特厚板坯窄面?zhèn)攘讶毕菪纬稍蚣翱刂?/h1>
2018-04-09 12:16:22甄新剛朱志遠(yuǎn)王玉龍王國(guó)連蒯多圣
上海金屬 2018年1期
甄新剛 朱志遠(yuǎn) 王玉龍 王國(guó)連 趙 晶 蒯多圣
(1.首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司,河北唐山 063200；2.秦皇島首秦金屬材料有限公司，河北秦皇島 066326)
鑄坯寬厚比大于3被稱為板坯，連鑄板坯按照厚度規(guī)格又可以分為薄帶板坯、薄板坯、中板坯、厚板坯和特厚板坯。一般情況下，將厚度規(guī)格大于350 mm的板坯稱之為特厚板坯。特厚板坯由于其厚度較大，窄面發(fā)生缺陷的概率增加[1]。窄面?zhèn)攘咽翘睾癜迮鞒Ｒ?jiàn)的表面缺陷之一。側(cè)裂缺陷與角橫裂有一定的相似之處，但側(cè)裂與角橫裂紋和窄面橫裂紋均有明顯的區(qū)別：(1)角橫裂紋出現(xiàn)在角部，貫穿窄面和寬面，側(cè)裂僅在窄面出現(xiàn)；(2)窄面橫裂紋隨機(jī)出現(xiàn)在窄面的任何位置，側(cè)裂僅發(fā)生在足輥邊緣靠近鑄坯角部的窄面處[2- 5]。
寶山鋼鐵集團(tuán)生產(chǎn)的冷軋耐候鋼板側(cè)面出現(xiàn)裂紋。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，這些鋼板側(cè)面裂紋與鋼坯側(cè)面裂紋有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。研究表明，產(chǎn)生側(cè)面裂紋的鋼坯會(huì)導(dǎo)致熱軋卷發(fā)生鋸齒裂缺陷的概率明顯增加，鋼坯側(cè)面裂紋產(chǎn)生與鋼中的Nb元素有直接的聯(lián)系。因此寶鋼取消了冷軋耐候鋼對(duì)應(yīng)鋼種中的Nb，同時(shí)為了保證該鋼種冷軋結(jié)束后的性能，將鋼中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高了0.01%。為保證板坯質(zhì)量，鑄機(jī)定期進(jìn)行在線輥縫儀檢測(cè)，對(duì)輥縫儀顯示開(kāi)口度偏差較大，扇形段出口、入口尺寸偏差較大的扇形段進(jìn)行人工標(biāo)定。另外對(duì)二冷水量進(jìn)行了優(yōu)化，連鑄過(guò)程采用了弱冷的方式。采取以上措施后，其鋼坯成材率得到了有效的提高[6]。
上海交通大學(xué)吉守龍等[7]發(fā)現(xiàn)，鑄坯存在窄面凹陷，當(dāng)凹陷較深時(shí)會(huì)在凹陷處產(chǎn)生裂紋。分析認(rèn)為產(chǎn)生該缺陷的主要原因有兩個(gè)：結(jié)晶器錐度過(guò)大對(duì)坯殼產(chǎn)生擠壓和不合理的二次冷卻使坯殼局部過(guò)度收縮。
在鋼水凝固的過(guò)程中，凝固坯殼會(huì)有一定程度的收縮，板坯寬面和窄面尺寸差距較大，收縮的程度也不相同。由于鑄坯角部在結(jié)晶器內(nèi)是二維傳熱，冷卻速度較快，角部溫度較低，如果窄面錐度過(guò)大，窄面?zhèn)鳠嵝Ч^好，冷卻強(qiáng)度較大，窄面向內(nèi)線收縮也大，致使剛性的角部向窄面轉(zhuǎn)動(dòng)而形成窄面缺陷的趨勢(shì)[8]。
目前對(duì)于特厚板坯窄面?zhèn)攘逊矫娴膱?bào)道較少，很多生產(chǎn)特厚板坯的廠家會(huì)遇到類似問(wèn)題，因此急需找到側(cè)裂發(fā)生的原因，從而最大程度上降低側(cè)裂的發(fā)生概率，為鋼廠徹底解決該問(wèn)題提供一些參考資料。
1 側(cè)裂形成原因
1.1 側(cè)裂形貌
特厚板坯的窄面?zhèn)攘讶毕菔疽鈭D和宏觀形貌如圖1所示。從圖1中可以看出，側(cè)裂主要發(fā)生在靠近外弧側(cè)的窄面處，呈S型的彎曲狀并垂直于寬面?zhèn)?。?cè)裂長(zhǎng)度為8～36 mm，距鑄坯角部位置0～100 mm。
