对连铸坯渣沟问题的分析

对轴承钢铸坯渣沟问题的分析对于我厂前段时间生产的220方连铸坯表面有严重渣沟缺陷，严重的渣沟需进行铸坯的修磨方可出厂。笔者对此进行查证，分析如下。1.渣沟缺陷的外观特征(1)铸坯表面出现一道不影响轧制的浅沟(2)随着浅沟逐渐变宽，出现焊点状的钢水渗漏2．渣沟缺陷的形成机理经过对许多资料的学习，认为以下观点符合我们实际生产的情况，可以以此形成机理为基础展开研究解决渣沟问题。由渣沟中存在有振痕的事实，根据振痕形成理论——对于使用保护渣润滑的铸坯，渣沟是由于结晶器下行时，粘在结晶器壁上的渣圈对初生坯壳进行挤压，致使坯壳向内弯曲而形成。可以推断渣块块必然来源于渣圈。即渣圈中局部存在的较大渣粒，在结晶嚣下行时，对初生坯壳施加了较大的挤压力，致使该处的初生坯壳产生了较大的内弯，在随后结晶器上行过程中，由于泵吸作用，在该内弯处有较多的液渣被吸入，这些较多的保护渣，在随后稳定的坯壳形成过程中。阻碍了该处坯壳由于钢水静压力而产生的向外鼓胀，这样一直持续到坯壳达到足够的厚度、在坯壳与结晶器之间开始形成稳定的气隙。此时这种较大的内弯也同振痕一起被固定在坯壳上。因为渣圈对坯壳的挤压作用是连续不断的，所以形成的这种较大的内弯也是连续不断的，而这种连续不断的内弯就是我们所说的渣构。并且提出此观点者还认为，渣沟或“冷疤”在经过一段连续化、密集化的渗漏后，会随着一个大渣块的出现而自行消失。此现象在我们厂并没有被重点观测，也不失为一个可以验证此观点的途径。。出现渗漏的原因：渣沟内部的坯壳本身较簿．而且由于沟内存在振痕，振痕的谷底显然是渣沟缺陷中坯壳更薄弱的地方。当渣沟足够深即坯壳足够薄时，在这些更为薄弱的地方。钢水会突破坯壳与渣层的阻力渗出，特别是在结晶器与坯壳间形成稳定的气隙以后，气隙的形成致使渣道内空间增大，体积密度减小，渣层对坯壳的支撑减弱，这种渗漏出现的可能性进一步增大。渣沟中局部出现渗漏时，随着钢水的再次遇冷凝固，下渣的通道被堵塞，渣道内的压力上升，因而阻碍了渗漏的进一步发展，所以初期发生的渗漏是不连续和间断的，但是随着渣沟的进一步发展、进一步变宽变深，阻碍渗漏发生所需的压力会逐渐增加：当一处渗漏所形成的压力不足以抗拒钢水的静压力时，连续的渗漏就会发生。因此，渣沟发展到一定宽度和深度后，渗漏就会逐渐呈现连续化、密集化。基于此机理，不难得出我们厂铸坯表面，特别是角部冷疤形成的原因。因为角部容易存在气隙，并且离中心热源更远，所以角部结渣的可能性更大也更加顽固。我们实际生产也对此进行了证实，在连铸开浇时，初期温度低保护渣熔化不好容易结渣，并且液面波动大成块的渣甚至是渣圈来不及上浮，跟随坯壳向下并且挤压坯壳产生缺陷，由此在头坯上易产生较多的冷疤，并且也为长时间不稳冷疤也持续产生。因此要解决渣沟的问题，我们必须从改变保护渣的理化性能以及结晶器震动参数入手。1.保护渣矿相的影响因素分析引用[2],硅酸盐结晶理论认为,保护渣熔渣连续冷却结晶是一种过冷结晶,结晶出来的晶体的化学成分与熔体本身的成分并不一致,而且在熔体结晶的整个过程中,在不同的阶段结晶出不同的矿物,而且有一定的析出顺序。保护渣成分对形成晶体熔渣结晶过程的影响因素可从热力学条件和动力学条件两方面进行分析。1.1热力学条件相对于某种保护渣来说,改变一种成分含量,如果该成分为析出晶体的组成成分,增大该成分含量,意味着形成晶体的离子浓度增大,该成分很可能促进保护渣析晶。实验中增大CaO,CaF2质量分数,能促进枪晶石的析出,增大Na2O,Al2O3质量分数,促进霞石析出,都属于这种机理。1.2动力学条件相对于某种保护渣来说,如果改变一种成分含量,该成分不是析出晶体的组成成分,增大该成分含量,对于形成晶体的离子浓度影响不大,但改变了保护渣的粘度,改变了晶体析出的动力学条件,从而影响保护渣析晶。如增大K2O,Li2O质量分数,降低了保护渣粘度,降低了晶体组分离子迁移位阻,促进保护渣析晶。MgO,MnO等能与渣中其他成分形成熔点较低的黄长石,橄榄石,镁蔷薇灰石等,降低了保护渣的熔化温度,相当于减小了保护渣的过冷度,抑制晶体析出。BaO能显著降低保护渣的凝固温度和粘度,增大渣的玻璃化率[12]。任何一种组分的改变,都应从动力学和热力学两方面来考虑,如增大CaO质量分数既增大了晶体析出的热力学条件,又降低保护渣粘度,改善了晶体析出的动力学条件,促进保护渣结晶。而增大SiO2含量,增大了枪晶石(Ca4F2Si2O7)的组分浓度,但增大了保护渣的粘度,增大了晶体组成离子的迁移位阻,这种作用更大,即抑制保护渣析晶。1.3结论①保护渣结晶矿相分析表明,碱度增大,CaF2含量增大,有利于枪晶石生成,促进保护渣结晶。