小方坯菱变原因分析

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1、小方坯菱变原因分析小方坯菱变原因分析庄 卫 王三武 舒汉龙摘摘 要要 菱变是小方坯连铸常见的质量缺陷,菱变是由多因素引起的,文中跟踪分析 了菱变的原因,并提出了控制菱变的措施。关键词关键词 菱变 工艺 设备Analysis on Rhomboidity of Small BilletZhuang Wei Wang Sanwu Shu Hanlong (ShaoGuan Iron and Steel Group Co.Ltd)Abstract Rhomboidity is an ordinary quality problem of small continous casting billet.

2、It is complicated and decided by many factors.This paper searched out the cause of rhomboidity from different aspects and provided some measures to reduce rhomboidity.Keywords rhomboidity technology equipment1 1 前前 言言铸坯菱变是坯壳在结晶器内不均匀冷却引起的。即坯壳在凝固过程中的收缩和变形 以及浇注过程中结晶本身的变形引起的。由于连铸坯是在钢液边流动,边凝固,边拉坯的 动态过程中坯

3、壳不均衡受力及钢液不均匀凝固共同作用所引起的,同时菱变还受连铸机 设备状况的制约且跟浇注工艺条件有关。因此它是多因素综合作用形成的结果。韶钢二 钢 1996 年下半年曾发生过较严重的菱变,因而,对菱变造成的原因进行了跟踪研究。2 2 生产条件生产条件连铸机有关参数见表 1。冶炼钢种为 20MnSi 钢，钢液并进行吹氩调温、调质处理。表 1 连铸机有关参数 机 型三机三流 ROKOP 连铸机 结晶器断面/mmmm150150 结晶器长度/m812 结晶器水缝宽度/mm5 结晶器振幅/mm10.44 振动频率/C.min-102303 3 工艺因素对菱变的影响工艺因素对菱变的影响3.13.1 注温

4、和注速注温和注速当钢液过热度大,拉速高时较易引起菱变如表 2 所示数据。因为这两个因素对结晶器 水缝中水的间断沸腾和坯壳变形起促进作用。并使坯壳平均厚度减薄,因而坯壳的强度和 刚度较低,容易在不均衡力作用下使初生坯壳产生扭曲菱变。表 2 中间包钢液温度和拉速对菱变(%)的影响 温度/拉速/m.min-115201539 15401550 1550 1.41.60.620.921.41 1.71.90.741.322.90 注:菱变比例是指一定条件下铸坯对角线差大于 4mm 菱变坯量占该条件下的铸坯总量。实际生产中有时拉速较慢时也有较重菱变现象,这主要是结晶器铜管变形严重,结晶器 水缝不均匀,结

5、晶器润滑不良及二冷段冷却不均匀,铸坯冷却不均匀因素占了主导地位,因 此,慢拉时菱变仍然存在,所以,仅从温度和拉速控制菱变是不够的,还必须从设备入手,消 除铸坯冷却不均的因素。 3.23.2 结晶器水质的影响结晶器水质的影响结晶器水质不洁时,沸腾会使铜壁冷面沉积水垢,增大铜壁热阻。铜壁温度升高,加剧 间断沸腾和铜壁变形。从菱变换下的铜管看,发生菱变的结晶器铜管,在弯液面附近都有不 同程度的水垢,且铜管四个面水垢面积大小不等。这说明四面传热是不均匀的,据资料介绍 1,结垢物厚度达到 20m 就足以恶化传热,使结晶器铜管壁水产生沸腾,由于产生沸腾 使铜壁温度迅速升高,使铜管局部区域产生变形,从而加剧

6、铸坯产生菱变。 3.33.3 中间包水口位置对菱变的影响中间包水口位置对菱变的影响我厂二钢连铸采用敞开浇注,水口对中与否也对菱变有一定影响,如表 3。特别是水口 钢流偏向结晶器铜管角部时,菱变比例高。这主要是角部是二维传热,凝固较快,最早形成 气隙,不均匀传热程度较大。当钢流偏向铜管某一角部区域时,容易使该角凝固壳相对减薄, 容易形成锐角,从而牵引相邻两角使它形成钝角,从而发生菱变。表 3 水口位置对菱变的影响 水口位置角部区 边部区 中 心 平均菱变比例/%0.920.680.24 3.43.4 菱变程度沿拉坯方向的变化菱变程度沿拉坯方向的变化对菱变的铸坯进行停机测量,其结果如表 4 所示。

7、 表 4 菱变程度沿拉坯方向的变化 结晶器内二冷段距弯液面距离mm50 150 300 800 850 900 菱变程度 (对角线差 mm)25671118注:弯液面距结晶器上口 100mm,拉速 1.7m/min,中包钢温度 1535可见菱变在结晶器内已基本形成,并在二冷段逐步加剧。在实际生产中有时也观 察到菱变沿拉坯方向的变化无规律,有时菱变加重,有时菱变减轻。这时因为浇注钢液 的过热度、拉速及结晶器钢液面有时有波动,这就使得铸坯沿长度方向传热凝固不均匀。结晶器的冷却不均匀程度和二次冷却不均匀程度有时也是不一致的,这就有可能 抑制或者促进菱变的加剧。4 4 设备因素对菱变的影响设备因素对菱

