70 钢铸坯表面渣沟缺陷分析与优化

关文博，王 峥，朱 嘉，宋明明

（山西建邦集团通才工贸有限公司，山西 侯马 043400）

山西建邦集团通才工贸有限公司钢厂在连铸生产70 钢时，连铸钢坯表面出现了严重的渣沟缺陷，甚至出现渣沟漏钢等恶性生产事故。针对此缺陷，经过分析认为是结晶器保护渣熔化性能不良，摩擦阻力大，润滑不良造成。通过对结晶器锥度和保护渣性能的优化，解决了渣沟问题，保证了钢坯质量和生产顺行。

1 方坯连铸机主要参数

山西建邦集团通才工贸有限公司钢厂生产70钢连铸钢坯的铸机主要参数如下：

机型：全弧形连铸机；弧形半径：9 m；铸坯断面：150 mm×150 mm；结晶器长度：90 mm；二冷形式：全水+气雾冷却；电磁搅拌：内置式首端电磁搅拌和凝固末端电磁搅拌；振动方式：液压振动。

2 缺陷位置和形貌

70 钢连铸坯表面纵向渣沟（见图1）主要分布在铸坯的内孤，有少部分出现在侧弧。铸坯表面纵向渣沟外观特征表现：

图1 70 钢连铸坯表面纵向渣沟

1）在连铸钢表面出现多道沟状缺陷。

2）部分缺陷呈现出逐渐变深变宽的趋势。

3）部分发展为出现零星焊点状渗漏的较深沟状缺陷，后焊点状渗漏逐渐密集。

4）深沟前方有明显渣块。

5）大多数表面渣沟缺陷消失；少量铸坯表面缺陷严重时，出现漏钢（见图2）。

图2 70 钢连铸坯表面纵向渣沟导致漏钢

3 渣沟缺陷原因分析

通过现场生产的观察，在出现渣沟缺陷前，会在结晶器内出现渣条。之前使用的高碳钢保护渣，其黏度和熔点较高，消耗量较低，只有0.18 kg/t 左右，使得保护渣在结晶器内停留时间较长，造成烧结层发达，容易出现渣条[1]。

当结晶器下行时，黏在结晶器壁上的渣条就会阻碍液渣的均匀流入，容易引起铸坯与结晶器之间局部润滑不良，从而造成铸坯表面冷却不均，同时渣条对初生坯壳进行挤压，致使坯壳向内弯曲（见图1、图2）。

在结晶器上行过程中，由于泵吸作用，在该内弯处有较多的液渣被吸入，随着结晶器内坯壳厚度的不断稳定增长，这些过多的保护渣会阻碍该处坯壳由于钢水静压力而产生的向外膨胀，一直持续到坯壳达到足够的厚度，在坯壳与结晶器之间形成稳定的气隙，这种内弯被固定在坯壳上形成渣沟。因为渣圈对坯壳的挤压作用是连续的，因此形成的渣沟也是连续的[2]。

由于渣沟的存在，导致该处局部润滑不良，铸坯表面冷却不均，初生坯壳厚度不均匀，在渣沟处坯壳较薄，应力集中，当应力超过坯壳抗拉强度时，会渣沟底部容易产生纵裂纹。

黏在结晶器壁上的渣条大小决定了渣沟的深浅，当渣沟发展到足够深时，对应的坯壳足够薄，不能承受钢水的静压力和热应力，渣沟底部会产生裂纹，钢水突破坯壳与渣层的阻力渗出，结晶器内渗出的钢水再次遇冷凝固，下渣的通道被堵塞，渣沟内的压力上升，因而阻碍了渗漏的进一步发展，所以初期发生的的渗漏是间断的；但随着渣沟的进一步发展，进一步变宽变深，阻碍渗漏发生所需的压力会逐渐增加，当一处渗漏所形成的压力不足以抗拒钢水的静压力时，就会发生连续的渗漏，铸坯表面形成连续的二次凝固现象[2]。

铸坯出结晶器后，渣沟处对应的坯壳厚度仍不足以抗拒钢水的静压力时，就会发生漏钢事故（见图2）。当黏在结晶器上的渣条剥离后，铸坯表面的渣沟随之消失。

结晶器合适的倒锥度可以避免出现不均匀的气隙和不均匀的冷却，对减少热纵裂、避免漏钢超一定的作用[3]。

倒锥度过大会增加拉坯阻力，黏在结晶器壁上的渣条不易剥离，铸坯表面的渣沟不易消除。本次生产70 钢前，铸机以低碳钢为主，其结晶器倒锥度相对较大，上下口差值达到1.7 mm，锥度为1.21%/m。

相比低碳钢，70 钢凝固收缩系数较小，因此大锥度结晶器铜管会加大铸坯表面与结晶器之间的摩擦力，造成结晶器内铸坯润滑不良，加剧了铸坯表面冷却不均的程度，加重了渣沟缺陷。

4 调整措施

为了消除70 钢表面渣沟缺陷，可以在提高结晶器保护渣消耗量，提高保护渣熔化性能，加强结晶器内润滑，降低铸坯表面与结晶器之间的摩擦力等方面进行攻关。

1）因70 钢浇注温度低，在高温状态下收缩小，为提高保护渣的耗量，满足铸坯的润滑要求，高碳钢保护渣低熔点、低黏度是调整方向。通过对保护渣指标进行调整后，70 钢的渣耗量提高到0.26 kg/t 左右，结晶器内保护熔化状态良好，出现渣条的现象明显减少。调整前后保护渣理化指标的对比见表1。

表1 调整前后保护渣的理化指标

2）根据70 钢凝固收缩的特点，对结晶器倒锥度进行了优化，由原先的1.21%/m 调整为1.07%/m，有效降低了铸坯与结晶器之间的摩擦力。

5 效果

通过采取上述措施70 钢的渣耗量提高到0.26 kg/t 左右，结晶器内保护渣熔化状态良好，出现渣条的现象明显减少。自2019 年3 月以来，70 钢铸坯表面未再次发现渣沟，也未发生渣沟导致的漏钢事故。