邯鋼CSP連鑄薄板坯邊裂的成因與控制

陳征征

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鋼材質(zhì)量直接決定著企業(yè)的生存和發(fā)展。我廠圍繞“市場(chǎng)”和“產(chǎn)品”兩大主題，連鑄薄板坯邊裂問題一直是困擾CSP生產(chǎn)線的難題，連鑄坯邊裂缺陷主要來(lái)源于鑄坯質(zhì)量缺陷，并在軋制過程中得到擴(kuò)展，增加了成品的降級(jí)品缺陷率，特此針對(duì)CSP連鑄薄板坯邊裂缺陷展開攻關(guān)。本文將從保護(hù)渣、鋼水成分以及二冷水等多個(gè)方面對(duì)CSP連鑄薄板坯邊裂產(chǎn)生的原因以及發(fā)展進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，并且采取合理的措施，對(duì)薄板坯邊裂現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)防和控制，進(jìn)而減少鑄坯生產(chǎn)過程中邊裂問題的發(fā)生幾率。

關(guān)鍵詞：CSP;薄板坯;邊裂;連鑄

引言：在經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展之下，社會(huì)中的各種工藝、技術(shù)等都不斷與新型信息技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更新?lián)Q代。在工業(yè)方面也是如此，以往傳統(tǒng)的厚板坯連鑄已經(jīng)不能夠充分符合當(dāng)今社會(huì)的新要求，新型的CSP薄板坯應(yīng)運(yùn)而生，它具有較大的寬度、較高的拉速以及較快的凝固速度，但是其缺點(diǎn)是容易使邊緣處產(chǎn)生裂紋，使表面質(zhì)量受到較大的不利影響。

1 ?薄板坯邊裂問題產(chǎn)生的原因

根據(jù)薄板坯邊裂問題的形成機(jī)理，本文將從保護(hù)渣、鋼水成分以及二冷水方面對(duì)邊裂問題的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并對(duì)這些因素對(duì)邊部裂紋產(chǎn)生的影響加以闡述。

1.1 ?保護(hù)渣對(duì)邊裂的影響

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐和相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)晶器保護(hù)渣的潤(rùn)滑性能對(duì)鑄坯表面的質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，如果潤(rùn)滑性較差，則會(huì)對(duì)鑄坯表面產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而致使邊裂問題產(chǎn)生。同時(shí)，保護(hù)渣中的黏度又與保護(hù)渣的導(dǎo)熱性、潤(rùn)滑性息息相關(guān)，通常其黏度大約在0.05～0.15Pa·s之間，且黏度與溫度聯(lián)系密切，與銅板同側(cè)的渣膜由于受到較強(qiáng)的冷卻作用呈現(xiàn)出固態(tài)，而接近坯殼的一側(cè)則為液態(tài)，在鑄坯不斷的向下作用之下，兩種形態(tài)之間產(chǎn)生剪切力，這種剪切力一旦超過了標(biāo)準(zhǔn)值，則會(huì)導(dǎo)致渣膜的局部破裂，這時(shí)坯殼與銅板之間的摩擦尚未停止，致使邊角部分的摩擦力逐漸增加，進(jìn)而產(chǎn)生邊裂現(xiàn)象。為了有效減少二者間的摩擦力，則需要發(fā)揮保護(hù)渣的潤(rùn)滑作用，將結(jié)晶器附近的液渣引入到銅板與坯殼之間，使此處變得潤(rùn)滑暢通，進(jìn)而減少摩擦力的產(chǎn)生[1]。

1.2 ?鋼水成分對(duì)邊裂的影響

在我廠CSP高拉速生產(chǎn)線中對(duì)鋼水質(zhì)量具有嚴(yán)格的要求，要求其必須為優(yōu)質(zhì)純凈的鋼水以及合適的中包過熱度，只有這樣，才能夠保障CSP的正常生產(chǎn)，同時(shí)也能夠保障生產(chǎn)的質(zhì)量，減少邊裂、破邊等問題發(fā)生。通過相關(guān)的生產(chǎn)實(shí)踐以及調(diào)查研究能夠看出，在鑄坯表面存在的大量的銅是導(dǎo)致邊裂現(xiàn)象產(chǎn)生的重要原因之一。而這些銅元素的主要來(lái)源是結(jié)晶器銅板的磨損。新生產(chǎn)出來(lái)的坯殼受到下行作用時(shí)，由于受到某種因素的影響，使?jié)櫥韵陆?，與銅板之間的表面摩擦加劇，致使大量的Cu元素滯留與鑄坯的表面，而Cu元素的熔點(diǎn)為1084℃，在符合其熔點(diǎn)的狀態(tài)下將會(huì)滲入其中，致使塑性降低。同時(shí)，鋼種中含有的銅成分也會(huì)被晶界析出，這時(shí)晶界將會(huì)由于塑性降低而產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象。在板坯處于凝固狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生晶界裂紋，并且隨著板坯的不斷冷卻凝結(jié)，裂紋也逐漸展開并加深，最終使鑄坯的邊緣處產(chǎn)生裂紋。

