连铸坯剪切不平及开裂的原因分析
来源：www.fzkft.cn 发布时间：2020/5/6 20:51:31
一、问题描述
四机四流连铸机，主要生产规格为150mm*150mm钢坯，前期采用火焰切割，切割温度800-900℃，切割后采用加热炉二次加热至1000度进行轧制
现改为连铸连轧技术，通过提高铁水温度，提高拉速，减少冷区等方式将钢坯温度提高，连铸钢坯剪切温度950-1050℃，主要生产钢种Q235-20MnSi钢，利用康福特45度钢坯液压剪直接进行超高温剪切，钢坯内部结晶情况不详
近期，四流连铸机均出现剪切面不平，钢坯角部开裂等问题，且为连续几个炉号批量出现，四流同时出现剪切面不平的较多,有时也单流或双流出现
二、 连铸坯高温剪切问题的分析与解决方法
根据多年研究经验以及同行业内资深工程技术人员的技术探讨，并参考大量相关文献，总结连铸坯剪切面不平及角部裂纹的产生主要由以下几个原因造成：
1、 钢水的质量问题
目前中小型钢铁厂多采用中频炉炼钢，即利用中频炉将废铁融化，通过调节内部元素含量，达到钢铁重复利用的目的。但由于废铁品种较杂，杂质较多，铁水内容易形成气孔夹渣，合金元素分布不均匀，使得每炉铁水合金元素含量不一，导致连铸过程中造成夹渣、内裂、表皮气孔等质量缺陷，使得连铸钢坯在轧制过程中出现开花头、折叠，麻点，內裂等缺陷，一般高炉转炉以及精炼炉厂家极少出现该情况，可见铁水质量是主要原因
解决方法：通过切片取样，对钢坯内部质量进行详细的检验和分析，如发现表下气孔、夹渣、內裂等质量缺陷应立即调整工艺，处理至合格
2、 钢坯的温度
钢坯的温度过高，导致连铸钢坯内部凝固率过低，钢坯表面结晶层太薄，在剪切的的过程中，太薄的外壳在剪切压力下容易开裂，内部铁水在切口部位溢出，涂抹于钢坯切头表面，造成钢坯切面不平或铁水堆积，偶尔会在切头右上角堆积出一个小渣块，也极易引起切头受力段角部裂纹。
连铸连轧工艺中，连铸坯在剪刃口处的温度多在980～1050℃左右。根据钢种特性,在900～1200℃是“热脆”敏感区。由于钢中的S与Fe形成FeS,FeS+S在985℃时会产生共晶反应,当坯壳受外力作用时,会沿晶界开裂形成裂纹,严重影响钢的塑性。若钢中Mn足够时,S以MnS形式分散到基体中,MnS的熔点高达1620℃,可远远避开900～1200℃的“热脆”敏感区。因此,当钢中S含量降低或Mn/S比增大时,钢的高温塑性将得到改善,剪切面不平现象也会减少甚至消除。随机统计了280炉Q235类钢的中间包钢液温度,其中有156炉超过1550℃,而出现剪切面不平的只有8炉,占5.13%。分析发现,只有当Mn/S偏低而温度又偏高时才产生剪切面不平现象。这是因为过高的浇注温度会使连铸坯的柱状晶发达、中心偏析、中心疏松、中心裂纹严重,铸坯的内在组织恶化,导致塑性下降。
解决方法：通过打钉实验，检查钢坯剪切处的铁水凝固率，如凝固率过低，钢坯表面结壳太薄，建议调整至钢坯结晶2/3以上，可最大程度避免切分折叠
3、 钢种的变化
根据对多家用户的数据统计,Q235类钢连铸坯剪切面不平的发生率远远大于20MnSi钢,可见钢的化学成份是产生连铸坯剪切面不平的重要原因。
4、 化学成份的影响
通过对300炉钢的Mn/S比进行统计分析,发现Mn/S≤20的占87.18%,而大量出现剪切面不平的钢的Mn/S比均在15以下,一般在11～13。而20MnSi钢的Mn/S比较大,因此剪切面不平的缺陷基本发生在Q235类钢。Mn/S比低是造成Q235类钢连铸坯剪切面不平的主要原因。
