連鑄過(guò)程中結(jié)晶器磨損原因分析
發(fā)布時(shí)間：2017-02-01 10:46:18 瀏覽：次
結(jié)晶器銅管是整個(gè)連鑄工藝的核心設(shè)備，直接影響到連鑄的生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本。在生產(chǎn)過(guò)程中，結(jié)晶器要不斷地經(jīng)受高溫、高壓和強(qiáng)磨擦的沖擊，工作環(huán)境極其惡劣。了解結(jié)晶器的磨損原因?qū)τ诮Y(jié)晶器的設(shè)計(jì)和使用具有重要意義，這里對(duì)
結(jié)晶器銅管的磨損機(jī)理進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
結(jié)晶器銅管裂紋
結(jié)晶器的彎月面區(qū)域常有銅板裂紋出現(xiàn)，主要原因是銅板表面溫度提高引起的極高的熱流量，在此高溫下，相對(duì)于鋼質(zhì)支持設(shè)施而言銅板趨向于膨脹。尤其是對(duì)薄板坯連鑄結(jié)晶器而言更是如此,由于拉坯速度快，銅板表面溫度快速升高，銅板所承受的溫度超過(guò)了其恢復(fù)再結(jié)晶溫度，從而使其強(qiáng)度和硬度大大降低，使漏斗形過(guò)渡區(qū)經(jīng)歷了一個(gè)明顯的3維膨脹運(yùn)動(dòng)。這個(gè)熱應(yīng)變和機(jī)械應(yīng)變組合加上硬度的下降(可達(dá)50%)，導(dǎo)致了銅板表面裂紋的出現(xiàn)，而且裂紋傾向于以晶間方式進(jìn)一步傳播。
澆鑄過(guò)程中過(guò)高的熱量水平和由此而產(chǎn)生的結(jié)晶器銅板表面和亞表面區(qū)域的宏觀塑性應(yīng)變/形變，是導(dǎo)致結(jié)晶器彎月面處產(chǎn)生裂紋的主要原因。這種損壞機(jī)理又受到極高溫度區(qū)域的強(qiáng)化。例如，從結(jié)晶器漏斗型區(qū)到結(jié)晶器平行區(qū)的過(guò)渡區(qū)域。這時(shí)，結(jié)晶器熱面和冷面之間的局部溫度梯度可達(dá)到數(shù)百攝氏度。
結(jié)晶器銅板工作側(cè)表面(熱面)或多或少都要承受擴(kuò)散的影響，鋼水中的Zn、S、Cd和保護(hù)渣中的F都要擴(kuò)散到銅板的表面和亞表面。這些擴(kuò)散元素會(huì)導(dǎo)致結(jié)晶器銅板的熱脆性，導(dǎo)致裂紋的形成和擴(kuò)散。裂紋損壞的關(guān)鍵因素就是結(jié)晶器所經(jīng)受的最高溫度和結(jié)晶器服役時(shí)間。
當(dāng)高速連鑄時(shí)，結(jié)晶器材質(zhì)經(jīng)受超高溫的另一個(gè)影響效應(yīng)就是結(jié)晶器銅板發(fā)生塑性應(yīng)變，導(dǎo)致彎月面下銅板變形，以及由于鋼水內(nèi)的Zn擴(kuò)散到銅板中形成黃銅，即發(fā)生所謂的“黃銅化”現(xiàn)象。后一個(gè)問(wèn)題對(duì)于電爐鋼廠或短流程軋鋼廠問(wèn)題尤為突出，因?yàn)殡姞t鋼廠或短流程軋鋼廠通常是利用廢鋼煉鋼的。黃銅的形成使得結(jié)晶器銅板產(chǎn)生熱脆性，加之很高的工作溫度而引起的應(yīng)力，使結(jié)晶器銅板產(chǎn)生裂紋。
結(jié)晶器銅管的鼓肚
