矩形坯扇形段對弧精度對鑄坯表面質量的影響

程磊  李海洋  李偉  楊曉樂  

（河鋼股份有限公司唐山分公司，河北唐山 063016）

摘  要:通過跟蹤連鑄坯內外部質量問題，對應連鑄機扇形段對弧數據，發現扇形段對弧精度直接影響鑄坯表面質量（凹陷、鼓肚等），精度偏差嚴重者甚至造成漏鋼生產事故。研究結果表明當扇形段對弧精度控制在±0.10mm時能夠有效避免上述問題的產生，鑄坯質量得到穩定提升。

關鍵詞:矩形坯；扇形段；對弧精度；鑄坯質量

Influence of Sector Arc Precision of Rectangular Billet on Surface Quality of Slab

Cheng Lei， Lihaiyang，LiWei，YangXiaole

（HBIS CO.,Ltd Tangshan branch,Hebei Tangshan 063016）

Abstract:Through tracking internal and external quality problems of continuous casting billet and comparing with the arc data of the sector section of a continuous caster, it is found that the precision of arc alignment of sector directly affects the surface quality of billet(e.g.casting sags、bulging and so on ). If the precision deviation is especially bad, it may even cause steel leak accident. The results show that the above problems can be effectively avoided when the arc alignment accuracy of the sector is controlled at ±0.10mm,and the quality of billet is steadily improved.

Key Words:Rectangular billet; Sector section; Counter-arc precision; Slab quality

1 引言

唐鋼型鋼廠矩形坯4#連鑄機為4機4流，主弧度半徑12m。每流包括3臺扇形段，扇形段是鋼水在結晶器冷卻形成高溫薄殼鑄坯后，對其進行二次冷卻，并實現對鑄坯的彎曲、導向、支撐、矯直、拉坯及液芯壓下等功能的設備[1]。其中一段包含內外弧輥及側弧輥，為連鑄機主段。連鑄機自2015年正式投產，初期鑄坯質量能夠得到有效控制，但隨著生產時間增長，扇形段設備出現不同程度損耗，再加之設備維修過程中出現的人為誤差，使得鑄機扇形段問題逐漸累積，鑄坯質量問題愈發突出。扇形段檢修時按照設計要求，保證其輥子母線在規定理想弧線的誤差范圍之內，這種測量并調整的過程稱為對弧，對弧結果不合格或者對弧精度低將直接影響鑄坯質量。

2 扇形段結構組成

矩形坯連鑄機每流包括3臺扇形段，其中輥子數量扇形一段內外弧分別有17套，側弧分別有7套；扇形二段內弧8套，外弧12套；扇形三段外弧3套，全部為自由輥。澆鑄過程中鑄坯從結晶器拉出后進入扇形段二次冷卻區，在一段四面輥子受力及冷卻水作用下形成規格斷面尺寸，通過二段、三段到達拉矯機，火切，入庫完成生產操作。扇形段工裝參數主要包括外弧整體弧測量及調整、頂輥對弧及調整、輥縫值測量及調整、扇形段基座測量及調整。通過與扇形段圖紙對照，在維修過程中將扇形段設備參數恢復到最優數據，保證扇形段的正常使用，此過程稱為扇形段精度修復。

3 鑄坯缺陷問題調查

連續鑄鋼是一個動態過程，坯殼狀態主要受鋼水靜壓力、輥子擠壓力的影響。扇形段對弧精度低直接表現為輥子與鑄坯之間無接觸，坯殼受力不均，當鋼水靜壓力大于輥子擠壓力時坯殼表現為“鼓肚”，當輥子擠壓力大于鋼水靜壓力時，坯殼表現為“凹陷”。隨著鑄坯澆注的進行，坯殼“鼓肚”“凹陷”交替進行。由于凝固前沿偏析元素的聚集導致晶間原子結合力小、強度低。當凝固前沿不足以承受外力時，內裂紋形成[2]。因此，控制鑄坯表面質量顯得尤為重要。

3.1鑄坯表面凹陷

鑄坯表面凹陷是鑄坯在結晶器和扇形段二次冷卻過程中，因局部冷卻不均勻，鑄坯凝固收縮力或外界擠壓力大于坯殼承受的變形力，出現坯殼內凹的現象。在鑄坯的凹陷處常常伴有裂紋產生，這是由于凹陷部位冷卻和凝固速度比其它部位慢，組織粗化，裂紋敏感性強，在熱應力和鋼水靜壓力作用下，在凹陷薄弱處產生應力集中而出現裂紋[3]。

在矩形坯生產過程中，凹陷主要分為兩大類，一類是寬面中心部位一條明顯凹陷帶，如圖1所示，深度在4mm以內；另一類是窄面整面內凹，如圖2所示，深度在2-6mm。此類凹陷貫通整只鑄坯，若凹陷問題不能及時處理，將會擴大影響，形成廢坯。

3.2鑄坯表面鼓肚

帶液芯的鑄坯在運動過程中，高溫坯殼在鋼液靜壓力作用下，于兩支撐輥之間發生的鼓脹成凸面的現象，稱為鼓肚變形[4]。鑄坯寬面中心凸起的厚度與邊緣厚度之差叫鼓肚量，依此衡量鼓肚變形程度。

