低碳钢连铸方坯凹陷形成原因分析及控制工艺

史书广 杨洪艺 王宇

摘  要：介绍永兴特钢炼钢厂生产低碳钢时，铸坯凹陷形成的原因分析，采取的工艺措施以及取得的控制效果。在连铸的生产中，铸坯会发生凹陷，降低了铸坯合格率。永兴特钢炼钢厂2号连铸机，在生产过程中极易发生凹陷的现象，因此，为了提高铸坯的质量，对铸坯凹陷形成的原因进行了分析，并采取了相应的工艺控制措施。

关键词：方坯;凹陷;控制措施

一、引言

某钢厂在生产0.20%C钢的时候，经检验发现部分铸坯表面存在凹陷，，内弧面尤为严重，在轧制后形成轧材表面缺陷，导致轧材修磨量增加。为提高铸坯表面质量，向轧钢提供无缺陷的连铸坯，必须解决此类钢种的铸坯表面凹陷问题。为此，结合相关钢种，对连铸坯表面凹陷进行解剖酸洗，检验分析凹陷的成分组织、密度变化、凹陷形态、深度等。根据检验结果，参阅国内外有关文献，确定连铸方坯表面凹陷产生的原因。据此采取措施，取得了预期的效果。

二、分析凹陷原因

铸坯发生凹陷的主要原因是铸坯在结晶器和二冷区冷却过程中，因局部冷却不均匀，铸坯凝固收缩力或外界挤压力大于坯壳承受的变形力，发生坯壳凹陷变形现象。特别是在低碳钢Q235上，这种凹陷现象时常发生。因为低碳钢Q235在结晶器内凝固时，发生包晶转变，产生的应力容易集中在坯壳薄弱部位。通过生产实际调查发现，导致铸坯凹陷发生的原因有：结晶器传热不均匀、喷嘴堵塞、二次冷却强度过大、扇形段足辊不转积渣、扇形足辊段精度不够、浇注温度高拉速快。2.1 结晶器传热不均匀结晶器保护渣性能不良。结晶器保护渣不仅起润滑、保温、隔绝空气的作用[1]，而且在结晶器壁与坯壳之间的液渣层的传热作用相当重要，其传热性能直接影响到出结晶器坯壳厚度。而保护渣对结晶器热流的影响取决于渣膜厚度，结晶器铜管划伤或镀铬层剥落。结晶器铜管划伤或镀铬层剥落较严重时，造成铸坯在结晶器的冷却不均匀，使得出结晶器坯壳厚度不均匀。坯壳较薄的部位，受到强烈的二冷水喷淋冷却，凝固收缩力不均匀易发生凹陷。根据对发生铸坯凹陷的结晶器进行统计，发现结晶器铜管划伤或镀铬层剥落超标的比例大约占30%，在没有检查出其他原因的情况下，更换新的结晶器后未发生凹陷现象。结晶器铜管与水套间的冷却水缝不均匀。当结晶器安装精度不高或生产中铜管发生变形等，水缝超过了设计值，在水缝小于3mm的一边形成湍流层，冷却速度变差，这样结晶器四周的冷却速度不同，造成结晶器坯壳厚度不均匀。在坯壳较薄的部位，受到强烈的二冷水喷淋冷却，凝固收缩力不均匀易发生凹陷。

2.2 喷嘴堵塞

喷嘴堵塞特别是足辊段喷嘴堵塞，此時铸坯刚出结晶器，坯壳厚度较薄，约13 mm左右。因喷嘴堵塞未被二冷水喷到的局部区域产生回热，使已凝固的坯壳重新溶化，坯壳厚度减薄。其他被二冷水喷到的区域，坯壳继续凝固，坯壳厚度增加。此时因不均匀的凝固产生收缩应力不等，在坯壳承受变形力大的区域发生凹陷。根据凹陷次数的统计分析喷嘴堵塞或足辊不转积渣挡住喷嘴的比例占大约45%。

2.3 二次冷却强度过大

出结晶器坯壳受到强的二次冷却，坯壳发生迅速收缩，若出现浇注温度高、拉速较快的现象，在应力集中的部位，易发生凹陷。

2.4 扇形段足辊不转积渣

扇形段足辊不转，导致保护渣皮在铸坯与足辊的滑动摩擦中脱落，堆积在铸坯与足辊之间，挡住喷嘴的喷射角度。有研究表明，二冷一区突然停止水滴的喷射，铸坯表面温度会回升达100～400℃[2]。积渣部位的铸坯不仅得不到二冷水的冷却，而且受到温度较高的积渣隔绝，冷却效果差，在浇注温度较高的情况下极易发生凹陷。

