結晶器振動對鑄坯表面影響及應對措施

摘要論述了結晶器振動對連鑄坯表面質量的影響,以及振痕的形成和影響因素；振動參數(shù)（拉速、振程、振頻等）對振痕深度的影響；改善鑄坯表面質量的方法途徑及設定合理的結晶器參數(shù)。 關鍵詞：連鑄、結晶器、表面質量、振痕連鑄在現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)中已近得到廣泛的應用，連鑄坯的質量對以后軋鋼等操作有非常大的影響。連鑄坯質量的包括表面質量和內部質量。結晶器的振動主要對表面質量有很大影響。隨著連鑄工藝設備技術水平的不斷提高和完善,漏鋼事故的發(fā)生率已大大降低,它已不再是連鑄生產(chǎn)的主要矛盾。近年來,連鑄工業(yè)正朝著實現(xiàn)鑄坯熱態(tài)裝爐或直接熱送方向發(fā)展,從而能大量節(jié)約能源,降低成本且提高勞動生產(chǎn)率,而實現(xiàn)熱態(tài)裝爐或直接熱送的關鍵是必須生產(chǎn)出不需表面清理,且無缺陷的優(yōu)質鑄坯而影響鑄坯表面質量的主要原因是振痕因此,研究振痕形成機理及其與表面質量的關系則是十分必要的。結晶器的振動裝置用于支持結晶器，并使其上下往復振動以防止坯殼與結晶器粘結而被拉裂;且有利于保持渣在結晶器壁的滲透，保護結晶器充分潤滑和順利脫模。結晶器主要有兩種振動方式，正弦振動和非正弦振動。歸納起來，結晶器振動有兩個基本工藝效果,一是調整保護渣的消耗數(shù)量改善結晶器的潤滑狀況;二是促進坯殼愈合,減少振痕深度改善鑄坯表面質量。1、鑄坯表面振痕的形成機理及影響因素根據(jù)熱流分析模型理論,初生坯殼周圍的溫度分布及存在于坯殼與結晶器的振動可引起潤滑劑的壓力變化,是導致鑄坯表面形成振痕的主要原因。該理論所描述的振痕形成過程大致如下：在負滑動期間,對存在于渣圈、坯殼及結晶器內壁之間的流體潤滑劑,由于封存空間的減小而產(chǎn)生正壓力,它將迫使結晶器上端的初生坯殼向鋼液一側彎曲。在此后的正滑動期間里,流體潤滑劑的壓力將隨封存空間的增大而由正變?yōu)樨?初生坯殼將在此負壓力及坯殼內側鋼液靜壓力的綜合作用下向結晶器內壁一側回復?？紤]到初生坯殼的不均勻性,其中上端較薄弱,故上端回復的要多些。在坯殼的回復過程中,其自身的強度對于坯殼回復將起一定的阻礙作用,而坯殼強度與其成份（主要指其含碳量）有關,含碳量越低其坯殼強度越高（主要是由于含碳量較低時,其初生坯殼較厚）。在坯殼強度較高的情況下,坯殼內熔融狀態(tài)的鋼液易于由初生坯殼上端溢出,而形成所謂皮下帶爪的振痕結構。在坯殼強度較低的情況下,坯殼很容易被推向結晶器壁,而不產(chǎn)生熔融鋼液的溢流現(xiàn)象,即形成所謂皮下不帶爪的振痕結構。低拉速時振痕淺、彎曲,嚴重時出現(xiàn)振疤及振溝現(xiàn)象;高拉速時振痕外凸、鑄坯表面起皺、粘渣,皮下有微小裂紋存在,如圖1(a)(b)所示。圖1連鑄坯表面疤痕(a)裂紋(b)和振痕皮下粗晶粒帶(c)1.1部分表面質量原因分析是獨立的參數(shù),操作人員可將其調整到適合于某種連鑄條件的最佳狀態(tài)。這樣,就有可能提高鑄坯表面質量。許多研究試驗和實際操作都表明,非正弦振動確實可提高鑄坯表面質量。