供稿|劉軍，于海濤 / LIU Jun, YU Hai-tao

內容導讀

本鋼薄板坯連鑄機是由意大利達涅利公司設計的，共2臺單流直弧型連鑄機，主要生產低碳、中碳、硅鋼和微合金鋼等鋼種，鑄坯規(guī)格范圍為(850～1750) mm×72/85 mm，結晶器為漏斗型。在投產初期，集裝箱板的生產不穩(wěn)定，且該鋼種屬于高磷含鎳鉻銅的低碳合金鋼，漏鋼事故時常發(fā)生。盡管通過優(yōu)化工藝實現(xiàn)了穩(wěn)定生產，但鑄坯的表面裂紋控制成為另一個攻關課題。

裂紋分布在鑄坯中間或1/4處，對應結晶器漏斗中心和弧型過渡到直面處，經熱軋軋制后在板卷上形成暗線，造成批量的產品降級，不能夠滿足客戶的使用要求。針對可能造成縱裂的因素進行分析和改進，制定出合理的工藝控制要點，生產穩(wěn)定順行，消除了耐候鋼表面縱裂紋。

縱裂紋形態(tài)

裂紋的分布存在一定規(guī)律：由于薄板坯的結晶器為漏斗型，鑄坯的形變較大，集中在鑄坯表面的中間或1/4寬度處，裂紋長度在200 mm到2 m之間，貫穿整個鑄坯表面。裂紋深度2 mm左右，在熱軋除磷后裂紋邊緣發(fā)黑、中心發(fā)亮，對比較為明顯。如圖1所示，在冷態(tài)的鑄坯上能清晰看到筆直的縱裂紋。

縱裂紋經熱軋后形成細直線狀，缺陷部位為氧化鐵色，且略有手感。軋制厚度越厚，裂紋程度越重，而細小的縱裂經軋制后可以焊合。取熱軋卷實物樣做冷態(tài)彎折，沿著裂紋方向開裂，如圖2所示。這種缺陷用來做集裝箱立柱是不合格的，若用來做面板，經噴砂處理后仍不可消除，成為產品銹蝕的先發(fā)點。

對試樣做低倍電鏡觀察后發(fā)現(xiàn)，缺陷部位存在氧化層，并且銹蝕成灰黑色，與其他部位基體不一致，如圖3所示。裂紋部位做化學元素分析，可以檢測到鈣、鎂等元素，因此可以判斷裂紋發(fā)源于結晶器內，為殘余結晶器保護渣帶入。在偶發(fā)裂紋漏鋼事故后，能夠發(fā)現(xiàn)較為粗大的裂紋處的坯殼內部鋼水不能進一步冷卻，受靜壓力影響而溢出。

集裝箱板的成材率僅為94.5%，批量的縱裂時有發(fā)生，給連鑄生產帶來極大困擾，因此被迫終止生產，重新返爐制成鋼水，給生產順行帶來嚴重影響。

產生原因和控制措施

結晶器冷卻的影響

研究表明，連鑄板坯表面縱裂紋是在結晶器上部鋼水彎月面處形成的[1]。坯殼在結晶器內首先產生微小裂紋，坯殼在繼續(xù)向下運行的過程中，小裂紋在二冷區(qū)擴展，使其沿樹枝晶間低塑性區(qū)繼續(xù)撕裂而形成粗大的縱裂紋。因此，廣泛認為縱裂是由于坯殼在結晶器內冷卻不均勻，使得初生坯殼厚度存在差異，坯殼較薄的地方應力集中且板坯表面呈凹陷狀(反映在熱相圖為冷齒現(xiàn)象)，坯殼所受到的應力超過了一次晶粒晶界的抗拉強度。均勻坯殼厚度從而減少坯殼應力集中是控制縱裂的有效手段之一。

裂紋的發(fā)生和擴大能夠在結晶器的熱相圖上直觀發(fā)現(xiàn)，低溫的“冷齒”起初在熱相圖底部，在較短時間內向彎月面處生長，此時裂紋較為嚴重，若不及時采取黏結措施，極易造成漏鋼事故。

