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随着市场竞争的日趋激烈,产品的质量已经成为占有市场的主要砝码,连铸坯作为炼钢厂的终端产品,其质量直接影响着轧材单位的产量和轧材质量,据统计炼钢厂连铸坯质量缺陷中约70%为连铸坯裂纹,连铸坯裂纹成为影响连铸坯产量和质量的重要缺陷之一,下面将对铸坯在凝固过程中裂纹的形成做简要分析:

连铸过程是一个不均匀的冷却过程,其不均匀体现在自结晶器至二次冷却的全过程,具体表现在:

    一、炼钢系统简况公司炼钢厂主要任务是将铁水、废钢等炼成具有所要求化学成分的钢,并使其具有一定的物理化学性能和力学性能,主要的任务概括为“四脱、两去、两调整” “四脱”:脱碳、脱硫、脱磷、脱氧; “两去”:   去除有害气体、去除有害杂质; “两调整”:调整钢液温度,调整合金料成分。 ⑴ 脱碳并将其含量调整到一定的范围。钢中含碳量增加,则硬度、强度、脆性都将提高,而延展性能将下降;反之,含碳量减少,则硬度、强度下降,而延展性提高。所以,炼钢过程必须按钢种规格将碳氧化至一定范围。 ⑵ 去除杂质,主要包括: ① 脱磷、脱硫:对绝大多数钢种来说,P、S均为有害杂质,P可引起钢的冷脆,而S则引起钢的热脆,因此,要求在炼钢过程中尽量除之。② 脱氧:由于在转炉冶炼过程中,向熔池中输入大量的氧以氧化杂质,致使钢液中溶入一定量的氧,它将大大影响钢的质量。因此,需降低钢中的含氧量。一般是向钢液中加入比铁有更大亲氧力的元素来完成(如Al、Si、Mn等合金)。③ 去除气体和非金属夹杂物:钢中气体主要指溶解在钢中的氢和氮;非金属夹杂物包括氧化物、硫化物、磷化物、氮化物以及它们所形成的复杂化合物。在转炉冶炼中,主要靠碳—氧反应时产生CO气泡的逸出,引起熔池沸腾来降低钢中气体和非金属夹杂物。 ⑶ 调整钢液成份和温度。为保证钢的各种物理、化学性能,除控制钢液的碳含量和降低杂质含量外,还应加入适量的合金元素使其含量达到钢种规格范围;为保证钢液能顺利浇铸,根据冶炼过程的要求不断将钢液温度调整到合适的范围。 ⑷ 将钢液浇铸成质量合格的钢坯。通过连铸,将钢液浇铸成各种不同断面、不同尺寸的质量合格的钢坯。炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、升温、搅拌等手段完成炼钢基本任务。转炉冶炼的钢水经过脱氧合金化和温度、成分的调整,调运到连铸平台,钢液由钢包注入中间包内,中间包暂时储存钢液,再浇注到结晶器内,钢液在结晶器内迅速冷却,形成外表为凝固坯壳内部未凝固的钢水的铸坯,随着拉辊缓慢地将带液心的铸坯从结晶器拉出,中间包内的钢水也连续地注入结晶器内,带液芯的铸坯在二次冷却区接受喷水的强制冷却,当拉到规定位置时,铸坯内部完却凝固,然后将铸坯切割成规定的尺寸,由出坯装置送到热轧厂进行轧制。炼钢厂的主要设备设施有: 60T转炉四座、120T转炉两座,四机四流连铸机一座、五机五流连铸机三座、八机八流连铸机两座,200T混铁炉四座、400T混铁炉一座。    二、评估依据1、法律法规《中华人民共和国安全生产法》(2002年11月1日起施行)《特种作业人员安全技术培训考核管理规定》(2010年7月1日起施行)《安全生产事故隐患排查治理暂行规定》(2008年2月1日起施行)《生产安全事故应急预案管理办法》(2009年5月1日起施行)《中华人民共和国职业病防治法》(2002年5月1日起施行)《冶金企业安全生产监督管理规定》(2009年11月1日起施行)《特种设备质量监督与安全监察规定》(2000年10月1日起施行)《起重机械安全监察规定》(2007年6月1日起施行)2、公司管理制度和相关规定陕西龙门钢铁有限责任公司安全生产检修制度陕西龙门钢铁有限责任公司非常规作业安全管理规定陕西龙门钢铁有限责任公司危险作业申请审批制度陕西龙门钢铁有限责任公司安全标准化达标管理办法3、其他相关文件或资料起重机械安全规程(GB6067-2010)炼钢安全规程(AQ2002-2004)企业安全生产标准化基本规范(AQ/T9006-2010)三、评估范围1、1280m3高炉两座,1800m3高炉两座2、铸运:铁水罐46个,罐架车43个, 150T、125T行车各一台四、安全风险评估表五、对策措施建议钢铁冶金行业高温熔融金属包括钢水、铁水及其液态炉渣。熔融金属事故主要起因于水汽化爆炸,高温金属液体容器坠落、倾翻、高温金属液体的反应气体喷溅、熔融金属泄漏等。钢铁企业在生产过程中,要特别注重冶金设备和冶炼过程的防水、防潮以及起重运输设备的检测、检验,严格控制生产工艺条件,强化安全管理工作,具体从以下几个方面采取防范措施防止高温熔融金属伤害事故的发生。1、防止熔融金属遇水爆炸熔融金属生产、处置和贮存设施附近、运输线路及附近区域不得有积水,正上方不得存在滴、漏水隐患。输送、储存熔融金属所使用的设备设施、渣铁沟在输送、储存前须经充分干燥。2、熔融金属的安全吊运要求吊运熔融金属应当采用带有固定龙门钩的铸造起重机,司机室等高温作业岗位应当采取降温防护措施。起重机的吊具、钢丝绳、盛装熔融金属的容器的耳轴等应定期进行检测,凡耳轴出现内裂纹、壳体焊缝开裂、明显变形、耳轴磨损大于直径的10%、机械失灵、衬砖损坏超过规定,均应报修或报废。

