連鑄板坯表面縱裂紋的形成原因及控制分析

朱家發(fā)

摘要：：大量的理論研究和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表面，引起連鑄板坯表面縱裂紋的原因復(fù)雜，主要影響因素包括有鋼水的材料成分和鋼水質(zhì)量，浸入式水口的尺寸大小，浸入深度等，并且由于連鑄坯表面縱裂的形成位置處于結(jié)晶器內(nèi)，這就導(dǎo)致結(jié)晶器的冷卻強(qiáng)度，保護(hù)渣性能，吸收夾雜物后的成分和性能變化這些因素也和連鑄板坯表面縱裂紋的形成有著密不可分的關(guān)系。通過大量的實(shí)踐研究分析發(fā)現(xiàn)，采取科學(xué)合理的措施對(duì)板坯的表面縱裂紋進(jìn)行嚴(yán)格控制，可以大大降低縱裂紋發(fā)生率。

關(guān)鍵字：連鑄板坯表面縱裂紋，形成原因，控制方法

引言：

目前在鑄造行業(yè)中，影響鑄機(jī)產(chǎn)量和鑄坯質(zhì)量的因素復(fù)雜多樣，但其中最為主要且嚴(yán)重的因素來自于連鑄板坯的表面縱裂紋這一缺陷。連鑄板坯的表面縱裂紋對(duì)于鑄機(jī)產(chǎn)量和鑄坯質(zhì)量的影響輕則需要對(duì)連鑄板坯進(jìn)行精細(xì)修正和加工，這種非必須性的二次精整往往會(huì)浪費(fèi)資源，時(shí)間和成本，影響產(chǎn)量和加工效率;重則會(huì)引起漏鋼現(xiàn)象或著造成連鑄板坯報(bào)廢，對(duì)于鑄機(jī)作業(yè)生產(chǎn)加工效率和金屬收得率的影響程度極為嚴(yán)重，并且會(huì)造成生產(chǎn)成本的大幅度增加，嚴(yán)重?cái)_亂生產(chǎn)計(jì)劃，帶來的損失不可估量，并且在加工中連鑄板坯表面裂紋的產(chǎn)生對(duì)后續(xù)的生產(chǎn)組織安排和后步工序的順利進(jìn)行影響程度更大。

1.連鑄板坯表面縱裂紋形成原因

由于連鑄板坯表面縱裂的形成位置處于結(jié)晶器內(nèi)，當(dāng)結(jié)晶器內(nèi)的熱流分配不均勻時(shí)，便會(huì)造成連鑄板坯殼厚度發(fā)生不均勻的生長(zhǎng)，進(jìn)一步導(dǎo)致連鑄板坯殼薄弱區(qū)域在應(yīng)力集中的影響之下形成裂紋。在結(jié)晶器內(nèi)連鑄板坯裂紋的出現(xiàn)，會(huì)引起連鑄板坯在進(jìn)入二冷區(qū)進(jìn)行強(qiáng)冷處理時(shí)，原先產(chǎn)生的裂紋會(huì)逐漸變深﹑變長(zhǎng)，變寬。即便在二冷區(qū)冷卻可以實(shí)現(xiàn)均勻的條件下，之前在結(jié)晶器內(nèi)出現(xiàn)的連鑄板坯裂紋也會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展。經(jīng)過眾多研究發(fā)現(xiàn)連鑄板坯表面縱裂的形成和鋼的高溫脆性區(qū)，連鑄板坯的微觀組織，鑄造工藝及操作因素等都有著密不可分的關(guān)系。

1.1表面縱裂與鋼的高溫脆性區(qū)

連鑄板坯表面縱裂的形成與鋼的高溫脆性溫度區(qū)之間有著密切的關(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)鋼的熔點(diǎn)附近至600 ℃這一溫度范圍之內(nèi)，脆性溫度區(qū)域便有三個(gè)。特別是在鋼的第I脆性溫度區(qū)時(shí)，由于在高溫下枝晶間富含雜質(zhì)元素，例如氧、硫和磷等，這些雜質(zhì)元素的存在降低了枝晶間的結(jié)合強(qiáng)度，使得鋼的熱脆性增加，在凝固前沿裂紋的產(chǎn)生變得十分容易，因此在大部分連鑄板坯表面縱裂的形成都來自于枝晶間液膜并沿枝晶擴(kuò)張這一因素的影響。

1.2表面縱裂與微觀組織

從微觀組織上進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)在冷凝過程中由于鋼水形成單相奧氏體的溫度高，進(jìn)一步導(dǎo)致鑄態(tài)奧氏體晶粒變大，粗大的晶粒從表面開始發(fā)展，晶粒越大導(dǎo)致鋼的塑性越低，連鑄板坯表面產(chǎn)生表面裂紋的可能性就越高。其次由于坯殼與結(jié)晶器之間的空隙大，導(dǎo)熱慢，所以連鑄板坯的坯殼無法實(shí)現(xiàn)凝固均勻，在粗大柱狀晶產(chǎn)生的位置會(huì)有凹陷形成，形成的凹陷又會(huì)在復(fù)雜應(yīng)力的作用下致使坯殼的薄弱處產(chǎn)生裂紋。

1.3表面縱裂與工藝及操作參數(shù)

