连铸板坯倒角结晶器优化设计及应用.docx

连铸板坯倒角结晶器优化设计及应用摘要：文章通过对倒角铸坯角部纵裂纹产生的原因进行了分析认为倒角面倒锥度不合理和倒角面的尺寸原因是造成倒角铸坯角部纵裂纹的主要因素通过调整结晶器锥度优化倒角面尺寸使倒角铸坯的角部纵裂纹得到了有效控制。关键词：连铸板坯；倒角铜板；倒锥度；角部纵裂纹1倒角结晶器使用的意义在钢铁企业面临市场竞争压力巨大的情况下如何以低价的成本生产出高质量的产品是目前降本的主要手段含Nb（B）钢角部横裂纹是大板坯的主要角部缺陷尤其对于轧制厚板来说切除角部裂纹是目前的主要手段切角处理造成成本的增加以及钢坯物流的紧张通过倒角的形式缓解提高角部温度从而弱化其弯曲矫直力避免角部横裂纹；但是作为倒角结晶器来说其负面影响角部纵裂纹发生的几率逐步增大如何通过合理的优化设计达到其传热的平衡是其应用的关键。2倒角结晶器参数摸索思路大倒角铜板主要通过对倒角面水缝形状、水缝深度、水缝距离倒角面的距离、倒角面倒锥度变化来提高边铸坯角部质量同时考虑连铸机水流速、倒锥度及拉速等参数的改变来解决铸坯角横、纵裂纹的问题。倒角铜板示意图如图1所示。为了确定合适倒角尺寸分别对倒角尺寸在25mm×25mm35mm×35mm30mm×40mm进行现场试验连铸坯角横裂纹发生率分别降低到4.2%、1.6%和0.2%。不同倒角尺寸结晶器试验结果表明随着倒角尺寸的增大连铸坯角横裂纹发生率不断降低当倒角尺寸为35mm×35mm时可以有效去除连铸坯角横裂纹缺陷。但随着倒角尺寸的增加连铸坯角部纵裂纹发生几率也在增加如图2所示。倒角尺寸为20mm×20mm时角部纵裂纹发生率仅为2.5%当倒角尺寸增加到25mm×25mm和35mm×35mm时角部纵裂纹发生率分别增加到了5.8%和11.3%。3倒角连铸坯角部纵裂纹机理分析3.1角部纵裂纹缺陷的金相分析为确定角部纵裂纹产生的时机和原理对倒角连铸坯角部纵裂纹进行金相组织分析图3为连铸坯倒角面角纵裂纹缺陷这些裂纹长度在15mm-80mm之间深度为2mm-13mm。首先将角纵裂试样按图4所示方式横向切开再将试样观察面打磨、抛光然后用4%硝酸酒精对横截面进行侵蚀最后对横截面组织形貌、裂纹两侧脱碳层以及裂纹中夹杂物等进行金相和扫描电镜分析。图5是裂纹附近的金相组织裂纹附近组织以铁素体和珠光体为主并有一些针状铁素体和极少量魏氏体组织。图6为裂纹两侧的氧化圆点照片由图可见裂纹开裂处存在严重的氧化脱碳现象出现大量氧化物质点说明裂纹产生的温度很高且有一定的高温停留时间温度高于1100℃。3.2角部纵裂纹缺陷的能谱分析为了确定裂纹开裂处的夹杂物成分沿着裂纹开裂处对裂纹表面夹杂物进行扫描电镜能谱分析图7为裂纹中部附近扫描电镜照片结果见表1。从裂纹开裂位置的各点能谱分析可以看出裂纹附近出现了大块的不规则的外来夹杂物能谱分析其中含有大量的Na、Ca、Si、O、K等元素是典型的连铸保护渣成分说明裂纹产生的时候坯壳外侧有可流动的液态保护渣。（表1）3.3角部纵裂纹缺陷产生时机及原理经过倒角坯出现的角纵裂纹缺陷的金相组织、电镜能谱分析可以看出裂纹周围存在明显的脱碳层说明裂纹形成温度很高并且在高温下持续了一定的时间在纵裂纹中发现有保护渣成分的夹杂物说明在纵裂纹形成时有液态渣流入到裂纹中因此可以判断倒角坯的角纵裂形成于连铸结晶器中。结合J.K.Park等人大量的研究结果可以认为连铸坯角部纵裂纹的产生是基于两个方面的原因一方面如果结晶器铜板锥度不足倒角部位容易所产生气隙气隙的产生使得倒角部位坯壳向结晶器的传热慢、坯壳温度高而且薄弱；另一方面远离角部的坯壳与结晶器铜板接触良好坯壳向结晶器的传热快、坯壳相对较厚结晶器内连铸坯坯壳表面由于凝固收缩而产生拉应力应力容易集中在坯壳薄弱、温度高的倒角角部坯壳上从而在坯壳倒角部位产生纵裂纹。因此改善倒角部位的传热与其他部位的均匀稳定是解决倒角连铸坯角部纵裂纹的关键。4改进试验4.1结晶器倒角面锥度优化为了摸索结晶器内连铸坯坯壳的变化规律对35mm×35mm倒角尺寸结晶器-连铸坯进行了热-力耦合仿真模拟计算目的是为结晶器结构优化设计提供依据计算结果见图8如果结晶器上下口倒角面采用相同的长度那么在连铸机出口处由于凝固收缩倒角部位坯壳长度要短于倒角部位铜板的长度二者长度相差0.65mm这样在倒角部位和宽面铜板的过渡区域会产生气隙见图8（b）中红色圆圈所示部分这显然会影响到该区域坯壳向结晶器的传热效果以及此处坯壳厚度也就是说随着坯壳的凝固收缩倒角面会逐渐失去对该部位坯壳两端的支撑作用这样宽面以及窄面坯壳凝固收缩而产生的拉应力作