②Na2O促进黄长石和枪晶石的析出,有利于霞石的析出;Al2O3抑制枪晶石生成,促进霞石生成;Li2O促进枪晶石生成,促进硅灰石生成;K2O促进枪晶石生成,促进黄长石生成,抑制硅灰石生成;MgO能抑制枪晶石的析出,促进硅灰石析出;MgO,BaO,MnO抑制保护渣的结晶。由上述结论，结合到我们厂实际生产情况，笔者认为在了解目前所使用的保护渣的结晶情况下，可以先从调整保护渣粘度入手，再根据实际情况调整析晶温度及析晶能力来控制熔渣的玻璃相。2.1保护渣的润滑机制图I图I示出了保护渣在振动结晶器正、负滑脱过程中的填充、润滑行为。在正滑脱期间，结晶器相对坯壳向上运动，渣圈随结晶器上移，致使A区的渣密度降低，减少了液渣由钢液面向弯月面(A区)流动的通道阻力，促进了液渣向弯月面的流动和聚集。在负滑脱期间，结晶器相对坯壳向下运动，渣圈随结晶器下移，A区液渣受到一定的压力而以V(V，为由于结晶器振动而附加的速度，远大于液渣自然流动速度)的速度向结晶器和坯壳间填充，同时部分地阻碍钢液面上液渣向A区流动。随结晶器周期性振动，液渣向A区的流动、聚集及向结晶器和坯壳间的填充重复进行，较之固定结晶器促进了保护渣的消耗，改善了结晶器的润滑状况。保护渣向A区(弯月面处)聚集和向结晶器与坯壳间的填充是保护渣消耗的两个过程．正滑脱期间，保护渣向A区聚集；负滑脱期间，保护渣向结晶器和坯壳间填充。可见，对于增加保护渣消耗而言，以上两个过程缺一不可，即在结晶器振动周期内，必须有一段时间为正滑脱而另一段时问为负滑脱。就正弦振动形式而言，实验已证实，保护渣消耗量是负滑脱时间的增函数，但随高速连铸发展起来的非正弦振动的结果表明，保护渣消耗量是正滑脱时间的增函数。由于正弦振动中正、负滑脱时间互为增函数，上述两个结论并不矛盾，即保护渣消耗与正滑脱时间的增函数关系亦适合于正弦振动。由此推知，对于振动结晶器，控制保护渣消耗量的工艺因素是正滑脱时问。这可解释为，正滑脱时间控制了液渣向弯月面的供应。由于液渣供应完全靠其自然流动来完成，其过程进行得较慢，而负滑脱时间控制了液渣的填充，由于振动结晶器为液渣填充附加了一个远大于液渣流动速度的填充速度，液渣填充过程进行得很快。因此，在保护渣消耗的两个过程中，保护渣的供应是控制环节，即正滑脱时间反映了振动参数对保护渣消耗的影响。2.2渣耗量的影响因索分析按前述保护渣消耗、润滑机制．可得到如下结论：保护渣的消耗量是正滑脱时间的增函数。这一结论适应于所有形式的振动结晶器。由此推知，单位时间内的保护渣消耗量是正滑脱时间的增函数，即'pQt······························(1)式中：Q’——单位时间内保护渣消耗量，kg／s；tp——正滑脱进间，sec此外，实验证实，保护渣消耗量是保护渣粘度的减函数，'1/Q······························(2)式中：η——保护渣的液渣粘度，pa·s由式(1)、式(2)可得'/pQKt·····························(3)对于单位面积的保护渣消耗量有'/[2()]cQQabV/opcKtV·························(4)式中：Q——单位面积保护渣消耗量，Kg／minVc——拉坯速度．m／mina,——铸坯的宽度、厚度，mmK、Ko——比例常数．式(4)即给出了保护渣消耗量公式。对于正弦式振动111[1cos()]2cpVtfsf·····················(5)式中。f——振动频率,Hzs——振幅，mm将式(5)代入式(4)，即可得到正弦振动时保护渣消耗量公式11[1cos()]2cocVKsfQfV1cKfV····································(6)式(6)给了正弦振动的保护渣消耗量公式。可得如下结论：保护渣消耗量是振动频率、振幅、拉速及保护渣粘度的减函数。提高保护渣消耗量的措施有，降低拉速、降低保护渣粘度、降低振幅及频率。2.3结论a．正、负滑脱时间是增加保护渣消耗的必要条件，两者缺一不可，b．保护渣消耗量的大小由正滑脱时间决定。正滑脱时间越长，保护渣消耗量越大反之，保护渣消耗量越小。c．振动参数的选取要和保护诸物性参数相适应，两者相互联系、相互制约。d．保护渣消耗量是振幅、频率、拉速及保护渣粘度的减函数。笔者也通过结合我厂实际生产情况，得出一些实际操作经验，在其他条件不变的情况下，通过适当提高轴承钢的浇铸温度，减小拉速可以大大减少渣沟的产生。综上所述，笔者认为目前对于我厂生产，优化振动参数可以改善保护渣的消耗，从而提高保护渣的润滑性能，但调整保护渣的成分对减少渣沟是最直接有效的方法。