連鑄產(chǎn)品缺陷的原因分析及改進(jìn)

馬 昆

（唐鋼型線事業(yè)部，河北 唐山 063000）

當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)已步入快速發(fā)展的軌道，國(guó)家基本建設(shè)逐步加快，極大地推動(dòng)了工業(yè)企業(yè)的發(fā)展，并由此而拉動(dòng)了鋼鐵行工業(yè)的快速發(fā)展。當(dāng)前，無(wú)論是鋼鐵的生產(chǎn)還是鋼鐵的消費(fèi)，我國(guó)都排在世界首列。連鑄連軋作為一門綜合技術(shù)是由煉鋼、連鑄及軋制等各個(gè)流程整合而來(lái)的，當(dāng)前日臻成熟的技術(shù)優(yōu)勢(shì)能夠有效提升整個(gè)軋材生產(chǎn)過(guò)程的工藝質(zhì)量，還有助于工藝流程的優(yōu)化和縮短，使得軋材生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)一步簡(jiǎn)化，進(jìn)而使得能耗降低，生產(chǎn)成本得以有效節(jié)約。

就生產(chǎn)工藝而言，無(wú)需對(duì)連鑄生產(chǎn)的板坯進(jìn)行冷卻和精整處理，只需直接用軋機(jī)對(duì)其熱裝熱送后材料進(jìn)行軋制即可。如此一來(lái)，為確保連鑄連軋具有較高的協(xié)調(diào)性和緊湊型，必須對(duì)連鑄板坯從鑄機(jī)到軋機(jī)之間的時(shí)間間隔進(jìn)行有效控制。相比較于其他板材的生產(chǎn)工藝，連鑄連軋工藝中可以用來(lái)對(duì)鑄坯質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)和處理的時(shí)間十分有限，因此必須在生產(chǎn)過(guò)程中加大對(duì)鑄坯表面及內(nèi)部質(zhì)量的控制力度，而要實(shí)現(xiàn)這一目的，就必須加快確立無(wú)缺陷鑄坯制造技術(shù)。然而，在具體實(shí)踐中，連鑄板坯需要經(jīng)歷一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的生產(chǎn)流程，其產(chǎn)品質(zhì)量受到各個(gè)環(huán)節(jié)生產(chǎn)工藝的影響，而現(xiàn)有連鑄設(shè)備及工藝水平還有待提升，使得連鑄板坯的生產(chǎn)很難有效避免裂紋、氣泡、夾雜、中心缺陷等問(wèn)題的出現(xiàn)，嚴(yán)重的甚至影響接下來(lái)的軋制工藝。

1 邊部裂紋缺陷分析

板卷邊部裂紋缺陷以距離板卷邊部1cm～2cm處的裂紋缺陷為主，常常呈現(xiàn)為具有一定深度和長(zhǎng)度的裂紋，嚴(yán)重情況下，不同裂紋相互交叉進(jìn)而出現(xiàn)翹皮，具體形態(tài)如同“舌頭”。還有一種情形未在靠近板卷上下表面的邊部呈現(xiàn)短、多、淺的簇狀碎裂紋。

圖1 邊部裂紋

（1）邊部裂紋產(chǎn)生原因。兩方面原因?qū)е逻叢砍霈F(xiàn)裂紋：一是結(jié)晶器跑錐度，無(wú)法足夠有效地對(duì)鑄坯邊部進(jìn)行冷卻，經(jīng)過(guò)二冷區(qū)冷卻后使得窄面收縮，呈現(xiàn)臺(tái)階狀缺陷，最終導(dǎo)致邊部裂紋的出現(xiàn)；二是軋機(jī)粗軋輥表面因老化而變得粗糙，在軋制過(guò)程中對(duì)鑄坯窄邊進(jìn)行刮蹭，經(jīng)精軋后呈現(xiàn)出眾多微小的裂紋。

（2）邊部裂紋控制措施。確保結(jié)晶器液面和中間包液面保持正常的波動(dòng)狀態(tài)，這主要受到中間包高度的影響，為此，必須保證中間包所用熔池具有足夠的深度，以確保在對(duì)水口或鋼包進(jìn)行調(diào)換時(shí)不至于影響結(jié)晶器液面的波動(dòng)幅度，同時(shí)還有助于對(duì)夾雜及渣子的凈化處理。

