1、内蒙古科技大学 2004 届毕业设计说明书第 1 页 共 65 页第一篇 专题部分薄板坯表面纵裂的成因及其防止措施内蒙古科技大学 2004 届毕业设计说明书第 2 页 共 65 页薄板坯表面纵裂的成因及防止措施摘 要 对珠钢、包钢薄板坯表面纵裂进行分析后发现，产生薄板坯表面纵裂的主要原因有钢中含碳量、硫含量、结晶器热流密度、拉速。避免钢中含碳量在敏感区，控制热流密度在临界热流密度以下，选择合理拉速等对提高薄板坯质量，防止表面纵裂有重要作用。关键词 连铸 表面纵裂 薄板坯 Abstract Surface longitudinal cracks on thin slabs which are p
2、roduced by Zhujiang Iron&Steel Company and Baotou Iron&Steel Company are studied ,and find that there are several factors maybe lead to surface longitudinal cracks on thin slabs. Influences include carbon content ,sulfur content ,thermal energy density,pull speed ,etc .In order to improve the quanti
3、ty of steel ,it should control the carbon content ,sulfur content ,and thermal energy density,also it should choose appropriate pull speed . It takes great effect to avoid surface longitudinal cracks on thin slabs .Key words continuous casting surface longitudinal crack thin slab内蒙古科技大学 2004 届毕业设计说明
4、书第 3 页 共 65 页薄板连铸连轧是当今世界钢铁工业具有革命性的前沿技术，它集科学，技术和工程为一体，将热轧板卷的生产在一条短流程生产线上完成，充分显示其先进性和科学性。世界各国对此给予了极大的关注，使薄板坯连铸连轧今年来有了突飞猛进的发展，薄板坯连铸连轧工艺由于其流程短，单位建设投资低，能耗低，劳动生产率高等特点，受到国际钢铁界的普遍重视。自 1989 年第一套生产设备投产以来，其推广速度很快，截止 2001 年 12 月，全球已建立了 36 条生产线，共 54 流，其生产能力达 5500 万吨/年。其中 CSP：26 条生产线（包括 ISP 5 条） ，42 流（包括 ISP 7 流）
5、 ，其年产能力约为 4200 万吨（包括 ISP765 万吨） ；FTSR：4 条作业线，5 流，其年产能力约为 500 万吨/ 年；QSP：3 条作业线，4流，能力约为 500 万吨/年；CONTOLL：3 条作业线，3 流，能力约为 315 万吨/年。表 1 世界各种薄板坯连铸连轧生产线统计1. 世界薄板坯生产发展现状美国是短流程发展最快的国家，自 1989 年 6 月 NUCOR 公司CRAWFORDSVILLE 厂电炉薄板坯连铸连轧（CSP）投产以来，美国已有 12流（7 个厂）的 CSP 生产线相继投产，产量已超过 1000 万吨。美国之所以大力发展短流程，有以下主要原因：1） 废钢
