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連鑄坯剪切不平及開裂的原因分析
來源：m.whdljs.cn 發(fā)布時(shí)間：2020/5/6 20:51:31
一、問題描述
四機(jī)四流連鑄機(jī)，主要生產(chǎn)規(guī)格為150mm*150mm鋼坯，前期采用火焰切割，切割溫度800-900℃，切割后采用加熱爐二次加熱至1000度進(jìn)行軋制
現(xiàn)改為連鑄連軋技術(shù)，通過提高鐵水溫度，提高拉速，減少冷區(qū)等方式將鋼坯溫度提高，連鑄鋼坯剪切溫度950-1050℃，主要生產(chǎn)鋼種Q235-20MnSi鋼，利用康福特45度鋼坯液壓剪直接進(jìn)行超高溫剪切，鋼坯內(nèi)部結(jié)晶情況不詳
近期，四流連鑄機(jī)均出現(xiàn)剪切面不平，鋼坯角部開裂等問題，且為連續(xù)幾個(gè)爐號(hào)批量出現(xiàn)，四流同時(shí)出現(xiàn)剪切面不平的較多,有時(shí)也單流或雙流出現(xiàn)
二、 連鑄坯高溫剪切問題的分析與解決方法
根據(jù)多年研究經(jīng)驗(yàn)以及同行業(yè)內(nèi)資深工程技術(shù)人員的技術(shù)探討，并參考大量相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)連鑄坯剪切面不平及角部裂紋的產(chǎn)生主要由以下幾個(gè)原因造成：
1、 鋼水的質(zhì)量問題
目前中小型鋼鐵廠多采用中頻爐煉鋼，即利用中頻爐將廢鐵融化，通過調(diào)節(jié)內(nèi)部元素含量，達(dá)到鋼鐵重復(fù)利用的目的。但由于廢鐵品種較雜，雜質(zhì)較多，鐵水內(nèi)容易形成氣孔夾渣，合金元素分布不均勻，使得每爐鐵水合金元素含量不一，導(dǎo)致連鑄過程中造成夾渣、內(nèi)裂、表皮氣孔等質(zhì)量缺陷，使得連鑄鋼坯在軋制過程中出現(xiàn)開花頭、折疊，麻點(diǎn)，內(nèi)裂等缺陷，一般高爐轉(zhuǎn)爐以及精煉爐廠家極少出現(xiàn)該情況，可見鐵水質(zhì)量是主要原因
解決方法：通過切片取樣，對(duì)鋼坯內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)的檢驗(yàn)和分析，如發(fā)現(xiàn)表下氣孔、夾渣、內(nèi)裂等質(zhì)量缺陷應(yīng)立即調(diào)整工藝，處理至合格
2、 鋼坯的溫度
鋼坯的溫度過高，導(dǎo)致連鑄鋼坯內(nèi)部凝固率過低，鋼坯表面結(jié)晶層太薄，在剪切的的過程中，太薄的外殼在剪切壓力下容易開裂，內(nèi)部鐵水在切口部位溢出，涂抹于鋼坯切頭表面，造成鋼坯切面不平或鐵水堆積，偶爾會(huì)在切頭右上角堆積出一個(gè)小渣塊，也極易引起切頭受力段角部裂紋。
連鑄連軋工藝中，連鑄坯在剪刃口處的溫度多在980～1050℃左右。根據(jù)鋼種特性,在900～1200℃是“熱脆”敏感區(qū)。由于鋼中的S與Fe形成FeS,FeS+S在985℃時(shí)會(huì)產(chǎn)生共晶反應(yīng),當(dāng)坯殼受外力作用時(shí),會(huì)沿晶界開裂形成裂紋,嚴(yán)重影響鋼的塑性。若鋼中Mn足夠時(shí),S以MnS形式分散到基體中,MnS的熔點(diǎn)高達(dá)1620℃,可遠(yuǎn)遠(yuǎn)避開900～1200℃的“熱脆”敏感區(qū)。因此,當(dāng)鋼中S含量降低或Mn/S比增大時(shí),鋼的高溫塑性將得到改善,剪切面不平現(xiàn)象也會(huì)減少甚至消除。隨機(jī)統(tǒng)計(jì)了280爐Q235類鋼的中間包鋼液溫度,其中有156爐超過1550℃,而出現(xiàn)剪切面不平的只有8爐,占5.13%。分析發(fā)現(xiàn),只有當(dāng)Mn/S偏低而溫度又偏高時(shí)才產(chǎn)生剪切面不平現(xiàn)象。這是因?yàn)檫^高的澆注溫度會(huì)使連鑄坯的柱狀晶發(fā)達(dá)、中心偏析、中心疏松、中心裂紋嚴(yán)重,鑄坯的內(nèi)在組織惡化,導(dǎo)致塑性下降。
