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1、 2003 年 6 月 炼钢 Jun.2003 第 19卷第 3 期 Steelmaking Vol. 19 No. 3 。 1 。 有关连铸坯质量的几个问题 卢盛意 (北京科技大学） 摘要本文阐述的连铸坯质量问题包括：对理解连铸坯质量有用的钢锭知识；连铸坯的形状缺 陷及相关质量问题； FeSi中含有的 Ca和 A1等对水口堵塞的作用；结晶器保护渣的选用。 关键词连铸还钢锭质量 Considerations on the Quality of Continuously Cast Steel Lu Shengyi (University of Science & Technology Beiji
2、ng) Abstract Problems elucidated in the present paper include (1) Knowledge of ingot which is valuable for better understanding of the quality of continuously cast steel； (2) Shape defects in the continuously cast steel and quality problems concerned； (3) Effects of Ca and A1 in FeSi on nozzle clogg
3、ing； and (4) Proper selection of the mould flux. Key words continuously cast steel ingot quality 1钢锭和连铸坯质量的对比 |1 2 31 钢锭和连铸坯有许多相似之处，对于过去从 事钢锭质量研宄的人转入从事连铸坯质量的研宄 时，他们在钢锭质量研宄上取得的认识和体会， 对于研宄连铸坯质量也是很有帮助的。以下将镇 静钢钢锭与连铸坯作一对比，因为连铸坯都是镇 静钢。 作者将镇静钢钢锭分为大锭和小锭，横断面 508 mm(20_ )的钢锭为大锭，配 750 mm轧机。大锭和小锭的结构和偏析不同， 镇静钢大锭
4、的结构和偏析有严格的对应关系，大 锭的结构和偏析如图 1所示。 镇静钢小锭的结构和偏析与大锭不同，小锭 没有 A型偏析，也没有沉积锥，这主要是因为小 锭没有充 分发育的分杈状技晶。 钢水在钢锭模内凝固时有一个收缩过程，从 钢水到室温钢锭的总收缩由两部分组成，一 部分是线收缩 (即钢锭外壳向内的收缩 )，另 一部分是体积收缩 F体 （ 即钢锭内部缩孔和疏松 所占的体积）。钢水含碳量不同时，如果估且认 为它们的 F总相等，都等于 11.8 但它们各自 的 K线和 F体却相差很多，如表 1所 7K。 图 1大钢锭的结构与偏析 表1钢锭凝固的收缩特怔 钢锭 Vm 厂体 在钢锭表面 上的波痕 粘膜倾向
5、高碳钢 低碳钢 小 大 大 小 浅 深 大 联系人：卢盛意，教授，北京市 （ 100083)海淀区学院路北京科技大学冶金学院 2 炼钢 第 19卷 表 1关于钢锭凝固收缩的认识可以联系到连 铸还，有关与连铸还质量的关系，见表 2。 表 2连铸坯凝固的收缩特征 连铸还 在弯月面附近 初始形成的坯 壳的 线 振痕 粘结 倾向 表面裂纹 生成倾向 局碳钢 w(C) 0.40 % 小 浅 大 小 中碳钢 (或 称包晶钢） (w (C)= 0.1 %左右） 大 (w (C)= 0.1 %时最大 ） 深 小 大 从表 1、表 2可见，钢锭和连铸述的凝固收缩 与质量的关系有相似之处。 不锈钢大锭和电渣重熔锭