6、来源充足，国内废钢加工，分类服务齐全，各州政府在政策上对以废钢铁作为原料的环保型钢厂给予支持。2） 投资少，建设周期快，一个包括冷轧在内的 200250 万吨的短流程钢厂投资约 8 亿美元，建设周期 16 个月。工艺 生产线数/条 铸机流数/流 生产能力万 t/a 技术供应厂商CSP(其中 ISP)26（5）42（7）4200(765)SMSDEMANGFTSR 4 5 500 DANIELIQSP 3 4 500 SOMITOMOCONROLL 3 3 315 VAI合计 36 24 约 5500内蒙古科技大学 2004 届毕业设计说明书第 4 页 共 65 页3） 电费便宜。4） 劳动生产
7、率高，一般在 2500 吨/（人年）以上1.1 废钢及其代用品问题短流程钢厂生产平材的关键之一是钢中残余元素总量控制问题，尤其是铜含量。美国短流程钢厂的铜含量基本控制在 0.10以下，采取的措施包括：1）废钢严格按来源，成分分类堆放。2）注意原料配比，使用废钢代用品如生铁，HBI，DRI 等。以 GALLATIN 为例，其电炉原料配比一般为 60 的废钢+15HBI+25生铁，钢水中铜含量大致在 0.08。按照此铜含量反算，其废钢铜含量大致在0.15以下。由于铜 含量低，残余元素总量控制在 0.25以下。所生产的热轧钢板卷表面质量好，力学性能包括强度与塑性均达到了长流程产品的水平。废钢本身的低
8、铜含量加上适当的代用品，是美国短流程平材厂通常采用的最简单办法。1.2 连铸产品，质量等问题一般来讲，不同企业有不同的产品策略。NUCOR 公司 HETFORD 厂重点生产热轧中厚板。BERKELEY 厂生产一般用途冷轧钢板。BHP 北极星厂选择中等厚度薄板坯铸机，目的是克服薄板坯连铸卷渣严重，钢板表面质量差的缺点，生产能够用于汽车业的深冲击钢板。GALLATIN 厂除生产一般热轧结构钢板外，也生产汽车钢板，已在丰田，福特汽车上试用。表 2 GALLATIN 厂生产的汽车用钢板成分为C TO N ALs0.030.05 1520）10 6 70106 0.02GALLATIN 钢厂在洁净钢方面
9、主要抓了以下几点： 电炉无渣出钢。 钢水包引流自开率（98以上） 精炼工艺优化控制，尤其强调Ca/Al，及钙处理以后的软搅拌工艺。 保护浇铸。 喂丝在电磁制动（ENBR）技术方面，NUCOR BERKELEY 和 BHP 北极星厂均在结晶器安装使用了 EMRT 技术。采用该技术后，在拉速为 5m/min 时浸入式水口流出的钢水内蒙古科技大学 2004 届毕业设计说明书第 5 页 共 65 页冲击深度和结晶器钢水表面流速波动均大幅度减少。与采用 EMBR 前相比，钢板因铸坯卷渣造成的缺陷减少了 90，纵裂纹指数减少了 80。1.3 关于连铸坯厚度问题薄板坯连铸连轧发展到今天，有四个重要变化： 不
10、再追求连铸坯愈薄愈好，一般以 70mm 左右为宜。 铸机垂直段加长至 8m 以上。 板坯宽度 1560mm 以上。 初轧+精轧机组GALLATIN 厂不采用液芯压下技术（LCR） ，NUCOR BERKELEY 厂虽装有 LCR，也一直搁置不用，主要原因是： 采用 LCR 后压下辊表面温度提高，BERKELEY 厂压下辊未采用内部冷却。 氧化铁皮压入铸坯造成后步除磷皮困难。采用 CLR 的初衷主要是为了解决结晶器内腔过薄带来的冶金工艺问题，但解决了结晶器截面积办法问题后，却带来了后面的质量问题，因此对 LCR 的作用值得进一步研究，特别是在结晶器安装 EMBR 后，就更值得探讨了。随着现代化电
