组合式结晶器内连铸坯皮下气泡的形成_刘德富

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近窄面的宽面, 气泡分布与气泡大小无关, 气泡直径 在 0. 05~ 3. 00 mm 之间, 小气泡居多。
据报道 [ 3] , 攀钢热轧板厂于 1998年下半年出现 大量带有边裂缺陷的产品, 对出现边裂的炉次查找 铸坯样并且对部分铸坯低倍样进行查看, 发现铸坯 上有的带有大量针孔或皮下气泡, 或有角横裂缺陷。 针孔大小为 0. 5~ 1. 5 mm, 长度小于 18 mm, 距表 面距离 0~ 50 mm, 经计算, 热轧板上的裂纹与铸坯 上的针孔或气泡相对应。带有角横裂的铸坯轧成热 轧板的边部带有同样的边裂缺陷。
鱼鳞 状的边峰裂。中厚板边部裂纹形貌与其厚度 有关, 随着厚度的递减, 即变形量增大, 其边部裂纹形 貌由 雨点 状逐渐变大。如果铸坯存在蜂窝状皮下 气泡, 钢板边部裂纹则会呈现 鱼鳞 状。
边裂是中厚板生产的主要质量缺陷之一, 大多数 用户在使用过程中会对轧板进行切边处理, 消除中厚 板边裂的不良影响。但有一部分用户因为现场使用 要求, 不能对轧板进行切边, 中厚板边裂就会严重影 响其使用性能 [ 1] 。
综上所述, 连铸板坯上的皮下气泡多分布在窄 面, 或靠近窄面的宽面边部, 也可以说皮下气泡分布 在连铸坯角部附近, 在轧制后的板材上形成边裂。
3 连铸板坯皮下气泡产生的原因
文献 [ 2]指出, 连铸过程产生气泡的主要原因有 3 类 脱氧不良、外来气体 ( 空气、保护性气体 )、 水蒸气 ( 来自潮湿的添加料和耐火材料等 )。但生产 实践表明, 即使对这些因素都进行了严格控制, 仍不 能彻底消除皮下气泡。
1 前言
板材皮下气泡是一个普遍存在的问题, 大量文 献报道并 分析了这 种缺陷产 生的原因 [ 1~ 5] 。有报 道 [ 1] 认为边裂是中厚板生产的主要质量缺陷之一, 而皮下气泡又是造成中厚板边裂的重要原因之一。 皮下气泡对板材质量的严重影响已经引起了人们的 高度重视, 但却常常发现, 尽管对各种可能引起皮下 气泡的因素都进行了严格控制, 皮下气泡缺陷仍时 有发生。这说明肯定 还有重要的影响 因素被忽略 了, 没有得到有效控制, 所以皮下气泡缺陷仍然会发 生。对于连铸板坯皮下气泡产生的原因还需要进一 步探讨。
第 3期 2009年 6月
连
铸
C on tinuou s C asting
N o. 3 June 2009
组合式结晶器内连铸坯皮下气泡的形成
刘德富1, 刘大琦 2
( 1. 东北特殊钢集团有限责任公司, 辽宁 大连 116031; 2. 燕山大学材料科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004)
摘 要: 通过对有关文献的评述, 讨论了连 铸板坯 皮下气 泡的形 成原因 和分布 特点, 说明连 铸过程 中组合 式结晶 器角缝中上升气流吹入钢水可造 成连铸坯皮下气泡。降低钢水过热度、降低拉速以 促使结晶器 内钢水尽 快形成稳 定坯壳, 从而可以抵抗气流吹入, 减轻皮下气泡的形成。由于 在组合 式结晶器 内连铸 坯皮下 气泡的 产生是 难以避 免的, 所以棒材生产线的方坯连铸机不宜采用组合式结晶器, 采用管式结晶器是当前的发展趋势。 关键词: 连铸; 皮下气泡; 组合式结晶器; 管 式结晶器 中图分类号: TF777. 1 文献标识码: A 文章编号: 1005-4006( 2009) 03-0036-03
文献 [ 2] 还介绍了美国 Inland钢厂的 1号板坯 连铸机所生产的低碳和超低碳钢板坯, 冷轧后钢卷的 表面或皮下出现铅笔状气泡, 在钢卷退火后, 皮下气 泡所在位置甚至出现鼓泡。钢卷出现气泡的主要位 置对应于钢坯的内弧宽面, 距离铸坯两窄面 150 mm 以内。H oogovens Staal BV 钢公司的断面为 200 mm
国内已有一些企业为改善连铸坯表面质量, 将大 方坯连铸机的组合式结晶器改造成了管式结晶器, 取 得了很好的效果。包钢就将 280 mm 380 mm 大方 坯连铸机组合式结晶器改造成了管式结晶器, 使连铸 坯表面质量大大提高 [ 8] 。据报道, 2004年莱钢在大 方坯连铸机上采用管式结晶器取得了良好效果, 与组
