连铸 - 图文

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小方坯连铸中碳钢铸坯表面缺陷与保护渣性能选择

摘 要：首钢二炼钢160mm×60mm小方坯连铸使用高碳钢类型FRK-45型保护渣生产碳质量分数为0．35％～0．50％钢时，连铸坯表面出现大量的纵向裂纹和横向凹坑缺陷。通过降低连铸机拉速，提高保护渣的碱度，延缓保护渣熔化速度，改善铸坯坯壳与结晶器壁之间渣膜的传热等技术措施，使铸坯的表面缺陷得到了有效的控制。

关键词：中碳钢 连铸 保护渣 表面缺陷

首钢二炼钢160mm×160mm断面方坯铸机在浇注碳的质量分数为0．35％～0．50％的中碳钢时，由于保护渣性能不合适，造成连铸过程中大量铸坯表面出现纵向裂纹和横向凹坑等表面缺陷，占到总量的25％，给后道工序和产品质量带来不良影响，也给公司带来很大的经济损失。为减少铸坯表面纵向裂纹和横向凹坑的发生，通过提高连铸保护渣的碱度，延缓保护渣熔化速度，改善坯壳与结晶器壁间的渣膜传热，使铸坯的表面缺陷得到有效控制。本文分析2个钢种铸坯不同表面缺陷产生的机制和特征，讨论钢种成分与保护渣理化性能对铸坯表面质量的影响。

1 FRK-45型和改进FRK-45型保护渣性能对中碳钢表面质量的影响 1．1 使用FRK-45型保护渣典型钢种的表面缺陷

出现纵裂和凹坑的A和B钢种成分(质量分数)见表1～2。

A和B钢采用相同的连铸工艺：二冷采用0．98L／kg比水量，结晶器电磁搅拌：电流350A，频率5 Hz，拉速按照1．65 m／min的恒拉速控制。

统计结果如表3所示：A钢发生缺陷铸坯占到总数的24．8％，B钢发生缺陷铸坯占到总数的25．1％。A钢典型缺陷铸坯在内弧侧中间部位发生严重的纵向凹陷，长度贯穿整个铸坯。同时，在中间伴随纵裂纹，裂纹深度达10～12mm，其形貌如图1所示。

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B钢铸坯表面出现横向凹坑，凹坑的中间有一道横向浅沟。浅沟发展较深时就成为横向裂纹，而且振痕底部常常伴有卷渣，其形貌如图2所示：凹坑中间部位振痕最深，经现场测量铸坯振痕最深处达5～6mm。经酸洗后，横向浅沟底部出现了横向裂纹[1]。

1．2 改进FRK-45型保护渣对改善中碳钢表面质量的效果

二炼钢160mm×160mm断面方坯铸机生产钢中w([C])≥0．35％的钢种均采用FRK-45型保护渣，性能一直比较稳定。生产的SWRH82B、GCr15及60Si2Mn等高碳钢钢种，铸坯表面质量良好。浇注碳的质量分数在0．35％～0．50％区间的钢种时，出现上述缺陷。的形貌，铸坯表面质量良好。 2分析与讨论

为此，改进了原来保护渣的理化性能，提高保护渣的碱度，调整保护渣熔化速度，提高渣膜传热均匀性。为试验2种保护渣的性能，在铸机1～4流使用原来保护渣，5～8流使用性能改进后的保护渣，现场对比铸坯的表面质量。试验结果表明：使用原来保护渣，部分铸坯仍有凹坑发生；采用改进后的保护渣，浇注的铸坯渣膜均匀，铸坯表面质量良好，没有凹坑和纵裂的发生。图3为放大4倍的铸坯酸洗后的形貌，铸坯表面质量良好。

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整个浇次A钢和B钢所有炉次都出现不同支数缺陷铸坯，且铸机流数不固定。可以断定，在连铸机设备及工艺操作正常的情况下，铸坯表面和皮下质量取决于保护渣的性能。也就是说，铸坯表面和皮下的各种缺陷都与保护渣性能密切相关。如果选择性能合适的保护渣，可以获得表面无缺陷的铸坯；如果选择不当，则易使铸坯表面产生大量缺陷。总的来说，保护渣必须具有良好的润滑性能，减少结晶器内坯壳与结晶器之间的摩擦力，从而减少纵裂纹的产生。保护渣应具有均匀传热的作用，尤其在结晶器的上部横断面方向上更为重要，要做到这一点，必须使结晶器上部铜板与坯壳之间的渣膜保持均匀一致[2]。 2．1 保护渣性能与结晶器热流和保护渣消耗变化

在连铸机拉速一定时，使用原保护渣和性能改进后的保护渣，从结晶器导出热流有明显的差别。从图4可以看出：在1．40m／min拉速下，2种保护渣结晶器导出热量差别不是太大；在1．60m／min和1．80m／min拉速下，使用改进FRK-45型保护渣后，结晶器导出的热量比原来导出的热量少29MJ／min和27 MJ／min。图5是2种保护渣在不同拉速情况下，铸坯单位表面积保护渣的消耗量：在1．4m／min拉速下，改进FRK-45保护渣消耗量为0．32kg／m2，FRK-45保护渣消耗量为0．28 kg／m2；随拉速增加到1．65m／min，2种保护渣的消耗量分别降低到0．24 kg／m2和0．21 kg／m2；拉速增大到1．85m／min时，2种保护渣消耗量几乎没有变化。