8、变的影响4.14.1 铜管锥度对菱变的影响铜管锥度对菱变的影响我厂二钢厂结晶器不带足辊,因此铜管锥度对菱变的影响也较明显,从表 5 中可看 出锥度增大,菱变程度减轻。表 5 铜管锥度对菱变比例(%)的影响 菱变程度/mm锥度04 510 100.6%.m-163.1 17.2 19.7 0.72%.m-180.4 10.78.9 0.96%.m-193.56.00.5 4.24.2 铜管的使用情况铜管的使用情况菱变和结晶器铜管使用情况密切有关。一般铜管使用次数高,磨损严重的结晶器 菱变程度较大。表 6 表明锥度一定程度上决定了铜管使用次数。 表 6 锥度与铜管寿命关系 锥度/%.m-10.6

9、0.72 0.96 产生菱变的铜管平均次数102 181232铜管变形磨损严重时,镀铬层剥落明显,甚至结晶器下口有的变成钝角。图 1 为铜管 变形情况2,从图中可见在弯液面向下 90mm 处膨胀最大达 0.17mm。铜管的变形是菱变 的根源所在。在变形处形成扭曲的坯壳,在拉坯过程中,受到铜管四边不均衡挤压,从而 产生菱变,并随着与结晶器不均匀接触导致凝固不均匀,进而又加剧菱变。 图 1 铜管变形的三维弹性模型 (壁厚 12.7mm,水速 10.7m/s)4.34.3 结晶器水缝结晶器水缝从菱变的结晶器跟踪观察到,菱变严重的结晶器有的水缝不均匀,如图 2,水缝不均导 致传热不均增加了菱变的发生。

10、图 2 结晶器水缝情况4.44.4 结晶器振动台对菱变的影响结晶器振动台对菱变的影响结晶器振动不平稳,会使铸坯在结晶器内受力不均衡,加剧铸坯与结晶器铜管之间气 隙不均匀的程度,从而导致传热不均匀,增加坯壳的不均匀性。因此,受力不均衡及不均 匀传热综合作用下易使初生坯壳产生菱变。为此对菱变的振动台进行检测,出现了表 7所示的情况。表 7 振动台安装精度 误差种类设计要求实 测 振动架中心线纵向误差/mm12.1 横向误差/mm0.50.7 标高误差/mm0.50.4 水平度公差/mm.mm-10.1/1000 0.2/1000 4.54.5 导向段弧度对菱变的影响导向段弧度对菱变的影响由于导向段

11、磨损变形及刚性引锭杆的变形,从而使铸坯偏离铸机正常弧线。结果导致 铸坯与结晶器铜管之间受力不均衡,结晶器不带足辊,致使铸坯与铜管不均匀接触,加剧了 不均匀凝固,从而易产生菱变。 5 5 控制菱变的技术措施控制菱变的技术措施(1)加强结晶器安装、使用、管理制度工作,发现菱变时及时更换结晶器。(2)加强振动台检修、安装、维护、保养工作,确保振动轨迹良好。(3)对变形严重的引锭杆进行更换,经常校验导向段的弧度,确保铸坯运动轨道良好。(4)加强水质的跟踪检测工作,确保水质满足连铸要求。(5)规范温度制度,稳定工艺技术操作,特别要控制好拉速和结晶器的钢液面。通过以上措施,我厂的铸坯菱变得到了有效控制,目

12、前已基本消灭了菱变废品。6 6 结结 语语小方坯菱变是受设备和工艺因素的双重制约。菱变问题也较复杂,因为在生产中很少 发现铸机每流都同时菱变,且浇注在不同时期,菱变程度、方向也常发生变化。菱变是否跟 钢液成份,及成份偏析,铸坯凝固组织相变及钢中合金元素含量、夹杂、气体等含量有关呢? 这些有等于进一步研究。我厂也进行过简单模拟试验,将中间包剩余钢液,浇到菱变报废的 铜管内,铜管四面不均匀喷水冷却,结果凝固后的铸坯并不菱变。可见菱变是铸坯在动态凝 固过程中形成的,并跟设备运转状态密切有关;铸坯不均衡受力及非均衡凝固的双重作用, 才能引起菱变。铸机的设备状况是菱变产生的内因、而工艺条件则是外因,因此从改进结 晶器结构,振动方式方向去努力,将能有效控制菱变。联系人:庄 卫,高级工程师,韶关市(512123)韶关钢铁集团有限公司二炼钢厂作者单位：作者单位：韶关钢铁集团有限公司参考文献参考文献1 I.V.Samarasekera.Porc.3rd PTD Cnof.ISS,Pittsburhg,PA,1982:28395 2 I.V.Samarasekera.Ironmaking and Steelmaking,1982,(9):115(收稿日期:1998-09-21)