保护渣对连铸异型坯表面质量的影响

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! 异型坯的表面质量
异型坯连铸坯的表面质量问题主要表现为表 面纵裂纹, 特别是腹板纵裂纹; 二是表面针孔; 三 是翼缘端部处的凹陷。 连铸坯表面缺陷主要是在结晶器内产生的, 并在二冷区和空冷区进一步扩展形成, 这些表面 缺陷的成因是多方面的, 但是最主要的共同影响 因素是结晶器保护渣, 保护渣理化性能的合适与 否直接影响到异型坯的纵裂纹、 表面针孔和翼缘 端部凹陷等表面缺陷的产生和加剧。 通常衡量结晶器保护渣的指标主要有: "粘 度, # 熔化速度, $ 渣膜的润滑和导热性, % 稳定 性 (是否产生其它物相的可能性) 。此外还有两个
[ ] ! 倾向 。因此横向收缩产生的摩擦力与坯壳变
# $ ! $ ! 保护渣的粘度对表面纵裂纹的影 响
( ) 粘度的理论计算和实际修订 ! 对于保护渣粘度的测定, 在不同的实验室结 果可能都会有所差异, 对比衡量较困难, 一般可以 采用计算理论粘度和固定一个实验室实测粘度相 结合的方法来进行对比衡量。
! " " # $ % & ’ "( ’ ) * +, * ) -’ ./ ) 0 " 1 $ #2 ) 1 * 3 % "5 ’ . % 3 . ) ’ ) &5 1 & % 3 . # 1 87 * 1 . 9 4’ 67
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图# 保护渣液渣层对裂纹指数的影响
$ # 铸坯表面针孔
铸坯表面产生表面暴露的针孔, 一般深度小
图! ! ・ ! 与裂纹指数的关系
! 异型坯的特点
结晶器内的初生坯壳主要受钢水静压力、 凝 固坯壳冷却产生的收缩力和坯壳与结晶器保护渣 之间的摩擦力等等, 这几种应力综合作用于坯壳, 如果超过坯壳的塑性强度, 则在坯壳的薄弱部位 就会产生初始裂纹, 形成裂纹。坯壳和结晶器保 护渣之间的摩擦力与坯壳的运动方向相反, 在结 晶器内坯壳向下运动, 相对产生向上的摩擦力, 同 时由于坯壳冷却产生收缩时, 其表面要继续沿结 晶器壁向中心线移动, 在静压力造成的接触压力 下同样产生与其移动方向相反的摩擦力, 这两个 摩擦力共同合成坯壳与结晶器保护渣之间的摩擦 力, 对坯壳而言是一个张应力, 将从角部向铸坯中 央集中, 该力随铸坯宽度增大而增加, 其中向上的 摩擦力主要使坯壳产生横裂纹的倾向, 与其横向 收缩移动方向相反的摩擦力则使坯壳产生纵裂的
纵裂纹发生率高, 铸坯表面的纵裂纹不仅增大了 清理量, 也影响了正常的生产顺行, 严重的会造成 铸坯报废。 减轻结晶器内初始坯壳的横向应力, 就可以 减轻表面纵裂, 而减轻坯壳横向应力的措施一是 通过增大坯壳厚度, 二是减少坯壳厚度的不均匀 性, 因为应力总是在坯壳最薄弱的部位出现最大 值。实际中, 增加坯壳厚度的工作难度大, 而且更 易使坯壳的不均匀性增加, 因此如何使结晶器内 的坯壳更均匀是减少坯壳应力最有效的办法, 而 减少坯壳厚度的不均匀程度, 坯壳和结晶器之间 适宜的保护渣渣膜以及结晶器缓冷是最有效的措 施, 但结晶器受安全生产的要求需保证一定的流 量和压力, 故结晶器缓冷有一定限制, 一般通过调 整保护渣来改善结晶器的传热, 来达到使坯壳的 不均匀性降低的目的。
% ( ( &年 ! %月 第 卷 第 ・& ・ % ( .期 (
炼 钢 A H E E I J 8 K 2 4 5
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保护渣对连铸异型坯表面质量的影响
乌力平, 李建中, 汤寅波, 沙学广
(马鞍山钢铁股份有限公司 第三炼钢厂, 安徽 马鞍山 % ) & ’ ( ! ! 摘 要:文中分析了结晶器保护渣对连铸异型坯质量的影响, 主要讨论了异型坯腹板纵裂纹、 表面针孔
及翼缘端部凹陷等铸坯质量缺陷, 特别是对表面针孔缺陷做了热力学计算, 从理论上分析了异型坯产生 缺陷的原因, 提出了适合马钢异型坯连铸结晶器保护渣的主要指标和性能。 关键词:异型坯; 保护渣; 腹板纵裂纹; 表面针孔 中图分类号: ( ) ) * + + ! 文献标识码: , 文章编号: ! ( ( % ! ( & ’ % ( ( & ( . ( ( & ( ( #
