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方坯角部裂纹的原因分析及控制探讨
发表时间:[2013-09-04]  作者:窦楠  编辑录入:admin  点击数:1030

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方坯角部裂纹的原因分析及控制探讨

窦楠

(安阳钢铁股份有限公司河南 安阳 455004

 结合生产实践分析了方坯角部裂纹产生的原因通过调整钢水成分、优化工艺设备、改进操作方法控制角部裂纹的发生铸坯质量得到有效改善。

  角部裂纹原因分析控制

安阳钢铁股份有限公司(以下简称安钢)第二炼钢厂1号方坯连铸机经多年的开发与改进技术比较成熟工艺比较稳定但是在目前高拉速、快节奏的生产情况下方坯角部裂纹影响了铸坯的质量并且由角部裂纹致使的漏钢、拉断等事故成为制约铸机顺行的主要因素。因此控制铸坯角部裂纹成为提高铸坯质量和保证铸机高效运行的关键。

1 工艺概况

1号方坯连铸机的主要工艺参数铸坯断面为120mm×120mm;铸机半径为5250mm;铸机流数为四机四流;工作拉速为2.8~4.5m/min

2 角部裂纹原因分析

因为方坯的角部是二维传热凝固速度较其他部位较快气隙过早形成热阻增加坯壳在结晶器中运行过程中生长变慢故坯壳较其他部位薄所以方坯裂纹多产生于角部或靠近角部主要有横裂纹和纵裂纹统称为角部裂纹1

2.1 钢水成分的影响

1)当钢中wC)在0.09%~0.15%时连铸坯的裂纹最为敏感普碳钢的wC)为0.10%~0.12%恰好在此区间当包晶反应发生时相变产生的收缩比其他含碳量区间更为严重所以坯壳与铜壁过早脱离形成气隙导出热流减小坯壳变薄。凝固收缩和钢水静压力不均衡使薄的坯壳表面粗糙折皱严重时形成凹陷凹陷部位冷却较慢组织粗化在热应力和钢水鼓胀力作用下在凹陷处造成应力集中而产生裂纹。

2)根据1号方坯角部裂纹的数据分析见图1发现钢水含硫量越高裂纹的机率越大。当mMn/mS)≤20裂纹的发生率明显增加mMn/mS)增加到40以上时裂纹的发生率会明显下降。

2.2 工艺设备的影响

1)结晶器铜管不适。结晶器铜管锥度不适铜管锥度应符合铸坯凝固收缩规律单一锥度不能达到吻合收缩曲线的要求。在铜管使用后期内壁下部磨损严重锥度变小产生的气隙增大热阻增加加剧坯壳凝固的不均匀程度增大裂纹的危险。铜管圆角半径过大角部冷却强度减弱坯壳减薄;而圆角半径过小角部冷却强度增大坯壳变厚使角部受到的摩擦阻力增大易拉裂坯壳。结晶器铜管的材料应具有良好的抗热变形能力铜管产生变形不仅使拉坯阻力增加而且使冷却水分布不均造成局部强冷产生凹陷成为裂纹的发源地。

2结晶器冷却水不均。冷却水量分布应均衡适中若水量过大使铸坯在结晶器内强冷过早形成过大的气隙坯壳薄生长变慢;若冷却不均使坯壳厚度不均严重时局部收缩致使裂纹。目前1号连铸机结晶器铜管与水套之间的水缝为4mm装配不合理、水缝调整误差及水套变形等均会引起水缝内冷却水流速差异大导出热流不均匀。

3)结晶器振动偏移。结晶器振动装置为悬臂式易受载荷的影响产生偏振。杂物卡入振动台间隙振动台变形台面或结晶器腰板底面粘附杂物均可造成振动轨迹发生偏移导致拉坯阻力增加坯壳在结晶器内无法实现正常的脱模而被拉裂。

4)二次冷却不均。二冷喷嘴离铸坯距离较近只有110mm在喷射角度内喷射面积无法完全覆盖铸坯表面喷射不到角部区域造成角部冷却强度不足易形成角部纵裂;喷嘴堵塞严重喷淋管变形或安装不对中等造成二次冷却不均匀致坯壳收缩不均引发裂纹。

2.3 操作因素的影响

1)作生产准备时中间包对中不正使钢水注流偏斜过大一方面对结晶器内的初生坯壳冲刷严重被冲刷处坯壳较薄强度减小在热应力的作用下产生纵裂另一方面注流浇到结晶器上形成挂钢被挂钢水所形成的坯壳被拉裂新的钢水在此经过冷却由于时间较短形成的坯壳过薄强度较低而产生横裂。