但采用非正弦振動時要注意,振動加速度不能太大,否則會使結晶器出現(xiàn)顫動而影響鑄坯表面質量,甚至影響連鑄過程的順利進行。改善鑄坯表面質量的方法途徑提高連鑄坯表面質量的主要措施可以概括為一下幾方面：（1）結晶器液面的穩(wěn)定性。鋼液面波動會引起坯殼生長的不均勻，渣子也會被卷入坯殼形成皮下夾渣。鋼液面波動在+5mm以內，可消除皮下夾渣。（2）結晶器振動。鑄坯表面薄弱點是彎月面坯殼形成“振動痕跡”。易在波谷處形成橫裂紋、氣泡。采用高頻小振幅的結晶器振動機構，可以減少振痕深度。（3）初生坯殼的均勻性。結晶器彎月面初生坯殼不均勻會造成縱裂紋和凹陷，導致拉漏。坯殼生產(chǎn)的均勻性決定于鋼成分、結晶器冷卻、鋼液面穩(wěn)定性和保護渣潤滑性能。（4）結晶器鋼液流動。結晶器由注流引起的強制流動浸入式水口的插入深度小于50mm或大于170mm都易導致卷渣而形成皮下夾渣。（5）保護渣性能。應有良好的吸收夾雜物能力和渣膜潤滑能力。4、結論（經(jīng)過試驗得出）縱觀近年來國內、外學者的研究成果,減小鑄坯表面振痕以改善鑄坯表面質量的主要途徑是：采用小振幅、高頻率的振動條件,也即采用較短的負滑時間,可使振痕深度明顯減小。見圖3。圖3結晶器振動頻率、振幅對振痕的影響隨著振痕深度的減小,上述與振痕相聯(lián)系的各類缺陷的出現(xiàn)率也將大大降低,見圖4、圖5所示。圖4振痕深度與正偏心出現(xiàn)率的關系圖5振痕深度、裂紋指數(shù)與負滑動的時間關系由此可見,負滑時間是影響振痕深度及鑄坯表面質量的重要因素,采用較短的負滑時間將使振痕變淺,有利于獲得較高的表面質量。這表明過去那種以盡可能獲得較長愈合時間為原則的觀點,已不適合目前力求減小振痕深度以提高鑄坯表面質量這一新的工藝要求。(1)當負滑脫時間tN在0.16s以上范圍時,增加頻率、減小振幅,減少負滑脫時間可以降低振痕平均深度。當tN低于0.16s后,再降低負滑脫時間已不能進一步減少振痕的平均深度。(2)提高振動頻率、降低振幅可以顯著減少中碳鋼“鉤狀”表面振痕,采用新的振動參數(shù),提高振動頻率、降低振幅后,在中碳鋼鑄坯表面已沒有“鉤狀”類型振痕存在。(3)當振幅由3.5mm減少到2.9mm,澆鑄中碳鋼當頻率由105min-1提高到120min-1后,鑄坯表層大型夾雜物含量減少了近42%。澆鑄低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼當振頻由125min-1提高到140min-1,鑄坯表層大型夾雜物含量減少量高達77.7%。如進一步減小振幅、提高頻率,減少負滑脫時間,振頻表層大型夾雜物含量不再進一步隨著降低。參考文獻[1]賀道中.連續(xù)鑄鋼.冶金工業(yè)出版社北京,2009[2]盧盛意.結晶器振動對鑄坯表面質量的影響[J].連鑄,2002年第1期[3]漆鑫,孔凡杰.結晶器振動參數(shù)對連鑄坯表面質量的影響[J].特殊鋼,2004年9月第25卷5期[4]劉洋，朱志遠，呂延春.結晶器振動方式對改善鑄坯振痕深度的研究與實踐[J].連鑄,2012年9月第5期[5]王昌緒，王新華，王萬軍.提高連鑄結晶器振動頻率、減少振幅改善鑄坯質量的研究[J].鋼鐵