矩形坯工艺及质量

矩形坯工艺及质量控制4#机尹峰2010.6简介：什麽是矩形坯？方坯宽厚比是1，板坯宽厚比一般是3，介于两者之间的就是矩形坯。4#机生产3个断面规格，宽厚比分别是：1.5625；1.3818；1.26125。由于宽厚比较小，所以也叫大方坯。矩形坯的特点：兼具小方坯与板坯的特点。如：从生产事故方面来说，既有小方坯的角裂漏钢，又有板坯的宽面中心纵裂和粘结漏钢。目录：连铸钢水的温度和成分温度重要性及碳等成分连铸钢水的凝固重要点位和工艺控制核心思路的确立矩形坯工艺控制工艺控制核心思路在操作过程中的具体实施保护渣操作保护渣的机理及现场判定，操作过程中的注意事项连铸钢水的温度与成分钢水温度良好的钢水温度会有效提高铸机生产率，保证铸机生产的稳定性；同时，由于较低的过热度能有效抑制柱状晶的生长（连铸钢水凝固），扩大与提高等轴晶的比例，从而获得良好的铸坯质量。并且在实际操作中，过热度的降低，可以保证较高的中包工作液面，促进了钢水中夹杂与气体的充分上浮，提高了钢水纯净性。因此，合适的钢水温度是连铸顺行的前提，又是获得良好铸坯质量的基础。钢水成分碳是钢中最基本的，也是对组织性能影响最大的元素。当[c]在0.08-0.12%时，钢的热裂纹敏感性增加，随着[c]增加，钢的裂纹敏感性逐步增加。当[c]达到0.17-0.22%时，钢的总延伸率和塑性延伸率最低，直至为零（碳素钢）。因此，[c]在0.17-0.22%时，钢的热裂纹敏感性最大（碳素钢，ss400)。所以[c]应尽量控制在下限区域，即低于0.20%，可有效降低热裂纹敏感性。如[c]大于0.17%，应控制好过热度及拉速，减小δ-γ的相变体积收缩，防止角裂漏钢的产生。（综合考虑，观点较多）硫硫对钢的热裂纹敏感性有较大影响。硫在钢中的存在形式主要为[FeS]和[MnS]。[s]增加时，钢的延伸率大大降低。Mn/S，小方坯一般不小于15，大方坯不小于20，板坯不小于25。连铸作业过程中，应严禁出现高温、高硫、高拉速的存在，这极易导致生产事故（工艺控制详细讨论危害作用过程机理）。硫高时应注意过热度与拉速的控制，适当降低拉速，保证生产与质量的安全性和稳定性。锰、硅含量采用锰硅脱氧时，如Mn/si小于2.5，其脱氧产物多为固态的SiO2，所以钢水较粘，流动性差。当Mn/Si大于2.5时，脱氧产物为液态的硅酸锰，流动性好，夹杂易上浮。铌铌能细化晶粒，提高强度。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。高温条件下，会降低钢的高温塑性，使铸坯产生横裂。铸坯内凝固前沿所产生的热应力，会导致内裂的产生。连铸钢水的凝固铁在不同的温度范围内有不同的晶体结构。室温铁是体心立方晶格（点阵），称为α铁（αFe）。温度升高到912℃时，α铁转变为面心立方晶格，称为γ铁（γFe）。温度升高到1394℃时，γ铁转变为体心立方晶格，称为δ铁（δFe），δFe一直保持到1538℃变为液体。铁的“同素异构”（L→δ→γ→α）→相变→应变→形变→裂纹相图包晶反应钢水温度降到液相线温度时，从液体中结晶出的固体为δFe，并以柱状晶（？）形式长大，温度继续降低时，发生包晶反应δFe+L→γFe，即：围绕δFe形成γFe包层，形成了δFe+γFe+L三个相界面。不合理与合理性温度继续降低，γ相长大是由碳原子通过相界面扩散，使δ相和液体消耗殆尽，全部变成γ相（奥氏体）。（奥氏体的晶界析出）L→δ→γ→α相变→应变→形变→裂纹柱状晶图片柱状晶图片钢水中，Fe与FeS的共晶体Fe-FeS，其熔点只有985℃。在凝固过程中，由于选分结晶的作用，Fe-FeS被隔离柱状晶间，在轧制过程中，加热炉温度超过1100℃，就会熔化，轧材出现断、裂现象。硫危害的机理钢水脱氧不良或过氧化，会加剧这种现象的发生：过多的FeO与FeS形成了熔点更低的FeS-FeO共晶体（940℃）。