保护浇注提高铸坯质量的工艺探讨与实践
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保护浇注提高铸坯质量的工艺探讨与实践李聿军，刘欣（江西九江钢厂公司炼钢厂江西九江332500）摘要分析了炼钢厂连铸坯表面横裂纹、脱方和内部对角线裂纹产生的原因，阐述了保护浇注提高铸坯质量的机理。
通过实施保护浇注，消灭了连铸坯表面横裂、脱方和内部对角线裂纹，成效显著，取得了明显的经济效益。
关键词表面横裂纹；脱方；对角线裂纹；保护浇注中图分类号：TF775 文献标识码：ADiscussion and Practice on shrouded casting improvingthe quality of CC slabLI Yu jun, LIU Xin(The steelmaking plant of Jiujiang Iron&Steel Company ,Jiujiang332500,Jiangxi,China)Abstract:The causes on the surface transverse crack,breaking off and inner diagonal crack of CC slab are analyzed. The mechanism of shrouded casting imporving the quality of CC slab. the surface transverse crack,breaking off and inner diagonal crack of CC slab die out throught shrouded casting with economic benefit.Key words：Surface transverse crack；Breaking off；Inner diagonal crack；Shrouded casting1 前言江西九江钢厂有限公司（以下简称九钢）是萍钢公司2006年9月份兼并重组的股份制企业。
在2008年5月份前，九钢炼钢厂（对内称“萍钢三炼钢厂”）连铸机中间包→结晶器一直敞开浇注，通过添加菜籽油润滑。
在敞开浇注的条件下，脱方和表面横裂纹频繁出现，铸坯内部对角线裂纹非常普遍。
脱方和表面横裂造成废品率最高达 4.5kg/t，严重的影响了炼钢厂的生产顺行，造成钢铁料消耗和成本大幅度上升。
2008年初，九钢炼钢厂开展了结晶器、二冷配水技术改造攻关，通过优化结晶器和二冷配水参数，脱方和裂纹得到有效控制。
但由于设备的缺陷和操作稳定性差，脱方和横裂仍然不时交替产生，不能得到有效根治。
2008年4月底，九钢炼钢厂开展了保护浇注攻关，经过近两个多月的跟踪试验，保护浇注获得成功，并彻底消灭的脱方、横裂和内部对角线裂纹，降低了钢铁料消耗和成本，取得了明显的经济效益。
2 铸机主要技术参数机型：全弧型机流数：3机3流铸机半径：6ｍ生产铸坯：150mm×150mm×6000mm钢种：HRB335、HRB400工作拉速：平均拉速2.1m/min振动型式：刚性短臂四连杆型机构振动方式：正弦振动振频：0~220次/min二冷水控制方法：比例控制法冷却方式：全水冷3 表面横裂、脱方和内部对角线裂纹产生的原因3.1 在2008年5月份之前，九钢炼钢厂一直采用定径水口敞开浇注工艺。
通过手动添加菜籽油润滑，由于操作稳定性差造成铜管四周润滑不均匀，铸坯和铜管之间直接接触产生较大摩擦，造成初生凝固坯壳撕裂，撕裂处钢水填充凝固产生折叠[1]，矫直时在拉应力作用下，铸坯内弧侧产生横裂。
3.2 铸坯在矫直时由于矫直温度低（如小于900℃），正好落入钢种的脆性温度范围，则在矫直时在应力的作用下产生横裂。
3.3 钢水在结晶器中凝固过程中，通过手动加油很难保证四周冷却均匀，是产生脱方的根本原因。
铸坯进入二冷段，如果四周再次冷却不均匀（比如零段或一段喷嘴堵塞严重，二冷喷淋集管不对中等），则会加剧脱方的严重程度。
3.4 连铸机设备特别是结晶器和振动装置的缺陷是九钢炼钢厂横裂纹和脱方交替产生的直接原因。
一是结晶器铜管在R6m连铸机的情况下设计过长（9000mm）；二是结晶器振动装置是最原始落后的短臂四连杆，振动效果很差。
在敞开浇注的情况下，结晶器液面一般必须控制在200mm以下（新铜管在250mm 以下），浇钢时很难看到结晶器液面，给操作带来极大的不便。
结晶器浇注液面过高则有可能由于脱模效果不好而产生横裂，浇注液面过低则可能由于铜管下口铸坯和铜管内壁气隙大、冷却不均匀而产生脱方（特别是中后期铜管下口由于磨损严重或者二冷喷嘴堵塞严重则脱方更严重）。
如何选择最佳浇注液面并保持稳定成为减少裂纹和脱方的最大瓶颈。
3.5 由于脱方使铸坯发生扭转变形，铸坯内部沿对角线受应力作用产生对角线裂纹。
4 保护浇注提高铸坯质量的工艺机理4.1 保护浇注减少铸坯表面横裂的工艺机理敞开浇注时，添加菜籽油作为铸坯和结晶器壁的润滑剂。
在拉坯时，在坯壳与结晶器壁之间形成0.025~0.050mm的油膜和油气膜，减少铸坯的运行阻力[2]，防止坯壳与结晶器壁的粘结产生坯壳撕裂造成横裂。