解決方法：通過打釘實(shí)驗(yàn)，檢查鋼坯剪切處的鐵水凝固率，如凝固率過低，鋼坯表面結(jié)殼太薄，建議調(diào)整至鋼坯結(jié)晶2/3以上，可最大程度避免切分折疊
3、 鋼種的變化
根據(jù)對(duì)多家用戶的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),Q235類鋼連鑄坯剪切面不平的發(fā)生率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于20MnSi鋼,可見鋼的化學(xué)成份是產(chǎn)生連鑄坯剪切面不平的重要原因。
4、 化學(xué)成份的影響
通過對(duì)300爐鋼的Mn/S比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)Mn/S≤20的占87.18%,而大量出現(xiàn)剪切面不平的鋼的Mn/S比均在15以下,一般在11～13。而20MnSi鋼的Mn/S比較大,因此剪切面不平的缺陷基本發(fā)生在Q235類鋼。Mn/S比低是造成Q235類鋼連鑄坯剪切面不平的主要原因。
解決方法：嚴(yán)格按內(nèi)控要求控制成分,使Mn/S≥20,確保(P+S)<0.050%。
5、 鋼中氧含量的影響
鋼坯含氧量高,其塑性差,易產(chǎn)生裂紋,因而也易出現(xiàn)剪切面不平缺陷。這是因?yàn)檠踉诠虘B(tài)鐵中的溶解度很小,易形成氧化物夾雜,氧化物夾雜能使鋼的切削加工性能變壞,并使鋼變脆。另外,FeO與FeS在950℃可形成低熔點(diǎn)共晶體,熱脆性很大。當(dāng)鋼中氧含量超過30×10-6時(shí),脆性轉(zhuǎn)變溫度隨之迅速升高。因此較高含氧量的鋼,在剪切過程中易出現(xiàn)剪切面不平缺陷。
解決方法：防止鋼液過氧化,改善鋼的內(nèi)在質(zhì)量，確保中間包鋼水溫度不大于1550℃
6、 剪機(jī)剪刃間隙的影響
同爐號(hào)、同連鑄機(jī)拉鋼時(shí)，以上因素的影響是相同的,但有時(shí)不是四流同時(shí)出現(xiàn)剪切面不平和角部開裂。這是由于有的流次剪刃間隙過大或剪刃棱角磨鈍嚴(yán)重所致,20MnSi鋼鑄坯偶有剪切面不平現(xiàn)象產(chǎn)生也驗(yàn)證了這種情況。
解決方法：每班檢查剪機(jī)剪刃狀況,確保上下剪刃側(cè)間隙在0.5～0.7mm,剪刃棱角磨鈍后R≯0.5mm,鋼坯剪靠背銅板滑道的間隙不得大于0.15mm，銅板最大磨損量不得超過6mm
7、 結(jié)晶器及水冷系統(tǒng)
結(jié)晶器冷卻水溫及水壓不符，二冷水噴嘴數(shù)量，布局，噴水方式等原因，造成連鑄鋼坯平面溫度與角部溫差過大，角部容易形成裂痕。另外，由于水質(zhì)差易導(dǎo)致噴嘴結(jié)垢堵塞，造成二冷區(qū)冷卻不均勻。水口形式、水口高度、浸入深度和水口吐出孔下傾角度均會(huì)影響結(jié)晶器液面的波動(dòng)。波動(dòng)過大會(huì)造成彎月面卷渣、坯殼冷卻不均等，導(dǎo)致鑄坯產(chǎn)生角部裂紋
解決方法：改進(jìn)噴淋系統(tǒng)，減少平面與角部之間的溫差，調(diào)整水口高度
8、 震動(dòng)器對(duì)鋼坯質(zhì)量的影響
根據(jù)多家企業(yè)提供的經(jīng)驗(yàn)，連鑄機(jī)振動(dòng)器的震動(dòng)幅度與連鑄拉速的比例不符，會(huì)造成鋼坯內(nèi)裂及角部開裂