6、的结构都由穿晶 (柱状晶一直生长到锭心 )组成，它们没有分杈状 树枝晶，也无粗大等轴晶，所以它们既无 A型偏 析也无沉积锥，但因它们都由穿晶组成，所以它 们的 Fs将会更大一些。 连铸还的结构和偏析与镇静钢小锭相近，在 横向上由激冷层、柱状晶、等轴晶组成，在纵向 上有中心偏析 (类似于小锭的 V型偏析）。连铸坯 没有 A型偏析也没有沉积锥。连铸坯由于冷却强 度大于小锭，所以柱状晶长于小锭，柱状晶愈 长，中心偏析愈严重，但如果柱状晶的长度发展 到穿晶时，中心偏析的严重程度不但不继续增 加，反而会显著减少，但要想得到穿晶，必须具 有一定的条件： 断面小； 高碳钢； 二冷 强度大。例如 105 mm
7、X 105 mm小方还 ， w (C) = 0.55 % 0.85 %，二冷强度高时可以得到穿 晶，中心偏析显著减少。高碳钢的柱状晶长于 中、低碳钢，有利于得到穿晶 4。 在采用轻压缩来减少连铸板坯中心偏析的文 章中，有的作者也用到 A型偏析一词 5，该处所 指的 A型偏析与模铸大锭的 A型偏析截然不同， 该处所指的A型偏析是由于轻压缩过度，使轻压 缩前连铸坯中的V型偏析反方向逆转成为所谓 的 A型偏析，如果轻压缩适度，既可以消除 V型 偏析，也不会出现 A型偏析。 2连铸坯的形状缺陷 3 模铸锭没有形状缺陷，连铸坯有形状缺陷问 题。形状缺陷随连铸坯的形状和大小而异。连铸 坯的形状缺陷不仅仅是
8、铸坯外形问题，还密切联 系于连铸坯的裂纹和漏钢等问题。 连铸板坯的形状缺陷是窄面凸出和宽面鼓 肚。板坯窄面的正常形状应为微凹。窄面凸出容 易引起偏离角内裂或凹陷，窄面凹入太多容易产 生三重点裂纹。鼓肚有无对连铸板坯和小方坯质 量的影响见表 3。 表 3鼓肚有无对板坯和小方坯质量的影响 位 置 板 还 小方坯 1 弯月面处 有 可能引起宽面纵裂和宽面中部粘结漏钢 有 不会引起表面纵裂，可能引起粘结，但不会 引起粘结漏钢 2 结晶器下部和 其下方 有 可能引起偏离角内裂漏钢 有 可能引起偏离角内裂漏钢 3 二冷区 有 可能引起柱状晶晶间裂纹 无 4 最后凝固区 有 可能引起中心偏析和中心裂纹 无
9、小方坯的形状缺陷是凸肚和脱方。小方坯偏 离角内裂漏钢有两种类型， 1种类型是单独由鼓 肚引起的，另 1种类型是以鼓肚为主脱方为辅引 起的。根据在天津第二炼钢厂实测， 150 mmX 150 mm小方坯，如果在离开结晶器时的鼓肚虽 没有凸到引起漏钢的程度，但如果在二冷区以后 的脱方大于 15 %时也会引起漏钢。小方坯这两 种漏钢类型都与鼓肚有关，如果没有鼓肚，脱方 再大也不会单独引起漏钢。 小方坯拉速 （ )的提高受到坯壳角部和面 部凝固速度不同的限制，为了改善凝固的均匀性 和克服单锥度结晶器的缺点，邯钢、马钢、武钢 引进了钻石型结晶器。小圆坯不存在小方坯角部 和面部凝固速度不同的问题，所以心可
10、以高于 第 3 期 卢盛意：有关连铸坯质量的几个问题 小方坯。小方坯为了提高也可以采用设计思 路类似于小圆坯的 concast凸形结晶器。钻石型 结晶器不但适用于小方坯，也适用于板坯窄面 (称为 Diaface 结晶器 ）， Mansfield AK Steel 在中 等厚度的板坯连铸机上浇注 409不锈钢时，对 Diaface结晶器进行了研宄。单锥度结晶器的缺点 是结晶器锥度不符合坯壳在结晶器内的凝固收 缩，在结晶器上部坯壳的 F线大于结晶器的锥 度，形成较大空隙 （ w(C) = 0.1 %时形成的空隙 最大 )，在结晶器出口处，还壳的 r线小于结晶 器的锥度，坯壳受到挤压。 天津二钢连铸
