薄板坯表面纵裂的成因及防止措施.doc
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1、内蒙古科技大学2004届毕业设计说明书第一篇 专题部分 薄板坯表面纵裂的成因及其防止措施 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 produced by Zhujiang Iron&Steel Company and Ba
2、otou 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 quantity of steel ,it should control the carbon con
3、tent ,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
4、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),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,
5、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)SMSDEMANGFTSR45500DANIELIQSP34500SOMITOMOCONROLL33315VAI合计3624约55001. 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) 废钢来源充足,
6、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。3) 电费便宜。4) 劳动生产率高,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
7、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
8、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CTONALs0.030.051520)106701060.02GALLATIN钢厂在洁净钢方面主要抓了以下几点: 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
9、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
10、晶器安装EMBR后,就更值得探讨了。随着现代化电炉效率的提高,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
11、的温度愈高,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: 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=98.84 BERKELEY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,残留量控制在4%以内。 漏钢率0.4 中间包水口与浸入式水口的寿命稳定控制在
12、10h以上。1.6 低合金高强度钢 CSP工艺由于其特殊性,热轧板卷一般强度高,硬度高,塑性好,冷加工比较困难。同时如不采取特别措施,其力学性能变化区间偏大,给后续工序带来相应的问题,应此必须加以控制。关于加钒问题,美国STRATCOR公司向钢中加入VN,加入VN合金后,钢中只需0.053%的钒就相当于向钢中加入钒铁时0.07V的效果,节约成本20%40。2中国薄板坯连铸连轧技术的现状 中国钢铁工业近年来发展迅速,自1996年来,产钢量持续保持在1亿吨以上,成为世界上产钢量最多的国家。近年来钢铁行业进行了结构调整,通过工艺技术结构调整,企业的技术进步有明显进展。2001年12月我国淘汰了最后一
13、座平炉。10多年来我国钢铁企业的连铸发展得很快,连铸比由1990年的22.7提高至2001年的88.3,超过了世界的平均水平。武钢,鞍钢首钢等一批大型钢铁企业实现了全连铸生产。一些企业板坯铸机漏钢率平均0.01,高效化连铸生产有较大进展。 1998年我国第一条生产线在珠江钢铁公司投产,此后邯钢,鞍钢,包钢3条生产线陆续投入生产并继续配套完善。唐钢的薄板坯连铸机FTSR已于2002年10月14日热试成功,FTER将全线贯通。这些生产线全部建成后,我国拥有的7条薄板坯连铸连轧生产线,其总产能超过1000万吨/年。表4列出了7条生产线的概况:企业炼钢炉连铸机板坯尺寸mm生产能力 万t/a轧机最终产品
14、尺寸/mm均热炉投产日期珠钢1150t电炉1流立弯型CSP铸机50(9501350)806机架CSP轧机1.27(最小)辊底式均热炉191.8m199811邯钢2100(公称)/120(实际出钢)t转炉1流立弯型CSP铸机(5070)(9801560)1231+6机架CSP轧机1.20(最小)辊底式均热炉191.8m199912包钢2210t转炉2流立弯型CSP铸机70(9001680)2006机架CSP轧机1.20(最小)辊底式均热炉200.8m*2,摆动式串联200104唐钢2150t转炉1流直狐型FTSR铸机(9070),65*(8501680)1302+5机架达涅利+三菱轧机0.806
15、.00辊底式均热炉187m200212马钢2100(公称)/110(实际出钢)2流立弯型CSP铸机(9070),65(9001600)2207机架CSP轧机0.808.00辊底式均热炉270m2,摆动式串联200312涟钢 290(公称)/105(实际出钢)t转炉1流立弯型CSP铸机70,55(9001600)1307机架CSP轧机0.812.70辊底式均热炉291m200404鞍钢290(公称)/110(实际出钢)t转炉1流直弧型CONROLL铸机135(100150)(9001620)1001+6机架ASP轧机1.30(最小)步进式加热炉200007 表4其中珠钢,邯钢,包钢,马钢,涟钢5
16、个企业采用的是CSP生产线,包钢和马钢用2流,珠钢和邯钢正在建第二流连铸机,其余是1流,轧机机组为六机架或7机架。设计的最终产品的最薄规格,前3家为1.2mm,后3家为0.8mm。鞍钢ASP生产线采用的VAI公司直弧型CONROLL铸机,是一种中薄板坯铸机,铸坯厚度为135mm。3薄板坯表面纵裂在CSP生产过程中,珠钢,包钢出现了薄板坯表面纵裂现象。连铸坯纵裂纹是影响连铸机产量和铸坯质量的重要缺陷。铸坯各类缺陷中50为裂纹。铸坯出现裂纹,重者导致拉漏或废品,轻者要进行精整。这样既影响铸机生产率,又影响产品质量,因而增加了成本。在对包钢和珠钢薄板坯表面纵裂进行分析后初步分析原因和措施:3.1 钢
17、中含碳量 根据有关文献,钢液在凝固过程中发生包晶转变L+=时会发生约0.38的体积收缩,平衡条件下如发生包晶相变,根据Fe-C平衡转变图,亚包晶钢碳含量反应量最大,收缩量也最大。在实际浇注过程中,由于冷却速度大,液固两相区选分结晶钢中含锰和其它扩大区因素等影响,实际的包晶成分点会向Fe-C相图的左下方转移,因此造成含碳0.10左右的钢收缩量最大。当钢收缩量大时,凝固坯壳会脱离结晶器壁,造成平均热流的减少。实际连铸中含碳0.10左右的亚包晶钢铸坯凝固坯壳生长不均匀,表面纵裂纹发生率较高,均与凝固时伴随包晶转变发生收缩有关。在珠钢CSP工艺生产的SPA-H钢中碳含量分别为0.06、0.076和0.
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