70 鋼鑄坯表面渣溝缺陷分析與優(yōu)化

關(guān)文博，王 崢，朱 嘉，宋明明

（山西建邦集團(tuán)通才工貿(mào)有限公司，山西 侯馬 043400）

山西建邦集團(tuán)通才工貿(mào)有限公司鋼廠在連鑄生產(chǎn)70 鋼時，連鑄鋼坯表面出現(xiàn)了嚴(yán)重的渣溝缺陷，甚至出現(xiàn)渣溝漏鋼等惡性生產(chǎn)事故。針對此缺陷，經(jīng)過分析認(rèn)為是結(jié)晶器保護(hù)渣熔化性能不良，摩擦阻力大，潤滑不良造成。通過對結(jié)晶器錐度和保護(hù)渣性能的優(yōu)化，解決了渣溝問題，保證了鋼坯質(zhì)量和生產(chǎn)順行。

1 方坯連鑄機主要參數(shù)

山西建邦集團(tuán)通才工貿(mào)有限公司鋼廠生產(chǎn)70鋼連鑄鋼坯的鑄機主要參數(shù)如下：

機型：全弧形連鑄機；弧形半徑：9 m；鑄坯斷面：150 mm×150 mm；結(jié)晶器長度：90 mm；二冷形式：全水+氣霧冷卻；電磁攪拌：內(nèi)置式首端電磁攪拌和凝固末端電磁攪拌；振動方式：液壓振動。

2 缺陷位置和形貌

70 鋼連鑄坯表面縱向渣溝（見圖1）主要分布在鑄坯的內(nèi)孤，有少部分出現(xiàn)在側(cè)弧。鑄坯表面縱向渣溝外觀特征表現(xiàn)：

圖1 70 鋼連鑄坯表面縱向渣溝

1）在連鑄鋼表面出現(xiàn)多道溝狀缺陷。

2）部分缺陷呈現(xiàn)出逐漸變深變寬的趨勢。

3）部分發(fā)展為出現(xiàn)零星焊點狀滲漏的較深溝狀缺陷，后焊點狀滲漏逐漸密集。

4）深溝前方有明顯渣塊。

5）大多數(shù)表面渣溝缺陷消失；少量鑄坯表面缺陷嚴(yán)重時，出現(xiàn)漏鋼（見圖2）。

圖2 70 鋼連鑄坯表面縱向渣溝導(dǎo)致漏鋼

3 渣溝缺陷原因分析

通過現(xiàn)場生產(chǎn)的觀察，在出現(xiàn)渣溝缺陷前，會在結(jié)晶器內(nèi)出現(xiàn)渣條。之前使用的高碳鋼保護(hù)渣，其黏度和熔點較高，消耗量較低，只有0.18 kg/t 左右，使得保護(hù)渣在結(jié)晶器內(nèi)停留時間較長，造成燒結(jié)層發(fā)達(dá)，容易出現(xiàn)渣條[1]。

當(dāng)結(jié)晶器下行時，黏在結(jié)晶器壁上的渣條就會阻礙液渣的均勻流入，容易引起鑄坯與結(jié)晶器之間局部潤滑不良，從而造成鑄坯表面冷卻不均，同時渣條對初生坯殼進(jìn)行擠壓，致使坯殼向內(nèi)彎曲（見圖1、圖2）。

在結(jié)晶器上行過程中，由于泵吸作用，在該內(nèi)彎處有較多的液渣被吸入，隨著結(jié)晶器內(nèi)坯殼厚度的不斷穩(wěn)定增長，這些過多的保護(hù)渣會阻礙該處坯殼由于鋼水靜壓力而產(chǎn)生的向外膨脹，一直持續(xù)到坯殼達(dá)到足夠的厚度，在坯殼與結(jié)晶器之間形成穩(wěn)定的氣隙，這種內(nèi)彎被固定在坯殼上形成渣溝。因為渣圈對坯殼的擠壓作用是連續(xù)的，因此形成的渣溝也是連續(xù)的[2]。