2.5 扇形足辊段精度不够

扇形足辊段精度差，如对辊不平行、辊子表面质量差、辊间距超过标准等。铸坯通过足辊段时受到挤压，在坯壳薄弱的部位易发生凹陷。

2.6 浇注温度高，拉速较快

浇注温度高，拉速较快，出结晶器坯壳厚度较薄，在二冷区受到喷嘴堵塞、辊子积渣、足辊段精度不够，结晶器不对中等任何一个原因的影响，在薄弱的部位易发生凹陷。根据对凹陷次数的统计分析浇注温度高拉速快的比例大约占15%。在实际生产中可以通过及时降低拉速来解决。

三、工艺的控制措施

3.1规范结晶器保护渣的使用和管理

结晶器保护渣的放置区域防水防潮，按照先进先用的原则，保证其在有效期限内使用，按钢种操作要点使用保护渣。使用过程中，统计其消耗情况，测量液渣层厚度，发现消耗异常或液渣层厚度异常及时停用该批号的保护渣。定期抽查化验保护渣成分，对成分不合格的保护渣严禁使用。

3.2完善结晶器检查标准

制定结晶器检查标准，下线结晶器主要检查其弯液面处结垢情况，测量和校正结晶器铜管与水套间的水缝。结晶器镀铬层脱落或表面划痕深度超过1mm必须下线处理，严禁使用未检查合格的结晶器。从A31号结晶器检修记录（见表1），可以看出结晶器检修标准均合乎要求。

3.3控制好二冷水质，减少喷嘴堵塞

每周对二冷水水质化验检查，发现水质异常，进行加药过滤处理，确保水质达标。铸机检修时，将二冷三区、四区喷嘴卸下清洗，对二冷水管道进行冲洗。铸机年修时，对整个二冷水管道进行酸洗去垢。铸机生产时，每班至少检查3次二冷段喷嘴喷雾的情况，并做好记录，发现喷嘴堵塞，必须停机更换。

3.4改进扇型段结构，控制扇形段检修精度

改进扇形段足辊的结构，增加辊子轴套，防止保护渣在辊子轴套处堆积造成辊子不转。增设扇形段足辊冲渣水设备，对足辊上表面进行冲洗，防止足辊积渣，确保喷嘴喷雾冷却效果。检修好的扇形段，必须由专业负责人对其精度进行检查，确认其符合标准才准许使用。扇形段上线前，必须检查其足辊是否运转灵活，试水检查喷嘴是否堵塞，达不到要求不准上线使用。从扇形段检修验收记录可以看出，扇形段的检修精度都达到了标准要求。

3.5严格按照工艺标准操作

钢水过热度与拉速匹配是保证铸坯质量的关键。严格按照工艺标准要求控制铸机拉速是连铸生产重要的工艺纪律。中包钢水过热度较高时，及时测量中包内钢水温度，标准化操作，保证测量温度的准确性，拉速按下限标准操作，避免过热度高、拉速快的现象。针对铸坯凹陷发生的6个主要原因，采取相应的工艺控制措施，取得了良好的控制效果。2017年发生的铸坯凹陷有21次，147.4 t，Q235占比例为75.6%，2018年1～ 11月份发生的铸坯凹陷只有3次，23.5 t，Q235占比例为35.8%。

四、结论

通过对铸坯凹陷发生原因进行分析，找出了主要原因，并采取了一系列的控制措施，使低碳钢生产过程中出现的铸坯凹陷现象得到了较好的控制。但铸坯凹陷现象还偶尔发生，还需要在这方面做深入的研究。

参考文献

[1]蔡开科，潘毓淳，赵家贵.连续铸钢500问[M].北京：冶金工业出版社，1994.

[2]史宸兴.实用连铸冶金技术[M].北京：冶金工业出版社，1997.

作者简介：

史书广，男，汉族，1986.11，河南安阳，本科，化学工程与工艺专业，初级职称，研究方向为冶金工程钢铁冶金技术及其理论，无基金项目。