吳勇慧 李勇 姜振強(qiáng) 劉忠義

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

小方坯表面擦傷的原因分析與控制*

吳勇慧 李勇 姜振強(qiáng) 劉忠義

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

分析了小方坯鑄坯表面擦傷的原因，從標(biāo)準(zhǔn)化操作優(yōu)化，精益化設(shè)備維護(hù)和改善結(jié)晶器鍍層質(zhì)量等方面提出了控制措施，有效控制了擦傷缺陷。

小方坯 表面質(zhì)量 擦傷

0 前言

安鋼第二煉鋼廠(chǎng)有三臺(tái)四機(jī)四流120mm2小方坯連鑄機(jī)，年產(chǎn)量 240萬(wàn) t，主要生產(chǎn) Q235B、Q345B、HRB335、HRB400、45#鋼、20Mn2A 等鋼種，鑄坯供型棒材生產(chǎn)線(xiàn)，熱裝熱送率達(dá)到90%以上。眾所周知，無(wú)缺陷鑄坯的生產(chǎn)是保證鑄坯熱送順利實(shí)施的關(guān)鍵，因此熱送工藝對(duì)小方坯提出了更高的質(zhì)量要求。而安鋼第二煉鋼廠(chǎng)小方坯有時(shí)出現(xiàn)表面擦傷，影響了鑄坯的熱送。小方坯表面擦傷是一種質(zhì)量缺陷，輕微的鑄坯表面擦傷，影響產(chǎn)品外觀，嚴(yán)重的表面擦傷，會(huì)將質(zhì)量缺陷遺傳到最終的軋鋼產(chǎn)品上，鋼材在深加工過(guò)程中，出現(xiàn)裂紋、開(kāi)裂等質(zhì)量問(wèn)題。生產(chǎn)中為確保鑄坯熱送實(shí)物質(zhì)量，常需要停機(jī)處理擦傷質(zhì)量缺陷，造成生產(chǎn)停頓。為了適應(yīng)生產(chǎn)要求，筆者通過(guò)對(duì)小方坯表面擦傷原因進(jìn)行分析，從標(biāo)準(zhǔn)化操作，優(yōu)化操作，精益化設(shè)備管理等方面采取措施，有效的消除了此類(lèi)缺陷，改善了小方坯表面質(zhì)量，滿(mǎn)足了鑄坯熱送和軋鋼質(zhì)量要求。

1 小方坯表面擦傷原因分析

通過(guò)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的鑄坯取樣觀察，小方坯表面的擦傷一般為連續(xù)通長(zhǎng)直線(xiàn)形態(tài)，位于鑄坯內(nèi)弧和兩側(cè)弧表面，寬度1 mm～2 mm，深度約0.5 mm～1 mm以下，雖然符合YB/T2011－2004《連續(xù)鑄鋼方坯與矩形坯》標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于鑄坯表面質(zhì)量的要求，但是此類(lèi)缺陷大大降低了產(chǎn)品的外觀實(shí)物質(zhì)量，易引發(fā)生產(chǎn)事故，造成生產(chǎn)成本增加，故急需在生產(chǎn)中予以控制。小方坯擦傷形貌如圖1所示。

圖1 擦傷的形貌

擦傷是外來(lái)的金屬異物沾附在導(dǎo)輥、拉矯輥等其他固定輥上引起的鑄坯表面機(jī)械損傷［1］475。當(dāng)連鑄機(jī)輥面有冷鋼包裹和氧化渣積聚，高溫鑄坯在運(yùn)行軌跡上與這些阻礙物接觸，導(dǎo)致機(jī)械摩擦損傷?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，小方坯擦傷主要有以下幾個(gè)方面:

1.1 小方坯連鑄機(jī)支撐導(dǎo)向裝置集聚鋼渣和冷鋼

小方坯在凝固運(yùn)行過(guò)程中，如果鑄機(jī)支撐導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向輥、側(cè)導(dǎo)輥在線(xiàn)冷卻和潤(rùn)滑不良，就會(huì)出現(xiàn)支撐輥和導(dǎo)向輥卡死積渣的現(xiàn)象。另外，小方坯出現(xiàn)漏鋼事故后，在支撐導(dǎo)向裝置輥面包裹冷鋼，高于鑄坯運(yùn)行軌跡，均會(huì)影響小方坯順行通過(guò)，高溫的小方坯被這些積聚物接觸切削，導(dǎo)致擦傷缺陷。