圖1 窄面?zhèn)攘讶毕莸?a)示意圖和(b)宏觀形貌Fig.1 (a) Schematic diagram and (b) macrograph of the lateral cracking
采用硝酸酒精和苦味酸侵蝕裂紋，對(duì)側(cè)裂進(jìn)行金相顯微鏡觀察，其形貌如圖2所示。從圖2中可以明顯看出，裂紋沿原奧氏體晶界發(fā)生，為沿晶斷裂，原奧氏體晶粒尺寸為300～1 000 μm。
圖2 側(cè)裂的微觀形貌Fig.2 Micrographs of the lateral cracking
1.2 碳含量對(duì)側(cè)裂的影響
通過(guò)對(duì)比側(cè)裂與碳含量的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，存在側(cè)裂的鑄坯有91.6%，其碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.08%～0.14%范圍內(nèi)。由于該類鋼種在高溫下彎月面附近初生坯殼存在包晶反應(yīng)，伴隨著較大的坯殼線收縮[9]，這種不規(guī)則收縮主要集中在結(jié)晶器彎月面下100 mm范圍內(nèi)，因而初生坯殼與結(jié)晶器銅板之間的空隙較大，結(jié)晶器熱流不穩(wěn)定，使得連鑄過(guò)程中坯殼在靠近彎月面區(qū)域和角部區(qū)域的收縮很不規(guī)則，坯殼生長(zhǎng)不均勻，易形成粗大柱狀晶，熱流量和窄寬熱流比若不合適，容易產(chǎn)生裂紋和凹陷等表面缺陷。而厚規(guī)格連鑄坯在凝固過(guò)程中需要帶走更多的熱量，結(jié)晶器的熱交換更加劇烈，傳熱不適宜導(dǎo)致鑄坯產(chǎn)生缺陷的概率大大增加。
1.3 保護(hù)渣對(duì)側(cè)裂的影響
為了驗(yàn)證保護(hù)渣與側(cè)裂之間的關(guān)系，試驗(yàn)了兩種保護(hù)渣，如表1所示。
表1 保護(hù)渣理化性能Table 1 Physico-chemical of the mold slag
針對(duì)這兩種保護(hù)渣，進(jìn)行了多組對(duì)比試驗(yàn)。圖3為某澆次保護(hù)渣對(duì)比試驗(yàn)中結(jié)晶器溫度場(chǎng)分布，該澆次的前5爐為保護(hù)渣B，后5爐為保護(hù)渣A。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，使用保護(hù)渣A時(shí)，偶爾會(huì)出現(xiàn)少量渣條脫落的現(xiàn)象(圖中黑圈標(biāo)示部位)，結(jié)晶器溫度場(chǎng)分布會(huì)出現(xiàn)局部的輕微波動(dòng)，而使用保護(hù)渣B時(shí)結(jié)晶器溫度場(chǎng)分布非常均勻。檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于使用保護(hù)渣B的爐次，鑄坯窄面?zhèn)攘寻l(fā)生率明顯低于使用保護(hù)渣A的爐次。保護(hù)渣黏度增加，在坯殼與結(jié)晶器間容易形成固態(tài)渣層，構(gòu)成較大熱阻，使傳熱減緩，有利于減弱坯殼傳熱，減緩包晶反應(yīng)[10]。保護(hù)渣的黏度與固渣層厚度密切相關(guān)，在不影響液渣層流動(dòng)的前提下，適當(dāng)提高保護(hù)渣的黏度，在坯殼與結(jié)晶器間容易形成厚的固渣層，在減弱坯殼傳熱、減緩包晶反應(yīng)的同時(shí)，還可以有效避免液渣膜的脫落，對(duì)于改善鑄坯的表面質(zhì)量起到很好的作用。
1.4 水口浸入深度對(duì)側(cè)裂的影響
為了提高浸入式水口的使用壽命，專門(mén)設(shè)計(jì)了連鑄機(jī)浸入深度自動(dòng)調(diào)整工藝。該工藝主要通過(guò)中包車兩側(cè)液壓缸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，即每間隔5 min改變一次水口浸入深度。這種自動(dòng)變化水口浸入深度的優(yōu)點(diǎn)在于， 避免浸入式水口某固定位置被液渣長(zhǎng)時(shí)間侵蝕，可以防止水口斷裂，提高水口的使用壽命，使用該工藝澆鋼時(shí)，浸入式水口使用壽命可高達(dá)400 min。