11、小方坯曾出现内裂，笔者认为 内裂的形成源于二冷水不均匀引发的形状缺陷， 见图 2。 图 2二冷水不均引起内裂 异形坯的纵裂倾向大于板坯，这是由于异形 坯的凸缘顶部在凝固初期，可能向外变形，使腹 板受到内外的拉力产生纵裂。 3连铸机机型 61 连铸机机型的演变经历了立式 弧形 立弯 式乃至又回到立式的过程，这在很大程度上反映 了对铸坯从要求产量到要求质量的转变。 此前建立的板坯连铸机大多为弧形。为了提 高铸坯纯度、避免夹杂物在内弧富集、消除 IF钢 在连续退火后成型时在内弧钢带表面出现铅笔型 气泡和消除在铸还内弧出现横裂 7、偏离角纵向 凹陷、星形裂纹及与弧形铸机有关的梯形，目前 新建或改建的板
12、坯连铸机多为立弯式或立式。 2000年 5月 Temi钢厂决定建立最新一代用 于生产高合金钢（主要是不锈钢）的立式工业化 CSP连铸机，冶金长度为 9.265 m。 神户钢厂认为滚珠轴承钢为了避免夹杂物在 铸坯内弧富集，最好用立弯式或立式连铸机来生 产。 4连铸中间罐水口堵塞问题 131 自连续铸钢问世以来，由于中间罐水口内径 小于模铸钢包水口内径，因而连铸中间罐水口堵 塞成为突出问题。水口堵塞使降低甚至使注 流中断。降低还使振痕深度增加。水口内的 粘附物一旦被钢水冲掉，大量钢水随之涌出，引 起结晶器液面起伏，在这短时间内拉出的铸坯将 被降级或报废。 水口堵塞是由于钢水中高熔点的 A1203
13、(熔 点 2020 C)、 CaS (熔点 2450 C)、 A1203 MgO。 AIN等粘附在水口内壁上引起的。关于水口堵塞 的机理和消除水口堵塞的研宄，迄未中断。 4.1挡渣和测钢包渣层厚度 美国 Edgar Thomson钢厂的两座 250 t BOF 在 2000年 3月和 11月开始用 VAI开发的气动 挡澄塞棒 （ pneumatic slag stopper)来挡渣 8，使 钢包内的渣层厚度从 127 mm减少到 91.44 mm。 VAI-Con是上述挡渣棒的改进型，我国包钢和本 钢都己采用 VAI-Con塞棒挡渣。 出钢时进入钢包的氧化渣的 w (FeO+MnO) 应被还原
14、到 4 % 8 %，否则 （ FeO) + Al A1203,使水口堵塞和使铸坯表面产生缺陷，但如 果 (FeO+MnO)被还原过度， w(FeO + MnO)0.4%，冰 0) = 0.9% 时，水口不堵塞。该厂认为，这与 FeSi中 Ca质 量分数不同时，生成的夹杂物不同有关，如表 4 所示。 表 4 FeSi中 Ca质量分数与生成夹杂物组成的关系 FeSi 中 w (Ca)/ % 水口是否聰 生成的夹杂物 0.4 堵塞 6(5 10) 固态铝酸钙，不能聚集成簇状物，难以从钢水中排出 0.07 不堵塞 1.2，w(S)0.012%， 减少用 A1 作化 学加热等项措施后，浸入式 水口堵塞显
15、著减少。 4.8 304型不锈钢避免 Mg0 Al203生成 的经验 11 304 型不锈钢 （ w (Cr)= 18 %、 w (Ni) = 8 %、w(Si)=0.5 %、 w(Mn)=1.2 %)用 AOD 或 VOD来生产，并只用 75 %FeSi和 Mn来脱氧 时，可能生成 MgCTAl203。MgCTAl203是硬的高 熔点夹杂物，这种夹杂物在 304型钢带表面上产 生条片缺陷，所以在生产 304型钢时，应当避免 生成 MgCTAl203。 MgO A1203是否生成与 FeSi中 Ca和 A1质 量分数有关，见表 6。 表 6 MgO。八 1203生成与 FeSi中 Ca和 A1
