处萌生裂纹,出结晶器后在二冷区继续扩展。结晶器弯月面区坯壳厚度生长不均匀的主要原因是:(1)包晶相变(L+�→�)收缩特征,气隙过早形成,导致坯壳生长不均匀。(2)工艺因素影响坯壳生长不均匀。显然,要防止纵裂纹产生,就必须保证结晶器月面初生坯壳厚度均匀,避免坯壳产生应力梯度。由于包晶相变的收缩特征无法改变,因此必须准确控制影响结晶的初生坯壳生长的工艺因素,才能防止纵裂纹产生1.3影响表面纵裂纹产生的因素(1)钢水成分钢水中[S]0.015%时纵裂纹增加,Mn/S升高时纵裂纹指数降低,[C]=0.12%～0.15%时纵裂纹产生倾向严重。.包晶相变钢δ→γ转变,收缩大,气隙过早形成,坯壳折皱,结晶器热流不稳定,坯壳厚度生长不均匀性加重。(2)拉速拉速提高,纵裂纹指数增加,渣膜厚度减薄,(3)保护渣液渣层厚度液渣层厚度10mm,纵裂纹发生率增加,高凝固温度和高结晶温度的保护渣,减少结晶器弯月面传热可使纵裂发生率减少50%。(4)结晶器液面波动液面波动±5mm,纵裂纹最少(5)结晶器热流和冷却低碳钢([C]=0.05%),结晶器热流2.1MW/m2时,纵裂纹指数增大;中碳钢([C]=0.11%C),结晶器热流1.7MW/m2时,纵裂纹指数增大。当结晶器的宽面铜板平均热流为1.4～1.6MW/m2,侧面平均热流为1.1～1.3MW/m2时,板坯表面纵裂纹发生率最小,对称铜板热流差值控制在±0.05MW/m2时,板坯表面纵裂纹发生率较小。这说明铜板对称面导出热量相同时,凝固坯壳厚度生长均匀侧边铜板热流与宽边铜板热流之比为0.8～0.9时,板坯表面纵裂纹指数最小。若比值太小,说明侧面铜板热流过低,凝固坯壳厚度较薄,钢水静压力作用使侧面鼓胀,加大了宽面坯壳变形,在薄弱处产生微裂纹。若比值过大,说明侧边热流过高,侧边凝固坯壳生长过厚,当宽面鼓胀时,侧边不能随之收缩而导致宽面坯壳薄弱处应力集中,从而产生微细裂纹。结晶器弱冷,有利于减少纵裂纹。(6)结晶器的锥度锥度0.8%/m,窄面凸出→角部纵裂;锥度0.8%/m,窄面凹入→无角部纵裂。板坯角部纵裂纹与出结晶器宽面鼓肚有关。宽面鼓肚而窄面随之收缩(凹入),则无角部纵裂纹,而窄面凸出则有角部纵裂纹产生。强化足辊宽面冷却,减弱窄面冷却可消除角部纵裂纹。(7)结晶器振动结晶器振动振痕浅时,铸坯无角部纵裂纹;振痕深,则角部纵裂纹增加;负滑脱时间值tN增大,板坯表面纵裂增加;tN=0.2～0.3s,纵裂较少。(8)结晶器钢液流动水口不对中、水口材质浸蚀及出口流股不对称,均会造成偏流,增加裂纹产生的几率。此外,水口插入深度应适当。(9)结晶器变形小方坯常出现角部纵裂纹(靠近角部棱边或离开角部10～15mm),与凝固前沿热撕裂有关。它的产生取决于:方坯菱变、结晶器圆角半径(半径大,纵裂沿棱角产生;半径小,纵裂离开角部)、结晶器变形与磨损程度。保持结晶器合适锥度、较大的圆角半径(6～8mm)、准确对弧和支撑、防止结晶器磨损及均匀的冷却等均可减轻或消除小方坯角部纵裂的产生。(10)出结晶器下口的冷却足辊和零段二冷水过强,板坯宽面纵裂加剧,如水流密度由110L/(m2·min)降到60L/(m2·min)时,纵裂指数由2降到0。1.4防止表面纵裂纹措施防止纵裂纹产生的根本措施是使结晶器弯月面区域坯壳生长厚度均匀。(1)结晶器初始坯壳均匀生长热顶结晶器(弯月面区热流减少50%～60%);波浪结晶器(弯月面区热流减少17%～25%);结晶器弱冷;合适的结晶器锥度;控制结晶器窄面热流与宽面热流比值为0.8～0.9,以减少纵裂纹;调节结晶器水量和进出水温度,控制结晶器弯月面铜板温度为恒定值。(2)结晶器钢水流动的合理性液面波动±3～±5mm;浸入式水口对中,防止偏流;合理的浸入式水口设计(合适的出口直径、倾角);合适的水口插入深度。(3)结晶器振动合适的负滑脱时间t;合适的频率和振幅;防止振动偏差(纵向,横向0.2mm)。