增加Mn的含量，可以提高钢水中Mn/S，降低硫的危害。加强了脱氧，减少了FeS-FeO的生成。加热→重熔（膨胀）→毛细虹吸→脆弱区聚集糊状晶糊状晶是钢水在凝固过程中，当强度和塑性为“0”时的两温度区内钢的物理状态。如：铸坯在凝固过程中，当温度降至1504℃时，高温强度为“0”。温度降至1452℃时，高温塑性为“0”时，在此两温度区间即是糊状晶区域，也叫粘稠区。（固相率）糊状晶受机械应力和热应力作用。糊状晶在二冷区域存在时，易产生内裂；在铸坯中心区域出现（凝固末端）时，伴随中心裂纹、疏松、偏析等缺陷的产生。（方法）糊状晶与浇注温度、二次冷却、钢种元素含量等有关。（S355K2，1.0m/min→1.2m/min；345B的T）高温区（1300℃到固相线以下50℃）在此区，钢的高温塑性和强度明显降低，特别是s.p等偏析元素的存在，在枝晶间析出液相薄膜（未凝），使钢的脆性增加，这是固液界面容易产生裂纹的根本原因。中温区（1300-900℃）在此区，钢处于奥氏体相区。它的强度决定于晶界析出的硫化物、氧化物的数量和形状。低温区（900-700℃）这个脆性区存在γ→α的相变，并在晶界上有AIN和Nb、Ti（c，n）等质点沉淀，使延性降低，加剧了裂纹的形成与扩展。钢的三个高温脆性区高温脆性曲线工艺控制核心思路获得良好的柱状晶环带（“控制住状晶”）良好柱状晶环带的特征：1.足以包裹液芯钢水，不至于产生工艺事故。2.柱状晶细（生成条件、固液界面的生长）；晶间间隙小，组织致密；晶界析出弥散（相对），相变应力小（事故、质量两方面影响）。连铸坯的组织结构柱状晶生长简示图矩形坯工艺及质量控制分工序进行交流。主要从实际操作角度出发，着重介绍矩形坯工艺控制核心思路的实施细节。由于连铸是个系统控制问题，所以中间会有部分内容相互穿插。如大包浇注涉及到拉钢和二冷控制，二冷控制受大包浇注和拉钢过程的影响等。大包工序中间包注流的特点（多流铸机）：中间包包形多为T形或三角形，中间包中间注流所受到的温度、大包注流的冲击强度以及夹杂、气体上浮的有效时间等工作环境因素要比两侧注流差。大包、中间包的钢水温度分布及浇注温度曲线（“两低一高”）1、中包液面的“两高一低”：延缓、抑制中包浇注温度的上升，平缓浇注温度曲线。2、中包拉速的“两高一低”：中间注流的安全性，减弱大包注流的冲击、扰动强度，延长了夹杂、气体的上浮时间。800mm两高一低高液面操作：实验表明，夹杂物在中间包上浮所需最短时间大约是5min。延长滞留时间，可使夹杂物充分上浮，气体聚集排出，降低结晶器钢水温度，钢水均质。污染钢水的分布：大包、中间包正常状态：恒定、匀速下降、匀速上升；波动平缓，不能急升骤降或忽快忽慢。原因：（二冷关系）中间包工作液面定径二冷简示高温的控制开浇后，工作液面相对低点（800mm不等-t钢/min，收窄一高范围，抑制T），更换滑块（中间、成本），不能牺牲液面（柱状晶，晶间间隙↑与气体、夹杂充填，角部凹陷↑的后患，质量或事故）。阶梯状包衬吸热（由来）两个矛盾：液面、拉速“两高一低”的滑块配置→生产节奏一个原则：近满包时匹配生产节奏办法一：细化滑块内径（↑不同的中间包使用周期）办法二：增加中间包溶池深度一个思考：优秀的大包工不一定是合适的班机长，但班机长必须是优秀的大包工小结拉钢工序结晶器的冷却：纵向、横向；角部、面部；改善结晶器冷却的两种思路（高结晶率、低粘度保护渣）纵向横向为什麽角部容易漏钢？（微观与宏观凹陷，简单扩展至二冷）角部漏钢的因素：正常生产中随时可能遇到的因素（……结晶偏析倾向大，晶界脆化）关于拉钢操作过程中其他问题在保护渣操作部分交流讨论。12341：注册表2：跟踪3、调节阀4、检测闭环与开路二冷部分铸坯在冷却收缩过程中，若坯壳所受温差过大会导致坯壳产生裂纹并造成铸坯内部柱状晶发达，甚至形成搭桥现象。二冷水强度和分布非常重要。二次冷却都应遵循以下几个原则：1、上强下弱。