連鑄坯的質(zhì)量缺陷.doc

唐山科技職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文摘 要為了解決連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量問題，我寫此論文主要是關(guān)于連鑄坯的質(zhì)量缺陷主要表現(xiàn)為,形狀缺陷,內(nèi)部缺陷等.中心裂紋,皮下裂紋,橫裂,縱裂較為明顯,，該論文關(guān)于鑄坯裂紋的形成的原因、形成過程、裂紋的類型及區(qū)別、內(nèi)部缺陷、形狀缺陷。通過對設(shè)備的點檢完善及工藝操作的鞏固,從而找出了形成質(zhì)量缺陷和裂紋的成因,并做出了相應(yīng)的控制措施,從而達到了減少鑄坯質(zhì)量問題.關(guān)鍵詞: 形成原因；形成過程；類型及區(qū)別；內(nèi)部缺陷；形狀缺陷。1 文獻綜述1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析連鑄取代模鑄是煉鋼生產(chǎn)流程中一次巨大技術(shù)變革。在1965年前絕大部分連鑄機是比較簡單的立式連鑄機，在1975年80%板坯、70%大方坯和小方坯采用弧型連鑄機生產(chǎn)，1984年已有30%板坯、20%大方坯采用連續(xù)彎曲矯直的立彎式連鑄機生產(chǎn)。目前世界上不少國家連鑄比較接近飽和。連鑄機型已基本定型化。 目前改進的方向是使連鑄機的結(jié)構(gòu)和輔助設(shè)備具有更高的綜合性能,操作過程自動化、可控性和安全性達到更高水平。其目的在于進一步發(fā)揮連鑄機的生產(chǎn)潛力和進一步提高鑄坯質(zhì)量。提高連鑄坯質(zhì)量，主要是解決以下問題：1）改善工藝控制生產(chǎn)無缺陷的連鑄坯，為實現(xiàn)直接熱送 和直接軋制創(chuàng)造條件。 2）獲得內(nèi)部極為均質(zhì)的連鑄坯 ，已保證產(chǎn)品的性能的均勻性。對特殊用途鋼種的鑄坯，關(guān)鍵是改善鑄坯內(nèi)部結(jié)構(gòu)和減少宏觀偏析。近幾年開發(fā)的技術(shù)解決鑄坯內(nèi)部質(zhì)量取得了明顯效果。 3）澆注過程的自動監(jiān)控和計算機跟蹤以及與鑄坯質(zhì)量在線統(tǒng)計分析相結(jié)合，是保證連鑄坯質(zhì)量的主要手段。采用這些技術(shù)可以實現(xiàn)對連鑄坯質(zhì)量在線表面缺陷進行檢測，連鑄設(shè)備的檢控技術(shù)（如結(jié)晶器形狀、振動等），鑄坯質(zhì)量在線識別模型。1.2 課題的研究意義通過對連鑄坯質(zhì)量缺陷的研究，使我對連鑄坯有進一步的認識。使以后在生產(chǎn)過程中了解缺陷的形成，改善連鑄坯質(zhì)量有一定意義。2內(nèi) 容2.1連鑄坯的裂紋產(chǎn)生原因 連鑄坯裂紋的形成是一個非常復雜的過程，是傳熱，傳質(zhì)和應(yīng)力相互作用的結(jié)果。帶液芯的高溫鑄坯在連鑄機運行過程中，各種力作用于高溫坯殼上產(chǎn)生變形，超過了鋼的允許強度和應(yīng)變是產(chǎn)生裂紋外因，鋼對裂紋敏感性是產(chǎn)生裂紋的內(nèi)因，而連鑄機設(shè)備和工藝因素是產(chǎn)生裂紋的條件。