結(jié)晶器振動(dòng)對(duì)鑄坯表面影響及應(yīng)對(duì)措施

摘要論述了結(jié)晶器振動(dòng)對(duì)連鑄坯表面質(zhì)量的影響,以及振痕的形成和影響因素；振動(dòng)參數(shù)（拉速、振程、振頻等）對(duì)振痕深度的影響；改善鑄坯表面質(zhì)量的方法途徑及設(shè)定合理的結(jié)晶器參數(shù)。 關(guān)鍵詞：連鑄、結(jié)晶器、表面質(zhì)量、振痕連鑄在現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)中已近得到廣泛的應(yīng)用，連鑄坯的質(zhì)量對(duì)以后軋鋼等操作有非常大的影響。連鑄坯質(zhì)量的包括表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量。結(jié)晶器的振動(dòng)主要對(duì)表面質(zhì)量有很大影響。隨著連鑄工藝設(shè)備技術(shù)水平的不斷提高和完善,漏鋼事故的發(fā)生率已大大降低,它已不再是連鑄生產(chǎn)的主要矛盾。近年來,連鑄工業(yè)正朝著實(shí)現(xiàn)鑄坯熱態(tài)裝爐或直接熱送方向發(fā)展,從而能大量節(jié)約能源,降低成本且提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,而實(shí)現(xiàn)熱態(tài)裝爐或直接熱送的關(guān)鍵是必須生產(chǎn)出不需表面清理,且無缺陷的優(yōu)質(zhì)鑄坯而影響鑄坯表面質(zhì)量的主要原因是振痕因此,研究振痕形成機(jī)理及其與表面質(zhì)量的關(guān)系則是十分必要的。結(jié)晶器的振動(dòng)裝置用于支持結(jié)晶器，并使其上下往復(fù)振動(dòng)以防止坯殼與結(jié)晶器粘結(jié)而被拉裂;且有利于保持渣在結(jié)晶器壁的滲透，保護(hù)結(jié)晶器充分潤滑和順利脫模。結(jié)晶器主要有兩種振動(dòng)方式，正弦振動(dòng)和非正弦振動(dòng)。歸納起來，結(jié)晶器振動(dòng)有兩個(gè)基本工藝效果,一是調(diào)整保護(hù)渣的消耗數(shù)量改善結(jié)晶器的潤滑狀況;二是促進(jìn)坯殼愈合,減少振痕深度改善鑄坯表面質(zhì)量。1、鑄坯表面振痕的形成機(jī)理及影響因素根據(jù)熱流分析模型理論,初生坯殼周圍的溫度分布及存在于坯殼與結(jié)晶器的振動(dòng)可引起潤滑劑的壓力變化,是導(dǎo)致鑄坯表面形成振痕的主要原因。該理論所描述的振痕形成過程大致如下：在負(fù)滑動(dòng)期間,對(duì)存在于渣圈、坯殼及結(jié)晶器內(nèi)壁之間的流體潤滑劑,由于封存空間的減小而產(chǎn)生正壓力,它將迫使結(jié)晶器上端的初生坯殼向鋼液一側(cè)彎曲。在此后的正滑動(dòng)期間里,流體潤滑劑的壓力將隨封存空間的增大而由正變?yōu)樨?fù),初生坯殼將在此負(fù)壓力及坯殼內(nèi)側(cè)鋼液靜壓力的綜合作用下向結(jié)晶器內(nèi)壁一側(cè)回復(fù)?？紤]到初生坯殼的不均勻性,其中上端較薄弱,故上端回復(fù)的要多些。在坯殼的回復(fù)過程中,其自身的強(qiáng)度對(duì)于坯殼回復(fù)將起一定的阻礙作用,而坯殼強(qiáng)度與其成份（主要指其含碳量）有關(guān),含碳量越低其坯殼強(qiáng)度越高（主要是由于含碳量較低時(shí),其初生坯殼較厚）。在坯殼強(qiáng)度較高的情況下,坯殼內(nèi)熔融狀態(tài)的鋼液易于由初生坯殼上端溢出,而形成所謂皮下帶爪的振痕結(jié)構(gòu)。在坯殼強(qiáng)度較低的情況下,坯殼很容易被推向結(jié)晶器壁,而不產(chǎn)生熔融鋼液的溢流現(xiàn)象,即形成所謂皮下不帶爪的振痕結(jié)構(gòu)。低拉速時(shí)振痕淺、彎曲,嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)振疤及振溝現(xiàn)象;高拉速時(shí)振痕外凸、鑄坯表面起皺、粘渣,皮下有微小裂紋存在,如圖1(a)(b)所示。圖1連鑄坯表面疤痕(a)裂紋(b)和振痕皮下粗晶粒帶(c)1.1部分表面質(zhì)量原因分析是獨(dú)立的參數(shù),操作人員可將其調(diào)整到適合于某種連鑄條件的最佳狀態(tài)。這樣,就有可能提高鑄坯表面質(zhì)量。