2)起步操作时启动振动和拉桥的时间过早。起步时间过早钢水在结晶器的停留时间缩短生成的坯壳较薄易造成裂纹。

3)拉钢时操作不当造成结晶器液面波动过大使初生坯壳厚度不均而增加裂纹的危险;结晶器的润滑不均匀坯壳所受应力不均产生横裂纹的几率增加。

3 控制措施

3.1 控制钢水成分

1)为减少裂纹提高铸坯质量在炼钢工序中应严格控制钢种碳含量把成品wC)提高到0.12%~0.18%的范围避开裂纹敏感区。

2)增加脱S能力降低液钢的含S量;因Mn能固定S降低S沿晶界的扩散增加了晶界的强度使连铸坯的高温强度增加所以保持一定的mMn/mS)值可以有效控制裂纹。

3.2 优化工艺设备

1)优化结晶器铜管。优化结晶器铜管的倒锥度采用新的锥度设计理念由单锥度改为连续抛物线锥度更加接近坯壳凝固收缩曲线同时为适应锥度曲线将铜管加长至850mm大大改善了结晶器冷却效果使坯壳凝固时间合理延长。结晶器铜管壁厚由10mm增厚至12mm一方面可使其强度提高8%左右增强了抵抗钢水静压力的能力另一方面其热阻增加了2.5%左右可减轻铸坯对冷却强度的敏感性缓解了弯月面的冷却速度。改善铜管的材质采用银铜合金。由表1可以看出银铜合金较磷脱氧铜具有更高的强度和再结晶温度抵抗钢水静压力和热应力的能力也更强。

2)优化结晶器水套和冷却水参数。采用国内先进的不锈钢整体引伸圆角内水套整体引伸压力加工壁厚设计增加为8mm防止了内水套的变形;套筒内腔采用倒锥度从下口到上口水缝在3.5~4.0mm变化水速13.39~11.58m/s上口水速低于下口水速起到弯月面缓冷的效果;进水压力0.8~1.0MPa进出水温差4~7冷面温度保持在100℃以下增大了温度梯度可防止间歇沸腾有利于降低热面温度和减小铜管变形;在高拉坯速度下角部采用圆角使其角部水缝与面部水缝一致使铸坯冷却均匀;由于弧度与铜管一致性好内腔定位更加方便从而保证了铸坯在结晶器内冷却均匀。

3控制振动偏摆。控制振动的偏摆量小于0.2mm调整振动装置平衡弹簧的松紧度避免渣球等杂物进入振动机构缝隙减轻振动台的负荷和摩擦阻力。更换结晶器时必须清理干净振动台面和结晶器底板粘附的杂物保证结晶器水平。定期测量和调整振动台水平度四角水平点的高度偏差控制在0.5mm以内。

4)优化二冷水装置。在结晶器出口增设零段加装角部喷嘴强化角部冷却。改造二冷喷淋管将喷嘴与铸坯之间的距离由110mm增加到125mm扩大喷射覆盖面确保铸坯均匀冷却。定期清理滤网和过滤器改善冷却水水质及时更换堵塞的喷嘴和变形的喷淋管保证冷却效果。

从以上方面对1号连铸机进行了优化改造优化参数见下页表2

3.3 改进操作方法

1)微调中间包水口快换机构垫块的厚度提高中间包的对中精度控制对中偏差小于4mm;及时更换包底变形严重的中间包保证注流对中精度。

2)起步时要等液面上升到距结晶器上口至少150mm时才能启动振动和拉矫避免起步操作时启动振动和拉桥的时间过早钢水在结晶器的停留时间过短造成裂纹。

3)结晶器液面波动控制在±5mm以内。

4 效果

通过采取以上改进措施二炼钢1号方坯连铸机角部裂纹比例明显降低其比例从3.02%降低到0.17%铸坯质量得到明显提高铸机运行高效稳定。

5 结论

1)针对角部裂纹的原因分析通过铸机优化改造和操作改进1号方坯连铸机的角部裂纹发生率明显降低并稳定在较好水平0.10%避免了设备因素和操作不当等原因引起的角部裂纹稳定了铸机的运行提高了铸坯质量。

2)钢中的CmMn/mS)对铸坯角部裂纹有影响适当的C含量和保持一定的mMn/mS)可降低裂纹发生率。

3)冷却效果对裂纹的影响较大通过结晶器和二次冷却的优化改造较好的控制了角部裂纹的发生。

4)科学改进精心操作对控制角部裂纹发生有较好作用。

   

1   蔡开科程士富.连续铸钢原理与工艺[M.北京冶金工业出版社1994235-237.

2   卢盛意.连铸坯质量[M.北京冶金工业出版社199463.

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