" ( ) % & % & !( ! !’ # 式中, ! 和" 是组分物质的量浓度的函数; # 为绝对温度。 为了使结晶器保护渣的粘度更加具有可比性
和再现性, 我们采用公式 ( ) 来计算理论粘度, 采 ! 用河南西峡石宝集团实验室粘度仪做为实际测定 粘度, 对使用过的进口和国内的十几种保护渣进 行了实际测定, 并对数据进行统计和分析, 得到异 型坯保护渣在!# ) ) * 时的计算粘度和实际测定 粘度的修正公式: ( ) ! $ + , ) $ , " " )!’ ! 式中 !— — —实际粘度, 泊 ( ・ ) ; ! . ’ ) $ ! . / 0 — —计算粘度, 泊 ( ・ ) 。 ! . ’ ) $ ! . / 0 )— ! 在生产实际中,可以通过保护渣粘度修正公 ) , 对生产厂家所做的保护渣粘度进行核查, 式 ( " 排除粘度测定仪所产生的较大误差, 使保护渣的 调整和试验周期迅速缩短 (必要时可先用计算粘 度来代替测定粘度) 。 ( ) 保护渣粘度与表面纵裂纹 "
[ ] " 粘度的理论计算有如下公式 :
形所产生的应力是纵向裂纹产生的根源, 从力学 分析的角度讲, 纵裂产生的最大唯一原因是与其 垂直的横向应力。 异型坯与普通板坯相比, 异型坯形状复杂, 受 力方向多维, 其最大区别在于: ( ) 板坯壳收缩受翼缘 (结晶器凸出部分) 的 ! 牵制, 形成额外的应力, 而板坯宽面坯壳收缩自由 收缩; ( ) 翼缘的变形会使得腹板与结晶器壁之间 " 的摩擦力增加, 从而使得坯壳冷却收缩所产生的 应力最大; ( ) 在结晶器下部和二次冷却区, 翼缘的变形 # 对表面裂纹及其皮下裂纹的扩展影响严重。 因此, 由于翼缘的存在, 异型坯腹板比板坯宽 面更容易产生表面纵向裂纹缺陷, 同时更高更大 的翼缘的存在, 使得大异型坯又比小异型坯的裂 纹发生率高。
作者简介:乌力平 ( , 男 (汉族) , 浙江宁波人, 马鞍山钢铁股份有限公司第三炼钢厂, 教授级高级工程师。 万方数据 ! " # " $)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第,期
乌力平, 等: 保护渣对连铸异型坯表面质量的影响
・1 !・
生产中常用的指标: 保护渣的消耗量和液渣层的 厚度, 其中粘度直接影响保护渣的消耗量, 保护渣 的消耗量和熔化速度则影响液渣层的厚度。
" 异型坯表面主要缺陷产生的原因及与 保护渣的关系 # $ ! 腹板纵裂纹
从异型坯的特点分析我们知道, 由于异型坯
万方数据 形状复杂, 腹板易出现纵裂纹, 大异比小异的腹板
・& #・


第# )卷
坯壳和结晶器之间适宜的保护渣渣膜厚度决 定了坯壳的传热和润滑, 与保护渣的粘度有直接 关系, 粘度较低时, 液态渣会在局部过多形成渣 沟; 而粘度较大时, 液态渣不会顺畅地流入弯月 面, 就不可能在坯壳和结晶器之间形成厚度均匀 的渣膜, 从而增加了坯壳的不均匀性。 粘度较低或较高的保护渣都使大异型坯产生 较多的裂纹, 特别是粘度高时情况更严重, 对于小 异型坯而言, 粘度对其的影响比大异型坯要小一 些。综合考虑铸坯拉速的影响, 粘度 ! 与铸坯拉 速! 的乘积与表面纵裂纹的关系见图 ! (钢种为 、 、’( " # $ % " $ & % $ & % 等,中 包 温 度 !% # )! , 从中可以看出大异型坯 ! ・ !,) $! !% * ) +) , 小异型坯 ! ・ ) & !,) #!) %时其表面纵裂纹
[ ] $ 比较低, 这与有关的文献 报告有相似之处。
。 图 # 中 表 明, 液 渣 层 一 般 !*. 图# .或 " 最佳范围在 /!! 否则极易出 ! %. ., #. .之间, 现裂纹, 原因是液渣太薄时, 熔融液渣受到钢水扰 动的影响, 使液渣层、 烧结层和粉渣层的稳定结构 遭到破坏, 液渣的粘度波动加大, 流入结晶器器壁 的渣膜不够或断裂, 不能在坯壳和结晶器之间形 成良好的润滑, 恶化了传热, 坯壳不均匀性增大, 易产生裂纹; 而液渣过厚时, 首先是保护渣保温性 能不佳, 操作恶化, 其次因液渣过厚流入的渣膜不 均匀性增加从而导致坯壳不均匀性增加, 易产生 纵裂纹。
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