解决方法：严格按内控要求控制成分,使Mn/S≥20,确保(P+S)<0.050%。
5、 钢中氧含量的影响
钢坯含氧量高,其塑性差,易产生裂纹,因而也易出现剪切面不平缺陷。这是因为氧在固态铁中的溶解度很小,易形成氧化物夹杂,氧化物夹杂能使钢的切削加工性能变坏,并使钢变脆。另外,FeO与FeS在950℃可形成低熔点共晶体,热脆性很大。当钢中氧含量超过30×10-6时,脆性转变温度随之迅速升高。因此较高含氧量的钢,在剪切过程中易出现剪切面不平缺陷。
解决方法：防止钢液过氧化,改善钢的内在质量，确保中间包钢水温度不大于1550℃
6、 剪机剪刃间隙的影响
同炉号、同连铸机拉钢时，以上因素的影响是相同的,但有时不是四流同时出现剪切面不平和角部开裂。这是由于有的流次剪刃间隙过大或剪刃棱角磨钝严重所致,20MnSi钢铸坯偶有剪切面不平现象产生也验证了这种情况。
解决方法：每班检查剪机剪刃状况,确保上下剪刃侧间隙在0.5～0.7mm,剪刃棱角磨钝后R≯0.5mm,钢坯剪靠背铜板滑道的间隙不得大于0.15mm，铜板最大磨损量不得超过6mm
7、 结晶器及水冷系统
结晶器冷却水温及水压不符，二冷水喷嘴数量，布局，喷水方式等原因，造成连铸钢坯平面温度与角部温差过大，角部容易形成裂痕。另外，由于水质差易导致喷嘴结垢堵塞，造成二冷区冷却不均匀。水口形式、水口高度、浸入深度和水口吐出孔下倾角度均会影响结晶器液面的波动。波动过大会造成弯月面卷渣、坯壳冷却不均等，导致铸坯产生角部裂纹
解决方法：改进喷淋系统，减少平面与角部之间的温差，调整水口高度
8、 震动器对钢坯质量的影响
根据多家企业提供的经验，连铸机振动器的震动幅度与连铸拉速的比例不符，会造成钢坯內裂及角部开裂
解决方法：调整振动器频率
四机四流连铸机，主要生产规格为150mm*150mm钢坯，前期采用火焰切割，切割温度800-900℃，切割后采用加热炉二次加热至1000度进行轧制
现改为连铸连轧技术，通过提高铁水温度，提高拉速，减少冷区等方式将钢坯温度提高，连铸钢坯剪切温度950-1050℃，主要生产钢种Q235-20MnSi钢，利用康福特45度钢坯液压剪直接进行超高温剪切，钢坯内部结晶情况不详
近期，四流连铸机均出现剪切面不平，钢坯角部开裂等问题，且为连续几个炉号批量出现，四流同时出现剪切面不平的较多,有时也单流或双流出现
二、 连铸坯高温剪切问题的分析与解决方法
根据多年研究经验以及同行业内资深工程技术人员的技术探讨，并参考大量相关文献，总结连铸坯剪切面不平及角部裂纹的产生主要由以下几个原因造成：
1、 钢水的质量问题
目前中小型钢铁厂多采用中频炉炼钢，即利用中频炉将废铁融化，通过调节内部元素含量，达到钢铁重复利用的目的。但由于废铁品种较杂，杂质较多，铁水内容易形成气孔夹渣，合金元素分布不均匀，使得每炉铁水合金元素含量不一，导致连铸过程中造成夹渣、内裂、表皮气孔等质量缺陷，使得连铸钢坯在轧制过程中出现开花头、折叠，麻点，內裂等缺陷，一般高炉转炉以及精炼炉厂家极少出现该情况，可见铁水质量是主要原因
解决方法：通过切片取样，对钢坯内部质量进行详细的检验和分析，如发现表下气孔、夹渣、內裂等质量缺陷应立即调整工艺，处理至合格
2、 钢坯的温度
钢坯的温度过高，导致连铸钢坯内部凝固率过低，钢坯表面结晶层太薄，在剪切的的过程中，太薄的外壳在剪切压力下容易开裂，内部铁水在切口部位溢出，涂抹于钢坯切头表面，造成钢坯切面不平或铁水堆积，偶尔会在切头右上角堆积出一个小渣块，也极易引起切头受力段角部裂纹。