改進前結晶器的入水壓力為14.3 bar，寬窄側水流量分別為5600和230 L/min，水溫差分別為11.5和9.3℃，熱流密度2000～2200 kWh/m2，寬側彎月面溫度在230～250℃范圍內波動，熱相圖呈現(xiàn)藍區(qū)較多，特別在窄側角部溫度梯度變化較大?？紤]到該鋼種高磷且含合金較多，冷卻收縮量較大，保護渣不能完全填充到坯殼和銅板之間，若采取強冷模式勢必加重初生裂紋的發(fā)展，因此將結晶器的冷卻改為弱冷模式，寬側水流量改為5100 L/min，窄側水流量不變，熱流密度變?yōu)?900～2000 kWh/m2，冷齒的發(fā)生概率減少，彎月面溫度在190～220℃范圍內波動，結晶器內整體溫度梯度變化均勻。不同澆鑄狀態(tài)下熱相圖對比如圖4所示，圖(a)為出現(xiàn)縱裂時較典型的中部低溫區(qū)，圖(b)為改進后的熱相圖溫度分布。

2.3.2 治療前后NIH-CPSI評分變化量 11個RCTs報告了CP治療前后NIH-CPSI評分變化量，涉及患者931例。Meta分析結果如圖4所示：針刺治療療效顯著優(yōu)于西藥、微波和假針刺的療效。

二次冷卻的影響

二次冷卻過強會使在結晶器內產生的細小縱裂紋進一步擴展形成較粗大裂紋。另外，薄板坯的零段有一段漏斗延展區(qū)，為異形支撐輥，加大了初生坯殼的變形量。在二冷區(qū)同樣采取減水的措施，零段上部按照目標值減少15%，零段下部減少10%。如表1所示為各回路二冷流量和比水量。

在二冷區(qū)有窄中寬共六排噴嘴，最中間的兩排噴嘴為粗管，水流量對比其他兩排要大得多。在鑄坯出扇形段后能夠看到中間部位有黑色的印記，考慮到鑄坯的橫向冷卻均勻性，不改變噴嘴管徑而將噴嘴長度截短80 mm，擴大二冷水的噴幅范圍，減少鑄坯表面中心部位的冷卻量，目的是減小鑄坯橫向上較大的溫度梯度變化。

表1 薄板鑄機生產耐候鋼二冷水流量和比水量(斷面1135 mm×72 mm)

鋼水成分的影響

鋼水中[C]的含量對鑄坯初生坯殼的影響表現(xiàn)為對鋼的高溫特性的影響。[C]含量升高，連鑄坯塑性降低，易產生表面縱裂紋。

鋼種設定時[C]含量范圍較大，在0.04%～0.08%之間，加上通過計算得到的其他合金元素碳當量后，[C]含量范圍落在包晶反應范圍內。在生產中遇到[C]≥0.065%以上的爐次時，裂紋發(fā)生幾率增大，也存在漏鋼事故的風險。因此，對該鋼種的成分控制加以修改，在精煉成分微調上均采取下限控制，保證[C]含量控制在0.055%以下，高出此標準的爐次不允許澆鑄。另外，鋼水中的[S]有熱脆性危害，含量采取下限控制，保證鋼水精煉后的[S]含量不高于0.008%。

對保護渣性能的影響

結晶器保護渣的選型，關系到鑄坯表面縱裂紋的程度，而保護渣的堿度、熔點、黏度等受鋼水成分的影響較大。針對耐候鋼的特點，采用堿度為1.2、熔點為1130℃、黏度為1.23 Pa·s的保護渣。在實際生產中，保護渣的性能和理化指標無明顯變化，而縱裂紋時有發(fā)生。分析表明，鋼水中的成分引起了保護渣的變性，從而影響了結晶內的坯殼傳熱。