圖3 保護(hù)渣對(duì)比試驗(yàn)效果圖Fig.3 Comparison of experiment results for the mold slags
但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中使用浸入深度自動(dòng)調(diào)整工藝時(shí)，也易出現(xiàn)表面?zhèn)攘讶毕?。?jīng)分析該方式存在三個(gè)缺陷：
(1)水口浸入深度頻繁變動(dòng)會(huì)對(duì)結(jié)晶器窄面熱流的穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響；
(2)浸入深度處于極值位置時(shí)，會(huì)造成結(jié)晶器窄面熱流的劇烈波動(dòng)；
(3)在實(shí)際澆鑄過(guò)程中，兩側(cè)液壓缸無(wú)法實(shí)現(xiàn)絕對(duì)同步，多次變動(dòng)后，中包車兩側(cè)高度出現(xiàn)一定偏差，使得浸入式水口對(duì)中出現(xiàn)偏差，從而給結(jié)晶器窄面熱流的穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響。
浸入式水口的浸入深度與結(jié)晶器窄面熱流量的關(guān)系如圖4所示。從圖4中可以看出，整個(gè)澆鋼過(guò)程中，水口浸入深度的頻繁變動(dòng)造成了窄面熱流量的波動(dòng)。尤其浸入深度為最小值和最大值時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)熱流的劇烈變化，并且這種變化在水口浸入深度變化多次后，表現(xiàn)更加明顯。結(jié)晶器窄面熱流的變化會(huì)影響窄面坯殼的均勻性，成為產(chǎn)生側(cè)裂的誘因。
圖4 水口浸入深度與結(jié)晶器熱流的關(guān)系Fig.4 Relationship between immersion depth and heat flux of mold
1.5 結(jié)晶器錐度對(duì)窄面?zhèn)攘训挠绊?/h3>
結(jié)晶器熱流是判斷板坯表面產(chǎn)生裂紋與否的一個(gè)重要信息。在統(tǒng)計(jì)板坯熱流時(shí)發(fā)現(xiàn)，熱流保持在1.2～1.4 MW/m2時(shí)，裂紋指數(shù)最低[11]。調(diào)整合適的窄面錐度，使結(jié)晶器熱流保持合適的值，對(duì)防止窄面?zhèn)攘讶毕莘浅Ｖ匾?/p>
對(duì)出現(xiàn)側(cè)裂缺陷的澆次進(jìn)行熱流分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問(wèn)題澆次的熱流值在1.2～1.6 MW/m2之間，熱流值偏大。同時(shí)，窄面熱流值也普遍大于寬面熱流值，在1.4～1.6 MW/m2之間，窄面過(guò)大的熱流值會(huì)造成窄面較大的線性收縮，造成剛性的角部向窄面旋轉(zhuǎn)，從而增加偏離角部側(cè)裂發(fā)生的概率[12]。
1.6 窄面?zhèn)攘研纬稍?/h3>
通過(guò)研究工藝因素對(duì)側(cè)裂的影響，得出鑄坯窄面?zhèn)攘训男纬蓹C(jī)制：包晶反應(yīng)使得結(jié)晶器內(nèi)的初生坯殼不均勻生長(zhǎng)和結(jié)晶器保護(hù)渣的物理屬性和水口浸入深度的變化方式對(duì)結(jié)晶器熱流的影響，是側(cè)裂在結(jié)晶器內(nèi)起源的主要原因。在較大的足輥冷卻強(qiáng)度和足輥擠壓力的綜合作用下，起源于結(jié)晶器的微裂紋在足輥區(qū)被擴(kuò)展，形成了窄面?zhèn)攘讶毕荨?/p>
2 側(cè)裂缺陷的控制
在確定特厚板坯窄面?zhèn)攘研纬稍虻幕A(chǔ)上，對(duì)控制窄面?zhèn)攘烟岢鲆韵聨追N措施。
2.1優(yōu)化保護(hù)渣