11、炉效率的提高，冶炼周期一般可稳定在 55min 之内，因此 CSP短流程钢厂生产线中的连铸成为限制因素。为了解决这一“颈瓶”问题，除了在连浇炉数和拉速上下工夫外，关键是对铸机进行改造，使之能生产 6070厚的铸坯。对于生产高质量的铸坯来讲， 提高拉速也是具有限度的。对于 50mm 厚的 CSP 铸机，最高 5.5/in 的拉速是合适的。1.4 铸坯的温度薄板坯进入热轧加热炉前温度是影响成本和板材质量的重要参数，NUCOR BERKELEY 厂和 GALLATIN 厂进加热炉前的铸坯温度一般都在 9801040 度之间，BERKELEY 厂可达 1075 度，生产实践表明，铸坯入炉前的温度愈高，
12、轧制板形愈好，愈容易轧制薄规格，并且能够有效降低加热炉能耗。1.5 钢水成材率成材率是反映企业技术与管理水平高低的一个综合指标。它与连铸连浇率，钢水质量，加热炉工艺，轧制技术及生产管理等密切相关。NUCOR BERKELEY 厂的有关数据如表 3：内蒙古科技大学 2004 届毕业设计说明书第 6 页 共 65 页表 3平均钢水成材率 98.5平均铸坯成材率 97.4综合钢水成材率 98.597.4=98.84BERKELEY 厂的连浇炉数一般为 1116 炉，平均为 12 炉，平均连浇时间达 11h。要抓好连浇率问题，必须在以下几个方面有进一步的突破： 钢包钢水下渣检测或准确判断的问题，残留量
13、控制在 4%以内。 漏钢率0.020时，使钢中两相区凝固界面的延伸率大大下降；钢的热裂纹敏感性随S含量增加而增加，热裂指数升高。当S0.020时Mn/S较低，小于 30，在晶界出现低熔点的硫化物比例增多。3.3 结晶器的热流密度日本住友金属公司 90 年代在连钢厂采用 50100t 钢包的钢水，在冶金长度12.8m 中等厚度（90120mm）的试验板坯宽度为 1000mm，经过大量实验发现，为了防止产生表面纵裂纹，需控制结晶器铜板的热流密度在临界热流密度以下。低碳钢（0.04%0.06% ）的临界热流密度为 3.010 6w/m 2；中碳钢（0.14% 0.17%）的临界热流密度为 2.010
14、 6w/m2。目前，CSP 连铸机通常的漏斗型结晶器宽面热流密度为（2.402.90）10 6 w/m2,处理生产含碳小于 0.06%低碳钢，根据经验，一般不会产生纵裂纹。但是如果生产 0.07%0.20% 碳含量的钢种，则难以保证使结晶器铜板宽面热流密度小于内蒙古科技大学 2004 届毕业设计说明书第 10 页 共 65 页2.0106w/m2.影响结晶器热流密度的主要因素为连铸机拉速，一般情况是拉速愈高，热流密度越大。3.4 拉速的影响对含碳量小于 0.06%的钢种浇注速度达到 5.5m/min 还可以保证表面质量，而含碳量在 0.08%左右的钢仍然是难浇钢种。以珠江 CSP 钢厂为例，对
15、于碳含量大于 0.18的钢种，其拉速大于 4.8m/min 时开始出现纵裂纹缺陷，5.0m/min 时纵裂纹比较发达。3.5 过热度对纵裂的影响合理地控制中间罐钢水的过热度非常重要，过热度对铸坯纵裂的影响见 图 1。图 1 为武钢三炼钢 2001 年 16 月 Q235 系列、 SS400 系列 536 炉的统计数据。可以看出，当过热度20 oC 时，铸坯纵裂发生概率增大，这是因为高过热度使铸坯的柱状晶粗大，加剧晶间裂纹的产生。另外浇注温度高，形成的坯壳薄，承受横向应力的能力差，纵裂纹发生率增大。当过热度5 oC 时，纵裂发生率也有所增大，这可能是由于浇注温度低拉速高，保护渣化渣缓慢所致。百分比 201354纵裂指数25过 热 度 /摄 氏 度 0.1图 14. 坯表面纵裂纹的形成及预防措施在结晶器内坯壳内产生细小裂纹后继续向下运动，由于结晶器下部锥度不足以支撑坯壳抵抗钢水静压力，保护渣流动性不合适难以填充气隙及结晶器传热不均匀等作用下，形成细小纵裂纹而削弱的应力集中部位又产生一个更大的应力集中，这时应力集中不仅包括热应力，还包括外力作用，同时由于细小纵裂纹的存在造成缺口效应。在应力作用下细小纵裂纹沿树枝晶低塑性区撕裂，同时表面颈
