連鑄產品缺陷的原因分析及改進

馬 昆

（唐鋼型線事業部，河北 唐山 063000）

當前，我國經濟已步入快速發展的軌道，國家基本建設逐步加快，極大地推動了工業企業的發展，并由此而拉動了鋼鐵行工業的快速發展。當前，無論是鋼鐵的生產還是鋼鐵的消費，我國都排在世界首列。連鑄連軋作為一門綜合技術是由煉鋼、連鑄及軋制等各個流程整合而來的，當前日臻成熟的技術優勢能夠有效提升整個軋材生產過程的工藝質量，還有助于工藝流程的優化和縮短，使得軋材生產系統進一步簡化，進而使得能耗降低，生產成本得以有效節約。

就生產工藝而言，無需對連鑄生產的板坯進行冷卻和精整處理，只需直接用軋機對其熱裝熱送后材料進行軋制即可。如此一來，為確保連鑄連軋具有較高的協調性和緊湊型，必須對連鑄板坯從鑄機到軋機之間的時間間隔進行有效控制。相比較于其他板材的生產工藝，連鑄連軋工藝中可以用來對鑄坯質量問題進行檢測和處理的時間十分有限，因此必須在生產過程中加大對鑄坯表面及內部質量的控制力度，而要實現這一目的，就必須加快確立無缺陷鑄坯制造技術。然而，在具體實踐中，連鑄板坯需要經歷一個相當復雜的生產流程，其產品質量受到各個環節生產工藝的影響，而現有連鑄設備及工藝水平還有待提升，使得連鑄板坯的生產很難有效避免裂紋、氣泡、夾雜、中心缺陷等問題的出現，嚴重的甚至影響接下來的軋制工藝。

1 邊部裂紋缺陷分析

板卷邊部裂紋缺陷以距離板卷邊部1cm～2cm處的裂紋缺陷為主，常常呈現為具有一定深度和長度的裂紋，嚴重情況下，不同裂紋相互交叉進而出現翹皮，具體形態如同“舌頭”。還有一種情形未在靠近板卷上下表面的邊部呈現短、多、淺的簇狀碎裂紋。

圖1 邊部裂紋

（1）邊部裂紋產生原因。兩方面原因導致邊部出現裂紋：一是結晶器跑錐度，無法足夠有效地對鑄坯邊部進行冷卻，經過二冷區冷卻后使得窄面收縮，呈現臺階狀缺陷，最終導致邊部裂紋的出現；二是軋機粗軋輥表面因老化而變得粗糙，在軋制過程中對鑄坯窄邊進行刮蹭，經精軋后呈現出眾多微小的裂紋。

（2）邊部裂紋控制措施。確保結晶器液面和中間包液面保持正常的波動狀態，這主要受到中間包高度的影響，為此，必須保證中間包所用熔池具有足夠的深度，以確保在對水口或鋼包進行調換時不至于影響結晶器液面的波動幅度，同時還有助于對夾雜及渣子的凈化處理。

對于多爐連續澆鋼工藝而言，應盡量保持澆鑄過程拉速不變。但在實際澆鑄過程中，卻往往受到水口或鋼包更換、水口堵塞、漏鋼以及煉鋼和澆鋼時間不相一致等因素的影響而使得整個澆鑄過程的拉速來回變換。由此可以看出，幾乎無法保證整個澆鑄過程拉速的勻稱，這樣，我們應爭取短時間內拉速的變動幅度不宜過高，盡可能以相對穩定的速度進行澆鑄。

2 連鑄坯中心缺陷

（1）連鑄坯中心缺陷產生原因。隨著帶液芯鑄坯的不斷運動，逐步在鑄坯邊、傳熱邊和凝固邊形成一定的液相穴，對補縮造成一定的障礙，進而導致鑄坯縱向軸線出現缺陷，進而影響到軋制產品及中厚板的性能，具體表現為：鑄坯中心夾雜的硫化物受軋制而得以延伸，進而破壞橫向性能；板材缺乏足夠的沖擊韌性使得鋼材出現斷裂；中心偏析導致硫化物、馬氏體等低溫轉變產物的出現，進而導致管線鋼出現氫致裂紋（HIC）；高碳鋼鑄坯中心碳和錳偏析會導致馬氏體的沉淀和碳化物的出現，進而導致抗拔脆斷現象的發生；鑄坯中心偏析和疏松還會導致鋼軌的變形和斷裂；中心疏松縮孔偏析還會影響合金鋼鑄坯低倍檢驗的合格率。