對(duì)于多爐連續(xù)澆鋼工藝而言，應(yīng)盡量保持澆鑄過(guò)程拉速不變。但在實(shí)際澆鑄過(guò)程中，卻往往受到水口或鋼包更換、水口堵塞、漏鋼以及煉鋼和澆鋼時(shí)間不相一致等因素的影響而使得整個(gè)澆鑄過(guò)程的拉速來(lái)回變換。由此可以看出，幾乎無(wú)法保證整個(gè)澆鑄過(guò)程拉速的勻稱，這樣，我們應(yīng)爭(zhēng)取短時(shí)間內(nèi)拉速的變動(dòng)幅度不宜過(guò)高，盡可能以相對(duì)穩(wěn)定的速度進(jìn)行澆鑄。

2 連鑄坯中心缺陷

（1）連鑄坯中心缺陷產(chǎn)生原因。隨著帶液芯鑄坯的不斷運(yùn)動(dòng)，逐步在鑄坯邊、傳熱邊和凝固邊形成一定的液相穴，對(duì)補(bǔ)縮造成一定的障礙，進(jìn)而導(dǎo)致鑄坯縱向軸線出現(xiàn)缺陷，進(jìn)而影響到軋制產(chǎn)品及中厚板的性能，具體表現(xiàn)為：鑄坯中心夾雜的硫化物受軋制而得以延伸，進(jìn)而破壞橫向性能；板材缺乏足夠的沖擊韌性使得鋼材出現(xiàn)斷裂；中心偏析導(dǎo)致硫化物、馬氏體等低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的出現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致管線鋼出現(xiàn)氫致裂紋（HIC）；高碳鋼鑄坯中心碳和錳偏析會(huì)導(dǎo)致馬氏體的沉淀和碳化物的出現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致抗拔脆斷現(xiàn)象的發(fā)生；鑄坯中心偏析和疏松還會(huì)導(dǎo)致鋼軌的變形和斷裂；中心疏松縮孔偏析還會(huì)影響合金鋼鑄坯低倍檢驗(yàn)的合格率。

圖2 鑄坯低倍形貌

（2）連鑄坯中心缺陷控制措施。①對(duì)硫、磷、氧等有害夾雜元素含量進(jìn)行有效控制，使得鑄坯鋼更加純凈。②對(duì)鑄坯低倍結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效控制，達(dá)到抑制柱狀晶體擴(kuò)大的目的。③優(yōu)化澆鑄工藝，根據(jù)鋼種優(yōu)化鋼水的熱度、拉速及二冷強(qiáng)度，以對(duì)鑄坯中心缺陷進(jìn)行有效控制。④對(duì)連鑄機(jī)設(shè)備中的輥間距、輥縫等進(jìn)行縮小和控制，對(duì)鑄坯運(yùn)行凝固中可能出現(xiàn)的坯殼鼓肚問(wèn)題進(jìn)行有效控制。⑤就當(dāng)前現(xiàn)有連鑄設(shè)備及工藝而言，尚且無(wú)法對(duì)鑄坯中心缺陷進(jìn)行有效控制，可以采用外加控制技術(shù)的方式，引入凝固末端電池?cái)嚢?、輕壓下及電磁攪拌等技術(shù)。

3 連鑄坯皮下氣泡缺陷分析

（1）皮下氣泡產(chǎn)生原因。鑄坯皮下氣泡缺陷受鋼水中氧元素含量影響明顯?？梢哉J(rèn)為，鑄坯皮下氣泡缺陷是由諸多導(dǎo)致鋼水中氧元素含量增加的因素導(dǎo)致的。受中間包、鋼包等保溫效果不佳的影響，導(dǎo)致過(guò)程出現(xiàn)大幅溫降，只有提高出鋼及澆鑄的溫度，才能確保生產(chǎn)的順利進(jìn)行，對(duì)于中間包而言，出鋼及澆鑄溫度尤為重要。被煉鋼廠所廣泛采用的脫氧劑是由多種脫氧材料混合組成的，不易對(duì)其有效成份進(jìn)行控制。一旦耐火材料及合金受潮，當(dāng)其接觸高溫鋼水后，就會(huì)瞬間產(chǎn)生蒸汽并被高溫分解成H和O并溶于鋼水，使得鋼水中的H、O元素含量增加，導(dǎo)致鑄坯皮下形成更多的氣泡。

