板坯结晶器铜板下线频繁原因分析及对策(图文)

论文导读：针对近半年日钢第二炼钢厂5#、6#连铸机在生产SPHC、Q215B等液相线温度偏高的钢种时，结晶器铜板出现未达通钢量而频繁下线的现象，为避免增加修复成本，减轻装配工作量和实现结晶器的正常周转，我们对其影响因素进行分析，制定了相应的措施，取得了良好的效果。
关键词：铜板，下线频繁，原因分析，对策
 

1 前言

结晶器是连铸机的“心脏”，而铜板是结晶器的重要组成部分，与钢水直接接触 ,承受着高温钢水巨大的热冲击。由于大量的热量通过铜板由冷却水带走，铜板到达一定的通钢量等工艺要求因素即要进行下线更换，但09年6-12月份二炼钢厂5#6#机宽、窄面铜板普遍未达通钢量而频繁下线，维修量的增加、成本的提高以及现场结晶器的周转紧张极大地影响了车间的正常生产节奏。

2 未达通钢量铜板暴露出的问题

在正常冷却条件下,结晶器内壁工作温度为250～350℃,结晶器铜板应具有良好的导热性和抗变形能力,有较高的高温强度、表面精度和耐磨性[1],但09年6-12月份未达通钢量下线宽、窄面铜板明显增多；5#6#连铸机宽面、窄面铜板规格分别为：1980*900*45、219*900*45。未达要求通钢量铜板的下线原因见表1统计。

（表109.6-11月铜板未达通钢量原因分析）

通过表1我们可以看出，因第1、2、3项原因下线的宽、窄面铜板约占未达过钢量铜板总量的75%，为非正常下线的主要因素。

3 主要原因分析

3.1 铜板镀层脱落、浸蚀

镀层脱落的一般原因是：1）铜板在镀覆过程中，如果镀前处理不当，容易产生镀层结合不好，结合强度不够，遇到外力作用起层而脱落；2）正常的镀层，由于镀层材质与母材比较，由于热膨胀系数差异较大，铜板受热后产生膨胀，镀层与母材之间产生内应力，当应力大于结合力时就出现镀层脱落；3）由于生产中冷却的连续性、稳定性不好，出现较大的间歇性变化；4）由于铸坯表面出现结瘤造成磨损严重，出现耕梨划伤磨损而使镀层脱落[2]。

铜板浸蚀严重一方面是因为铜板镀层本身存在质量问题，另外从工艺角度来讲，结晶器内钢水液面波动大、液位高以及保护渣侵蚀等都会起到一定的促进作用。论文大全。从日钢现场使用情况，镀层脱落属于镀层与母材之间内应力导致，与工艺控制也存在一定关系。

3.2 弯月面处纵热裂纹

5#6#连铸机下线宽面铜板裂纹均集中在距两窄面较近的渣线浮动区域，裂纹呈上下方向的纵裂纹，长度约2-5cm，宽度平均为0.1-0.5mm。论文大全。沿结晶器壁高度方向，在弯月面附近铜板热面温度最高[3]，产生热裂纹的主要原因在于铜板表面温度过高，主要由铜板冷却机构设计存在问题、冷却水质较差、操作条件苛刻、维修周期较长及铜板材质和表面处理方法需改进等众多因素所造成[4]。而二炼钢厂结晶器水为闭路循环软水，经定期抽验不存在水质问题，需从上述其余方面着手。

3.3 铜板角缝超标

角缝超标的一般原因是：1）宽、窄面铜板变形。2）窄面铜板电镀工艺未达使用标准。

4 提高结晶器铜板通钢量的措施

4.1 结构改进

当前二炼钢厂宽面铜板冷却水缝宽为5mm，深度18、21mm，水槽数量分别为57条、38条，水槽间距为16.5mm（见图1）。

（图1 宽面铜板水缝布置）

改进方面：宽面铜板上部起始过度圆角R120仿照7#-9#板坯改为R60，如图2所示。

（图2宽、窄面铜板改造前后过度圆角）

4.2 铜板镀层、修复工艺的改进

从09年2月份起，二炼钢厂铜板镀层材质由NiFe改为NiCo。改进期间采取电镀Co含量适当提高，采取氨基磺酸等弱酸性电镀液盐进行电镀，将原二次电镀在改进期间采取氨基磺酸等弱酸性电镀液盐改为一次电镀，电镀时间延长，电镀电流密度降低，电镀完毕后增加热处理程序、以消除应力，加工完严格探伤。