由于渣溝的存在，導(dǎo)致該處局部潤滑不良，鑄坯表面冷卻不均，初生坯殼厚度不均勻，在渣溝處坯殼較薄，應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力超過坯殼抗拉強度時，會渣溝底部容易產(chǎn)生縱裂紋。

黏在結(jié)晶器壁上的渣條大小決定了渣溝的深淺，當(dāng)渣溝發(fā)展到足夠深時，對應(yīng)的坯殼足夠薄，不能承受鋼水的靜壓力和熱應(yīng)力，渣溝底部會產(chǎn)生裂紋，鋼水突破坯殼與渣層的阻力滲出，結(jié)晶器內(nèi)滲出的鋼水再次遇冷凝固，下渣的通道被堵塞，渣溝內(nèi)的壓力上升，因而阻礙了滲漏的進(jìn)一步發(fā)展，所以初期發(fā)生的的滲漏是間斷的；但隨著渣溝的進(jìn)一步發(fā)展，進(jìn)一步變寬變深，阻礙滲漏發(fā)生所需的壓力會逐漸增加，當(dāng)一處滲漏所形成的壓力不足以抗拒鋼水的靜壓力時，就會發(fā)生連續(xù)的滲漏，鑄坯表面形成連續(xù)的二次凝固現(xiàn)象[2]。

鑄坯出結(jié)晶器后，渣溝處對應(yīng)的坯殼厚度仍不足以抗拒鋼水的靜壓力時，就會發(fā)生漏鋼事故（見圖2）。當(dāng)黏在結(jié)晶器上的渣條剝離后，鑄坯表面的渣溝隨之消失。

結(jié)晶器合適的倒錐度可以避免出現(xiàn)不均勻的氣隙和不均勻的冷卻，對減少熱縱裂、避免漏鋼超一定的作用[3]。

倒錐度過大會增加拉坯阻力，黏在結(jié)晶器壁上的渣條不易剝離，鑄坯表面的渣溝不易消除。本次生產(chǎn)70 鋼前，鑄機以低碳鋼為主，其結(jié)晶器倒錐度相對較大，上下口差值達(dá)到1.7 mm，錐度為1.21%/m。

相比低碳鋼，70 鋼凝固收縮系數(shù)較小，因此大錐度結(jié)晶器銅管會加大鑄坯表面與結(jié)晶器之間的摩擦力，造成結(jié)晶器內(nèi)鑄坯潤滑不良，加劇了鑄坯表面冷卻不均的程度，加重了渣溝缺陷。

4 調(diào)整措施

為了消除70 鋼表面渣溝缺陷，可以在提高結(jié)晶器保護(hù)渣消耗量，提高保護(hù)渣熔化性能，加強結(jié)晶器內(nèi)潤滑，降低鑄坯表面與結(jié)晶器之間的摩擦力等方面進(jìn)行攻關(guān)。

1）因70 鋼澆注溫度低，在高溫狀態(tài)下收縮小，為提高保護(hù)渣的耗量，滿足鑄坯的潤滑要求，高碳鋼保護(hù)渣低熔點、低黏度是調(diào)整方向。通過對保護(hù)渣指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整后，70 鋼的渣耗量提高到0.26 kg/t 左右，結(jié)晶器內(nèi)保護(hù)熔化狀態(tài)良好，出現(xiàn)渣條的現(xiàn)象明顯減少。調(diào)整前后保護(hù)渣理化指標(biāo)的對比見表1。

表1 調(diào)整前后保護(hù)渣的理化指標(biāo)

2）根據(jù)70 鋼凝固收縮的特點，對結(jié)晶器倒錐度進(jìn)行了優(yōu)化，由原先的1.21%/m 調(diào)整為1.07%/m，有效降低了鑄坯與結(jié)晶器之間的摩擦力。

5 效果

通過采取上述措施70 鋼的渣耗量提高到0.26 kg/t 左右，結(jié)晶器內(nèi)保護(hù)渣熔化狀態(tài)良好，出現(xiàn)渣條的現(xiàn)象明顯減少。自2019 年3 月以來，70 鋼鑄坯表面未再次發(fā)現(xiàn)渣溝，也未發(fā)生渣溝導(dǎo)致的漏鋼事故。