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連鑄坯剪切不平及開裂的原因分析
來源：m.dgann.com 發(fā)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(chǎn)規(guī)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(xiàn)改為連鑄連軋技術(shù)，通過提高鐵水溫度，提高拉速，減少冷區(qū)等方式將鋼坯溫度提高，連鑄鋼坯剪切溫度950-1050℃，主要生產(chǎn)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(nèi)部結(jié)晶情況不詳
近期，四流連鑄機均出現(xiàn)剪切面不平，鋼坯角部開裂等問題，且為連續(xù)幾個爐號批量出現(xiàn)，四流同時出現(xiàn)剪切面不平的較多,有時也單流或雙流出現(xiàn)
二、 連鑄坯高溫剪切問題的分析與解決方法
根據(jù)多年研究經(jīng)驗以及同行業(yè)內(nèi)資深工程技術(shù)人員的技術(shù)探討，并參考大量相關(guān)文獻，總結(jié)連鑄坯剪切面不平及角部裂紋的產(chǎn)生主要由以下幾個原因造成：
1、 鋼水的質(zhì)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(diào)節(jié)內(nèi)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(zhì)較多，鐵水內(nèi)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(nèi)裂、表皮氣孔等質(zhì)量缺陷，使得連鑄鋼坯在軋制過程中出現(xiàn)開花頭、折疊，麻點，內(nèi)裂等缺陷，一般高爐轉(zhuǎn)爐以及精煉爐廠家極少出現(xiàn)該情況，可見鐵水質(zhì)量是主要原因
解決方法：通過切片取樣，對鋼坯內(nèi)部質(zhì)量進行詳細的檢驗和分析，如發(fā)現(xiàn)表下氣孔、夾渣、內(nèi)裂等質(zhì)量缺陷應立即調(diào)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(nèi)部凝固率過低，鋼坯表面結(jié)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(nèi)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(jù)鋼種特性,在900～1200℃是“熱脆”敏感區(qū)。由于鋼中的S與Fe形成FeS,FeS+S在985℃時會產(chǎn)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(qū)。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(xiàn)象也會減少甚至消除。隨機統(tǒng)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(xiàn)剪切面不平的只有8爐,占5.13%。分析發(fā)現(xiàn),只有當Mn/S偏低而溫度又偏高時才產(chǎn)生剪切面不平現(xiàn)象。這是因為過高的澆注溫度會使連鑄坯的柱狀晶發(fā)達、中心偏析、中心疏松、中心裂紋嚴重,鑄坯的內(nèi)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(jié)殼太薄，建議調(diào)整至鋼坯結(jié)晶2/3以上，可最大程度避免切分折疊
3、 鋼種的變化
根據(jù)對多家用戶的數(shù)據(jù)統(tǒng)計,Q235類鋼連鑄坯剪切面不平的發(fā)生率遠遠大于20MnSi鋼,可見鋼的化學成份是產(chǎn)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(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)Mn/S≤20的占87.18%,而大量出現(xiàn)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(fā)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(nèi)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(chǎn)生裂紋,因而也易出現(xiàn)剪切面不平缺陷。這是因為氧在固態(tài)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(zhuǎn)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(xiàn)剪切面不平缺陷。
解決方法：防止鋼液過氧化,改善鋼的內(nèi)在質(zhì)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(xiàn)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(xiàn)象產(chǎn)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(cè)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(jié)晶器及水冷系統(tǒng)
結(jié)晶器冷卻水溫及水壓不符，二冷水噴嘴數(shù)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(zhì)差易導致噴嘴結(jié)垢堵塞，造成二冷區(qū)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(jié)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(chǎn)生角部裂紋
解決方法：改進噴淋系統(tǒng)，減少平面與角部之間的溫差，調(diào)整水口高度
8、 震動器對鋼坯質(zhì)量的影響
根據(jù)多家企業(yè)提供的經(jīng)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(nèi)裂及角部開裂
解決方法：調(diào)整振動器頻率