高溫帶液芯鑄坯在結(jié)晶器運行過程中是否產(chǎn)生裂紋，主要決定于：圖1 產(chǎn)生裂紋因素示意圖1） 外力作用結(jié)晶器坯殼與銅板摩擦力鋼水靜壓力產(chǎn)生鼓肚 圖2 鼓肚現(xiàn)象噴水冷卻不均勻產(chǎn)生熱應(yīng)力 鑄坯彎曲或矯直力支承輥不對中產(chǎn)生的機械力相變應(yīng)力當這些力作用在高溫鑄坯表面或凝固前沿產(chǎn)生的應(yīng)力或應(yīng)變量超過鋼的臨或臨時就產(chǎn)生裂紋，然后在二冷區(qū)裂紋進一步擴展。2） 鋼的高溫性能如圖所示，鋼可分為三個延性區(qū)：區(qū)凝固脆性區(qū)（Tm-1350）區(qū)高溫塑性區(qū)（1300-1000）區(qū)低溫脆化區(qū)（900-600）區(qū)使鑄坯產(chǎn)生內(nèi)裂紋，區(qū)使鑄坯產(chǎn)生表面裂紋,將鋼的高溫性能控制在區(qū).圖3 鋼的延性示意圖3） 工藝性能:采用低過熱度澆注,控制雜質(zhì)元素含量（S、P、Cu、Sn、Zn）,選擇合適的二冷水量和鑄坯表面溫度分布,保證坯殼與結(jié)晶器銅板良好的潤滑性,確保結(jié)晶器液面的穩(wěn)定性,結(jié)晶器內(nèi)坯殼均勻生長.4） 設(shè)備性能:選擇合適的結(jié)晶器錐度,結(jié)晶器的振動（振動頻率f，振幅S，負滑脫時間tN）,氣水噴霧冷卻,對弧準確，防止坯殼變形（對弧誤差0.5mm）,在線檢測支承輥開口度(0.5mm),支承輥變形,多點矯直或連續(xù)矯直,多節(jié)輥,壓縮澆注2.2鑄坯裂紋類型連鑄坯裂紋可分為： (1)連鑄坯表面裂紋 圖4 鑄坯表面缺陷示意圖1表面縱裂紋；2表面橫裂紋；3網(wǎng)狀裂紋；4角部橫裂紋；5邊部縱裂紋；6表面夾渣；7皮下針孔；8深振痕縱裂紋.橫裂紋.網(wǎng)狀裂紋. 皮下針孔表面裂紋是在結(jié)晶器彎月面區(qū)域，由于鋼水坯殼銅板保護渣之間不均衡凝固產(chǎn)生的。決定于鋼水在結(jié)晶器中的凝固過程。它會導致軋制板材表面的微細裂紋，影響產(chǎn)品表面質(zhì)量。(2)鑄坯內(nèi)部裂紋中間裂紋.矯直裂紋.角部裂紋.中心線裂紋 .三角區(qū)裂紋.皮下裂紋圖5 鑄坯內(nèi)部裂紋示意圖1角裂；2中間裂紋；3矯直裂紋；4皮下裂紋；5中心線裂紋；6星狀裂紋內(nèi)部裂紋是帶液芯的坯殼在二冷區(qū)凝固過程中產(chǎn)生的。它會影響中厚板的力學性能和使用性能。2.3內(nèi)部中心缺陷控制 鑄坯內(nèi)部質(zhì)量主要是指低倍結(jié)構(gòu)(柱狀晶與等軸晶的比例)、中心偏析、內(nèi)部裂紋和夾雜物水平。總的來看，鑄坯內(nèi)部質(zhì)量是與二冷區(qū)的類冷卻和支撐輥系統(tǒng)密切相關(guān)的。