解決方法：調(diào)整振動(dòng)器頻率
四機(jī)四流連鑄機(jī)，主要生產(chǎn)規(guī)格為150mm*150mm鋼坯，前期采用火焰切割，切割溫度800-900℃，切割后采用加熱爐二次加熱至1000度進(jìn)行軋制
現(xiàn)改為連鑄連軋技術(shù)，通過提高鐵水溫度，提高拉速，減少冷區(qū)等方式將鋼坯溫度提高，連鑄鋼坯剪切溫度950-1050℃，主要生產(chǎn)鋼種Q235-20MnSi鋼，利用康福特45度鋼坯液壓剪直接進(jìn)行超高溫剪切，鋼坯內(nèi)部結(jié)晶情況不詳
近期，四流連鑄機(jī)均出現(xiàn)剪切面不平，鋼坯角部開裂等問題，且為連續(xù)幾個(gè)爐號(hào)批量出現(xiàn)，四流同時(shí)出現(xiàn)剪切面不平的較多,有時(shí)也單流或雙流出現(xiàn)
二、 連鑄坯高溫剪切問題的分析與解決方法
根據(jù)多年研究經(jīng)驗(yàn)以及同行業(yè)內(nèi)資深工程技術(shù)人員的技術(shù)探討，并參考大量相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)連鑄坯剪切面不平及角部裂紋的產(chǎn)生主要由以下幾個(gè)原因造成：
1、 鋼水的質(zhì)量問題
目前中小型鋼鐵廠多采用中頻爐煉鋼，即利用中頻爐將廢鐵融化，通過調(diào)節(jié)內(nèi)部元素含量，達(dá)到鋼鐵重復(fù)利用的目的。但由于廢鐵品種較雜，雜質(zhì)較多，鐵水內(nèi)容易形成氣孔夾渣，合金元素分布不均勻，使得每爐鐵水合金元素含量不一，導(dǎo)致連鑄過程中造成夾渣、內(nèi)裂、表皮氣孔等質(zhì)量缺陷，使得連鑄鋼坯在軋制過程中出現(xiàn)開花頭、折疊，麻點(diǎn)，內(nèi)裂等缺陷，一般高爐轉(zhuǎn)爐以及精煉爐廠家極少出現(xiàn)該情況，可見鐵水質(zhì)量是主要原因
解決方法：通過切片取樣，對(duì)鋼坯內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)的檢驗(yàn)和分析，如發(fā)現(xiàn)表下氣孔、夾渣、內(nèi)裂等質(zhì)量缺陷應(yīng)立即調(diào)整工藝，處理至合格
2、 鋼坯的溫度
鋼坯的溫度過高，導(dǎo)致連鑄鋼坯內(nèi)部凝固率過低，鋼坯表面結(jié)晶層太薄，在剪切的的過程中，太薄的外殼在剪切壓力下容易開裂，內(nèi)部鐵水在切口部位溢出，涂抹于鋼坯切頭表面，造成鋼坯切面不平或鐵水堆積，偶爾會(huì)在切頭右上角堆積出一個(gè)小渣塊，也極易引起切頭受力段角部裂紋。
連鑄連軋工藝中，連鑄坯在剪刃口處的溫度多在980～1050℃左右。根據(jù)鋼種特性,在900～1200℃是“熱脆”敏感區(qū)。由于鋼中的S與Fe形成FeS,FeS+S在985℃時(shí)會(huì)產(chǎn)生共晶反應(yīng),當(dāng)坯殼受外力作用時(shí),會(huì)沿晶界開裂形成裂紋,嚴(yán)重影響鋼的塑性。若鋼中Mn足夠時(shí),S以MnS形式分散到基體中,MnS的熔點(diǎn)高達(dá)1620℃,可遠(yuǎn)遠(yuǎn)避開900～1200℃的“熱脆”敏感區(qū)。因此,當(dāng)鋼中S含量降低或Mn/S比增大時(shí),鋼的高溫塑性將得到改善,剪切面不平現(xiàn)象也會(huì)減少甚至消除。隨機(jī)統(tǒng)計(jì)了280爐Q235類鋼的中間包鋼液溫度,其中有156爐超過1550℃,而出現(xiàn)剪切面不平的只有8爐,占5.13%。分析發(fā)現(xiàn),只有當(dāng)Mn/S偏低而溫度又偏高時(shí)才產(chǎn)生剪切面不平現(xiàn)象。這是因?yàn)檫^高的澆注溫度會(huì)使連鑄坯的柱狀晶發(fā)達(dá)、中心偏析、中心疏松、中心裂紋嚴(yán)重,鑄坯的內(nèi)在組織惡化,導(dǎo)致塑性下降。