16、的关系 类型 w (Si)/ w (A1)/ w (Ca)/ 是否会生成 % % % MgO Al2 3 1 76 0.09 1.2 1.5 ), w (F ) 5 % w (A1203 ) 1.8 m/min, W (CK0.08 %时，最佳耗量 =0.39 kg/t， 300 = 0.03 0.05 Pas, rs = 940 960 C 高 Fc(1.4 2.0 m/min),中碳钢 （ w (C) = 0.08 % 0.16 %)用的保护渣，见表 13。 可见，高中碳钢用的保护渣特点是 rc 高、丨 _低，预熔比大于 75 %,对减少板坯纵裂 的效果好。 日本福山 5号板坯连铸机浇注
17、LCAK钢时， Fc=2.0 2.5 m/min,使用的保护渣特性见表 14。 1.8 m/min 时的耗量 0.3 kg/m2。 5.3簿板坯用保护渣 Nucor 连铸 50 mmX (900 1 300 ) mm 簿板 第 3期 卢盛意：有关连铸坯质量的几个问题 坯， w(CX0.065的钢， rc=5.5m/min; w(C) = 0.065 % 0.15 %的钢，因为纵裂和横裂严 重，该厂在生产初期避免生产这种碳含量的钢。 加拿大生产包晶钢时 （ w (C) = 0.08 % 0.11 %)，最高 Fc=3.8m/min，而生产其它钢 种时，最高 Fc=5.5m/min。 鹿岛制铁所在
18、试验用簿板坯连铸机上 (铸机 长度 12.8 m)开发出优化的保护渣 C， 将包晶钢 (w (0=0.09 % 0.12 %), 90 mmX 1 000 mm簿板还的 Fc从 3.0 m/min提高到 5.0 m/ min,板坯的纵裂指数为 014。保护渣 C的成分 和性能如表 15。 可见，保护渣 C的特点是 Ca0/Si02高 (CaO/Si 2局提局 Tc)、 s咼、 Imo低、热流 低，不含有 A1203、 MgO， 因为 A1203和 MgO都 降低 rc， 促使玻璃相生成。 从弯月面到以下 10 mm左右范围，坯壳厚度 为0. 8 1.6 mm， 澄膜只由结晶相 （ cuspid
19、ine )组 成，所以传往结晶器的热流少，使坯壳厚度均匀。 可见，结晶器保护渣对改善铸坯表面质量和 提高。有很大潜力，对结晶器保护渣的开发不 可一劳永逸。 墨西哥 Hylsa钢厂的 CSP簿板坯连铸机，铸 还厚度 50 mm， 生产低碳钢和娃钢， Fc = 3.0 5.5 m/min。开浇时用粉状发热型开浇渣，用 Fe203将 CaSi燃烧放热。浇注时用空心球形颗粒 渣 A和 B,见表 16。 耗量虽低，仍能满足润滑要求，这可能是因 为 Fc高时，结晶器内的液态润滑区距离长所 致。 为了改善绝热， Hylsa将固态颗粒渣层厚度 增加到 150 200 mm， 周围用保温板绝热。 Steel D
20、ynamics Inc有两台薄板还连铸机， Fc=55.5m/min， 生产的钢种有低碳钢 （ w (CX0.07 %)和中碳钢 （ w (C) = 0.17 % 0.25 %，该厂对所用4种球形空心渣的液渣层 厚度 /z进行了测定，结果是在浸入式水口处办 大约为 20 mm.在窄面处 /?为 0 4 mm.与 Hyl- sa的测定结果相近， /2不敏感于的变化，而 传统板坯的 /2敏感于的变化。 表 12浇铸马口铁用 F系结晶器保护渣 Tc w (CaO)/ wB/ % 。 ？ 1300 丨 (Pas *) a125 / 适用 w ( Si02) Na F Al2 3 MgO (N m1 )
21、 F3 2.4 0.9 1 9 6 6 1 140 0.40 0.317 低 F5 1.7 0.9 1 9 6 6 1 120 0.32 0.310 局 表 13 中碳钢高拉速浇铸用结晶器保护渣 w (CaO)/ % _ (以）雛温度 ， c T c/ C w (Si02) A1203 MgO Li20 1.46 3.1 0.8 3.1 0.05 895 1 145 表 14低碳铝镇静钢高拉速浇铸用结晶器保护渣 WQ/ % 软化温度 / 刀 1300 T c/ C Si02 AI2O3 Fe2 3 CaO R2O F 固定碳 (Pa s1) 31.7 5.7 0.3 29.0 14.2 8.2