優(yōu)化保護(hù)渣屬性，將其黏度從0.87 Pa·s提高至1.18 Pa·s，以形成固態(tài)保護(hù)渣層，增加熱阻，減緩傳熱，從而減緩包晶反應(yīng)，降低表面缺陷發(fā)生概率。
2.2 優(yōu)化水口浸入深度
根據(jù)連澆爐數(shù)和具體鋼種，采用不同的水口浸入深度變化工藝：連澆爐數(shù)小于或等于10爐時(shí)，不改變浸入深度；連澆爐數(shù)大于10爐時(shí)，每間隔5爐，手動(dòng)調(diào)整水口的浸入深度。
2.3 優(yōu)化結(jié)晶器錐度
適當(dāng)降低結(jié)晶器錐度，將錐度從原來(lái)的1.05%降低至1.00%。錐度優(yōu)化后，結(jié)晶器熱流有所降低，保持在裂紋指數(shù)最佳的1.2～1.4 MW/m2之間。通過(guò)清檢發(fā)現(xiàn)，錐度優(yōu)化后側(cè)裂發(fā)生率明顯下降。
3 結(jié)論
特厚板坯由于其厚度大，窄面受到的鋼水靜壓力大，容易發(fā)生窄面?zhèn)攘讶毕荨１疚耐ㄟ^(guò)對(duì)側(cè)裂發(fā)生機(jī)制的研究以確定解決窄面?zhèn)攘训挠行Т胧?，得到以下結(jié)論。
(1) 通過(guò)分析，最終確定窄面?zhèn)攘训男纬稍驗(yàn)椋喊Х磻?yīng)使得結(jié)晶器內(nèi)的初生坯殼不均勻生長(zhǎng)和結(jié)晶器保護(hù)渣的物理屬性和水口浸入深度的變化方式對(duì)結(jié)晶器熱流的影響，是側(cè)裂在結(jié)晶器內(nèi)起源的主要原因。在較大的足輥冷卻強(qiáng)度和足輥擠壓力的綜合作用下，起源于結(jié)晶器的微裂紋在足輥區(qū)被擴(kuò)展，形成了窄面?zhèn)攘讶毕荨?/p>
(2) 在明確側(cè)裂形成原因的基礎(chǔ)上，提出了多項(xiàng)改進(jìn)措施，包括設(shè)計(jì)使用較高熔化溫度和較高黏度的保護(hù)渣，優(yōu)化水口浸入深度變化工藝，適當(dāng)降低結(jié)晶器錐度等。
(3) 通過(guò)以上工藝優(yōu)化后，鑄坯窄面?zhèn)攘寻l(fā)生率由10.2%降低至2.8%。
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鑄坯寬厚比大于3被稱為板坯，連鑄板坯按照厚度規(guī)格又可以分為薄帶板坯、薄板坯、中板坯、厚板坯和特厚板坯。一般情況下，將厚度規(guī)格大于350 mm的板坯稱之為特厚板坯。特厚板坯由于其厚度較大，窄面發(fā)生缺陷的概率增加[1]。窄面?zhèn)攘咽翘睾癜迮鞒Ｒ?jiàn)的表面缺陷之一。側(cè)裂缺陷與角橫裂有一定的相似之處，但側(cè)裂與角橫裂紋和窄面橫裂紋均有明顯的區(qū)別：(1)角橫裂紋出現(xiàn)在角部，貫穿窄面和寬面，側(cè)裂僅在窄面出現(xiàn)；(2)窄面橫裂紋隨機(jī)出現(xiàn)在窄面的任何位置，側(cè)裂僅發(fā)生在足輥邊緣靠近鑄坯角部的窄面處[2- 5]。
寶山鋼鐵集團(tuán)生產(chǎn)的冷軋耐候鋼板側(cè)面出現(xiàn)裂紋。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，這些鋼板側(cè)面裂紋與鋼坯側(cè)面裂紋有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。研究表明，產(chǎn)生側(cè)面裂紋的鋼坯會(huì)導(dǎo)致熱軋卷發(fā)生鋸齒裂缺陷的概率明顯增加，鋼坯側(cè)面裂紋產(chǎn)生與鋼中的Nb元素有直接的聯(lián)系。因此寶鋼取消了冷軋耐候鋼對(duì)應(yīng)鋼種中的Nb，同時(shí)為了保證該鋼種冷軋結(jié)束后的性能，將鋼中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高了0.01%。為保證板坯質(zhì)量，鑄機(jī)定期進(jìn)行在線輥縫儀檢測(cè)，對(duì)輥縫儀顯示開(kāi)口度偏差較大，扇形段出口、入口尺寸偏差較大的扇形段進(jìn)行人工標(biāo)定。另外對(duì)二冷水量進(jìn)行了優(yōu)化，連鑄過(guò)程采用了弱冷的方式。采取以上措施后，其鋼坯成材率得到了有效的提高[6]。