圖2 鑄坯低倍形貌

（2）連鑄坯中心缺陷控制措施。①對硫、磷、氧等有害夾雜元素含量進行有效控制，使得鑄坯鋼更加純凈。②對鑄坯低倍結構進行有效控制，達到抑制柱狀晶體擴大的目的。③優化澆鑄工藝，根據鋼種優化鋼水的熱度、拉速及二冷強度，以對鑄坯中心缺陷進行有效控制。④對連鑄機設備中的輥間距、輥縫等進行縮小和控制，對鑄坯運行凝固中可能出現的坯殼鼓肚問題進行有效控制。⑤就當前現有連鑄設備及工藝而言，尚且無法對鑄坯中心缺陷進行有效控制，可以采用外加控制技術的方式，引入凝固末端電池攪拌、輕壓下及電磁攪拌等技術。

3 連鑄坯皮下氣泡缺陷分析

（1）皮下氣泡產生原因。鑄坯皮下氣泡缺陷受鋼水中氧元素含量影響明顯。可以認為，鑄坯皮下氣泡缺陷是由諸多導致鋼水中氧元素含量增加的因素導致的。受中間包、鋼包等保溫效果不佳的影響，導致過程出現大幅溫降，只有提高出鋼及澆鑄的溫度，才能確保生產的順利進行，對于中間包而言，出鋼及澆鑄溫度尤為重要。被煉鋼廠所廣泛采用的脫氧劑是由多種脫氧材料混合組成的，不易對其有效成份進行控制。一旦耐火材料及合金受潮，當其接觸高溫鋼水后，就會瞬間產生蒸汽并被高溫分解成H和O并溶于鋼水，使得鋼水中的H、O元素含量增加，導致鑄坯皮下形成更多的氣泡。

（2）皮下氣泡控制措施。①鑄坯皮下出現氣泡缺陷的原因主要是剛水中含氧量不達標。鋼水含氧量過高、脫氧不徹底甚至是耐火材料受潮都會增加鋼水中氧氣的含量，從而造成鑄坯皮下產生氣泡缺陷，因此剛水中氧氣含量的不達標是造成鑄坯皮下產生氣泡缺陷的直接原因。所以，對于鋼水中氧含量要進行合理控制，完善并嚴格執行烘烤制度，積極改進操作工藝和技術就可以有效的避免鑄坯皮下氣泡的形成。②控制鋼水澆筑的過熱度。在保障鐵水條件改善的基礎上，提高作業的操作水平，提升生產的節奏，控制出鋼的溫度；同時要努力減少鋼水的過程降溫，將鋼水澆筑的過熱度控制在合理的范圍內，從而將氧元素在鋼水中溶解度控制到最低。③配置鋼水定氧儀，控制鋼水的氧含量，發現鋼水的氧含量超標就必須對鋼水進行再次脫氧處理，含氧量達標以后才能連鑄澆鑄。

4 板坯的非金屬夾雜

（1）板坯的非金屬夾雜產生原因。連鑄坯中存在的非金屬夾雜物依據產生的方式可分為兩種，一種是內生夾雜物，另一種則是外來的夾雜物。其中保護渣夾雜形成是因為侵入式水口插入鋼液的深度不足，導致結晶器鋼液面過分攪動從而形成夾雜。硅酸鹽或其他復合氧化物夾雜則主要出現在含硅和錳較高的鋼中，主要是鋼包和中間罐損壞的耐火材料反應產生。夾雜物大部分屬于硅錳酸鹽，他們的體積一般較小。

（2）板坯的非金屬夾雜控制措施。優化侵入式水口的設計，保證侵入深度滿足需要，從而促使鋼流運動按照設計要求運行，這樣就可以防止夾雜的產生。不銹鋼板的澆筑過程中如果發現存在MgA12O夾雜物，可以選擇使用優質的耐火材料，更改脫氧的模式，將含氧量控制在0.005%以內，利用覆蓋層或者保護澆筑的方式就可以避免鋼液的再次氧化。

5 結語

連鑄坯缺陷形成的原因多種多樣，其中入爐原材料的質量，冶煉時溫度的掌握、冶煉技術的高低、連鑄機澆鑄工藝參數的設定等都存在關系，另外和中間包、二次冷卻段以及震動裝置的使用和設置具有重大的關系。提高連鑄坯的成品質量，不僅可以取得可觀的經濟效益，還有助于改進生產工藝提高技術，同時也有助于連鑄坯熱裝熱送工藝的運行和使用，因為連鑄坯質量出現的異議和糾紛開始變少，維護和提高了企業的信譽。