與鋼錠相比，連鑄坯低倍結(jié)構(gòu)與鋼錠無本質(zhì)的差別，也是由冷激層、柱狀晶和中心等軸晶區(qū)組成但連鑄坯低倍結(jié)構(gòu)2.3.1連鑄坯的凝固結(jié)構(gòu)控制 連鑄坯低倍結(jié)構(gòu)組成是由： 激冷細小等軸晶層(57mm) 柱狀晶區(qū) 中心粗大等軸晶區(qū) 但是連鑄坯低倍結(jié)構(gòu)的特點是： 柱狀晶發(fā)達甚至形成穿晶 連鑄坯液相穴很長(幾米20幾米)鋼水補充不好,容易產(chǎn)生中心疏松和縮孔連鑄坯凝固結(jié)構(gòu)控制的任務(wù)是： （1）控制柱狀晶與等軸晶的比例,擴大中心等軸晶區(qū),以獲得沒有內(nèi)部缺陷(如疏松和縮孔)的致密凝固組織.（2）柱狀晶使材料呈各向異性,使裂紋容易擴展;因此抑制鑄坯柱狀晶生長而擴大等軸晶區(qū)是改善連鑄坯質(zhì)量的一個重要任務(wù).其技術(shù)措施:控制鋼水過熱度,實行低溫快拉結(jié)晶器加入微型冷卻劑（如鐵屑，喂鋼帶）強化凝固工藝(如噴鐵粉,喂包芯線)水冷熱交換水口技術(shù)RM-Tesside鋼廠共同開發(fā)圖6采用電磁攪拌(M-EMS)如圖7 圖6 熱交換水口示意圖圖7 結(jié)晶器電磁攪拌原理圖2.3. 2連鑄坯中心致密度控制 鑄坯中心致密度決定了中心疏松和縮孔的嚴重程度，而中心疏松和縮孔伴隨有嚴重的中心偏析所謂鑄坯中心偏析就是溶質(zhì)元素在鑄坯中心區(qū)域分布的不均勻性中心疏松+偏析的危害: 管線鋼氫脆 中厚板韌性惡化 高碳硬線脆斷 使用過程中,工件產(chǎn)生裂紋的根源中心疏松+偏析形成原因：凝固橋理論富集溶質(zhì)液體流動理論(如板坯鼓肚) 為了減輕或消除鑄坯中心疏松和偏析,其辦法是：抑制柱狀晶生長,擴大鑄坯中心等軸晶帶抑制液相穴末端富集溶質(zhì)液體的流動 為此,采用以下技術(shù)措施：工藝優(yōu)化(拉速、鋼水過熱度、冷卻水量)。為減輕中心疏松,宜采用低拉速、低過熱度、弱冷卻操作模式電磁攪拌(EMS)輕壓F圖8凝固末端強冷圖8 輕壓下示意圖1大輥間距，坯殼鼓脹嚴重，中心偏析嚴重2小輥間距，坯殼鼓脹輕微，中心偏析中等 降低易形成偏析元素的含量(如S、P、O) 阻止液相穴內(nèi)鋼水流動, -合適的輥間距防止液相穴末端區(qū)域坯殼鼓肚 -防止支承輥變形 -加強二冷增強坯殼強度,坯殼溫度不大于1100應(yīng)當指出:高拉速與鑄坯內(nèi)部質(zhì)量是有矛盾的,高拉速帶來的問題： 鑄坯中心疏松縮孔加劇 液相穴內(nèi)夾雜物不易上浮因此應(yīng)當正確處理好連鑄坯質(zhì)量與鑄機生產(chǎn)率的關(guān)系,以求得其產(chǎn)量與質(zhì)量協(xié)調(diào)發(fā)展。1.穩(wěn)定和控制拉速 在換鋼包連澆時，尤其是上下兩包溫度相差大時，不能采用快降拉速操作。持續(xù)降速時間不能超過3-5分鐘，在某一拉速水平穩(wěn)定3-5分鐘后再進行降速操作！嚴格按照工藝操作升降拉速。嚴格執(zhí)行高溫慢拉操作，盡量降低高溫鋼水對鑄坯中心偏析及中心裂紋的影響。2 .控制鋼水過熱度和成分 鋼水過熱度控制10-20度。要求轉(zhuǎn)爐降低出鋼溫度，各爐次的出鋼溫度要穩(wěn)定，鋼水成分要穩(wěn)定，降低有害元素S P 的含量，提高Mn /S比到20以上。要求供應(yīng)連鑄二車間鋼包底吹氮氣時間保證在3分鐘以上。