22、 2.8 930 0.09 980 表 15鹿岛制铁所浇铸薄板坯试用的结晶器保护渣 w (CaO)/ w (Si02) w(CaF2)/% w (Na20)/ % T.Ca0/Si02 7VK 3 / 不引起纵裂的 (Pa s_1) Fc/ (m min_1) 热流 / (MW m-2) 1.15 24.7 10.0 1.80 1 509 0.04 5.0 2.8左右 炼钢 第 19卷 表 16 Hylesa厂薄板连铸机用结晶器保护渣 WB/ % Vc= 5 . 0 w (CaO)/ 1300/ TM/ Ts/ Tc/ 晶体 m/min 耗量 / w(Si02) A| Na20+ (pa=s-
23、i) C C C 相 /% 时的热流 / 但圈 （ kgm 2) - K 2 0 + L i 2 0 (MWm-2) A 0.89 3.6 15.0 6.5 0.12 1 060 1 096 1 070 60 2.82 低 (稍 尚于B) 0.07 0.09 B 0.86 8.0 12.0 6.5 0.18 1 030 1 077 1 060 40 2.92 低 0.075 0.095 5.4方坯用保护渣 Georgsmarien hiitte 和 Fa.Stollberg 对生产的 碳钢小方还 （ 165 mm X 165 mm)和大方还 （ 200 mmX 240 mm)所用的保护渣作了详
24、细介绍，其 中大方坯的耗量高于小方坯，包晶钢的耗量又高 于其它钢种。大方还包晶钢的耗量最 _ (0.47 kg/m2)， 所以大方坯要用熔化速度高、粘度低的 保护渣。 Atlas特殊钢厂在饶注 146 mmX 146 mm小 方还招细晶粒低合金钢 （ Fc= 1.5 1.8 m/min) 时 ，为了得到良好的铸坯表面，选用的粉渣性能 如表 17。 表 17浇铸低合金小方坯用结晶器保护渣的性能 TW C 刀 13 (Pas ) w(CaO)/w(Si02) 1 110 0.48 0.60 Atlas在饶注 200 mmX 250 mm大方还 (最高 0.9 m/min)时，使用低粘度的合成颗粒渣
25、 性能见表 18。 表 18浇铸大方坯用的低粘度合成颗粒渣性能 TW C 刀 1300, (Pas ” 铸还表面凹陷 1 140 0.16 轻微 另说 15,对小方坯保护渣耗量的要求不很 严格，为了防止裹渣和减少侵蚀浸入式水口，小 方坯通常使用高粘度的保护渣，渣膜通常由玻璃 相组成。 5.5圆还用保护澄 小圆还高 Fc(3.0 m/min)时，如果也用板还 用的高 w (CaO )/ w (Si02)保护渣，虽然可以使 热流减少，但还不能保证热流均匀。为了同时保 证热流减少和热流均匀，要用低 w (CaO)/w (Si02 )、 高 rs的保护渣，如表 19所示。 表 19高速浇铸小圆坯用结晶
26、器保护渣 w(CaO) WQ/ % rs/K /w(Si02) MgO AI2O3 Na2 0.85 8.0 4.6 1.5 1 473 用这种保护渣即使拉包晶钢 （ v (C ) = 0.1 %)也无需降低 根据铃木等的研宄， v(C)0.45%的连铸 圆坯表面容易产生线状凹陷。为了减少这种凹 陷，他们使用如表 20所示性能的保护渣。 表 20浇铸高碳钢圆坯用保护渣 刀 i3 Z (Pa s ) r M / c Ts/ C w(CaO)/w(Si02) 0.12 870 1 025 0.9 w(C)0.35 %, w(Mn)v(MnO)提高至 3.5%左右 ， v (CaO)/w (Si 2
