异形坯连铸缺陷和解决措施

异形坯连铸诞生于1968年，从那时起到现在已经安装了约60套异形坯连铸机，本文展示异形坯缺陷文献回顾，主要集中在缺陷的形成机理，提出降低缺陷的解决措施。表面缺陷包括纵向裂纹和横向裂纹，内部缺陷是气泡和凝固过程产生的裂纹，展望包括调查缺陷使用的技术：金相组织调查，计算流体动力学，热力学和热机模型等。连铸工序采取的措施，改进浸入式水口（SEN）设计，二冷修改和校准仪器仪表，弧形段支撑等。异形坯可以敞开浇铸，准保护浇铸和保护浇铸，这三种形式浇铸方式见图1所示，每一种方式都有其优缺点，见表1。敞开浇铸一般用于小断面异形坯，尽管也有使用单水口浇铸方式，但是通常每个结晶器采用两个定径水口来浇铸。对于敞开浇铸的定径水口已经可以进行自动快速更换。敞开浇铸简单，生产效率较高，但是敞开浇铸遇到的问题是钢水中的硅和锰的二次氧化，也有在结晶器使用喂入铝丝来加强脱氧形成的氧化铝。

绝大多数异形坯连铸使用准保护浇铸，这种方式组合了敞开浇铸和保护浇铸的优点，使用两个水口将钢水引入到结晶器内，这样就可以使用结晶器保护渣。虽然也有试验使用的横向水口，但是通常都是使用垂直水口进入结晶器内。当浇铸大型断面异形坯和铝镇静钢的时候，使用塞棒机构或者滑板机构组合浸入式水口浇铸方式。考虑到结晶器空间的限制，单个进入水口也进行了试验。异形坯结晶器可以采用铜管结构，即与通常小方坯一样，也可采用像板坯结晶器那样的四块板结构。通常铜管用于小断面和中型断面的异形坯生产，四块板结构的结晶器由两个窄面和两个宽面组合而成，也可以在组合式异形坯结晶器中设计成插入异形坯铜管，这样就可使用两种方法组织生产，这个方案已经使用在中型断面的结晶器上。

板式异形坯结晶器具有下列特点：（a）有几种冷却水空腔方式来带走热量：铜板背后水槽，铜板打冷却水孔环，冷却水孔。冷却槽或孔之间间隔一定距离，在铜板位置上偏向热面；（b）组合结晶器刚度大；（c）冷却水通道横向几何尺寸稳定；（d）容易达到不同的锥度模式；（e）成本较高。相对于方坯连铸机，由于异形坯结晶器结构上的复杂性，特别是横向断面不规则，所以广泛地采用流体流动和热力学模型进行传热计算。1  表面缺陷异形坯的表面缺陷与方坯缺陷基本相像，但有一些特别的地方，这些缺陷有针孔、裹渣和纵向裂纹。1.1  针孔这种缺陷主要发生在使用定径水口油润滑的浇铸方式上，针孔出现造成最终轧制H型钢出现质量问题，特别是在腹板和翼缘对接窝巢处，轧钢加热过程并不能消除这个缺陷，异形坯轧制前几个道次在一些部位是自由宽展（没有约束来限制宽展），针孔缺陷在连铸坯阶段其内部没有氧化铁皮，经过轧钢加热炉后就充满了氧化铁皮。针孔形成的原因是润滑油中的水分（或者是在供油管路中吸入潮气）、过多的供油量、润滑油分布不均匀、油槽间隙太厚（大于0.5mm）、由于喷溅造成油路的堵塞、钢水液面突然变化、使用冲棒措施、钢水脱氧不良等原因造成的，使用结晶器电磁搅拌有助于针孔的消除。1.2 疤痕在铸坯上出现小的漏钢，但是马上冷却愈合，没有形成事故和金属损失。发生在异形坯这个缺陷的例子见图4，这是由于结晶器内异形坯热区环状应变所致，或者粘结导致。

1.3  裹渣在敞开浇铸钢水和大气以及氧化渣接触形成泡沫浮渣，这个浮渣内通常含有硅酸锰，如果硅含量过高（由于低的Mn/Si比），发生氧化硅的析出，导致高的黏度，浮渣进入异形坯表面的危险增加，特别严重情况下将发生漏钢事故。

1.4 网状裂纹这些裂纹与钢中的铜含量相关，用高比例废钢冶炼铸坯一般铜含量偏高，在坯壳与铜板或铜管之间的气隙增大，晶粒尺寸变大，假如铜含量高，这个地方会产生裂纹。图7所示是Dragon钢厂轧制后的H型钢表面网状裂纹。