連鑄板坯的表面縱裂紋產(chǎn)生是在多種因素聚集到一起引發(fā)的，并不是某一種因素的單獨(dú)作用。連鑄板坯的鑄造加工是通過鋼水經(jīng)由浸入式水口流入結(jié)晶器中，在結(jié)晶器的彎月面附近長(zhǎng)成坯殼。實(shí)際加工操作中，冷卻強(qiáng)度不均勻會(huì)引發(fā)應(yīng)力集中現(xiàn)象，坯殼薄弱處無法承受這種應(yīng)力集中時(shí)，就會(huì)造成坯殼裂開產(chǎn)生裂紋。當(dāng)帶有裂紋的連鑄板坯在二冷區(qū)進(jìn)行冷卻加工時(shí)，會(huì)造成之前在結(jié)晶器內(nèi)出現(xiàn)的連鑄板坯裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展。除此之外，在實(shí)際生產(chǎn)中，鋼水成分對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響也很大，當(dāng)鋼水中碳含量，硫含量不合格，或者其他雜質(zhì)元素的存在，都會(huì)對(duì)鑄坯質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，致使產(chǎn)生表面裂紋。兩外，連鑄板坯表面縱裂紋的形成原因也和與澆鑄鋼水的潔凈度，結(jié)晶器鋼水流場(chǎng)的變化，結(jié)晶器冷卻效果，二次冷卻效果，連鑄機(jī)設(shè)備的生產(chǎn)進(jìn)度等鑄造加工工藝和操作因素有著不可分割的關(guān)聯(lián)。

2. 連鑄板坯表面縱裂紋控制方法

基于對(duì)連鑄板坯表面縱裂的形成原因的深入分析和探究結(jié)果，對(duì)連鑄板坯表面縱裂的控制研究方向和具體采取的措施進(jìn)行分析，主要從鋼水的化學(xué)成分的控制，結(jié)晶器錐度的控制，結(jié)晶器冷卻的控制，結(jié)晶器鋼水流場(chǎng)的控制，二次冷卻水及設(shè)備功能精度的控制，不同形態(tài)和位置的板坯表面縱裂采取不同的改進(jìn)措施等方面進(jìn)行控制分析。

2.1鋼水的化學(xué)成分的控制

從鋼水的化學(xué)成分角度控制連鑄板坯表面縱裂時(shí)，首先應(yīng)該可能避開具備包晶點(diǎn)成分的鋼，因?yàn)檫@種鋼對(duì)裂紋最敏感。其次如果鋼水中含鋁元素過高，會(huì)形成氮鋁化合物以結(jié)晶的形式析出，易產(chǎn)生裂紋，因此也應(yīng)該避免鋼水中鋁元素含量過高。同理，硫元素和鋁元素相似，也應(yīng)該避免鋼水中硫元素含量過高。最后如果降低鋼水中磷元素的含量，初生坯殼的強(qiáng)度可以得到大幅度提高，進(jìn)一步減少裂紋的形成和在二冷區(qū)中的擴(kuò)展。

2.2結(jié)晶器各方面的控制

通過對(duì)結(jié)晶器的控制來減少連鑄板坯表面縱裂的形成主要通過對(duì)結(jié)晶器錐度的控制，結(jié)晶器冷卻的控制，結(jié)晶器鋼水流場(chǎng)的控制這三個(gè)方面進(jìn)行的。結(jié)晶器錐度控制是通過補(bǔ)償坯殼的凝固收縮來減少連鑄板坯表面縱裂的形成;結(jié)晶器冷卻的控制是通過保證鑄坯各部位冷卻的均勻性及坯殼生長(zhǎng)的均勻性對(duì)連鑄板坯表面縱裂的形成進(jìn)行有效的管控;結(jié)晶器鋼水流場(chǎng)的控制是通過穩(wěn)定操作工藝的手段，保持結(jié)晶器中鋼水液面的穩(wěn)定，防止鋼水液面劇烈震動(dòng)，進(jìn)一步產(chǎn)生不穩(wěn)定的渣液面，造成連鑄板坯卷渣及渣膜不均勻。

2.3 二次冷卻水及設(shè)備功能精度的控制

在結(jié)晶器內(nèi)連鑄板坯裂紋的出現(xiàn)，會(huì)引起連鑄板坯在進(jìn)入二冷區(qū)進(jìn)行強(qiáng)冷處理時(shí)，由于二冷段上部過強(qiáng)的冷卻或?qū)〔涣嫉雀鞣N應(yīng)力的原因，導(dǎo)致原先產(chǎn)生的裂紋會(huì)逐漸變深﹑變長(zhǎng)，變寬。即便在二冷區(qū)冷卻可以實(shí)現(xiàn)均勻的條件下，之前在結(jié)晶器內(nèi)出現(xiàn)的連鑄板坯裂紋也會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展。所以通過對(duì)二次冷卻水及設(shè)備功能精度的控制來降低冷卻速率，減少連鑄板坯表面縱裂的形成。

3. 控制方法的效果

通過對(duì)連鑄板坯表面縱裂紋形成原因進(jìn)行細(xì)致深入且精準(zhǔn)的分析，并基于分析結(jié)果有針對(duì)性地采取控制措施， 連鑄板坯表面縱裂的長(zhǎng)度、深度 及數(shù)量等方面都得到了顯著控制成果。減少了對(duì)于鑄機(jī)作業(yè)生產(chǎn)加工效率和金屬收得率的影響，并且由于連鑄板坯表面縱裂紋的大幅度減少對(duì)后續(xù)的生產(chǎn)組織安排和后步工序的順利進(jìn)行起到了極大的推進(jìn)作用。

結(jié)語

基于大量的理論研究和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，鋼水的材料成分和鋼水質(zhì)量，浸入式水口的尺寸大小，浸入深度等都影響著連鑄板坯表面縱裂紋的形成，并且結(jié)晶器的冷卻強(qiáng)度，保護(hù)渣性能也和連鑄板坯表面縱裂紋的形成有著密不可分的關(guān)系。采取科學(xué)合理并且有針對(duì)性的控制措施對(duì)板坯的表面縱裂紋進(jìn)行嚴(yán)格控制，可以大大降低縱裂紋發(fā)生率。

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