据报道 [ 4] , 昆 钢板带生产线 投产后, 炉卷轧机 轧制的热轧板卷所出现的边裂缺陷, 主要形貌特征 为整个板卷边缘均出现小块破烂边, 这种小的破边 常伴有条痕状或鱼鳞状的结疤和折叠现象, 一般发 生在钢卷板的外表面, 这种缺陷是连铸坯皮下气泡 所造成。
有报道认为 [ 1] 边裂产生的原因之一是连铸坯角 部有表面 (皮下 ) 缺陷, 主要是横微裂和皮下气泡, 经 过轧制变形后发展成为呈 M 状、倒 V状、雨点 状和
在连铸过程中, 结晶器内部温度很高, 角缝内侧 的气体受热而温度急剧升高, 体积膨胀, 密度减小, 因 而会迅速上升形成气流, 角缝外部温度较低的气体会 沿缝隙向内部流动来补充内部气流上升而失去的气 体。这样就在角缝处形成了气体流动 ( 如图 1所示 )。
如果结晶器外部角缝处有水, 水会靠毛吸作用进 入结晶器内部, 进入结晶器内的水会立即变为水蒸 气, 外部的水会持续不断地通过角缝吸入结晶器内部 并形成水蒸气随同角缝处的气流一起上升。
2 连铸板坯皮下气泡的分布特点
文献 [ 2] 介绍了韶钢 2号板坯连铸机采取全程
氩气保护浇注, 有塞棒吹氩和中间包上下水口氩封, 各种保护渣和合金料现场取样检测的水分都符合标 准要求, 但仍然产生了皮下气泡。存在气泡的铸坯经 火焰清理或车削加工发现, 气泡分布在皮下 50 mm 以 内, 主要分布在板坯窄面及靠近窄面 300 mm 以内的宽 面。对于不切边的 40 mm 以上钢板, 纵边侧面明显存 在气泡。当靠近钢板纵边位置的气泡密度大、尺寸大 时, 钢板表面的中间部位也存在少量气泡。
从连铸板坯皮下气泡的位置分布来看, 气泡多产 生在角部附近, 所以结晶器角部结构是一个值得探讨 的问题。
皮下气泡缺陷在采用组合式结晶器生产的连铸 板坯中普遍存在, 但在采用管式结晶器生产的方坯中 则很少出现。此现象说明, 组合式结晶器和管式结晶
器结构上的差别是不容忽视的, 这两种结晶器最根本 的差别在于管式结晶器是一种整体结构, 四周没有缝 隙; 组合式结晶器由四块铜板组装而成, 在四个角上 具有角缝, 无论装配如何严密, 角缝都不可能消除, 有 报道认为至少要有 0. 3 mm 以上的缝隙 [ 5] 。
Form ati on of Subcutaneous B low H ole of Casti ng Slab W ith CompositeM ould
L IU D e-fu1, L IU D a-q i2
( 1. Dongbe i Spec ial Steel G roup Co. , L td. , D alian 116031, L iaon ing, Ch ina; 2. Co llege o fM ater ia l Sc ience and Eng inee ring, Y anshan U n iversity, Q inhuangdao 066004, H ebe,i China)
由于板材的生产过程中, 最后要切边, 而皮下气 泡缺陷恰恰是在边部形成, 如果缺陷轻微, 则可以切 掉, 不会造成严重废品。但对于连铸方坯则不然, 方 坯上的皮下气泡, 轧成棒材后在表面形成纵向裂纹, 要消除这种裂纹, 一种办法是对连铸坯进行清理, 除 掉皮下气泡, 另一种办法是对钢材进行剥皮, 除掉裂 纹。无论采用那种办法都要降低成材率, 降低生产效 率, 增加生产成本。所以方坯连铸机不宜采用组合式 结晶器。
