連鑄坯剪切不平及開裂的原因分析
來源：m.91gxc.cn 發布時間：2020/5/6 20:51:31
一、問題描述
四機四流連鑄機，主要生產規格為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度進行軋制
現改為連鑄連軋技術，通過提高鐵水溫度，提高拉速，減少冷區等方式將鋼坯溫度提高，連鑄鋼坯剪切溫度950-1050℃，主要生產鋼種Q235-20MnSi鋼，利用康福特45度鋼坯液壓剪直接進行超高溫剪切，鋼坯內部結晶情況不詳
近期，四流連鑄機均出現剪切面不平，鋼坯角部開裂等問題，且為連續幾個爐號批量出現，四流同時出現剪切面不平的較多,有時也單流或雙流出現
二、 連鑄坯高溫剪切問題的分析與解決方法
根據多年研究經驗以及同行業內資深工程技術人員的技術探討，并參考大量相關文獻，總結連鑄坯剪切面不平及角部裂紋的產生主要由以下幾個原因造成：
1、 鋼水的質量問題
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，通過調節內部元素含量，達到鋼鐵重復利用的目的。但由于廢鐵品種較雜，雜質較多，鐵水內容易形成氣孔夾渣，合金元素分布不均勻，使得每爐鐵水合金元素含量不一，導致連鑄過程中造成夾渣、內裂、表皮氣孔等質量缺陷，使得連鑄鋼坯在軋制過程中出現開花頭、折疊，麻點，內裂等缺陷，一般高爐轉爐以及精煉爐廠家極少出現該情況，可見鐵水質量是主要原因
解決方法：通過切片取樣，對鋼坯內部質量進行詳細的檢驗和分析，如發現表下氣孔、夾渣、內裂等質量缺陷應立即調整工藝，處理至合格
2、 鋼坯的溫度
鋼坯的溫度過高，導致連鑄鋼坯內部凝固率過低，鋼坯表面結晶層太薄，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，偶爾會在切頭右上角堆積出一個小渣塊，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。根據鋼種特性,在900～1200℃是“熱脆”敏感區。由于鋼中的S與Fe形成FeS,FeS+S在985℃時會產生共晶反應,當坯殼受外力作用時,會沿晶界開裂形成裂紋,嚴重影響鋼的塑性。若鋼中Mn足夠時,S以MnS形式分散到基體中,MnS的熔點高達1620℃,可遠遠避開900～1200℃的“熱脆”敏感區。因此,當鋼中S含量降低或Mn/S比增大時,鋼的高溫塑性將得到改善,剪切面不平現象也會減少甚至消除。隨機統計了280爐Q235類鋼的中間包鋼液溫度,其中有156爐超過1550℃,而出現剪切面不平的只有8爐,占5.13%。分析發現,只有當Mn/S偏低而溫度又偏高時才產生剪切面不平現象。這是因為過高的澆注溫度會使連鑄坯的柱狀晶發達、中心偏析、中心疏松、中心裂紋嚴重,鑄坯的內在組織惡化,導致塑性下降。
解決方法：通過打釘實驗，檢查鋼坯剪切處的鐵水凝固率，如凝固率過低，鋼坯表面結殼太薄，建議調整至鋼坯結晶2/3以上，可最大程度避免切分折疊
3、 鋼種的變化
根據對多家用戶的數據統計,Q235類鋼連鑄坯剪切面不平的發生率遠遠大于20MnSi鋼,可見鋼的化學成份是產生連鑄坯剪切面不平的重要原因。
4、 化學成份的影響
通過對300爐鋼的Mn/S比進行統計分析,發現Mn/S≤20的占87.18%,而大量出現剪切面不平的鋼的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：嚴格按內控要求控制成分,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,易產生裂紋,因而也易出現剪切面不平缺陷。這是因為氧在固態鐵中的溶解度很小,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℃可形成低熔點共晶體,熱脆性很大。當鋼中氧含量超過30×10-6時,脆性轉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剪切面不平缺陷。
解決方法：防止鋼液過氧化,改善鋼的內在質量，確保中間包鋼水溫度不大于1550℃
6、 剪機剪刃間隙的影響
同爐號、同連鑄機拉鋼時，以上因素的影響是相同的,但有時不是四流同時出現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重所致,20MnSi鋼鑄坯偶有剪切面不平現象產生也驗證了這種情況。
解決方法：每班檢查剪機剪刃狀況,確保上下剪刃側間隙在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、 結晶器及水冷系統
結晶器冷卻水溫及水壓不符，二冷水噴嘴數量，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，由于水質差易導致噴嘴結垢堵塞，造成二冷區冷卻不均勻。水口形式、水口高度、浸入深度和水口吐出孔下傾角度均會影響結晶器液面的波動。波動過大會造成彎月面卷渣、坯殼冷卻不均等，導致鑄坯產生角部裂紋
解決方法：改進噴淋系統，減少平面與角部之間的溫差，調整水口高度
8、 震動器對鋼坯質量的影響
根據多家企業提供的經驗，連鑄機振動器的震動幅度與連鑄拉速的比例不符，會造成鋼坯內裂及角部開裂
解決方法：調整振動器頻率
四機四流連鑄機，主要生產規格為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度進行軋制