因為鑄坯鼓肚問題的形成主要是由于帶液芯鑄坯形成的坯殼厚度不夠，無法承受內部鋼水的靜壓所造成。一般情況下，為防止鼓肚變形可采用以下措施：增加二冷夾持段長度，并選擇合適的輥間距，良好的輥子剛度，保證輥子對中精度，合理的二冷強度[5]。結合4#機矩形坯生產現狀，采用漸進輥縫方式，即從扇形段頭輥至末輥設計輥縫逐漸變小，以貼合鑄坯冷卻收縮程度，繼續對鑄坯鼓肚問題加以解決。

3.3鑄坯表面劃痕

鑄坯劃痕形成原因為扇形段輥間積累的氧化鐵皮與液態保護渣混合物無法得到及時清除，混合物冷卻后形成硬質積渣夾雜在坯殼與輥間，當鑄坯下行時坯殼與硬質積渣之間形成強摩擦，在坯殼表面形成劃溝，出現表面劃痕缺陷。

積渣產生原因一是保護渣使用不合理或者保護渣熔點及黏度與鋼種不匹配，液態保護渣黏附在輥上并逐漸積累；原因二是隨著扇形段過鋼量增加，扇形段輥子偏離原弧度，出現跑弧現象，坯殼與輥間出現縫隙，造成保護渣和氧化鐵皮積累。

4 對弧精度調整

4.1對弧精度標準

矩形坯扇形段對弧可分為內外弧彎曲弧調整以及側輥直弧調整，通常將對弧精度與輥縫精度看成輥列的基本精度。在調整輥列對弧精度之前需對扇形段基座進行測量，以保證連鑄機整體弧形完整性。扇形段側弧及外弧圖紙數據要求如圖3、圖4所示。輥列對弧精度要求誤差控制在±0.10mm。

4.2測量與調整

以矩形坯連鑄機250*360mm2斷面規格某一段體為例，用以說明扇形段對弧調整基本操作。

4.2.1扇形段基座調整

首先將段體吊運至專用基準臺上，使用電子水平儀測量基準臺、扇形段頭輥兩端、尾輥兩端數據，整理如表1所示：

表1 扇形段外弧輥基座測量值

同樣原理測量得側輥頭尾輥數據如表2所示：

表2 側弧輥標準高度測量值

根據與3.1中所述標準數據對比計算可得扇形段頭尾輥基座調整量。如表3所示：

表3扇形段頭尾輥基座調整量

通過對扇形段頭尾輥基座數據的測量調整，將對弧精度誤差控制在±0.10mm，保證了結晶器-扇形段-拉矯機整體弧形完整性，在鑄坯經過一二段、二三段過渡部位時能夠正常順行，確保鑄坯不受額外擠壓力。

4.2.2扇形段輥子對弧調整

將R12m弧整體對弧樣板搭靠在扇形段外弧頭尾輥兩端上，使用塞尺測量除頭尾輥外輥子頂部與弧板之間縫隙，即為外弧輥子對弧需調整量。使用直弧板采用同樣操作可得側弧輥調整量。以外弧輥為基準使用輥縫儀測量內外弧輥縫值，并與輥縫標準值表對比計算得出內弧輥調整量，如表4所示。

表4 扇形段輥縫精度調整值

5 提高對弧精度后效果

5.1對段體接弧影響

通過對比每個流扇形段不同對弧精度（1流±0.10mm，2流±0.20mm，3流±0.30mm，4流±0.40mm）的段體之間5次接弧數據變化（圖5）可見，對弧精度越高的扇形段之間接弧更趨于標準值。從生產過程中現場觀察鑄坯情況，接弧較好的流鑄坯經過段體結合處時未出現明顯刮蹭痕跡，而接弧較差的流鑄坯有明顯刮蹭痕跡，說明接弧良好有利于鑄坯順行，鑄坯表面質量更優。

5.2對鑄坯質量影響

在控制變量的前提下僅比較扇形段對弧精度不同對鑄坯質量產生的影響，表5統計了2018年5月-8月鑄坯表面質量缺陷產生次數。由表可得，當扇形段對弧精度由±0.40mm逐漸提高至±0.10mm后鑄坯缺陷產生次數明顯減少，降低比例約64.7%，鑄坯表面質量有顯著提升。

表5 不同對弧精度下鑄坯質量缺陷次數對比

6 結論

鑄坯質量與扇形段對弧精度成正相關，即對弧精度越高，則鑄坯質量越好。通過測量調整扇形段基座與輥子對弧數據，將對弧精度控制在±0.10mm后，鑄坯表面凹陷、鼓肚等質量缺陷比例降低約64.7%，表面質量得到有效改善。同時，優化了段體接弧數據，確保鑄坯生產順行。

參考文獻

[1] 譚建宇，梁艷.優化扇形段支撐框架對弧方法，提高板坯連鑄機設備精度[A].全國煉鋼-連鑄生產技術會論文集[C].2014年.

[2] 陳德和.鋼的缺陷[M].北京:機械工業出版社,1977:86-88.

[3] 郭亮亮，黃宗澤，徐正其.連鑄坯表面凹陷成因與對策綜述[A].全國煉鋼-連鑄生產技術會論文集[C].2014年.

[4] 陳仕菊，王磊，王福明.連鑄機二冷強度對小方坯鼓肚的影響[A].連鑄裝備的技術創新和精細化生產技術交流會論文集[C].2015年.

[5] 幸偉．二次冷卻對連鑄坯質量的影響[J]．鑄造技術，2012，33(1)：66—68．