Abstrac t: By commenting on the re levan t references, the form ing reason and distribution of the subcutaneous b low ho le in the continuous cast slab was discussed. Dur ing continuous casting the r ising a ir curren t in the co rner g ap of the com posite m ou ld blow ing into the liqu id stee l w ill cause the fo rm ation of the subcutaneous blow ho les in the slab. Low ering the temperatu re o f the liqu id stee l and low er ing the draw ing speed can allev iate the subcutaneous b low ho les by form ing stab le slab she ll qu ickly so as to prevent the a ir from blow ing in. It is unavo idable fo r the subcutaneous blow ho les in the slab to be form ed w hen casting w ith composite m ou ld, so it is unsu itab le for the com posite mould to be used for the continuous casting o f the b loom fo r the production o f rolled bars. A t present the us ing o f tubular m ould is a trend. K ey word s: continuous casting; subcu taneous b low ho le; com pos ite m ou ld; tubu lar m ou ld
从国内的连铸机来看, 板坯连铸机都是采用组合 式结晶器, 而方坯连铸机则绝大多数采用管式结晶 器, 生产实践已经证明使用管式结晶器的方坯连铸机 不存在连铸坯皮下气泡问题。但近年来有些大方坯 连铸机采用了组合式结晶器, 结果产生大量皮下裂纹 废品 [ 6、7] 。连铸大方坯扒皮酸洗后发现有角部横裂、 纵裂、表面夹渣量大, 且多靠近铸坯角部分布 [ 7] 。
2250 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱm 的连铸板坯实物中存在的气泡主要分布 在板坯的皮下 60mm 以内, 而且主要分布在窄面及靠
作者简介: 刘德富 ( 1947-) , 男, 博士, 教授级高级工程师; E-m ai:l liudefu189@ yahoo. com. cn; 修订日期: 2008-11-04
第 3期
刘德富等: 组合式结晶器内连铸坯皮下气泡的形成
由角缝吹入气体形成的皮下气泡, 在铸坯上的位 置必然处于角部附近, 这与文献所报道的板坯皮下气 泡的位置分布是吻合的, 皮下气泡位于板坯窄面和靠 近窄面的宽面上。
图 1 连铸过程中结晶器角缝中气体流动示意图
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连铸
4 角缝气流形成皮下气泡的预防
对于组合式结晶器来说, 连铸过程中角缝中的气 体流动是不可避免的, 连铸坯上的皮下气泡也几乎是 不可避免的。但从这种皮下气泡形成过程来看, 如果 钢水在结晶器内能尽快形成稳定的坯壳就可以阻止 气体吹入, 从而可以减轻皮下气泡的形成。由此可 见, 降低钢水过热度和降低拉速都有减轻皮下气泡的 效果。
上升气流在坯壳表面吹扫而过, 已形成的稳固坯 壳会阻止这些气体进入钢坯内部。但在结晶器上部 钢水的弯月面处, 气流会吹入尚未形成坯壳的钢水, 吹入钢水的气体有一些要发生化学反应, 如水蒸气要 分解为氢和氧, 氧气可能与碳反应生成一氧化碳, 二 氧化碳与碳反应生成一氧化碳。氮气和惰性气体不 会参与反应。最后产物中的气体有一部分能通过渣 层向上溢出, 有一部分则来不及溢出而随同坯壳的形 成滞留在皮下形成气泡。钢水面上的保护渣处于可 流动状态, 上升气流可以吹入保护渣内, 进而卷入钢 水, 并随着坯壳的形成而滞留在坯壳内形成皮下气 泡。