陳志威，李玉德，徐博，毛志勇，吳世龍

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021）

薄板坯合金鋼窄面凹陷的控制實(shí)踐

陳志威，李玉德，徐博，毛志勇，吳世龍

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021）

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠3#板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)過程中，合金鋼鑄坯窄面經(jīng)常出現(xiàn)縱向凹陷，影響連鑄坯的表面質(zhì)量，并造成軋材缺陷。分析了連鑄板坯窄面縱向凹陷的形成原因，結(jié)合生產(chǎn)試驗(yàn)，通過采取優(yōu)化結(jié)晶器足輥冷卻水流量、結(jié)晶器錐度、結(jié)晶器窄邊足輥布置及鑄機(jī)拉速等措施，提高了連鑄板坯的表面質(zhì)量，有效地控制了鑄坯窄面的縱向凹陷。

薄板坯；合金鋼；窄面凹陷

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠3#連鑄機(jī)是從奧鋼聯(lián)引進(jìn)的l條1機(jī)雙流連鑄板坯生產(chǎn)線，于2011年9月投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力200萬t，生產(chǎn)的鑄坯主要供鞍鋼2150和中厚板生產(chǎn)線。在連鑄板坯生產(chǎn)過程中，鑄坯窄面縱向凹陷（也叫偏角部凹陷）或稱縱向“溝槽”是影響鑄坯質(zhì)量的重要缺陷，在后續(xù)的軋制過程中將形成翹皮、夾雜等缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。連鑄板坯窄面凹陷嚴(yán)重時(shí)鑄坯需要下線清理，阻礙了熱送熱裝的實(shí)施［1］，并增大了鑄坯堆放場(chǎng)地的負(fù)擔(dān)和鑄坯精整的修磨量，同時(shí)降低了金屬收得率。本文分析了煉鋼總廠四分廠3#連鑄機(jī)在生產(chǎn)170 mm薄板坯合金鋼過程中，鑄坯窄面縱向凹陷的產(chǎn)生原因和影響因素，并提出改進(jìn)措施。

1　連鑄機(jī)技術(shù)參數(shù)

煉鋼總廠四分廠3臺(tái)連鑄機(jī)參數(shù)對(duì)比見表1。

2　鑄坯窄面凹陷原因分析及措施

四分廠3#鑄機(jī)生產(chǎn)的鑄坯窄面凹陷情況見圖1所示。較輕的凹陷深度≤1.5 mm，而較重的凹陷深度可達(dá)5～7 mm，凹陷底部往往伴隨有縱裂紋。鑄坯缺陷的形成和產(chǎn)生原因較多，生產(chǎn)過程中，結(jié)晶器冷卻程度、結(jié)晶器窄邊足輥布置、結(jié)晶器錐度、二冷區(qū)水量的控制以及拉速等參數(shù)均會(huì)影響鑄坯的質(zhì)量［3］。

表1　鑄機(jī)參數(shù)對(duì)比

2.1結(jié)晶器冷卻水流量

2.1.1出口坯殼厚度

1#、2#機(jī)結(jié)晶器高度為1.0 m（相應(yīng)彎月面距離出口920 mm），3#機(jī)結(jié)晶器為0.9 m（相應(yīng)彎月面距離出口820 mm），兩種結(jié)晶器凝固系數(shù)相同，則出口坯殼厚度比較如圖2所示。

由圖2可以看出，3#機(jī)鑄坯結(jié)晶器出口坯殼厚度較1#、2#機(jī)薄1～2 mm，易產(chǎn)生凹陷。

2.1.2結(jié)晶器冷卻水流量

1#、2#與3#機(jī)冷卻水流量對(duì)比見表2所示。

表2　結(jié)晶器冷卻水流量對(duì)比

由表2可見，3#連鑄機(jī)170 mm厚度規(guī)格上的結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度比1#、2#機(jī)低，以拉速1.65 m/min為例，出口坯殼厚度薄1.5 mm，寬邊冷卻水比水量少0.02 m3/t，窄邊冷卻比水量少0.01 m3/t。

