在連鑄生產(chǎn)實(shí)踐中,連鑄坯內(nèi)裂紋生成的必要條件是:
(1)裂紋是在高溫下產(chǎn)生的,此時(shí),鋼的強(qiáng)度和塑性均非常低。
(2)裂紋是在應(yīng)力(包括熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力)作用下產(chǎn)生的。
(3)在裂紋產(chǎn)生的晶間,特別是柱狀晶晶間,往往都富集有大量的夾雜物和低熔點(diǎn)元素如S、P等,說(shuō)明鋼水的純凈度不高。
從上述三個(gè)必要條件看,高溫是鑄坯凝固的必經(jīng)過(guò)程,是無(wú)法避免的;因此,要防止鑄坯產(chǎn)生內(nèi)裂紋,就要從控制(2)、(3)著手;首先要減輕鑄坯在凝固過(guò)程中承受的各種應(yīng)力,這些應(yīng)力包括以下幾個(gè)方面:
(1)鑄坯菱變產(chǎn)生的應(yīng)力。
(2)如果是直結(jié)晶器弧形連鑄機(jī),當(dāng)鑄坯在彎曲變形時(shí)產(chǎn)生的變形應(yīng)力。
(3)二次冷卻造成的冷卻收縮應(yīng)力。
(4)鋼水靜壓力產(chǎn)生的坯殼鼓肚變形應(yīng)力。
(5)拉矯機(jī)拉坯時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力、拉矯輥夾緊鑄坯時(shí)的壓應(yīng)力及矯直時(shí)的矯直變形應(yīng)力。
(6)若二冷導(dǎo)向段的弧度不準(zhǔn)確,還會(huì)在鑄坯上產(chǎn)生附加變形應(yīng)力。
針對(duì)鑄坯可能承受的上述的復(fù)雜應(yīng)力狀況,可以采用下面的一些措施,以減輕鑄坯承受的應(yīng)力:
(1)控制結(jié)晶器下口的磨損,從而減少鑄坯的菱變,如采用足輥并嚴(yán)格地調(diào)整好足輥的位置、采用耐磨性較好的銅管材質(zhì)、選用合理的結(jié)晶器倒錐度以及及時(shí)更換已經(jīng)磨損的結(jié)晶器等。
(2)對(duì)于直結(jié)晶器弧形連鑄機(jī),其彎曲段可采用連續(xù)彎曲技術(shù),將彎曲段的變形速率控制在10-4/S級(jí)別,這樣裂紋產(chǎn)生的概率可大幅度下降。
(3)在不打滑的前提下,可將拉矯輥液壓缸的工作壓力盡量地調(diào)低,矯直形式最好選用連續(xù)矯直技術(shù),因?yàn)檫B續(xù)矯直的變形速率可降到10-4/S,其帶液芯矯直時(shí),二相區(qū)的變形速率可達(dá)10-5~10-6/S,可有效地防止鑄坯產(chǎn)生內(nèi)裂紋。
(4)合理設(shè)計(jì)二次冷卻配水制度,水量分布均勻,冷卻過(guò)程中鑄坯表面不產(chǎn)生回溫現(xiàn)象,鑄坯表面的溫度差不大于200℃,噴嘴對(duì)中鑄坯表面,鑄坯不走偏等,可以防止水冷裂紋的出現(xiàn)。
(5)校正二次冷卻導(dǎo)向段的弧度,避免鑄坯在二次冷卻區(qū)內(nèi)出現(xiàn)附加變形。
除了上述這些措施外,提高鋼水的純凈度也是消除鑄坯內(nèi)裂紋的重要措施,下面列舉三個(gè)鋼廠的例子:
(1)某大鋼廠的電爐分廠采用40%三脫鐵水熱裝且廢鋼質(zhì)量非常好,其鋼水的S含量一般都在0.008%以下,該廠的鑄坯低倍檢驗(yàn)基本沒(méi)有內(nèi)裂紋。
(2)某特鋼廠有一臺(tái)引進(jìn)的連鑄機(jī),鑄坯低倍的內(nèi)裂紋長(zhǎng)期困擾著這個(gè)廠,原先一直懷疑設(shè)備維修有問(wèn)題,后來(lái)發(fā)現(xiàn)該廠的成品鋼坯中的S含量大部分控制在0.026%~0.033%,該廠調(diào)整了工藝,充分發(fā)揮LF爐的脫硫功能,當(dāng)S含量控制在0.012%以下時(shí),內(nèi)裂紋就沒(méi)有了。
(3)某特鋼廠引進(jìn)一臺(tái)裝備水平較高的連鑄機(jī),外商對(duì)該廠的鋼水質(zhì)量有一個(gè)要求,要求鋼中的酸溶鋁和總鋁的比例大于90%(即【AL】S/【AL】T≥90%)。而該廠當(dāng)時(shí)的酸溶鋁和總鋁比例的水平只有65%~70%,后來(lái)該廠將脫氧操作作為重點(diǎn)攻關(guān)的課題,很快酸溶鋁和總鋁的比例就達(dá)到90%以上,相應(yīng)的鋼中的總氧量降到了20×10-6左右,硫的含量也降到了0.01%左右(這是很自然的,因?yàn)槊撗踹^(guò)程本身就伴隨著脫硫)。這時(shí)鑄坯低倍中的內(nèi)裂紋就自然消失了。
從上述三個(gè)例子可以充分地說(shuō)明:提高鋼水的質(zhì)量對(duì)防止鑄坯產(chǎn)生內(nèi)裂紋有非常重要的作用。可以這樣理解,當(dāng)鋼的純凈度提高到一定程度,即使夾雜物和低熔點(diǎn)元素在凝固過(guò)程中富集,但富集后的總量仍然非常少,不足以破壞金屬的連續(xù)性,也就不容易引起裂紋。哪怕應(yīng)力超過(guò)了晶間強(qiáng)度而產(chǎn)生了裂紋,這種裂紋經(jīng)軋制被焊合后,由于晶間富集的夾雜物和低熔點(diǎn)元素的數(shù)量不足以被腐蝕成假裂紋,裂紋也就自動(dòng)消失了。可以說(shuō),在防止鑄坯產(chǎn)生內(nèi)裂紋這個(gè)問(wèn)題上,提高鋼的純凈度比起降低和控制鑄坯的應(yīng)力顯得更有效和更直觀。當(dāng)然,這并不是說(shuō)設(shè)備的維護(hù)和設(shè)備的狀態(tài)不重要。要想使連鑄生產(chǎn)達(dá)到高的作業(yè)率和高的生產(chǎn)量,必須保證連鑄機(jī)的設(shè)備故障率控制在較低的水平。因此,加強(qiáng)對(duì)連鑄設(shè)備的維護(hù),保證連鑄設(shè)備有良好的狀態(tài),仍然是十分重要的。
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