（2）皮下氣泡控制措施。①鑄坯皮下出現(xiàn)氣泡缺陷的原因主要是剛水中含氧量不達(dá)標(biāo)。鋼水含氧量過(guò)高、脫氧不徹底甚至是耐火材料受潮都會(huì)增加鋼水中氧氣的含量，從而造成鑄坯皮下產(chǎn)生氣泡缺陷，因此剛水中氧氣含量的不達(dá)標(biāo)是造成鑄坯皮下產(chǎn)生氣泡缺陷的直接原因。所以，對(duì)于鋼水中氧含量要進(jìn)行合理控制，完善并嚴(yán)格執(zhí)行烘烤制度，積極改進(jìn)操作工藝和技術(shù)就可以有效的避免鑄坯皮下氣泡的形成。②控制鋼水澆筑的過(guò)熱度。在保障鐵水條件改善的基礎(chǔ)上，提高作業(yè)的操作水平，提升生產(chǎn)的節(jié)奏，控制出鋼的溫度；同時(shí)要努力減少鋼水的過(guò)程降溫，將鋼水澆筑的過(guò)熱度控制在合理的范圍內(nèi)，從而將氧元素在鋼水中溶解度控制到最低。③配置鋼水定氧儀，控制鋼水的氧含量，發(fā)現(xiàn)鋼水的氧含量超標(biāo)就必須對(duì)鋼水進(jìn)行再次脫氧處理，含氧量達(dá)標(biāo)以后才能連鑄澆鑄。

4 板坯的非金屬夾雜

（1）板坯的非金屬夾雜產(chǎn)生原因。連鑄坯中存在的非金屬夾雜物依據(jù)產(chǎn)生的方式可分為兩種，一種是內(nèi)生夾雜物，另一種則是外來(lái)的夾雜物。其中保護(hù)渣夾雜形成是因?yàn)榍秩胧剿诓迦脘撘旱纳疃炔蛔悖瑢?dǎo)致結(jié)晶器鋼液面過(guò)分?jǐn)噭?dòng)從而形成夾雜。硅酸鹽或其他復(fù)合氧化物夾雜則主要出現(xiàn)在含硅和錳較高的鋼中，主要是鋼包和中間罐損壞的耐火材料反應(yīng)產(chǎn)生。夾雜物大部分屬于硅錳酸鹽，他們的體積一般較小。

（2）板坯的非金屬夾雜控制措施。優(yōu)化侵入式水口的設(shè)計(jì)，保證侵入深度滿足需要，從而促使鋼流運(yùn)動(dòng)按照設(shè)計(jì)要求運(yùn)行，這樣就可以防止夾雜的產(chǎn)生。不銹鋼板的澆筑過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)存在MgA12O夾雜物，可以選擇使用優(yōu)質(zhì)的耐火材料，更改脫氧的模式，將含氧量控制在0.005%以內(nèi)，利用覆蓋層或者保護(hù)澆筑的方式就可以避免鋼液的再次氧化。

5 結(jié)語(yǔ)

連鑄坯缺陷形成的原因多種多樣，其中入爐原材料的質(zhì)量，冶煉時(shí)溫度的掌握、冶煉技術(shù)的高低、連鑄機(jī)澆鑄工藝參數(shù)的設(shè)定等都存在關(guān)系，另外和中間包、二次冷卻段以及震動(dòng)裝置的使用和設(shè)置具有重大的關(guān)系。提高連鑄坯的成品質(zhì)量，不僅可以取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，還有助于改進(jìn)生產(chǎn)工藝提高技術(shù)，同時(shí)也有助于連鑄坯熱裝熱送工藝的運(yùn)行和使用，因?yàn)檫B鑄坯質(zhì)量出現(xiàn)的異議和糾紛開(kāi)始變少，維護(hù)和提高了企業(yè)的信譽(yù)。