2.1.3足輥冷卻水

一般來說，鑄坯表面的凹陷是由于冷卻不均勻造成的，不均勻冷卻帶來各點(diǎn)的收縮量不同，從而帶來凹陷。如果結(jié)晶器足輥的冷卻較強(qiáng)，會(huì)增加單位時(shí)間內(nèi)收縮的傾向，可能會(huì)導(dǎo)致缺陷進(jìn)一步加大。在二冷段，如果水量過大仍然會(huì)增加凹陷產(chǎn)生的概率，更嚴(yán)重時(shí)會(huì)擴(kuò)展凹陷處的微裂紋。如果適當(dāng)降低足輥區(qū)的水量，可抑制坯殼過早收縮，減輕初生坯殼受到的熱應(yīng)力，會(huì)使鑄坯凹陷的產(chǎn)生概率大大降低。另外，在二冷區(qū)采取較弱的冷卻制度，也會(huì)緩解凹陷的加大和微裂紋的擴(kuò)展。在二冷區(qū)設(shè)備檢查方面，要注意水嘴的狀態(tài)及二冷水質(zhì)，以免噴嘴受到阻塞造成冷卻不均勻，所以要保證二冷的均勻性和有效性。1500 mm寬，拉速為1.6 m/min時(shí)，1#、2#連鑄機(jī)的足輥冷卻水流量為52 m3/h，3#連鑄機(jī)的足輥冷卻水流量為64 m3/h，由此推斷，3#連鑄機(jī)足輥冷卻水冷卻強(qiáng)度比1#、2#連鑄機(jī)強(qiáng)，這可能是產(chǎn)生凹陷的原因之一。

生產(chǎn)試驗(yàn)中，結(jié)晶器冷卻水不變，足輥冷卻水流量減少18％，即由64 m3/h降至52 m3/h后的鑄坯窄面凹陷情況見圖3所示。對(duì)比圖3和圖1可以看出，鑄坯窄面凹陷得到一定改善。

2.2結(jié)晶器錐度

鋼水在結(jié)晶器中凝固收縮會(huì)產(chǎn)生氣隙，而結(jié)晶器的錐度設(shè)置是為了補(bǔ)償這部分的收縮，使得結(jié)晶器的傳熱效率得到提高。由于3#機(jī)生產(chǎn)的薄板坯寬厚比較大，所以在凝固過程中，板坯寬面的線收縮比窄面要大。而二維傳熱的角部，如果窄面的錐度過小，鋼水的靜壓力會(huì)經(jīng)過角部向?qū)捗姘l(fā)生移動(dòng)，角部作為支點(diǎn)而在寬面偏角處形成偏離角縱向凹陷［3］。由于鋼水靜壓力的存在，窄面鑄坯受力向結(jié)晶器，最后被拉出時(shí)形成鼓肚缺陷。一旦窄面的錐度較大，則窄面?zhèn)鳠嵝Ч^好，冷卻強(qiáng)度較大，窄面向內(nèi)線收縮也大，這就致使剛性的角部向窄面轉(zhuǎn)動(dòng)而有形成窄面縱向凹陷的趨勢(shì)。結(jié)晶器內(nèi)傳熱-凝固示意圖見圖4所示。1#、2#連鑄機(jī)與3#連鑄機(jī)結(jié)晶器錐度比較見表3所示。

錐度的計(jì)算方法為（上口寬度-下口寬度）/下口寬度。1#、2#連鑄機(jī)結(jié)晶器高度為1.0 m，3#連鑄機(jī)結(jié)晶器為0.9 m。如果按斜率進(jìn)行比較，在相同錐度條件下，3#連鑄機(jī)斜率更大，更易產(chǎn)生窄面凹陷，因此，適當(dāng)降低錐度，鑄坯窄面凹陷能得到改善。圖5為錐度下調(diào)0.2％（由1.1％降至0.9％）后的坯型（鋼種L450M）。

表3　1#、2#連鑄機(jī)與3#連鑄機(jī)結(jié)晶器錐度比較

2.3結(jié)晶器窄邊足輥布置

圖6為結(jié)晶器足輥調(diào)整前后的對(duì)比情況。3#連鑄機(jī)窄邊足輥與1#、2#的相同，窄邊足輥1對(duì)，足輥中心外圈與結(jié)晶器窄邊延伸方向間隙為0～0.2 mm，間隙過小對(duì)鑄坯擠壓過大，易產(chǎn)生凹陷。

通過試驗(yàn)確定增加足輥間隙至1.7 mm，足輥調(diào)整后鑄坯窄面情況見圖7所示。由圖7可以看出，足輥調(diào)整后，鑄坯窄面凹陷情況得到一定程度的改善，窄面足輥印消失。