上海交通大學(xué)吉守龍等[7]發(fā)現(xiàn)，鑄坯存在窄面凹陷，當(dāng)凹陷較深時(shí)會(huì)在凹陷處產(chǎn)生裂紋。分析認(rèn)為產(chǎn)生該缺陷的主要原因有兩個(gè)：結(jié)晶器錐度過(guò)大對(duì)坯殼產(chǎn)生擠壓和不合理的二次冷卻使坯殼局部過(guò)度收縮。
在鋼水凝固的過(guò)程中，凝固坯殼會(huì)有一定程度的收縮，板坯寬面和窄面尺寸差距較大，收縮的程度也不相同。由于鑄坯角部在結(jié)晶器內(nèi)是二維傳熱，冷卻速度較快，角部溫度較低，如果窄面錐度過(guò)大，窄面?zhèn)鳠嵝Ч^好，冷卻強(qiáng)度較大，窄面向內(nèi)線收縮也大，致使剛性的角部向窄面轉(zhuǎn)動(dòng)而形成窄面缺陷的趨勢(shì)[8]。
目前對(duì)于特厚板坯窄面?zhèn)攘逊矫娴膱?bào)道較少，很多生產(chǎn)特厚板坯的廠家會(huì)遇到類似問(wèn)題，因此急需找到側(cè)裂發(fā)生的原因，從而最大程度上降低側(cè)裂的發(fā)生概率，為鋼廠徹底解決該問(wèn)題提供一些參考資料。
1 側(cè)裂形成原因
1.1 側(cè)裂形貌
特厚板坯的窄面?zhèn)攘讶毕菔疽鈭D和宏觀形貌如圖1所示。從圖1中可以看出，側(cè)裂主要發(fā)生在靠近外弧側(cè)的窄面處，呈S型的彎曲狀并垂直于寬面?zhèn)?。?cè)裂長(zhǎng)度為8～36 mm，距鑄坯角部位置0～100 mm。
圖1 窄面?zhèn)攘讶毕莸?a)示意圖和(b)宏觀形貌Fig.1 (a) Schematic diagram and (b) macrograph of the lateral cracking
采用硝酸酒精和苦味酸侵蝕裂紋，對(duì)側(cè)裂進(jìn)行金相顯微鏡觀察，其形貌如圖2所示。從圖2中可以明顯看出，裂紋沿原奧氏體晶界發(fā)生，為沿晶斷裂，原奧氏體晶粒尺寸為300～1 000 μm。
圖2 側(cè)裂的微觀形貌Fig.2 Micrographs of the lateral cracking
1.2 碳含量對(duì)側(cè)裂的影響
通過(guò)對(duì)比側(cè)裂與碳含量的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，存在側(cè)裂的鑄坯有91.6%，其碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.08%～0.14%范圍內(nèi)。由于該類鋼種在高溫下彎月面附近初生坯殼存在包晶反應(yīng)，伴隨著較大的坯殼線收縮[9]，這種不規(guī)則收縮主要集中在結(jié)晶器彎月面下100 mm范圍內(nèi)，因而初生坯殼與結(jié)晶器銅板之間的空隙較大，結(jié)晶器熱流不穩(wěn)定，使得連鑄過(guò)程中坯殼在靠近彎月面區(qū)域和角部區(qū)域的收縮很不規(guī)則，坯殼生長(zhǎng)不均勻，易形成粗大柱狀晶，熱流量和窄寬熱流比若不合適，容易產(chǎn)生裂紋和凹陷等表面缺陷。而厚規(guī)格連鑄坯在凝固過(guò)程中需要帶走更多的熱量，結(jié)晶器的熱交換更加劇烈，傳熱不適宜導(dǎo)致鑄坯產(chǎn)生缺陷的概率大大增加。
1.3 保護(hù)渣對(duì)側(cè)裂的影響
為了驗(yàn)證保護(hù)渣與側(cè)裂之間的關(guān)系，試驗(yàn)了兩種保護(hù)渣，如表1所示。
表1 保護(hù)渣理化性能Table 1 Physico-chemical of the mold slag