結(jié)晶器銅板的鼓肚是由于結(jié)晶器銅板的寬面和窄面之間的空隙引起的。其原因就是結(jié)晶器銅板內(nèi)表面(熱面)溫度過(guò)高,導(dǎo)致彎月面下部區(qū)域的結(jié)晶器銅板熱膨脹；這種熱膨脹在結(jié)晶器銅板的外表面冷面受到限制，結(jié)果結(jié)晶器產(chǎn)生宏觀上的彈性/塑性變形,變形程度主要取決于材料的蠕變特性和材料的強(qiáng)度。當(dāng)發(fā)生宏觀彈性/塑性變形的結(jié)晶器冷卻后，結(jié)晶器銅板并不能完全恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，結(jié)果在結(jié)晶器寬面產(chǎn)生溝槽或凹痕。隨著溝槽或凹痕的不斷擴(kuò)展,在結(jié)晶器銅板的寬面溝槽或凹痕與結(jié)晶器銅板的窄面之間形成空隙。這種空隙常常決定何時(shí)結(jié)晶器銅板必須拆除和再加工,使它成為影響結(jié)晶器使用壽命的一個(gè)決定性因素。
除了引起上述結(jié)晶器寬面和窄面之間出現(xiàn)空隙之外,鼓肚還會(huì)導(dǎo)致結(jié)晶器銅板材料的挪窩,即當(dāng)結(jié)晶器在線調(diào)寬時(shí),在結(jié)晶器銅板的窄面滑動(dòng)邊緣的前側(cè)形成材料堆積。降低窄面的夾持力可以有效地消除這一影響,當(dāng)然夾持力的降低幅度是有限度的,這是因?yàn)?由于受到結(jié)晶器內(nèi)鋼水靜壓力的作用,當(dāng)夾持力降低到一定程度時(shí),結(jié)晶器就會(huì)打開。因而,必須使用高硬度的結(jié)晶器材質(zhì)來(lái)減少這一影響。
結(jié)晶器的不均勻熱流
結(jié)晶器壁的橫向和縱向熱流在局部區(qū)域是不均勻的。然而,大多數(shù)結(jié)晶器銅板是僅按均勻傳熱速率設(shè)計(jì)的,結(jié)果在結(jié)晶器熱表面,特別是沿彎月面存在局部溫度差。
結(jié)晶器保護(hù)渣設(shè)計(jì)一般都有使用溫度范圍,由于保護(hù)渣的熔化和滲透行為的不同,也會(huì)導(dǎo)致結(jié)晶器銅板局部區(qū)域溫度存在差異,特別是在結(jié)晶器銅板的中部和結(jié)晶器銅板的平行面區(qū)域。保護(hù)渣的這種熔化差異會(huì)導(dǎo)致正在形成的絕熱保護(hù)渣膜厚度存在差異,從而使得傳熱速率不一致。這種由于結(jié)晶器壁的導(dǎo)熱速率不均勻而產(chǎn)生的結(jié)果,通常被稱為“連鑄折痕(caster folds)”或薄板坯縱裂。
注入結(jié)晶器的鋼水在彎月面處形成駐波,這又加重了上述問(wèn)題,結(jié)果是位于駐波形成區(qū)域(駐波處為結(jié)晶器鋼水面最高點(diǎn))結(jié)晶器壁溫度最高。這是因?yàn)?由于熔化的保護(hù)渣流入彎月面鋼水的最低點(diǎn),此點(diǎn)位于結(jié)晶器中間部位,該位置形成的保護(hù)渣絕熱膜最厚,而在鑄坯與結(jié)晶器銅板之間只形成了較薄的保護(hù)渣絕熱膜。最終結(jié)果是,結(jié)晶器銅板位于保護(hù)渣絕熱膜最厚的區(qū)域溫度最低,位于保護(hù)渣絕熱膜最薄的區(qū)域溫度最高。為了消除這一影響,許多薄板坯連鑄機(jī)都采用電磁制動(dòng),以調(diào)節(jié)和控制結(jié)晶器液面,減少結(jié)晶器液面駐波。
結(jié)晶器銅板鑄坯出口處的磨損
除上述原因外,決定結(jié)晶器壽命和再加工的另一個(gè)因素就是
結(jié)晶器銅管下都由鑄坯坯殼造成的機(jī)械磨損。解決結(jié)晶器下部磨損的辦法就是在結(jié)晶器表面鍍上鎳、鎳合金或其他合金材料,同時(shí)還能起到防止鑄坯坯殼從結(jié)晶器壁吸收銅的作用。鑄坯吸收銅可能在鑄坯表面產(chǎn)生星狀裂紋,最終在成品表面留下星狀裂紋缺陷。