2.4鑄機(jī)拉速

由于包晶鋼凝固時(shí)處于包晶反應(yīng)區(qū)，結(jié)晶器彎月面剛凝固的坯殼隨溫度下降發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，在固相線溫度以下20～50℃時(shí)，鋼的線收縮最大，坯殼與結(jié)晶器銅壁脫離形成氣隙，導(dǎo)出的熱流最小，坯殼最薄，易于在表面形成凹陷。通常凹陷和裂紋相伴而生，它們是多種因素綜合作用的結(jié)果，其形成的基本條件是:①初生坯殼厚度不均勻，在坯殼薄弱處產(chǎn)生局部應(yīng)力集中；②鑄坯在快速凝固時(shí)的選分結(jié)晶和C、Mn、S、P等元素沿樹枝晶的偏析，致使晶粒間的結(jié)合力不均，在外部應(yīng)力超過其強(qiáng)度極限時(shí)，易于發(fā)生凹陷等質(zhì)量缺陷［5］。

現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)也表明，在增大拉速的情況下，結(jié)晶器內(nèi)的坯殼厚度不均勻，結(jié)晶器導(dǎo)出的熱量不隨拉速增大而上升，使得出結(jié)晶器時(shí)坯殼強(qiáng)度降低，如二冷強(qiáng)度大，鑄坯缺陷的嚴(yán)重程度會(huì)加重，嚴(yán)重時(shí)會(huì)在凹陷的薄弱處造成應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋。坯殼的不均勻性也是鑄坯表面凹陷及裂紋形成的原因。因此適當(dāng)?shù)慕档屠伲煞乐硅T坯窄面凹陷的產(chǎn)生。拉速由1.6 m/min調(diào)整為1.4 m/min后的鑄坯窄面坯型見圖8所示。由圖8可以看出，拉速調(diào)整后的鑄坯窄面坯型有一定程度的改善。

3　應(yīng)用效果

優(yōu)化了結(jié)晶器足輥冷卻水流量、結(jié)晶器錐度、結(jié)晶器窄邊足輥布置以及鑄機(jī)拉速等參數(shù)后，又對(duì)結(jié)晶器窄面水流量進(jìn)行了優(yōu)化，由23.1 m3/h降至22.4 m3/h。上述各項(xiàng)工藝參數(shù)優(yōu)化后，有效的減少了鑄坯窄邊凹陷缺陷。鑄坯單側(cè)窄邊凹陷由3～5 mm降至-1～1 mm，凹陷基本消失。參數(shù)優(yōu)化后的鑄坯照片見圖9。

4　結(jié)語

通過優(yōu)化鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠3#連鑄機(jī)的結(jié)晶器足輥冷卻水流量、結(jié)晶器錐度、結(jié)晶器窄邊足輥布置以及鑄機(jī)拉速后，有效地降低了鑄坯窄面凹陷缺陷的產(chǎn)生，凹陷由原先的單側(cè)3～5 mm降低至-1～1 mm，凹陷缺陷基本消失。

［1］余志祥.連鑄坯熱送熱裝技術(shù)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2005.

［2］干勇.現(xiàn)代連續(xù)鑄鋼手冊(cè)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2010.

［3］蔡開科，潘毓淳，趙家貴.連續(xù)鑄鋼500問［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

［4］張家泉，崔立新，陳志平，等.板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)溫度/應(yīng)力場(chǎng)耦合模型［J］.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（4）:373-376.

［5］石顏杰，戚翠芬，李文興，等.防止CSP鑄坯凹陷的工藝探討和實(shí)踐［J］.河北冶金，2004（4）:14-20.

（編輯許營）

Practice of Controlling Pit Defects Formed on Surface of Narrow Sides of Thin Alloyed Steel Slabs

Chen Zhiwei，Li Yude，Xu Bo，Mao Zhiyong，Wu Shilong
（General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.，Ltd.，Anshan 114021，Liaoning，China）

Longitudinal pit defects often occur on the surface of narrow sides of alloyed steel strands cast by No.3 slab continuous caster in No.4 Branch of General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.，Ltd.，which influences the surface quality of continuous casting slabs and then brings about the defects of rolled steel products.The causes leading to the longitudinal pit defects on the surface of narrow sides of continuous casting slabs were analyzed.Based on the pilot production，the surface quality of continuous casting slabs were improved and the longitudinal pit defects were controlled effectively by optimizing the flow of cooling water for the mould footroller，the mold taper，the installation of the foot roller at the narrow side of the mold and the casting speed.

thin slab；alloyed steel；pit defects formed on the surface of narrow sides

TF703

A

1006-4613（2015）06-0044-04

2015-08-08

陳志威，碩士，工程師，2006年畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)鋼鐵冶金專業(yè)。E-mail:chenzhiweiaaa@163.com