王瑞賓

摘   要：介紹了蕪湖新興鑄管二號鑄機在24年12月25~29日生產(chǎn)的鑄坯存在角部皮下裂紋的問題，分析了引起皮下裂紋的原因。針對產(chǎn)生的原因提出結晶器水、二冷水調(diào)整和改進的措施，經(jīng)調(diào)整和改進后鑄坯質(zhì)量得到了明顯提高。軋鋼棒材質(zhì)量達到100%。

關鍵詞：300*300連鑄機；結晶器水；二冷水；回溫；調(diào)整改進

1  概敘

2024年12月25日，煉鋼部按照總調(diào)計劃要求，更換300×300鑄坯斷面，于12月25日中班開始生產(chǎn)，到12月30日更換斷面前，共生產(chǎn)使用四個中包。在軋鋼軋制后棒材檢驗低倍時發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)有微細裂紋，棒材低倍不合，共有29爐，全部是發(fā)生在12月27日到12月30日夜班煉鋼生產(chǎn)的鑄坯，造成1305噸鋼材不能出廠銷售。

2  存在問題

煉鋼部二號機投產(chǎn)以來，大面積發(fā)生此類現(xiàn)象是第一次，以前生產(chǎn)的鑄坯只是偶有一只，不連續(xù)。從鑄坯低倍看裂紋在鑄坯對角線的兩側，鑄坯的角部有不同程度的內(nèi)裂，并且均垂直于鑄坯表面，沿柱狀晶開裂，裂紋長度大約2～20mm，距鑄坯邊緣約15～30mm，鑄坯未見脫方，但在側弧方向有輕微的鼓肚現(xiàn)象。軋制棒材合格率為67.32%。鑄坯低倍見下圖1、軋制棒材低倍見下圖2。

煉鋼12月27日到12月30日生產(chǎn)的鑄坯低倍照片

圖2
 

3  原因分析

3.1  工藝參數(shù)情況

結晶器冷卻水與二次冷卻水等工藝參數(shù)沒有更改，澆注過程鋼水的過熱度在20～35℃，拉速在工藝要求范圍內(nèi)（詳見下列附表）。

表1   第二個包次情況

表2  第三個包次情況

表3  第四個包次情況

3.2  鑄坯裂紋形狀、位置

從裂紋形態(tài)分析：主要是垂直于鑄坯表面，沿柱狀晶開裂，裂紋長度大約2～20mm，這種裂紋的形成機理通過查閱各種資料，應該是鑄坯表層溫度反復回升所發(fā)生的多次相變，裂紋沿兩種組織交界面擴展而形成的。

從位置及分布分析：裂紋在鑄坯對角線的兩側，且4或3個角都存在不同程度的內(nèi)裂，位于表面極冷層和中心等軸晶區(qū)之間，距鑄坯邊緣約15～30mm，鑄坯未見脫方，但在側弧方向有輕微的鼓肚。根據(jù)裂紋產(chǎn)生的位置，應用凝固平方根定律e=K×（L/v）^1/2計算出結晶器液面到鑄坯產(chǎn)生裂紋所在連鑄機的距離:   

L=(e/K)²v    L≈511mm----937mm

通過計算發(fā)生裂紋區(qū)域基本在結晶器內(nèi)部到組輥間，因此初步認為結晶器冷卻強度較大。裂紋分布在角部主要是角部在結晶期內(nèi)冷卻強度最強發(fā)生回溫裂紋的可能最大。

3.3  生產(chǎn)環(huán)境

第一包次在12月25日開始生產(chǎn)，12月26日白班停產(chǎn)，共計生產(chǎn)21爐鋼，全部軋制合格。第二包次在27日共生產(chǎn)23爐鋼，軋制后出現(xiàn)5爐低倍不合，軋制低倍不合格率為21.7%。第三包在28日夜班次共生產(chǎn)25爐鋼，軋制后出現(xiàn)9爐低倍不合，軋制低倍不合格率為36%。第四包次在29日共生產(chǎn)22爐鋼，軋制后出現(xiàn)15爐低倍不合，軋制低倍不合格率為68.18%。四次生產(chǎn)的氣溫變化見下表：

從上表看氣溫降低，結晶器水、二冷水的水溫降低。（夏季與冬季相差30---40度，）產(chǎn)品隨著氣溫降低低倍不合格率在升高。氣溫降低使得二冷水、結晶器水水溫較低，在結晶器水、二冷水流量、壓力參數(shù)不變的情況下冷卻強度會增大。在各種參數(shù)不變的情況下，由于天氣溫度的變化，造成冷卻水溫驟降，使結晶器內(nèi)的冷卻增強。

水冷卻時帶走的熱量計算：

Q＝C×M×(T1－T2)

其中：C：水的比熱，J/(kg.℃)；

M：冷卻水量，kg/min；

T1、T2：進出水溫，℃。

在恒定壓力下，不同溫度水的比熱J/(kg.℃)

在結晶器進水量與水溫升高溫度相同的條件，冷卻水吸收的熱量見下表：

備注：結晶器的進水量按200m3/h，水溫升高按照4℃計算。

3.3.1  結晶器水影響：在鋼液過熱度相對穩(wěn)定的情況下，結晶器水冷卻強度增強鋼液在結晶期內(nèi)形成坯殼的速度加快，坯殼變厚的速度也會加快，隨著坯殼逐漸變厚，坯殼收縮量逐漸增大，當增大到一定程度后坯殼外壁就會與結晶器內(nèi)壁分離形成一定厚度的氣息，氣息阻礙坯殼的冷卻，坯殼內(nèi)部的鋼液結晶過程釋放的熱量會造成坯殼回溫現(xiàn)象。隨著鑄坯的運動進入二冷鍛零段，冷卻強度增大鑄坯就會發(fā)生反復相變形成垂直于鑄坯表面，沿柱狀晶開裂的裂紋。