許多研究試驗(yàn)和實(shí)際操作都表明,非正弦振動(dòng)確實(shí)可提高鑄坯表面質(zhì)量。但采用非正弦振動(dòng)時(shí)要注意,振動(dòng)加速度不能太大,否則會(huì)使結(jié)晶器出現(xiàn)顫動(dòng)而影響鑄坯表面質(zhì)量,甚至影響連鑄過程的順利進(jìn)行。改善鑄坯表面質(zhì)量的方法途徑提高連鑄坯表面質(zhì)量的主要措施可以概括為一下幾方面：（1）結(jié)晶器液面的穩(wěn)定性。鋼液面波動(dòng)會(huì)引起坯殼生長的不均勻，渣子也會(huì)被卷入坯殼形成皮下夾渣。鋼液面波動(dòng)在+5mm以內(nèi)，可消除皮下夾渣。（2）結(jié)晶器振動(dòng)。鑄坯表面薄弱點(diǎn)是彎月面坯殼形成“振動(dòng)痕跡”。易在波谷處形成橫裂紋、氣泡。采用高頻小振幅的結(jié)晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以減少振痕深度。（3）初生坯殼的均勻性。結(jié)晶器彎月面初生坯殼不均勻會(huì)造成縱裂紋和凹陷，導(dǎo)致拉漏。坯殼生產(chǎn)的均勻性決定于鋼成分、結(jié)晶器冷卻、鋼液面穩(wěn)定性和保護(hù)渣潤滑性能。（4）結(jié)晶器鋼液流動(dòng)。結(jié)晶器由注流引起的強(qiáng)制流動(dòng)浸入式水口的插入深度小于50mm或大于170mm都易導(dǎo)致卷渣而形成皮下夾渣。（5）保護(hù)渣性能。應(yīng)有良好的吸收夾雜物能力和渣膜潤滑能力。4、結(jié)論（經(jīng)過試驗(yàn)得出）縱觀近年來國內(nèi)、外學(xué)者的研究成果,減小鑄坯表面振痕以改善鑄坯表面質(zhì)量的主要途徑是：采用小振幅、高頻率的振動(dòng)條件,也即采用較短的負(fù)滑時(shí)間,可使振痕深度明顯減小。見圖3。圖3結(jié)晶器振動(dòng)頻率、振幅對(duì)振痕的影響隨著振痕深度的減小,上述與振痕相聯(lián)系的各類缺陷的出現(xiàn)率也將大大降低,見圖4、圖5所示。圖4振痕深度與正偏心出現(xiàn)率的關(guān)系圖5振痕深度、裂紋指數(shù)與負(fù)滑動(dòng)的時(shí)間關(guān)系由此可見,負(fù)滑時(shí)間是影響振痕深度及鑄坯表面質(zhì)量的重要因素,采用較短的負(fù)滑時(shí)間將使振痕變淺,有利于獲得較高的表面質(zhì)量。這表明過去那種以盡可能獲得較長愈合時(shí)間為原則的觀點(diǎn),已不適合目前力求減小振痕深度以提高鑄坯表面質(zhì)量這一新的工藝要求。(1)當(dāng)負(fù)滑脫時(shí)間tN在0.16s以上范圍時(shí),增加頻率、減小振幅,減少負(fù)滑脫時(shí)間可以降低振痕平均深度。當(dāng)tN低于0.16s后,再降低負(fù)滑脫時(shí)間已不能進(jìn)一步減少振痕的平均深度。(2)提高振動(dòng)頻率、降低振幅可以顯著減少中碳鋼“鉤狀”表面振痕,采用新的振動(dòng)參數(shù),提高振動(dòng)頻率、降低振幅后,在中碳鋼鑄坯表面已沒有“鉤狀”類型振痕存在。(3)當(dāng)振幅由3.5mm減少到2.9mm,澆鑄中碳鋼當(dāng)頻率由105min-1提高到120min-1后,鑄坯表層大型夾雜物含量減少了近42%。澆鑄低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼當(dāng)振頻由125min-1提高到140min-1,鑄坯表層大型夾雜物含量減少量高達(dá)77.7%。如進(jìn)一步減小振幅、提高頻率,減少負(fù)滑脫時(shí)間,振頻表層大型夾雜物含量不再進(jìn)一步隨著降低。參考文獻(xiàn)[1]賀道中.連續(xù)鑄鋼.冶金工業(yè)出版社北京,2009[2]盧盛意.結(jié)晶器振動(dòng)對(duì)鑄坯表面質(zhì)量的影響[J].連鑄,2002年第1期[3]漆鑫,孔凡杰.結(jié)晶器振動(dòng)參數(shù)對(duì)連鑄坯表面質(zhì)量的影響[J].特殊鋼,2004年9月第25卷5期[4]劉洋，朱志遠(yuǎn)，呂延春.結(jié)晶器振動(dòng)方式對(duì)改善鑄坯振痕深度的研究與實(shí)踐[J].連鑄,2012年9月第5期[5]王昌緒，王新華，王萬軍.提高連鑄結(jié)晶器振動(dòng)頻率、減少振幅改善鑄坯質(zhì)量的研究[J].鋼鐵