铸坯出结晶器后，在二冷上段坯壳薄、热阻小、坯壳收缩产生的应力亦小，有利于强冷，减少漏钢事故。随着铸坯不断地向二冷下段运动，坯壳逐渐加厚，热阻增大，为避免铸坯表面因应力过大而产生裂纹，要逐渐减小冷却强度（亦称比水量：即每千克钢耗水量L/kg）。适宜的冷却强度可以减轻或避免铸坯的裂纹、中心疏松等缺陷。2、保证铸坯表面均匀冷却。铸坯角部冷却不宜过大，要求拉坯方向表面温差小于200℃/m，横向表面温差小100℃/m。3、控制铸坯表面回温在容许范围内。防止凝固前沿的拉应力过大而导致内裂纹，应控制二次冷却空冷段铸坯表面的回温速度小于100℃/m。4、耗水量要能灵活调节，因为冷却强度随钢种而变。某些热敏感性强的钢种冷却强度还要低一些。5、避免在脆性区（700-900℃）矫直。6、冷却效率要高，以加速热量的传递。提问：1、为什麽冷却强度大、浇注温度高柱状晶粗大？（晶间疏松→析出集聚）2、为什麽冷却强度小、浇注温度低柱状晶细小？（晶间致密→相对弥散）图解：高温、高硫、高拉速（三高）的生产危害机理高温钢水凝固特点；硫危害的机理；高拉速坯壳组织特点。高硫的控制：弱冷，降低坯壳的不均匀生长，柱状晶细、短，晶间间隙小，缩小硫的低温共晶体的生存空间，挤压到液芯中去。二冷总体控制思路：结晶器弱冷，零段、Ⅰ段冷却适当强冷（方式：Q、F），Ⅱ、Ⅲ弱冷回熔（枝晶雨）。总强度减弱（16%，18%，19%），生成“光斑”（火切工序的铸坯在线判定）。火切工序铸坯经火焰切割工序切割后，在铸坯切断面形成一定特征，这些特征可判断铸坯凝固情况，从而为拉钢的安全性、质量的稳定性服务。并可根据特征对铸坯进行在线调整，适应长生产周期的要求（喷嘴堵塞、泄漏等，影响冷却通腔）。坯面覆盖均匀、细碎的氧化铁皮（矩形坯、小方坯的不同）“光斑”居中，直径50—70mm，“光斑”辐射区面积占铸坯切断面的50-60%。（飘移）形状尺寸良好，无凹陷等形状缺陷（重点判断漏钢）良好铸坯特征工艺控制小结闭环控制火切工序大包工序拉钢工序二冷部分保护渣操作连铸保护渣是以CaO-SiO2-AI2O3为基料，NaO、CaF2等为熔剂，碳质组分为骨架材料的一种硅酸盐材料。保护渣的工艺性能：铺展性、透气性、保温性、烧结及渣团渣条碱度为CaO/SiO2。它对于保护渣的结晶特性影响很大，因而影响保护渣的导热性和润滑性能。保护渣的碱度一般为0.6～1.4，当保护渣的碱度小于1.0时为酸性渣，凝固后呈玻璃体，润滑性很好，导热性能很好。当碱度大于1.0时为碱性渣，能提高凝固温度，促使结晶化，带来缓慢冷却，有助于防止纵裂纹的发生。提高熔渣碱度，可使熔渣粘度降低，使扩散速度加快，因而有利于加快吸收速度。所以提高碱度是提高熔渣吸收三氧化二铝夹杂物速度的有效手段。碱度粘度保护渣的粘度主要是由温度和化学成分决定的。温度升高，粘度减小。随着保护渣中SiO2、Al2O3含量的升高及碱度(CaO/SiO2)的降低，粘度升高。另外，网状组织抑制元素,例如氟化物(NaF、CaF2)，强碱（Na2O、K2O)和碱金属氧化物(CaO、MgO、BaO）可降低保护渣的粘度。保护渣粘度一般用粘度测定装置测出。保护渣作用过程机理：图示温度分布：40℃-600℃-1250℃-1530℃液渣厚度：＞液面起伏高度（3-4倍振幅？驻波高度）渣圈厚度的影响因素：结晶器热面温度、保护渣粘度、钢水温度、保护渣厚度、保护渣熔点温度等，渣圈薄，振痕浅图示：粘结漏钢的机理渣圈较厚（原因：粘度、冷却、操作等），堵塞甚至封死了液渣流入气隙的通道，造成了润滑传热不良，产生粘结漏钢；渣圈未挑净，小渣圈被带入气隙中(或钢液面波动将其卷入)，隔绝了液渣的润滑传热，造成润滑传热不良，产生粘结漏钢（如被带入渣圈较大，则形成出结晶器口的渣漏）。液渣层厚度稳定，随渣厚的变化不大。渣面适度“活跃”，结晶器有四周均匀的火苗，渣面偶尔飘过火苗。钢面无结壳。烧结层适度，无渣团。如有渣圈，挑出后观察渣圈厚度（1mm左右）。现场判断保护渣的几个方面