3.3.2  二冷水影響：二冷水在壓力、流量不變的情況下，隨氣溫下降冷卻強度也會增強，不同段冷卻水強度梯度變大，鑄坯在運動過程中的冷卻效果變差，加大了裂紋形成的可能性。

3.4設備影響

鑄坯出現(xiàn)皮下裂紋主要原因是冷卻不匹配或冷卻不均勻引起的，從上述計算可以看出，冷卻發(fā)生問題主要是在結晶器或二冷零段。

3.4.1  結晶器：在26----29號拉鋼過程中，三個流使用的結晶器銅管都在7000噸左右，已經(jīng)到更換期（8000噸更換），銅管下口磨損量較大尤其是角部，磨損后的銅管管壁變薄鍍鉻層剝落，熱傳導能力增強，冷卻強度增強特別是角部，有可能在鑄坯外表與銅管之間形成氣息發(fā)生回溫現(xiàn)象，同時由于磨損不均勻坯殼冷卻也不均勻，在鑄坯內(nèi)產(chǎn)生冷卻應力當達到一定程度后發(fā)生裂紋。

3.4.2  結晶器在安裝時水縫調(diào)整不均勻、進出水水箱隔離密封圈長期使用不更換，密封圈彈性失效造成密封不嚴。這些因素造成結晶器銅管四周冷卻水流速、流量不均衡，流場出現(xiàn)紊亂引起鑄坯冷卻不均勻，在鑄坯內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應力，達到一定值時發(fā)生裂紋。

3.4.3  從上述計算可以得出裂紋發(fā)生部位在結晶器內(nèi)或結晶器與組輥之間，前一種情況上述已經(jīng)分析幾種引起的可能，后一種情況主要是二冷區(qū)零段，二冷區(qū)分四段冷卻，四段冷卻水量見下表：

從上表可以看出零段水流量最大，流量梯度大，若噴嘴安裝不正或因水質(zhì)不好堵塞噴嘴，都會造成鑄坯冷卻不均勻產(chǎn)生應力，角部回溫出現(xiàn)裂紋，若二冷零段冷卻過強冷卻梯度加大會在下一個冷卻段出現(xiàn)回溫，若二冷零段冷卻強度弱就會在該段發(fā)生回溫，出現(xiàn)皮下裂紋。

4  問題整改

4.1  設備整改

首先從設備硬件入手，根據(jù)結晶的情況更換銅管，水縫調(diào)整有專人跟蹤，保證水縫均勻，更換進出水水箱隔離密封圈，使結晶器冷卻水不短路，確保冷卻均勻。

更換所有零段噴淋管及噴嘴，并根據(jù)現(xiàn)場安裝情況逐個噴嘴調(diào)整位置，確保噴嘴對正。通過采取上述手段之后，根據(jù)公司安排于1月11日安裝上線至1月17日生產(chǎn)結果如下：

從上述結果看，裂紋級別0.0級占5.26%、0.5級占14.04%、1.0級占41.23%、1.5級31.58%、2.0級或大于2.0級占7.89%。重新生產(chǎn)后鑄坯裂紋級別有所改善但不明顯，效果不理想。鑄坯低倍如下：

4.2  冷卻改進

針對結晶水、二冷水的情況，重新對結晶器水和二冷水進行優(yōu)化，優(yōu)化前后參數(shù)對如下：

1月17日結晶器水調(diào)整后與原來參數(shù)對比

二冷零段調(diào)整前后冷卻水對比

通過上述調(diào)整后，于1月17日安排生產(chǎn)，生產(chǎn)結果如下：

從上表可以看出裂紋級別明顯降低，基本在0.5—1.0級，只有少量的1.5級。

鑄坯低倍如下：

4.3  軋制后質(zhì)量情況

通過對設備整改，以及對水系統(tǒng)調(diào)整后軋制材的典型低倍照片如下圖:

1月11日設備整改后典型低倍照片

1月17日水系統(tǒng)調(diào)整后典型低倍照片
 

通過設備整改與水系統(tǒng)調(diào)整后鑄坯低倍組織裂紋級別0.5~1.0級，明顯降低，軋制材合格率達到100%，顯著提高。

5  結論

5.1  針對24年12月26日~29日生產(chǎn)的300*300鑄坯，低倍檢驗發(fā)現(xiàn)角部皮下裂紋的問題，及在軋制后棒材低倍檢驗同樣發(fā)現(xiàn)皮下裂紋的問題，詳細分析了角部皮下裂紋可能產(chǎn)生的位置及形成的成因，確立整改與調(diào)整的方案，通過整改與調(diào)整顯著改善了300*300斷面鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量，滿足了軋鋼軋制的要求。

5.2  通過適當降低結晶器冷卻水流量，微調(diào)二冷區(qū)零段水流量，鑄坯質(zhì)量得到明顯提高，棒材裂紋基本消除。

參考文獻

[1]  蔡開科、程士富：《連續(xù)鑄鋼原理與工藝》

[2]  盧盛意：《連鑄坯質(zhì)量》

[3]  崔忠圻：《金屬學及熱處理》