27、 )=0.90。 6 1.7亿 t钢 /a和 217美元 /t对 395美元 /tl 16. 17 北京晚报 5月 15日第 10版刊登的 “ 解读 1.7亿 t的喜与忧 ” 一文中谈到我国 2002年的钢 产量可能超过 1.7亿 t,文中谈到 “ 普通钢材生产 过剩，优质钢材全靠进口 ” 、 “ 钢铁市场供大于求， 钢厂仍在盲目扩军 ” 。冶金管理 2001, 12,第 47 页刊登的 “ 西气东输管线钢投标的启示 ” 一文中谈 到韩国浦项钢铁公司的报价是每吨 217美元，我 国宝钢的报价是每吨钢 395美元，二者每吨相差 178美元。笔者多年前听到日本钢铁工业的发展 历史，先是用 BOF取
28、代了平炉，而后是淘汰了 第 3期 卢盛意：有关连铸坯质量的几个问题 60 t以下的 BOF。 现在的生产流程国际上已多不 是 BOF/EAF C.C.， 而多是 BOF/EAF LF C.C.或 BOF/EAF LF RH C.C.。 如何实现 从第 1流程向第 2流程或第 3流程的转变，这是 要认真思考和实践的问题，且不可盲目乐观于 1.7亿 t钢 /a的产量。从浦项和宝钢管线钢的报 价差距上，可以看出，我们在提高钢质量方面要 作的事情还很多。 参考文献 1卢盛意 .钢锭质量 .北京：冶金工业出版社 ， 1990, 5 2卢盛意 .镇静钢钢锭质量 .钢铁 ， 1992(10):25 3卢盛意
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34、术的开发 川崎制钢公司水岛厂 3号铸机一直浇铸初轧方坯和轧制工字梁用异形坯。浇铸后者时，为防止其 断面缺陷而必须强冷铸坯；浇铸合金钢方坯时，为防止其表面缺陷须对之极缓慢冷却。因此，生产中 须进行宽范围的冷却水流量控制。然而，因在慢冷区域的水量小，喷嘴背压不足及喷嘴堵塞等问题， 使缓冷受到了限制，且一直有缓冷的铸坯表面缺陷产生。为此，该厂开发了利用间隙式出冷却水 (而不 降低冷却水流量）的方式进行方坯缓冷的技术 。 由于铸坯表面缺陷发生在其矫直点产生拉伸应变的内弧侧，故在内弧侧的二冷水管处设置了水的 切换阀，使水可以间断喷流；另外，由于辊子外侧的冷却水对铸坯也有影响，故在其输水管上也设置 了阀门
35、。在充分考虑到由热坯传给辊子热负荷的基础上，制定了以下 2种冷却水操作方式：一是将二 冷水和辊外水以 5 s间隔喷射；二是冷却水每喷射 4 s就停止 6 s。 然后分别调查了两种操作方式对坯 表温度及表面缺陷的影响。 结果表明，在距结晶器弯月面 26m处内弧侧的坯表面温度，按 1和 2操作时，分别比原来提高了 44 C 和48 C;且缓冷不影响铸坯内部质量：由于 0.35C l.OCr合金钢铸坯表面温度的提高，使铸坯 有裂纹支数的比率降至原来的 27%,且完全没有了裂纹铸坯的报废。综合计算，用此开发技术使有表 面裂纹铸坯的数量减少了 80%,获得了极佳效果。 (刊辑 ) Cr203骨料的显气孔率对高 Cr203浇注料性能的影响 由于 Cr203材料抗熔融渣的侵蚀性优良 ,Cr203-Al203浇注料在垃圾焚烧炉中的应用越来越广泛。 浇注料的抗侵蚀性能随着 Cr203含量的增加而增加，而且高 Cr203浇注料的抗侵蚀性和 Cr203骨料的 显气孔率有一定的关系。研宄发现，采用致密的 Cr203骨料制得的试样显气孔率低，抗渣侵蚀性和抗渣 渗透性随致密 Cr203骨料含量的增加而增强，但试样的抗剥落性却变差。这就要求我们应根据不同的 使用条件选择不同气孔率的 Cr203骨料制备Cr203-Al203浇注料。 (刊辑 )