6月25日,由中冶京诚负责设计、供货和旧有铸机拆除、土建施工及设备安装调试的唐山不锈钢1号连铸机改造工程1号单流板坯连铸机顺利开浇,连续浇注3炉钢水,铸坯表面质量良好、主体设备运转正常,热试取得成功。

当问题出现的时候,勇于打破传统,跳出舒适区,才能够挖掘新的可能性。

一、铸坯凝固过程的形成

在结晶器弯月面处冷却形成的初始坯壳因凝固收缩而脱离结晶器壁,随后钢液的静压力又将之压向结晶器,使两者之间成为一个接触—脱离—接触的动态变化过程。在坯壳表面形成的保护渣膜厚度也是不均匀的,导致结晶器内坯壳所受冷却的不均匀和生长的不均匀,是导致板坯表面裂纹和皮下裂纹产生的主要原因。在结晶器中所做的多方面努力如液面控制,改善保护渣特性等措施只能在一定程度上减轻这种冷却的不均匀性,无法根本消除。

该连铸机是由中冶京诚自主研发设计的直弧形板坯连铸机,弧形半径8.4米,设计生产断面为200毫米(预留150毫米、250毫米)×800~1600毫米,定尺长度为9~12米,年生产能力100万吨合格板坯。采用了全程保护浇注、中间罐连续测温、结晶器液面检测及自动控制、结晶器自动加渣、结晶器液压振动、气水雾化冷却分区控制、铸坯连续矫直等多项技术,与同类企业相比较,各项经济技术指标达到国内先进水平。

在钢铸过程中,结晶器振动系统是必不可少的一环,它的效率直接影响着产出的钢坯质量。传统的结晶器振动系统弊端明显可以有突破么?来看看皮尔磁的解决方案。

铸坯在连铸机内的凝固可看成是一个液相穴很长的钢锭,而凝固是沿液相穴的固液界面在液固相温度区间把液体转变为固体把潜热释放出来的过程。在固液界面间刚凝固的晶体强度和塑性都非常小,当作用于凝固壳的热应力、鼓肚力、矫直力、摩擦力、机械力等外力超过所允许的外力值时,在固液界面就产生裂纹,这就形成了铸坯内部裂纹。而已凝固的坯壳在二冷区接受强制冷却,由于铸坯线收缩,温度的不均匀性,坯壳鼓肚、导向段对弧形不准,固相变引起质点如在晶界的沉淀等,容易使外壳受到外力和热负荷间歇式的突变,从而产生裂纹就是表面裂纹。

在二次冷却区带液芯的铸坯接受喷雾冷却,导致冷却和通过空气进行辐射传热,喷嘴的喷雾冷却和导辊的冷却均为不均匀冷却,如果冷却不均匀性严重,会导致已有表现细小裂纹的扩展,板坯鼓肚,并造成多种内裂纹。冷却不适当还会导致液芯延长、铸坯表面温度不适当,在板坯矫直时表面温度处于高温脆性区,容易产生表现横裂纹,在初始凝固冷却不均匀的振痕波谷位置尤为严重。对于一些含有碳氮化物形成元素Al、Nb、V、Ti、Cr、Mo的微合金钢,这一问题尤其要引起关注。

该连铸机改造项目可为唐钢配套板材提供优质连铸坯,对于唐钢降本增效、改善环境、提高市场竞争力、巩固板材生产基地的龙头地位都具有重要意义,经济效益、环境效益和社会效益显著。

什么是连铸机?

