结晶器振动对铸坯表面影响及应对措施

摘要论述了结晶器振动对连铸坯表面质量的影响,以及振痕的形成和影响因素；振动参数（拉速、振程、振频等）对振痕深度的影响；改善铸坯表面质量的方法途径及设定合理的结晶器参数。 关键词：连铸、结晶器、表面质量、振痕连铸在现代钢铁生产中已近得到广泛的应用，连铸坯的质量对以后轧钢等操作有非常大的影响。连铸坯质量的包括表面质量和内部质量。结晶器的振动主要对表面质量有很大影响。随着连铸工艺设备技术水平的不断提高和完善,漏钢事故的发生率已大大降低,它已不再是连铸生产的主要矛盾。近年来,连铸工业正朝着实现铸坯热态装炉或直接热送方向发展,从而能大量节约能源,降低成本且提高劳动生产率,而实现热态装炉或直接热送的关键是必须生产出不需表面清理,且无缺陷的优质铸坯而影响铸坯表面质量的主要原因是振痕因此,研究振痕形成机理及其与表面质量的关系则是十分必要的。结晶器的振动装置用于支持结晶器，并使其上下往复振动以防止坯壳与结晶器粘结而被拉裂;且有利于保持渣在结晶器壁的渗透，保护结晶器充分润滑和顺利脱模。结晶器主要有两种振动方式，正弦振动和非正弦振动。归纳起来，结晶器振动有两个基本工艺效果,一是调整保护渣的消耗数量改善结晶器的润滑状况;二是促进坯壳愈合,减少振痕深度改善铸坯表面质量。1、铸坯表面振痕的形成机理及影响因素根据热流分析模型理论,初生坯壳周围的温度分布及存在于坯壳与结晶器的振动可引起润滑剂的压力变化,是导致铸坯表面形成振痕的主要原因。该理论所描述的振痕形成过程大致如下：在负滑动期间,对存在于渣圈、坯壳及结晶器内壁之间的流体润滑剂,由于封存空间的减小而产生正压力,它将迫使结晶器上端的初生坯壳向钢液一侧弯曲。在此后的正滑动期间里,流体润滑剂的压力将随封存空间的增大而由正变为负,初生坯壳将在此负压力及坯壳内侧钢液静压力的综合作用下向结晶器内壁一侧回复。考虑到初生坯壳的不均匀性,其中上端较薄弱,故上端回复的要多些。在坯壳的回复过程中,其自身的强度对于坯壳回复将起一定的阻碍作用,而坯壳强度与其成份（主要指其含碳量）有关,含碳量越低其坯壳强度越高（主要是由于含碳量较低时,其初生坯壳较厚）。在坯壳强度较高的情况下,坯壳内熔融状态的钢液易于由初生坯壳上端溢出,而形成所谓皮下带爪的振痕结构。在坯壳强度较低的情况下,坯壳很容易被推向结晶器壁,而不产生熔融钢液的溢流现象,即形成所谓皮下不带爪的振痕结构。低拉速时振痕浅、弯曲,严重时出现振疤及振沟现象;高拉速时振痕外凸、铸坯表面起皱、粘渣,皮下有微小裂纹存在,如图1(a)(b)所示。图1连铸坯表面疤痕(a)裂纹(b)和振痕皮下粗晶粒带(c)1.1部分表面质量原因分析是独立的参数,操作人员可将其调整到适合于某种连铸条件的最佳状态。这样,就有可能提高铸坯表面质量。许多研究试验和实际操作都表明,非正弦振动确实可提高铸坯表面质量。但采用非正弦振动时要注意,振动加速度不能太大,否则会使结晶器出现颤动而影响铸坯表面质量,甚至影响连铸过程的顺利进行。改善铸坯表面质量的方法途径提高连铸坯表面质量的主要措施可以概括为一下几方面：（1）结晶器液面的稳定性。钢液面波动会引起坯壳生长的不均匀，渣子也会被卷入坯壳形成皮下夹渣。钢液面波动在+5mm以内，可消除皮下夹渣。（2）结晶器振动。铸坯表面薄弱点是弯月面坯壳形成“振动痕迹”。易在波谷处形成横裂纹、气泡。采用高频小振幅的结晶器振动机构，可以减少振痕深度。（3）初生坯壳的均匀性。结晶器弯月面初生坯壳不均匀会造成纵裂纹和凹陷，导致拉漏。坯壳生产的均匀性决定于钢成分、结晶器冷却、钢液面稳定性和保护渣润滑性能。（4）结晶器钢液流动。结晶器由注流引起的强制流动浸入式水口的插入深度小于50mm或大于170mm都易导致卷渣而形成皮下夹渣。（5）保护渣性能。应有良好的吸收夹杂物能力和渣膜润滑能力。4、结论（经过试验得出）纵观近年来国内、外学者的研究成果,减小铸坯表面振痕以改善铸坯表面质量的主要途径是：采用小振幅、高频率的振动条件,也即采用较短的负滑时间,可使振痕深度明显减小。见图3。图3结晶器振动频率、振幅对振痕的影响随着振痕深度的减小,上述与振痕相联系的各类缺陷的出现率也将大大降低,见图4、图5所示。图4振痕深度与正偏心出现率的关系图5振痕深度、裂纹指数与负滑动的时间关系由此可见,负滑时间是影响振痕深度及铸坯表面质量的重要因素,采用较短的负滑时间将使振痕变浅,有利于获得较高的表面质量。这表明过去那种以尽可能获得较长愈合时间为原则的观点,已不适合目前力求减小振痕深度以提高铸坯表面质量这一新的工艺要求。(1)当负滑脱时间tN在0.16s以上范围时,增加频率、减小振幅,减少负滑脱时间可以降低振痕平均深度。当tN低于0.16s后,再降低负滑脱时间已不能进一步减少振痕的平均深度。(2)提高振动频率、降低振幅可以显著减少中碳钢“钩状”表面振痕,采用新的振动参数,提高振动频率、降低振幅后,在中碳钢铸坯表面已没有“钩状”类型振痕存在。(3)当振幅由3.5mm减少到2.9mm,浇铸中碳钢当频率由105min-1提高到120min-1后,铸坯表层大型夹杂物含量减少了近42%。浇铸低碳铝镇静钢当振频由125min-1提高到140min-1,铸坯表层大型夹杂物含量减少量高达77.7%。如进一步减小振幅、提高频率,减少负滑脱时间,振频表层大型夹杂物含量不再进一步随着降低。参考文献[1]贺道中.连续铸钢.冶金工业出版社北京,2009[2]卢盛意.结晶器振动对铸坯表面质量的影响[J].连铸,2002年第1期[3]漆鑫,孔凡杰.结晶器振动参数对连铸坯表面质量的影响[J].特殊钢,2004年9月第25卷5期[4]刘洋，朱志远，吕延春.结晶器振动方式对改善铸坯振痕深度的研究与实践[J].连铸,2012年9月第5期[5]王昌绪，王新华，王万军.提高连铸结晶器振动频率、减少振幅改善铸坯质量的研究[J].钢铁