3 .配水，自10月16號以來規(guī)定最高拉速不得超過一米，應(yīng)該說連鑄機在該拉速狀態(tài)下應(yīng)該是很安全的，水表采用方式為：0.7以下用水表一（弱冷），0.7以上用水表二（中冷），當拉速在0.7左右變化時，人為的造成配水的改變，是否應(yīng)該考慮采用統(tǒng)一的水表。4. 扇形段輥縫開口度，以及水條水嘴要勤檢查.水條要不變形，水嘴不堵，輥縫開口度要在許可精度范圍內(nèi)。2.4坯形狀缺陷控制2.4.1菱變(脫方)(1)方坯脫方嚴重，易產(chǎn)生角裂，是漏鋼的根源.脫方值3%,D1，D2值由02mm增加到1120mm ,則角裂紋增加。 (2)脫方產(chǎn)生原因: 脫方根本原因來源于結(jié)晶器彎月面下3050mm處坯殼厚度生長不均勻性而產(chǎn)生不均勻收縮導致坯殼扭曲在二冷區(qū)加重. 方坯角部優(yōu)先凝固和優(yōu)先收縮 結(jié)晶器間隙沸騰現(xiàn)象 結(jié)晶器熱變形不對稱性 (3)防止方坯脫方措施: 合適的結(jié)晶器錐度,導熱的均勻性 -單錐度,0.60.7%/m -多錐度0.821%/m -拋物線錐度 結(jié)晶器冷卻均勻性(水縫厚度均勻和裝配對中) 水口注流與結(jié)晶器斷面的對中 結(jié)晶器水縫水流速大于610m/s,冷卻水反壓0.2Mpa 結(jié)晶器的合適圓角半徑(68mm) 結(jié)晶器水質(zhì)要好 結(jié)晶器鋼液面穩(wěn)定性 鋼水成分(C、S) 結(jié)晶器銅管壁厚和銅管磨損 結(jié)晶器出口到二冷區(qū)對弧準確 出結(jié)晶器增加四個角部冷卻二冷區(qū)四個面噴水冷卻均勻結(jié)晶器振動的偏差2mm 2.4.2鼓肚鼓肚是由鋼水靜壓力產(chǎn)生的，是連鑄板坯經(jīng)常發(fā)生的缺陷。鼓肚對板坯質(zhì)量的危害: 中心偏析加重 形成中心裂紋或中間裂紋這兩種缺陷會造成中厚板材分層,惡化力學性能.板坯鼓肚量: 由此可知,板坯鼓肚決定于: 鋼水靜壓力。 增加, 增加 支撐輥間距。增加, 呈4次方增加. 凝固厚度e。e增大,板坯強度增加, 減小 拉速v。v增大,e減小,鑄坯表面溫度增加, 增加二冷強度s.s增加,鑄坯表面溫度降低,鑄坯強度增加, 減小收縮輥縫 因此，應(yīng)把板坯鑄機的輥列設(shè)計，二次冷卻，工藝參數(shù)(拉速、澆注溫度)和鑄機的維護結(jié)合協(xié)調(diào)，使其板坯鼓肚量達到最小或沒有，這對保證中厚板的質(zhì)量是尤為重要的。3 結(jié) 論近年來,連鑄坯的質(zhì)量缺陷主要表現(xiàn)為,形狀缺陷,內(nèi)部缺陷等.中心裂紋,皮下裂紋,橫裂,縱裂較為明顯,其中產(chǎn)生缺陷及裂紋主要是由于受設(shè)備,工藝操作及其他因素導致的,現(xiàn)如今各企業(yè)通過對設(shè)備的點檢完善及工藝操作的鞏固,從而找出了形成質(zhì)量缺陷和裂紋的成因,并做出了相應(yīng)的控制措施,從而達到了減少鑄坯質(zhì)量問題. 參考文獻(1)蔡開科主編,澆注與凝固,冶金工業(yè)出版社,1987(2)九十年代鋼鐵工業(yè)