1.3 ?二次冷卻水對(duì)邊裂的影響

CSP薄板坯在連鑄時(shí)具有拉速高的特點(diǎn)，在扇形區(qū)域的二冷區(qū)中，鑄坯局部地區(qū)為二維傳熱，其在離開結(jié)晶器之后，溫度將持續(xù)下降。鑄坯由于在扇形區(qū)域中受到高強(qiáng)度的冷卻或者冷卻面積不均勻等原因影響，致使其在下行時(shí)表面溫度反復(fù)無(wú)常，時(shí)而溫度上升，時(shí)而降溫冷卻，使鐵元素中的細(xì)小AIN從晶界中被析出，從而降低了鑄坯在高溫狀態(tài)下的可塑性，同時(shí)在應(yīng)力作用下呈現(xiàn)出撕裂發(fā)展的趨勢(shì)，最終形成了裂紋。

針對(duì)上述二冷分配制度方面存在問題的現(xiàn)象，如果不及時(shí)給予良好的解決，則將會(huì)使鑄坯邊部的熱應(yīng)力提升，使其原本細(xì)小的裂紋逐漸擴(kuò)大，最終形成較大的表面質(zhì)量問題。此外，將二冷水噴淋到板坯表面之后，如果表面存在的水分過多，則會(huì)使部分多余的水分沿著鑄坯的邊緣流下，在其橫截面中冷卻產(chǎn)生“黑邊”現(xiàn)象。在矯直的過程中，由于晶界拓展使得鑄坯的邊緣處出現(xiàn)了裂紋，并且隨著其進(jìn)一步演變，將會(huì)產(chǎn)生大量的撕裂擴(kuò)展，形成嚴(yán)重的表面缺陷。對(duì)此，為了能夠有效的防止鑄坯邊部過冷等問題，應(yīng)合理制定二冷水的配水制度。

2 ?鑄坯邊裂問題的控制措施

通過我廠生產(chǎn)實(shí)踐研究以及調(diào)查顯示，邊裂問題的產(chǎn)生主要是由于鑄坯邊部在冷卻、軋制的過程中產(chǎn)生的。對(duì)此，可以充分利用優(yōu)化保護(hù)渣性能、降低二冷水強(qiáng)度以及制定合理的二冷水配水制度等方式進(jìn)行邊裂問題的防范與控制，從而達(dá)到將邊裂問題減輕或者徹底消除的目的。主要可以通過以下幾方面措施進(jìn)行控制和解決。

第一，保障鋼水成分中的w（Cu）不超過0.035%，從而使鋼水的純凈度能夠始終處于標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)，進(jìn)而為邊裂問題的有效控制奠定基礎(chǔ)。第二，提升對(duì)澆鑄措施的重視程度，加強(qiáng)氬氣的保護(hù)工作，將中包含氮量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，通常為Δw（N）≤5×10-6，同時(shí)將鋼水成分中的ALs含量穩(wěn)定在合適的狀態(tài)。第三，制定合理的二冷水配水制度，使扇形區(qū)域中二冷水的強(qiáng)度得到有效的降低，能夠?qū)鋮s水量進(jìn)行合理的調(diào)整。在噴淋的交界處添加擋水板，避免二冷水中多余的水分流出，并對(duì)噴淋嘴的角度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使其處于正確的位置，避免幾個(gè)噴淋嘴之間相互干擾，或者出現(xiàn)噴淋間隔過大情況，致使冷卻水流出后由于受冷邊部出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。第四，優(yōu)化保護(hù)渣指標(biāo)，將始終保障渣層的厚度處于8～10mm范圍之內(nèi)，不斷提升撈渣操作水平，并且嚴(yán)格按照相關(guān)原則進(jìn)行合理的操作，避免出現(xiàn)“黑渣操作”影響整體連鑄質(zhì)量[2]。

3 ?結(jié)論

綜上所述，根據(jù)實(shí)踐生產(chǎn)以及相關(guān)調(diào)查研究表明，在鑄坯邊緣處產(chǎn)生的裂紋主要來(lái)源于晶界位置，在具體的生產(chǎn)過程中，可以采用多種方式解決邊裂問題。例如，調(diào)整鋼水成分中的Cu元素以及ALs、控制中包增氮、降低ALN的析出、優(yōu)化保護(hù)渣性能以及制定合理的二冷水配水制度等等，使保護(hù)渣中的潤(rùn)滑性得到顯著提升，銅板與坯殼之間的摩擦力降低，進(jìn)而減少鑄坯生產(chǎn)過程中邊裂問題的發(fā)生幾率。

參考文獻(xiàn)：

[1] ?董長(zhǎng)征，王金平.CSP連鑄薄板坯邊裂成因與控制[J].煉鋼，2013，2704：25-28.

[2] ?張曉峰.CSP結(jié)晶器鋼液流動(dòng)及傳熱行為對(duì)薄板坯表面縱裂的影響[D].北京科技大學(xué)，2015.