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在相同拉速下使用改进后的保护渣，结晶器导出热量相应地减少；使用改进后的保护渣，铸坯单位面积的消耗量增加，结晶器内液渣膜厚度相应变厚，这使得结晶器导热缓慢，从而改善结晶器导热不均的问题。 2．2保护渣成分与理化指标

从表4和表5保护渣的成分和理化指标变化来看，FRK-45型保护渣属于低熔点、低黏度、快熔速型保护渣。浇注A钢和B钢时，浇注温度相对较高，保护渣熔速过快，熔渣过早裸露在大气中，热量损失大，造成结晶器上部横断面上局部钢液过冷，液面处坯壳收缩离开结晶器壁形成横向凹坑。提高渣中的CaO、MgO的含量后，随w(CaO)／w(SiO2)由0．62提高到0．87，保护渣的半球熔点提高了90～140℃。渣中的w (Na2O)由11．05％降低到1．72％，延迟了保护渣的熔化速度，由原来的29～34s延长为59～70s。同时，把渣中的础(Al2 O3)由原来的3．80％提高到11．98％，提高了熔渣的黏度。Horst Abatis研究认为[3]，渣中w (Al2 O3)在2％以上时，熔渣黏度几乎没有变化，但w (Al2 O3)大于10％时，黏度急剧升高。改进后的保护渣黏度发生明显的变化，由原来的0．47 Pa·s提高到0．89Pa·s。把保护渣中w (Al2 O3)控制10％以上，可以得到较高黏度保护渣。

2．3钢的凝固机制分析

从A钢和B钢凝固特性来看，碳的质量分数为0．09％～0．17％的碳钢从液相冷却到1495℃时发生包晶反应，δFe(固体)+L(液体)→γFe(固体)。发生δFe +L→γFe转变时，线收缩系数为9．8×10-5／℃，碳的质量分数大于0．53％钢液凝固时未发生包晶反应δFe→γFe，线收缩系数为2×10／℃。碳的质量分数介于0．17％～0．53％的钢种在发生包晶反应前如图6所示：以碳的质量分数为0．45％钢为例，在钢液凝固的过程l～2当中，δFe相的含量少于J点δFe的含量(79．5％)，而是(0．53-0．45)／(0．53-0．09)×100％=20．9％。

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设定凝固区间钢液线收缩系数与δFe含量成线性关系，则此时线收缩系数为4．6×10／℃(图7)。钢液中各种合金元素相互发生作用，A钢和B钢中的V和Cr元素在1600℃对C相互作用系数为-13和-34，这2种元素都是强烈降低钢中碳活度元素，导致钢液在凝固1～2过程中析出的δFe量要大于相对的碳质量分数。实际线收缩量落在图7所示意的圈内，导致铸坯凹坑和纵裂缺陷的发生率较高的主要原因之一。

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结晶器采用弱冷却对包晶钢的表面质量有很大的改善效果。碳的质量分数在0．17％～0．53％之间，钢液凝固过程收缩量相对较大的钢种，通过提高原来保护渣的碱度、熔点、黏度后，保护渣的溶化时间变长，把保护渣的熔化温度提高到1100～1250℃之间。这样，保护渣的熔速变慢，在钢液面上形成适当厚度的熔渣层和粉渣层，防止钢水氧化和热量损失，与结晶器弱冷有相同的效果。同样，保护渣黏度提高，保护渣的消耗量相对变大，坯壳与熔渣层之间的热阻相对变大，导出热量相对少些。这也就是使用改进后保护渣，会引起结晶器内导出热量减少，对凝固收缩量严重的钢种铸坯表明质量有很大的改善。 3 结论

1)小方坯浇注含有碳活性弱化元素较高(Cr和V)的中碳钢时，钢液凝固时发生过包晶反应，其线收缩量大于相对应碳含量的线收缩量。采用低熔点、低黏度、快熔速的保护渣，结晶器四壁导热不均匀和钢液凝固时线收缩量较大两者综合因素，是导致铸坯表面出现纵裂纹和横向凹坑的主要原因。

2)采用高熔点、高黏度、低熔速的保护渣，使铸坯单位表面积保护渣消耗量增加，结晶

[5]

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器内导热热阻变大，结晶器弱冷导热均匀性得到改善，降低了铸坯凹坑和纵裂纹的发生几率。 参考文献

[1] 王文学，王雨，迟景灏，等．不锈钢铸坯表面缺陷与保护渣性能的选择[C]／／连铸保护渣技术讲座及研讨会．重庆：2006．

[2] 蔡开科．连铸结晶器[M]．北京：冶金工业出版社，2008．

[3] Samyon Royzmen．Continuous Casting of Peritectic steel[J]．Steel Technology International，2000，80．

[4] 黄希枯．钢铁冶金原理[M]．北京：冶金工业出版社，1997． [5] 卢盛意．连铸坯质量[M]．北京：冶金工业出版社，2005．

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器内导热热阻变大，结晶器弱冷导热均匀性得到改善，降低了铸坯凹坑和纵裂纹的发生几率。 参考文献

[1] 王文学，王雨，迟景灏，等．不锈钢铸坯表面缺陷与保护渣性能的选择[C]／／连铸保护渣技术讲座及研讨会．重庆：2006．

[2] 蔡开科．连铸结晶器[M]．北京：冶金工业出版社，2008．

[3] Samyon Royzmen．Continuous Casting of Peritectic steel[J]．Steel Technology International，2000，80．

[4] 黄希枯．钢铁冶金原理[M]．北京：冶金工业出版社，1997． [5] 卢盛意．连铸坯质量[M]．北京：冶金工业出版社，2005．

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