針對(duì)這兩種保護(hù)渣，進(jìn)行了多組對(duì)比試驗(yàn)。圖3為某澆次保護(hù)渣對(duì)比試驗(yàn)中結(jié)晶器溫度場(chǎng)分布，該澆次的前5爐為保護(hù)渣B，后5爐為保護(hù)渣A。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，使用保護(hù)渣A時(shí)，偶爾會(huì)出現(xiàn)少量渣條脫落的現(xiàn)象(圖中黑圈標(biāo)示部位)，結(jié)晶器溫度場(chǎng)分布會(huì)出現(xiàn)局部的輕微波動(dòng)，而使用保護(hù)渣B時(shí)結(jié)晶器溫度場(chǎng)分布非常均勻。檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于使用保護(hù)渣B的爐次，鑄坯窄面?zhèn)攘寻l(fā)生率明顯低于使用保護(hù)渣A的爐次。保護(hù)渣黏度增加，在坯殼與結(jié)晶器間容易形成固態(tài)渣層，構(gòu)成較大熱阻，使傳熱減緩，有利于減弱坯殼傳熱，減緩包晶反應(yīng)[10]。保護(hù)渣的黏度與固渣層厚度密切相關(guān)，在不影響液渣層流動(dòng)的前提下，適當(dāng)提高保護(hù)渣的黏度，在坯殼與結(jié)晶器間容易形成厚的固渣層，在減弱坯殼傳熱、減緩包晶反應(yīng)的同時(shí)，還可以有效避免液渣膜的脫落，對(duì)于改善鑄坯的表面質(zhì)量起到很好的作用。
1.4 水口浸入深度對(duì)側(cè)裂的影響
為了提高浸入式水口的使用壽命，專門(mén)設(shè)計(jì)了連鑄機(jī)浸入深度自動(dòng)調(diào)整工藝。該工藝主要通過(guò)中包車兩側(cè)液壓缸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，即每間隔5 min改變一次水口浸入深度。這種自動(dòng)變化水口浸入深度的優(yōu)點(diǎn)在于， 避免浸入式水口某固定位置被液渣長(zhǎng)時(shí)間侵蝕，可以防止水口斷裂，提高水口的使用壽命，使用該工藝澆鋼時(shí)，浸入式水口使用壽命可高達(dá)400 min。
圖3 保護(hù)渣對(duì)比試驗(yàn)效果圖Fig.3 Comparison of experiment results for the mold slags
但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中使用浸入深度自動(dòng)調(diào)整工藝時(shí)，也易出現(xiàn)表面?zhèn)攘讶毕?。?jīng)分析該方式存在三個(gè)缺陷：
(1)水口浸入深度頻繁變動(dòng)會(huì)對(duì)結(jié)晶器窄面熱流的穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響；
(2)浸入深度處于極值位置時(shí)，會(huì)造成結(jié)晶器窄面熱流的劇烈波動(dòng)；
(3)在實(shí)際澆鑄過(guò)程中，兩側(cè)液壓缸無(wú)法實(shí)現(xiàn)絕對(duì)同步，多次變動(dòng)后，中包車兩側(cè)高度出現(xiàn)一定偏差，使得浸入式水口對(duì)中出現(xiàn)偏差，從而給結(jié)晶器窄面熱流的穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響。
浸入式水口的浸入深度與結(jié)晶器窄面熱流量的關(guān)系如圖4所示。從圖4中可以看出，整個(gè)澆鋼過(guò)程中，水口浸入深度的頻繁變動(dòng)造成了窄面熱流量的波動(dòng)。尤其浸入深度為最小值和最大值時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)熱流的劇烈變化，并且這種變化在水口浸入深度變化多次后，表現(xiàn)更加明顯。結(jié)晶器窄面熱流的變化會(huì)影響窄面坯殼的均勻性，成為產(chǎn)生側(cè)裂的誘因。
圖4 水口浸入深度與結(jié)晶器熱流的關(guān)系Fig.4 Relationship between immersion depth and heat flux of mold
1.5 結(jié)晶器錐度對(duì)窄面?zhèn)攘训挠绊?/h3>