二、连铸坯裂纹形态和影响因素

利用钢的高温特性,可以对连铸过程中以下方面提供指导:

高温钢水连续不断地浇注到一个或一组水冷铜制结晶器内,钢水沿结晶器周边逐渐凝固成坯壳,待钢液面上升到一定高度,坯壳凝固到一定厚度后拉矫机将坯拉出,并经二次冷却区喷水冷却使铸坯完全凝固,由切割装置根据轧钢要求切成定尺。这种使高温钢水直接浇注成钢坯的工艺过程称为连铸。

连铸坯裂纹形态分为表面裂纹和内部裂纹,表面裂纹有纵向、横向角部裂纹、表面横裂和纵裂、网状裂纹和凹陷等,内部裂纹有中间、中心和矫直裂纹等。

结晶器中初生坯壳的凝固冷却和应力应变位于高温脆性区,利用数值计算,可以得出结晶器中钢液及坯壳中的温度场,速度场及应力场,从而分析得出影响铸坯应力的主要因素,应用钢的高温特性试验,可以测量得出高温下产生裂纹的临界应变及应力,由此对铸坯应力的主要影响因素进行调整、控制。

结晶器振动装置是连铸生产的核心,结晶器振动装置的作用是使结晶器做周期性振动,以防止初生坯壳与结晶器壁产生黏结而被拉破,振动曲线一般按正弦规律变化,以减少冲击,其振幅和频率应与拉速紧密配合,以保证铸坯的质量和产量。

连铸坯裂纹的影响因素:

在连铸二次冷却区,由于间断的喷雾冷却作用,使铸坯表面温度呈周期性变化,会产生一定的热应力,同时钢水静压力造成铸坯鼓肚,导辊不对中造成铸坯产生额外应力,通过高温特性测试,可以研究循环加热与冷却对钢的高温特性的影响,据此提出为避免产生裂纹,保持铸坯表面温度高于脆性温度区,在铸机机械和冷却制度的设计上应遵循的原则和应该采取的措施。

传统结晶器振动系统存在弊端

连铸坯表面裂纹主要决定于钢水在结晶器的凝固过程,它是受结晶器传热、振动、润滑、钢水流动和液面稳定性所制约的,铸坯内部裂纹主要决定于二冷区凝固冷却过程和铸坯支撑系统的对弧准确性。铸坯凝固过程坯壳形成裂纹,从工艺设备和钢凝固特性来考虑影响裂纹形成的因素可分为:

信息来源:全球铁艺网

目前国内常见的结晶器振动系统有机械式正弦振动系统和液压或电动非正弦振动系统两种。

1、连铸机设备状态方面有:

机械式正弦振动技术其动力源有电机减速机构成,其振动曲线单一,振幅、频率调节困难,限制了钢坯质量的进一步提升;液压或电动非正弦振动系统虽然解决了正弦振动系统的一系列问题但目前国内技术仍不成熟,存在使用寿命短,设备能耗高,系统有功功率低等各种问题。

1)结晶器冷却不均匀

研制出一种操作性能强,使用寿命长,设备能耗低的振动伺服系统,是成为业内人士亟需解决的问题。

2)结晶器角部形状不当。

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3)结晶器锥度不合适。

4)结晶器振动不良。

5)二冷水分布不均匀(如喷淋管变形、喷嘴堵塞等)。

6)支承辊对弧不准和变形。

2、工艺参数控制方面有:

1)化学成份控制不良。

2)钢水过热度高。

3)结晶器液面波动太大。

4)保护渣性能不良。

5)水口扩径。

6)二次冷却水分配不良,铸坯表面温度回升过大。

7)铸坯带液芯矫直。

8)铸坯在脆性区矫直。

3、钢的凝固特性方面有:

1)凝固冷却过程的相变。

2)铸坯凝固结构(柱状晶与等轴晶的比例)。

3)凝固壳高温力学行为。

4)凝固过程的偏析。

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