但通过手动加油的方法很难保证润滑均匀，特别是铸坯的内弧侧更是手动加油的薄弱环节，造成形成的油膜和油气膜间断分布，再加上油膜和油气膜本身较薄，在铸坯振动下行过程中容易撕裂，导致坯壳与结晶器壁的直接接触，坯壳和结晶器铜管壁均受到较大的摩擦阻力。
坯壳在较大阻力作用下撕裂产生表面横裂，结晶器铜管则在较大阻力作用下易磨损严重寿命缩短。
保护浇注时，保护渣的液渣被吸入结晶器壁和坯壳之间的气隙形成约0.9mm 液态渣膜和固态渣膜[2]。
一方面，保护渣加在钢液表面随结晶器振动均匀分布在钢液液面，保护渣熔化后形成的液渣层被均匀吸入结晶器壁和坯壳之间的气隙而均匀分布；另一方面，形成的渣膜本身较加油形成的油膜和油气膜厚10倍以上，在铸坯振动下行过程中不易撕裂，因此保护浇注可弥补结晶器和振动装置的欠缺，极大的减少表面横裂产生的几率，同时对结晶器壁也是一种极有效的保护作用，提高结晶器铜管的寿命。
4.2 保护浇注减少铸坯脱方和内部裂纹的工艺机理一方面，保护浇注所形成的固态渣膜和液态渣膜的热导率远比敞开浇注形成的油膜和油气膜大得多，因此保护浇注更容易调节传往结晶器的热流，使传热更均匀化，明显的改善结晶器的传热条件，使坯壳均匀冷却，均匀生长；另一方面，保护浇注后坯壳不与结晶器铜管壁直接接触，铜管不易磨损，铜管的完好性比敞开浇注好得多，能保持更长时间的均匀冷却，因此铸坯在结晶器内的发生脱方的几率很小，铸坯出结晶器后即使收到二冷水冷却不均匀或者二冷对中的影响产生脱方的程度也比敞开浇注时要小得多。
由于保护浇注有利于减少铸坯的脱方，也就有利于减少由于脱方引起的铸坯内部对角线裂纹。
5 生产实际效果5.1 铸坯单支重的变化我们对保护浇注和敞开浇注的铸坯在相同的工况条件下的150mm×150mm ×5670mm冷坯测量断面尺寸和过磅，如下表1所示。
由表中可知，敞开浇注比保护浇注的铸坯断面平均大0.4mm×0.5mm，单支重重0.006t，这主要是敞开浇注在坯壳和结晶器器壁形成的油膜和油气膜比保护浇注形成的液态渣膜和固态渣膜薄的原因。
表1 敞开浇注和保护浇注的断面和单支重比较铜管前期(0~200炉）铜管中期(201~400炉）铜管后期(401~600炉）平均断面大小（mm×mm) 敞开浇注150.1×150.4 150.5×151.1 150.8×151.4 150.5×151.0 保护浇注149.5×150.0 150.1×150.5 150.6×150.9 150.1×150.5单支重(t) 敞开浇注0.984 0.991 0.995 0.990 保护浇注0.977 0.984 0.990 0.9845.2 浇注条件的改善实施保护浇注后，结晶器浇注液面可提高至50mm，彻底改变了敞开浇注液面必须控制在200mm以下的状况，给操作工浇钢带来了极大的方便，减少了由于浇钢液面过低造成的拉漏或脱方等工艺事故。
保护浇注能提高结晶器浇注液面主要原因是润滑和传热效果得到根本性改变，弥补了由于结晶器长度过长和振动装置原始落后带来的液面不能提高的缺陷。
5.3 结晶器铜管参数适应性和寿命变化敞开浇注时，很难选择合适的结晶器铜管参数特别是倒锥度。
虽然经过不断的优化结晶器铜管内部曲线和倒锥度等参数，但脱方和裂纹始终难以得到根治。
主要表现为大锥度的铜管容易产生横裂，小锥度铜管容易产生脱方；高液面容易产生横裂，低液面容易产生脱方；由于拉坯阻力大，冲液面经常发生，再加上操作稳定性差，在调节液面时横裂和脱方往往交替产生。
实施保护浇注后，通过对不同倒锥度等参数的铜管跟踪使用后发现，保护浇注对结晶器铜管的参数没有很高的要求，0.7mm~1.2mm倒锥度的铜管均能保证不产生裂纹和脱方，而且结晶器液面比较稳定。
保护浇注后，由于结晶器铜管内壁和坯壳的润滑和传热效果大幅度提高，铜管内壁磨损大大减轻。
经统计，每支铜管的过钢量由敞开浇注的2000～3000t提高到5000～6000t，铜管寿命由200～400炉提高到500～700炉。
5.4 铸坯质量的提高九钢炼钢厂推广保护浇注后，彻底的消灭了表面横裂、脱方和由脱方引起的内部对角线裂纹，铸坯表面的振痕也大大减轻。
6 经济效益2007年7~12月份共产钢443758.197吨，裂纹和脱方废品共177.659吨，废品率为0.4kg/t，2008年6月底九钢炼钢厂全面推广保护浇注，7~11月裂纹和脱方废品为零，废品和合格坯的差价为945元/t（按萍钢公司II级钢计划价：II级钢合格坯3845元/t，废品2900元/t），裂纹废品率由0.400kg/t降低到0kg/t，则可节约成本为：443758.197×（0.400-0.000）/1000×945=16.77万元（半年）同时，应用保护浇注后，由于钢坯表面温度的均匀性，钢坯表面氧化铁皮减少，钢坯表面氧化铁皮由3kg/t降至2.5kg/t。
合格坯和氧化铁皮的差价3605元/t （按萍钢公司II级钢计划价，氧化铁皮240元/t），由此产生的效益为：（3-2.5）*443758.197/1000*3605=79.99万元（半年）以上共计：16.77+79.99=96.76万元（半年）7 结论中间包→结晶器保护浇注能提高坯壳与结晶器器壁之间的润滑和传热性能，有利于铸坯均匀冷却和生长，弥补结晶器和振动装置的缺陷，有利于减少连铸坯表面裂纹、脱方和由于脱方引起的内部对角线裂纹，从而提高连铸坯的质量。