薄板坯需要經過鈣處理。為了防止浸入水口堵塞，[Ca]含量控制在0.002%以上，[Als]含量控制在0.02%左右，[Ca]/[Als]比值目標范圍在0.10～0.12之間。若[Ca]含量增加時，鈣鋁比值增大，堿度增加，保護渣黏度和熔點增大，在彎月面處流動性受影響，因浸入水口和結晶器銅板的間隙很小，傳熱后的初生坯殼厚度不均勻，增加表面裂紋的發(fā)生幾率[2]。因此，將[Ca]/[Als]比值由原來的0.10～0.12調整為0.08～0.10。

結晶器銅板的影響

薄板坯結晶器母材為銅銀合金并帶有鎳鍍層，起初結晶器彎月面渣線的狀態(tài)是否影響鑄坯縱裂未能引起足夠重視。彎月面渣線處鍍層侵蝕嚴重時呈龜裂狀并有隆起，在生產時遇到彎月面處低溫區(qū)擴散不消，坯殼與結晶器銅板發(fā)生黏結，鍍層脫落區(qū)域渣膜缺失造成鋼液附著在銅板上，反映在鑄坯上呈線性凹陷裂紋。銅板彎月面渣線的光滑程度能夠影響保護渣的流入，從而影響到坯殼傳熱的不均勻性，初生的裂紋由此產生。針對鍍層與母材間的膨脹系數(shù)差別引起的剝落，將銅板彎月面渣線部位取消鍍層，直接采用結晶器上部裸銅方式，使用后發(fā)現(xiàn)效果很好，解決了結晶器彎月面處渣線侵蝕嚴重問題。如圖5所示為結晶器彎月面處渣線侵蝕嚴重時形成的剝落。另外，考慮到減少鋼水在結晶器內的過快傳熱問題，耐候鋼生產時使用新制的結晶器，銅板厚度為106 mm。每次鑄流終澆后對結晶器彎月面渣線部位進行檢查并打磨至平滑無手感。

拉速的影響

在生產耐候鋼時保證恒拉速利于結晶器內鋼水凝固的穩(wěn)定，使冷卻系統(tǒng)保持在最佳狀態(tài)，減少鑄坯斷面上的溫度波動。拉速按照3.9 m/min執(zhí)行，在熱相圖上顯示的溫度比較均勻，寬側低溫區(qū)減少。

過熱度的影響

統(tǒng)計裂紋發(fā)生較多時的爐次鋼水溫度，呈一定的規(guī)律性。過熱度在25～35℃之間時，耐候鋼產生縱裂紋的程度較小；過熱度<25℃或＞35℃時，縱裂紋較為發(fā)達。鋼水過熱度過高時，鋼水與結晶器銅板之間的熱傳遞多，一次冷卻水的溫差增加，鑄坯初生坯殼減薄，坯殼熱應力較大；此外，過高的過熱度還會導致奧氏體晶粒粗大，坯殼塑性降低。當過熱度<25℃時，保護渣熔融不好，噸鋼渣耗量降低，表明坯殼與銅板間的潤滑不好，鑄坯極易產生縱裂紋[3-4]。因此精煉工序需將耐候鋼的中間包過熱度按照25～35℃控制。

結束語

(1) 對結晶器冷卻水和二冷水的工藝參數(shù)進行優(yōu)化，將一次冷卻的結晶器水流量由5600 L/min改為5100 L/min，同時減少二次水量，采取弱冷方式控制表面縱裂紋。

(2) 控制耐候鋼的[C]含量<0.055%，否則[C]當量含量進入到包晶區(qū)，縱裂產生幾率較大；[S]含量控制在0.008%以下。

(3) 規(guī)范了鋼水的[Ca]/[Als]比值，減小保護渣性能改變的影響，保證控制值在0.08～0.10范圍內。

(3) 結晶器采用裸銅銅板，避免了鍍層剝落問題，并且在耐候鋼生產時結晶器使用新制的106 mm厚度的銅板，改善了初生坯殼的凝固。

(4) 將中間包鋼水過熱度控制在25～35℃之間，保持恒拉速操作。

采取以上優(yōu)化改進措施后，本鋼薄板連鑄機生產耐候鋼的表面縱裂紋產生情況得到了有效解決，同時漏鋼次數(shù)也大大減小，產品的合格率達98.5%以上。