現改為連鑄連軋技術，通過提高鐵水溫度，提高拉速，減少冷區等方式將鋼坯溫度提高，連鑄鋼坯剪切溫度950-1050℃，主要生產鋼種Q235-20MnSi鋼，利用康福特45度鋼坯液壓剪直接進行超高溫剪切，鋼坯內部結晶情況不詳
近期，四流連鑄機均出現剪切面不平，鋼坯角部開裂等問題，且為連續幾個爐號批量出現，四流同時出現剪切面不平的較多,有時也單流或雙流出現
二、 連鑄坯高溫剪切問題的分析與解決方法
根據多年研究經驗以及同行業內資深工程技術人員的技術探討，并參考大量相關文獻，總結連鑄坯剪切面不平及角部裂紋的產生主要由以下幾個原因造成：
1、 鋼水的質量問題
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，通過調節內部元素含量，達到鋼鐵重復利用的目的。但由于廢鐵品種較雜，雜質較多，鐵水內容易形成氣孔夾渣，合金元素分布不均勻，使得每爐鐵水合金元素含量不一，導致連鑄過程中造成夾渣、內裂、表皮氣孔等質量缺陷，使得連鑄鋼坯在軋制過程中出現開花頭、折疊，麻點，內裂等缺陷，一般高爐轉爐以及精煉爐廠家極少出現該情況，可見鐵水質量是主要原因
解決方法：通過切片取樣，對鋼坯內部質量進行詳細的檢驗和分析，如發現表下氣孔、夾渣、內裂等質量缺陷應立即調整工藝，處理至合格
2、 鋼坯的溫度
鋼坯的溫度過高，導致連鑄鋼坯內部凝固率過低，鋼坯表面結晶層太薄，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，偶爾會在切頭右上角堆積出一個小渣塊，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。根據鋼種特性,在900～1200℃是“熱脆”敏感區。由于鋼中的S與Fe形成FeS,FeS+S在985℃時會產生共晶反應,當坯殼受外力作用時,會沿晶界開裂形成裂紋,嚴重影響鋼的塑性。若鋼中Mn足夠時,S以MnS形式分散到基體中,MnS的熔點高達1620℃,可遠遠避開900～1200℃的“熱脆”敏感區。因此,當鋼中S含量降低或Mn/S比增大時,鋼的高溫塑性將得到改善,剪切面不平現象也會減少甚至消除。隨機統計了280爐Q235類鋼的中間包鋼液溫度,其中有156爐超過1550℃,而出現剪切面不平的只有8爐,占5.13%。分析發現,只有當Mn/S偏低而溫度又偏高時才產生剪切面不平現象。這是因為過高的澆注溫度會使連鑄坯的柱狀晶發達、中心偏析、中心疏松、中心裂紋嚴重,鑄坯的內在組織惡化,導致塑性下降。
解決方法：通過打釘實驗，檢查鋼坯剪切處的鐵水凝固率，如凝固率過低，鋼坯表面結殼太薄，建議調整至鋼坯結晶2/3以上，可最大程度避免切分折疊
3、 鋼種的變化
根據對多家用戶的數據統計,Q235類鋼連鑄坯剪切面不平的發生率遠遠大于20MnSi鋼,可見鋼的化學成份是產生連鑄坯剪切面不平的重要原因。
4、 化學成份的影響
通過對300爐鋼的Mn/S比進行統計分析,發現Mn/S≤20的占87.18%,而大量出現剪切面不平的鋼的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：嚴格按內控要求控制成分,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,易產生裂紋,因而也易出現剪切面不平缺陷。這是因為氧在固態鐵中的溶解度很小,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℃可形成低熔點共晶體,熱脆性很大。當鋼中氧含量超過30×10-6時,脆性轉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剪切面不平缺陷。
解決方法：防止鋼液過氧化,改善鋼的內在質量，確保中間包鋼水溫度不大于1550℃
6、 剪機剪刃間隙的影響
同爐號、同連鑄機拉鋼時，以上因素的影響是相同的,但有時不是四流同時出現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重所致,20MnSi鋼鑄坯偶有剪切面不平現象產生也驗證了這種情況。
解決方法：每班檢查剪機剪刃狀況,確保上下剪刃側間隙在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、 結晶器及水冷系統
結晶器冷卻水溫及水壓不符，二冷水噴嘴數量，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，由于水質差易導致噴嘴結垢堵塞，造成二冷區冷卻不均勻。水口形式、水口高度、浸入深度和水口吐出孔下傾角度均會影響結晶器液面的波動。波動過大會造成彎月面卷渣、坯殼冷卻不均等，導致鑄坯產生角部裂紋
解決方法：改進噴淋系統，減少平面與角部之間的溫差，調整水口高度
8、 震動器對鋼坯質量的影響
根據多家企業提供的經驗，連鑄機振動器的震動幅度與連鑄拉速的比例不符，會造成鋼坯內裂及角部開裂
解決方法：調整振動器頻率
上一條：
連鑄機設備主要是由哪些部件組成呢？
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河南某鋼鐵集團的8機8流液壓剪試機成功
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