连铸连轧工艺中，连铸坯在剪刃口处的温度多在980～1050℃左右。根据钢种特性,在900～1200℃是“热脆”敏感区。由于钢中的S与Fe形成FeS,FeS+S在985℃时会产生共晶反应,当坯壳受外力作用时,会沿晶界开裂形成裂纹,严重影响钢的塑性。若钢中Mn足够时,S以MnS形式分散到基体中,MnS的熔点高达1620℃,可远远避开900～1200℃的“热脆”敏感区。因此,当钢中S含量降低或Mn/S比增大时,钢的高温塑性将得到改善,剪切面不平现象也会减少甚至消除。随机统计了280炉Q235类钢的中间包钢液温度,其中有156炉超过1550℃,而出现剪切面不平的只有8炉,占5.13%。分析发现,只有当Mn/S偏低而温度又偏高时才产生剪切面不平现象。这是因为过高的浇注温度会使连铸坯的柱状晶发达、中心偏析、中心疏松、中心裂纹严重,铸坯的内在组织恶化,导致塑性下降。
解决方法：通过打钉实验，检查钢坯剪切处的铁水凝固率，如凝固率过低，钢坯表面结壳太薄，建议调整至钢坯结晶2/3以上，可最大程度避免切分折叠
3、 钢种的变化
根据对多家用户的数据统计,Q235类钢连铸坯剪切面不平的发生率远远大于20MnSi钢,可见钢的化学成份是产生连铸坯剪切面不平的重要原因。
4、 化学成份的影响
通过对300炉钢的Mn/S比进行统计分析,发现Mn/S≤20的占87.18%,而大量出现剪切面不平的钢的Mn/S比均在15以下,一般在11～13。而20MnSi钢的Mn/S比较大,因此剪切面不平的缺陷基本发生在Q235类钢。Mn/S比低是造成Q235类钢连铸坯剪切面不平的主要原因。
解决方法：严格按内控要求控制成分,使Mn/S≥20,确保(P+S)<0.050%。
5、 钢中氧含量的影响
钢坯含氧量高,其塑性差,易产生裂纹,因而也易出现剪切面不平缺陷。这是因为氧在固态铁中的溶解度很小,易形成氧化物夹杂,氧化物夹杂能使钢的切削加工性能变坏,并使钢变脆。另外,FeO与FeS在950℃可形成低熔点共晶体,热脆性很大。当钢中氧含量超过30×10-6时,脆性转变温度随之迅速升高。因此较高含氧量的钢,在剪切过程中易出现剪切面不平缺陷。
解决方法：防止钢液过氧化,改善钢的内在质量，确保中间包钢水温度不大于1550℃
6、 剪机剪刃间隙的影响
同炉号、同连铸机拉钢时，以上因素的影响是相同的,但有时不是四流同时出现剪切面不平和角部开裂。这是由于有的流次剪刃间隙过大或剪刃棱角磨钝严重所致,20MnSi钢铸坯偶有剪切面不平现象产生也验证了这种情况。
解决方法：每班检查剪机剪刃状况,确保上下剪刃侧间隙在0.5～0.7mm,剪刃棱角磨钝后R≯0.5mm,钢坯剪靠背铜板滑道的间隙不得大于0.15mm，铜板最大磨损量不得超过6mm
7、 结晶器及水冷系统
结晶器冷却水温及水压不符，二冷水喷嘴数量，布局，喷水方式等原因，造成连铸钢坯平面温度与角部温差过大，角部容易形成裂痕。另外，由于水质差易导致喷嘴结垢堵塞，造成二冷区冷却不均匀。水口形式、水口高度、浸入深度和水口吐出孔下倾角度均会影响结晶器液面的波动。波动过大会造成弯月面卷渣、坯壳冷却不均等，导致铸坯产生角部裂纹
解决方法：改进喷淋系统，减少平面与角部之间的温差，调整水口高度
8、 震动器对钢坯质量的影响
根据多家企业提供的经验，连铸机振动器的震动幅度与连铸拉速的比例不符，会造成钢坯內裂及角部开裂
解决方法：调整振动器频率
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