(4)合适的保护渣对结晶器坯壳表面易产生凹陷(纵裂)和粘结的钢种,选用保护渣的原则是:①凹陷钢(包晶钢):热流控制;固体渣层厚度;高熔点;高粘度;较高结晶温度(高碱度)。②粘结钢:摩擦力控制;液渣膜厚度;低熔点;低粘度;低碱度(玻璃性)。(5)出结晶器铸坯运行结晶器与零段的支撑对弧准确;二次冷却均匀性;(6)调整钢水成分钢中碳含量避开包晶区,[C]向下限或上限控制;钢中[S]0.015%,[Mn]/[S]30;残余元素[Cu]、[As]、[Zn]控制0.1%。2铸坯表面横裂纹2.1表面横裂纹特征铸坯表面横裂纹特征如下:(1)横裂纹可位于铸坯面部或棱边。(2)横裂纹与振痕共生,深度2～4mm,可达7mm,裂纹深处生成FeO。不易剥落,热轧板表面出现条状裂纹。振痕深,柱状晶异常,形成元素的偏析层,轧制板上留下花纹状缺陷。(3)铸坯横裂纹常常被FeO覆盖,只有经过酸洗后,才能发现。2.2横裂纹产生原因(1)横裂纹产生于结晶器初始坯壳形成振痕的波谷处,振痕越深,则横裂纹越严重。在波谷处,由于:①奥氏体晶界析出沉淀物(AlN,Nb(CN)),产生晶间断裂;②沿振痕波谷S、P元素呈正偏析,降低了钢的高温强度。这样,振痕波谷处,奥氏体晶界脆性增大,为裂纹产生提供了条件。(2)铸坯运行过程中,受到外力(弯曲、矫直、鼓肚及辊子不对中等)作用时,刚好处于低温脆性区的铸坯表面处于受拉伸应力作用状态,如果坯壳所受的�临1.3%,在振痕波谷处就会产生裂纹。2.3影响横裂纹产生的因素(1)钢成分[C]=0.10%～0.15%时,坯壳厚度不均匀性强,振痕深,表面易产生凹陷或横裂纹。生产实践表明,[C]=0.15%～0.18%或0.15%～0.20%时,振痕变浅,铸坯边部横裂减少;�降低钢中[N],防止氮化物沉淀,也能减少横裂。(2)结晶器的振动特点振痕深度增加,横裂纹产生几率增大,振动频率f提高,振痕变浅,横裂纹减少,负滑脱时间增加,振痕深度增加、方坯tN=0.12～0.15s,板坯tN=0.20s。(3)结晶器液面波动结晶器液面波动幅度增大,横裂纹指数增大,(4)保护渣性能保护渣耗量增加,横裂纹产生倾向减小渣粘度�和拉速�乘积增加,渣耗量Q减少,坯壳易与铜板粘结。为防止粘结,又要降低振痕深度,渣耗量要合适。渣耗量通常要大于0.3kg/m2,这是最低要求。(5)合适的二冷强度调整二冷水分布,在矫直前铸坯温度应900℃,避开脆性区。调整二冷水量并减小铸坯横向中心与边部温度差,尤其是避免角部温度过低。2.4防止横裂纹产生的措施(1)采用高频率,小振幅结晶器振动。负滑脱时间tN与拉速�成正比,与频率和振幅f成反比。减浅振痕能防止横裂纹的产生,因此必须缩短tN;由此必须采用高频率,小振幅的结晶器振动机构。(2)合适的二次冷却水量。根据钢种不同,二冷配水量分布应使铸坯表面温度分布均匀,应尽量减小铸坯表面和边部的温度差。采用动态二冷配水模型。(3)合适的保护渣。保护渣的用量和粘度既要保证减浅振痕,又要防止坯壳粘结。保护渣用量最少为0.3kg/m2。(4)合适的铸坯矫直温度,以避开脆性区。(5)矫直辊水平度管理。矫直辊水平度异常时铸坯矫直应变比正常的大(正常时为1.19%,异常时为2.69%),横裂多且深,所以矫直辊水平度应控制在2mm以内。3结论(1)连铸坯表面裂纹的产生主要取决于:钢成分对裂纹敏感性、浇铸工艺条件及连铸机设备状况。(2)带液芯的连铸坯在连铸机内运行过程中受到外力作用是坯壳产生裂纹的外因,钢的高温力学行为是产生裂纹的内因,而设备和工艺因素是产生裂纹的条件。(3)根据所浇钢种,对连铸机设备的调整应符合钢水凝固收缩规律,以坯壳不发生变形为原则。优化工艺参数,使其处于能够保证连铸坯不产生裂纹或不足以造成废品的允许范围内,得到合理的铸坯凝固结构。参考文献：《现代冶金》——1973年5月《重型机械》——1953年《河北省2010年炼钢—连铸—轧钢生产技术与学术交流会论文集》——2010年