改善冷镦钢坯表面振痕的结晶器振动参数优化

 

　　武钢第一炼钢厂(以下简称一炼钢)2005年冷镦钢产量近5万t，典型钢种有SWRM6、SWRM8、SWRM10等。浇铸该类钢种时，铸坯表面振痕深度达0.5～0.7mm，同时在振痕谷底处常伴有肉眼可见微裂纹。这些表面缺陷严重影响了铸坯的质量，影响了冷镦钢的后续加工性能。目前对冷镦钢连铸时铸坯表面振痕问题的研究很少，尤其是碳含量较低的SWRM6、SWRM8等钢种。因此有必要结合一炼钢的实际生产工艺条件，找出目前冷镦钢连铸时造成铸坯表面振痕缺陷的主要原因，提高铸坯的表面质量。

 

1方坯表面振痕形貌及形成机理

　　一炼钢生产的SWRM8方坯表面振痕情况。坯样取自2号连铸机，浇注条件是：过热度3O℃，拉速1.6m／min，二冷采用强冷制度。可以看出，SwRM8方坯表面主要有以下缺陷。

(1)振痕。凹形深振痕，平均深达0.5mm，且振痕弯曲。

(2)凹陷。靠近角部区域出现纵向凹陷，最深处达3.5～4.0mm，且凹陷部位有粘渣现象。通过对不同连铸条件下的铸坯表面振痕进行金相分析，最常见的振痕形态主要有两类：凹陷状振痕和带钩状振痕。

　　为了改善铸坯表面质量，减小振痕深度，人们对保护渣存在情况下的连铸坯振痕形成的原因进行了深人细致的研究，在弯月面处，由于钢液的过热度及钢液对流的影响，弯月面处0.3s期间内形成的凝固坯壳可能表现为刚体，也可能表现为液体的性质，即具有流变性。由于结晶器的振动，弯月面区域的保护渣中产生压力。在负滑移期间，结晶器向下振动的速度大于拉坯速度时，弯月面会被保护渣道中形成的正压力推向钢液中，在正滑脱期间，当初始凝固坯壳强度不大，保护渣中形成的负压力和波动钢液的惯性力将坯壳推向结晶器内壁，导致初始凝固坯壳弯曲或重叠，形成不带钩状的振痕。当初始凝固坯壳的厚度较大，强度高的时候，初始凝固坯壳不能推向结晶器内壁，因此钢液会覆盖在弯月面上，形成一种带钩状的振痕。

2振痕缺陷形成原因分析

　　针对一炼钢生产的SWRM8方坯振痕情况，振动参数不合理(振幅大、频率低)，负滑脱时振痕间长，保护渣理化性能不合适等振痕弯曲滑不良，摩擦阻力大使振痕沿拉坯方向弯曲。

2.1振痕形成的影响因素

　　振痕间距和振痕深度是衡量振痕的重要参数。因此，考虑连铸坯振痕的影响因素时，应分别考虑这两个参数。同时，大量研究表明，无论是低碳钢还是中碳钢，当振痕间距增大时，振痕的深度随之增大。合理的控制振痕间距对控制振痕深度有重要作用。

2.2振动参数对振痕的影响

　　连铸过程中铸坯的振痕都与结晶器的振动参数密切相关，其振动模式主要为正弦振动。振痕形成机理及实验研究均表明振痕是在负滑脱期间产生的，负滑脱时间越长，振痕的深度就越大，因此控制负滑脱时间的长短，可以有效地控制振痕的形态。

3结晶器振动参数的优化

3.1现行振动参数特点

(1)随着拉速的不断提高，负滑脱率在不断的降低；

(2)拉速的不断提高，对负滑脱时间的影响不大；

(3)拉速的提高，使得结晶器导前明显增加。

3.2结晶器振动参数的确定

　　在实际振动过程中，确定合适的结晶器振动基本参数振幅和频率厂是获得高质量的铸坯的关键，确定上述参数的主要原则是以获得合理的工艺参数为前提，可以根据工艺要求调节振幅、频率得到。确定工艺参数的总原则是应尽量减小铸坯表面振痕深度及改善结晶器和坯壳之间的润滑，这便要求能够获得较小的负滑脱时间，较大的正滑脱时间，尽量小的正滑脱速度差，足够大的负滑脱量NSA以及适当的负滑脱速度比率NS和负滑脱时间比率NSR。

3.3振动参数优化方案及效果

　　根据以上对结晶器振动工艺参数与基本参数关系的分析，结合振痕形成机理可知：要减少振痕深度，就要减小负滑脱时间，可通过减小振程或者提高振频，或者两个参数都适当改变的方式来实现。

4结语

　　根据一炼钢的情况，提出了3种振动参数优化方案，通过计算比较分析，再结合结晶器振动参数确定原则，得最佳方案。方案在整个拉速范同内均满足条件，负滑脱时间保持在0.10s左右，在工作拉速范围(1.2～1.8m／min)内，负滑脱率在28～30%之间，结晶器导前1.5～2.5mm，振痕间距8～11mm。除结晶器导前略微偏小外，其他工艺参数均在最佳取值范围内，且负滑脱时间较现行振动参数情况下缩短约0.02S，能有效减小振痕深度。采用方案3后，通过5个浇次的取样分析，方坯表面振痕得到明显改善，平均振痕深度为0.372mm。