結(jié)晶器熱流是判斷板坯表面產(chǎn)生裂紋與否的一個(gè)重要信息。在統(tǒng)計(jì)板坯熱流時(shí)發(fā)現(xiàn)，熱流保持在1.2～1.4 MW/m2時(shí)，裂紋指數(shù)最低[11]。調(diào)整合適的窄面錐度，使結(jié)晶器熱流保持合適的值，對(duì)防止窄面?zhèn)攘讶毕莘浅Ｖ匾?/p>
對(duì)出現(xiàn)側(cè)裂缺陷的澆次進(jìn)行熱流分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問(wèn)題澆次的熱流值在1.2～1.6 MW/m2之間，熱流值偏大。同時(shí)，窄面熱流值也普遍大于寬面熱流值，在1.4～1.6 MW/m2之間，窄面過(guò)大的熱流值會(huì)造成窄面較大的線性收縮，造成剛性的角部向窄面旋轉(zhuǎn)，從而增加偏離角部側(cè)裂發(fā)生的概率[12]。
1.6 窄面?zhèn)攘研纬稍?/h3>
通過(guò)研究工藝因素對(duì)側(cè)裂的影響，得出鑄坯窄面?zhèn)攘训男纬蓹C(jī)制：包晶反應(yīng)使得結(jié)晶器內(nèi)的初生坯殼不均勻生長(zhǎng)和結(jié)晶器保護(hù)渣的物理屬性和水口浸入深度的變化方式對(duì)結(jié)晶器熱流的影響，是側(cè)裂在結(jié)晶器內(nèi)起源的主要原因。在較大的足輥冷卻強(qiáng)度和足輥擠壓力的綜合作用下，起源于結(jié)晶器的微裂紋在足輥區(qū)被擴(kuò)展，形成了窄面?zhèn)攘讶毕荨?/p>
2 側(cè)裂缺陷的控制
在確定特厚板坯窄面?zhèn)攘研纬稍虻幕A(chǔ)上，對(duì)控制窄面?zhèn)攘烟岢鲆韵聨追N措施。
2.1優(yōu)化保護(hù)渣
優(yōu)化保護(hù)渣屬性，將其黏度從0.87 Pa·s提高至1.18 Pa·s，以形成固態(tài)保護(hù)渣層，增加熱阻，減緩傳熱，從而減緩包晶反應(yīng)，降低表面缺陷發(fā)生概率。
2.2 優(yōu)化水口浸入深度
根據(jù)連澆爐數(shù)和具體鋼種，采用不同的水口浸入深度變化工藝：連澆爐數(shù)小于或等于10爐時(shí)，不改變浸入深度；連澆爐數(shù)大于10爐時(shí)，每間隔5爐，手動(dòng)調(diào)整水口的浸入深度。
2.3 優(yōu)化結(jié)晶器錐度
適當(dāng)降低結(jié)晶器錐度，將錐度從原來(lái)的1.05%降低至1.00%。錐度優(yōu)化后，結(jié)晶器熱流有所降低，保持在裂紋指數(shù)最佳的1.2～1.4 MW/m2之間。通過(guò)清檢發(fā)現(xiàn)，錐度優(yōu)化后側(cè)裂發(fā)生率明顯下降。
3 結(jié)論
特厚板坯由于其厚度大，窄面受到的鋼水靜壓力大，容易發(fā)生窄面?zhèn)攘讶毕荨１疚耐ㄟ^(guò)對(duì)側(cè)裂發(fā)生機(jī)制的研究以確定解決窄面?zhèn)攘训挠行Т胧?，得到以下結(jié)論。
(1) 通過(guò)分析，最終確定窄面?zhèn)攘训男纬稍驗(yàn)椋喊Х磻?yīng)使得結(jié)晶器內(nèi)的初生坯殼不均勻生長(zhǎng)和結(jié)晶器保護(hù)渣的物理屬性和水口浸入深度的變化方式對(duì)結(jié)晶器熱流的影響，是側(cè)裂在結(jié)晶器內(nèi)起源的主要原因。在較大的足輥冷卻強(qiáng)度和足輥擠壓力的綜合作用下，起源于結(jié)晶器的微裂紋在足輥區(qū)被擴(kuò)展，形成了窄面?zhèn)攘讶毕荨?/p>
(2) 在明確側(cè)裂形成原因的基礎(chǔ)上，提出了多項(xiàng)改進(jìn)措施，包括設(shè)計(jì)使用較高熔化溫度和較高黏度的保護(hù)渣，優(yōu)化水口浸入深度變化工藝，適當(dāng)降低結(jié)晶器錐度等。
(3) 通過(guò)以上工藝優(yōu)化后，鑄坯窄面?zhèn)攘寻l(fā)生率由10.2%降低至2.8%。
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