解決方法：通過打釘實(shí)驗(yàn)，檢查鋼坯剪切處的鐵水凝固率，如凝固率過低，鋼坯表面結(jié)殼太薄，建議調(diào)整至鋼坯結(jié)晶2/3以上，可最大程度避免切分折疊
3、 鋼種的變化
根據(jù)對(duì)多家用戶的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),Q235類鋼連鑄坯剪切面不平的發(fā)生率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于20MnSi鋼,可見鋼的化學(xué)成份是產(chǎn)生連鑄坯剪切面不平的重要原因。
4、 化學(xué)成份的影響
通過對(duì)300爐鋼的Mn/S比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)Mn/S≤20的占87.18%,而大量出現(xiàn)剪切面不平的鋼的Mn/S比均在15以下,一般在11～13。而20MnSi鋼的Mn/S比較大,因此剪切面不平的缺陷基本發(fā)生在Q235類鋼。Mn/S比低是造成Q235類鋼連鑄坯剪切面不平的主要原因。
解決方法：嚴(yán)格按內(nèi)控要求控制成分,使Mn/S≥20,確保(P+S)<0.050%。
5、 鋼中氧含量的影響
鋼坯含氧量高,其塑性差,易產(chǎn)生裂紋,因而也易出現(xiàn)剪切面不平缺陷。這是因?yàn)檠踉诠虘B(tài)鐵中的溶解度很小,易形成氧化物夾雜,氧化物夾雜能使鋼的切削加工性能變壞,并使鋼變脆。另外,FeO與FeS在950℃可形成低熔點(diǎn)共晶體,熱脆性很大。當(dāng)鋼中氧含量超過30×10-6時(shí),脆性轉(zhuǎn)變溫度隨之迅速升高。因此較高含氧量的鋼,在剪切過程中易出現(xiàn)剪切面不平缺陷。
解決方法：防止鋼液過氧化,改善鋼的內(nèi)在質(zhì)量，確保中間包鋼水溫度不大于1550℃
6、 剪機(jī)剪刃間隙的影響
同爐號(hào)、同連鑄機(jī)拉鋼時(shí)，以上因素的影響是相同的,但有時(shí)不是四流同時(shí)出現(xiàn)剪切面不平和角部開裂。這是由于有的流次剪刃間隙過大或剪刃棱角磨鈍嚴(yán)重所致,20MnSi鋼鑄坯偶有剪切面不平現(xiàn)象產(chǎn)生也驗(yàn)證了這種情況。
解決方法：每班檢查剪機(jī)剪刃狀況,確保上下剪刃側(cè)間隙在0.5～0.7mm,剪刃棱角磨鈍后R≯0.5mm,鋼坯剪靠背銅板滑道的間隙不得大于0.15mm，銅板最大磨損量不得超過6mm
7、 結(jié)晶器及水冷系統(tǒng)
結(jié)晶器冷卻水溫及水壓不符，二冷水噴嘴數(shù)量，布局，噴水方式等原因，造成連鑄鋼坯平面溫度與角部溫差過大，角部容易形成裂痕。另外，由于水質(zhì)差易導(dǎo)致噴嘴結(jié)垢堵塞，造成二冷區(qū)冷卻不均勻。水口形式、水口高度、浸入深度和水口吐出孔下傾角度均會(huì)影響結(jié)晶器液面的波動(dòng)。波動(dòng)過大會(huì)造成彎月面卷渣、坯殼冷卻不均等，導(dǎo)致鑄坯產(chǎn)生角部裂紋
解決方法：改進(jìn)噴淋系統(tǒng)，減少平面與角部之間的溫差，調(diào)整水口高度
8、 震動(dòng)器對(duì)鋼坯質(zhì)量的影響
根據(jù)多家企業(yè)提供的經(jīng)驗(yàn)，連鑄機(jī)振動(dòng)器的震動(dòng)幅度與連鑄拉速的比例不符，會(huì)造成鋼坯內(nèi)裂及角部開裂
解決方法：調(diào)整振動(dòng)器頻率
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