四機四流連鑄機，主要生產(chǎn)規(guī)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(xiàn)改為連鑄連軋技術(shù)，通過提高鐵水溫度，提高拉速，減少冷區(qū)等方式將鋼坯溫度提高，連鑄鋼坯剪切溫度950-1050℃，主要生產(chǎn)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(nèi)部結(jié)晶情況不詳
近期，四流連鑄機均出現(xiàn)剪切面不平，鋼坯角部開裂等問題，且為連續(xù)幾個爐號批量出現(xiàn)，四流同時出現(xiàn)剪切面不平的較多,有時也單流或雙流出現(xiàn)
二、 連鑄坯高溫剪切問題的分析與解決方法
根據(jù)多年研究經(jīng)驗以及同行業(yè)內(nèi)資深工程技術(shù)人員的技術(shù)探討，并參考大量相關(guān)文獻，總結(jié)連鑄坯剪切面不平及角部裂紋的產(chǎn)生主要由以下幾個原因造成：
1、 鋼水的質(zhì)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(diào)節(jié)內(nèi)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(zhì)較多，鐵水內(nèi)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(nèi)裂、表皮氣孔等質(zhì)量缺陷，使得連鑄鋼坯在軋制過程中出現(xiàn)開花頭、折疊，麻點，內(nèi)裂等缺陷，一般高爐轉(zhuǎn)爐以及精煉爐廠家極少出現(xiàn)該情況，可見鐵水質(zhì)量是主要原因
解決方法：通過切片取樣，對鋼坯內(nèi)部質(zhì)量進行詳細的檢驗和分析，如發(fā)現(xiàn)表下氣孔、夾渣、內(nèi)裂等質(zhì)量缺陷應立即調(diào)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(nèi)部凝固率過低，鋼坯表面結(jié)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(nèi)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(jù)鋼種特性,在900～1200℃是“熱脆”敏感區(qū)。由于鋼中的S與Fe形成FeS,FeS+S在985℃時會產(chǎn)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(qū)。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(xiàn)象也會減少甚至消除。隨機統(tǒng)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(xiàn)剪切面不平的只有8爐,占5.13%。分析發(fā)現(xiàn),只有當Mn/S偏低而溫度又偏高時才產(chǎn)生剪切面不平現(xiàn)象。這是因為過高的澆注溫度會使連鑄坯的柱狀晶發(fā)達、中心偏析、中心疏松、中心裂紋嚴重,鑄坯的內(nèi)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(jié)殼太薄，建議調(diào)整至鋼坯結(jié)晶2/3以上，可最大程度避免切分折疊
3、 鋼種的變化
根據(jù)對多家用戶的數(shù)據(jù)統(tǒng)計,Q235類鋼連鑄坯剪切面不平的發(fā)生率遠遠大于20MnSi鋼,可見鋼的化學成份是產(chǎn)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(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)Mn/S≤20的占87.18%,而大量出現(xiàn)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(fā)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(nèi)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(chǎn)生裂紋,因而也易出現(xiàn)剪切面不平缺陷。這是因為氧在固態(tài)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(zhuǎn)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(xiàn)剪切面不平缺陷。
解決方法：防止鋼液過氧化,改善鋼的內(nèi)在質(zhì)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(xiàn)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(xiàn)象產(chǎn)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(cè)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(jié)晶器及水冷系統(tǒng)
結(jié)晶器冷卻水溫及水壓不符，二冷水噴嘴數(shù)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(zhì)差易導致噴嘴結(jié)垢堵塞，造成二冷區(qū)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(jié)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(chǎn)生角部裂紋
解決方法：改進噴淋系統(tǒng)，減少平面與角部之間的溫差，調(diào)整水口高度
8、 震動器對鋼坯質(zhì)量的影響
根據(jù)多家企業(yè)提供的經(jīng)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(nèi)裂及角部開裂
解決方法：調(diào)整振動器頻率
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連鑄機設(shè)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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