4.3 浇注工艺的改进

1）水口插入深度、角度变化，操作保证液面波动在合理范围内

由于我厂生产的SPHC、Q215B等钢种时，生产断面都集中在1050-1280mm范围内的小断面，生产过程中拉速较快，基本上稳定在1.60m/min；在浇注过程中，结晶器液面和大断面相比相对较活跃，对铜板的侵蚀程度加剧。在满足现场实际生产要求的前提下，为了避开铜板上沿的冷却水盲区并且减缓结晶器液面两侧钢水的活跃程度，在水口插入深度、水口侧孔角度和钢水液位控制上进行了适当的调整。

原二炼钢厂浸入式水口插入深度120-140mm并且插入深度偏上限控制，根据现场实际浇注断面进行适时调整至120-150mm偏下限控制，以减缓结晶器两侧钢水的活跃程度；另钢水液面高度为80-90mm，已在此基础上降低10-20mm（即按100-110mm控制），以避开冷却水槽的圆弧段，使冷却充分，降低圆弧段铜板的热应力；如图1所示。原浇注Q235B（断面<1300mm）钢种时水口倾角为12°，现均调整为使用15°水口，尽可能缩小钢液上下波动的范围，以稳定结晶器内部热力场的分布。

2）水量的调整

内、外弧宽面冷却水量均为195m3/h；则单位冷却水槽截面积水流速=5.94m/s；在生产SPHC时因该钢种热流密度相对Q235B、Q345B大，且在小断面、高拉速下，当前采取提高内、外弧宽面水量为215m3/h，则单位面积水槽水流速=6.55m/s；浇注Q235B时，内外弧水流量均调整为200-205m3/h，则单位面积水槽水流速=6.09-6.24m/s。论文大全。（单侧窄面水流量为30m3/h，则水槽中冷却水流速=7.94m/s，未调）

冷却水中，将结晶器进水温度稳定在40℃以内，结晶器进出水温差控制在6-10℃，通过对结晶器水量的调整，可以有效地减轻铜板母材的内应力，同时减轻进水温度对铜板冷热面温度梯度的影响，减缓裂纹的产生。

3） 浇注通钢量要求

通钢量在要求标准范围不超过2万吨即下线外委修复，不得连续拉坯超过标准2万吨以上。

5 应用效果

2010年1-2月份下线的宽面铜板，达到通钢量下线铜板比例由19%提升到98%。经厂家一次电镀处理后上线的窄面铜板基本杜绝因角缝超标下线；有效地降低了维修工的工作量和维修成本，提高了结晶器的周转备用率。

7 结束语

7.1 改进铜板母材材质、采用一次电镀等工艺式保证铜板达过钢量的重要因素；

7.2 改变铜板冷却过渡圆角等结构、改进浇注工艺——偏下限控制水口深度、控制钢液面、采用15°水口浇注；并严格按照达到标准要求下线返修是提高通钢量的重要因素。

参考文献：
[1]高泽平，《连铸结晶器铜板及镀层的应用进展》[J]，《特殊钢》，2007年7月,2007年04期:P39,
[2] 本书编辑委员会，《炼钢-连铸新技术800问》[M],冶金工业出版社，2004年3月，P313～315
[3] 刘旭东，朱苗勇，程乃良，《金属学报》，2006年10月，第42卷第10期：P1086
[4]王隆寿，结晶器铜板热裂纹原因及对策，《宝钢技术》，1995年01期，P20