1.2 拉矯機(jī)設(shè)備故障

安鋼第二煉鋼廠(chǎng)小方坯拉矯機(jī)為外部噴水冷卻，處于高溫工作區(qū)域，工作環(huán)境較為惡劣，一旦出現(xiàn)設(shè)備冷卻潤(rùn)滑滯后的情況，拉矯輥軸承損壞，導(dǎo)致拉矯機(jī)輥?zhàn)涌ㄋ啦荒苻D(zhuǎn)動(dòng)，這樣，小方坯與輥面為滑動(dòng)摩擦接觸，會(huì)將拉矯機(jī)輥面磨損出毛刺，易于積渣，鑄坯在拉矯機(jī)上輥的壓力下，與積渣的下輥面緊密接觸，小方坯被車(chē)削出擦傷。

1.3 小方坯彎曲跑偏

小方坯在冷卻凝固過(guò)程中，由于結(jié)晶器磨損，二冷室噴嘴堵塞等原因，導(dǎo)致小方坯冷卻不均勻，受不均衡應(yīng)力的作用使小方坯彎曲或者運(yùn)行偏離鑄機(jī)中心線(xiàn)，彎曲或者跑偏的鑄坯與側(cè)導(dǎo)輥、導(dǎo)向板等設(shè)備接觸摩擦，出現(xiàn)擦傷缺陷。

1.4 結(jié)晶器銅管下口損傷

小方坯凝固的起始端在結(jié)晶器，初生的坯殼與結(jié)晶器銅管壁反復(fù)接觸較為緊密。在生產(chǎn)澆注過(guò)程中，當(dāng)結(jié)晶器銅管內(nèi)壁出現(xiàn)劃傷、凹坑、鍍層脫落等情況，粗糙的損傷面會(huì)對(duì)高溫的鑄坯坯殼產(chǎn)生切削作用，導(dǎo)致小方坯從結(jié)晶器內(nèi)拉出時(shí)即已經(jīng)有擦傷缺陷，嚴(yán)重的會(huì)造成小方坯漏鋼，提前更換結(jié)晶器等生產(chǎn)問(wèn)題。通過(guò)調(diào)查，造成結(jié)晶器損傷的原因和擦傷鑄坯機(jī)理分析如下。

1.4.1 小方坯開(kāi)澆促凝冷鋼損傷結(jié)晶器銅管

小方坯開(kāi)澆操作時(shí)，原來(lái)的工藝是使用直徑16 mm～18 mm的螺紋鋼切頭10 kg～12 kg做為促凝冷鋼，開(kāi)澆時(shí)，當(dāng)鋼水進(jìn)入結(jié)晶器后，促凝冷鋼促使鋼液快速與引錠鉤頭凝固在一起，以確保小方坯開(kāi)澆起步成功。但是由于原使用促凝冷鋼直徑較粗，用量過(guò)多，引錠頭部附近的促凝冷鋼部分保持未融化的原態(tài)，硬度較高，刮掉結(jié)晶器鍍層，導(dǎo)致結(jié)晶器下口較軟的銅壁出現(xiàn)凹坑損傷，在高溫鑄坯與損傷處反復(fù)接觸、摩擦后，會(huì)更加加劇該處結(jié)晶器銅管的磨損，此處比較容易積聚鋼屑，并粘附于銅管壁，這種堅(jiān)硬的“固體點(diǎn)”對(duì)高溫坯殼產(chǎn)生切削作用，形成了鑄坯表面的擦傷。未熔化的引錠促凝冷鋼如圖2所示。銅管內(nèi)壁集聚的鋼屑如圖3所示，

1.4.2 生產(chǎn)準(zhǔn)備操作不當(dāng)損傷結(jié)晶器銅管下口

圖2 未熔化的引錠促凝冷鋼

圖3 開(kāi)澆促凝冷鋼擦傷銅管集聚鋼屑

小方坯連鑄機(jī)在生產(chǎn)準(zhǔn)備操作中，存在結(jié)晶器下口送入引錠操作不規(guī)范的問(wèn)題，如送入引錠速度過(guò)快、位置過(guò)高，引錠頭部有冷鋼毛刺，引錠跑偏強(qiáng)行送入頂傷結(jié)晶器下口等，不但易出現(xiàn)小方坯表面缺陷，而且還會(huì)導(dǎo)致拉斷漏鋼生產(chǎn)事 故，對(duì)結(jié)晶器過(guò)鋼量等指標(biāo)也造成了影響。

1.4.3 結(jié)晶器銅管鍍層局部脫落掉塊

小方坯結(jié)晶器銅管內(nèi)壁為鍍硬鉻工藝，如果在鍍層工藝中，對(duì)銅管毛坯的前期處理不當(dāng)、中途斷電、中途加冷水、鉻酐原料質(zhì)量不穩(wěn)定、電鍍電流不穩(wěn)定、預(yù)熱不夠等因素，均會(huì)造成鍍層與銅管基體結(jié)合不牢固［2］279－300，加之鍍鉻層與銅管基體的線(xiàn)膨脹系數(shù)差別近一倍，分別為0.084 ×10－4和0.165 ×10－4(1/℃)［3］31，生產(chǎn)中結(jié)晶器銅管鍍鉻層容易脫落掉塊，高溫鑄坯與鍍層局部脫落處反復(fù)接觸、摩擦后，加劇該處銅的磨損，形成凹坑，積聚鋼屑，對(duì)高溫坯殼產(chǎn)生切削作用，形成鑄坯表面的擦傷。鍍層局部脫落，銅管內(nèi)壁集聚鋼屑如圖4所示，鋼屑擦傷鑄坯導(dǎo)致的拉斷漏鋼坯殼如圖5所示。

圖4 鍍層脫落集聚鋼屑

圖5 鋼屑擦傷的漏鋼坯殼

2 小方坯表面擦傷控制措施

根據(jù)以上原因分析，從小方坯連鑄機(jī)工藝操作、設(shè)備管理、銅管鍍層質(zhì)量等方面提出了以下控制措施，取得了較好的效果。

2.1 推行標(biāo)準(zhǔn)化操作

2.1.1 規(guī)范上引錠操作，防止結(jié)晶器下口損傷

針對(duì)小方坯生產(chǎn)準(zhǔn)備操作不規(guī)范的問(wèn)題，制定了標(biāo)準(zhǔn)化操作要點(diǎn)，對(duì)職工加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，要求生產(chǎn)前要打磨光滑引錠桿頭部，防止引錠毛刺損傷銅管。上引錠時(shí)，引錠進(jìn)入結(jié)晶器下口達(dá)到50 mm即可，尤其要注意不能強(qiáng)行上引錠，引錠與結(jié)晶器下口對(duì)中后可采用點(diǎn)動(dòng)、慢速送入結(jié)晶器下口，不得采用直接向結(jié)晶器下口插入異物的方式送入引錠頭部。引錠進(jìn)入結(jié)晶器下口后，為使引錠頭部與銅管壁均勻接觸，用石棉布均勻填塞引錠與結(jié)晶器周?chē)目p隙。

2.1.2 優(yōu)化小方坯開(kāi)澆促凝冷鋼使用數(shù)量

按照工藝要求，小方坯開(kāi)澆前，結(jié)晶器內(nèi)引錠牽引鉤頭周?chē)匿撍仨毴磕?，才能與引錠牽引鉤頭牢固地結(jié)合在一起，并要有足夠的強(qiáng)度，否則將發(fā)生拉脫生產(chǎn)事故，因此小方坯開(kāi)澆需要使用促凝冷鋼。為了確定開(kāi)澆使用促凝冷鋼的數(shù)量，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝條件，對(duì)小方坯開(kāi)澆促凝冷鋼合理使用量進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算過(guò)程如下:

1)開(kāi)澆時(shí)鑄坯凝固厚度的計(jì)算。根據(jù)沃爾夫公式［1］446:式中:H0——結(jié)晶器導(dǎo)出熱流，kJ/m;

e——出結(jié)晶器坯殼厚度，mm;

t——鋼水在結(jié)晶器中停留時(shí)間，對(duì)開(kāi)澆時(shí)間t取 0.5 min。

計(jì)算結(jié)果表明，坯殼凝固斷面總厚度只有34.76 mm，，無(wú)法滿(mǎn)足起步拉鋼的工藝要求。

2)開(kāi)澆促凝冷鋼的使用量計(jì)算。設(shè)坯頭需全部凝固的固體最低高度h為200 mm，則坯頭未凝固體積(包括引錠牽引鉤頭):式中:D——方坯斷面邊長(zhǎng)，m;

e——凝固層厚度，m。

設(shè)坯頭未凝固體積V內(nèi)80%被開(kāi)澆促凝冷鋼填充，20%為鋼水填充，則開(kāi)澆促凝冷鋼加入量Q1(包括引錠牽引鉤頭)和填充的鋼水量Q2分別為:式中:ρs——促凝冷鋼的密度，取7800 kg/m3;ρL——鋼水的密度，取 7000 kg/m3。

3)計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證。

將引錠牽引鉤頭、開(kāi)澆促凝冷鋼、凝固的鋼水看成一個(gè)牢固整體，其放出的熱量［3］208:

式中:TC——結(jié)晶器內(nèi)鋼水澆注溫度，取1550℃;

TL——液相線(xiàn)溫度，取1507℃;

CPL——鋼水的比熱，0.84 kJ/kg.℃;

CPS——固體鋼的比熱，0.674 kJ/kg.℃;

Lf——鋼的凝固潛熱，310.8 kJ/kg.℃。

計(jì)算得△H為1811.56 kJ。

該熱量使引錠牽引鉤頭的溫升為［3］209:

計(jì)算結(jié)果表明ΔT=296.66℃，遠(yuǎn)小于引錠鉤頭牽引部件高溫強(qiáng)度最低極限時(shí)的溫度800℃，可確保牽引部件在高溫下將鑄坯順利拉出結(jié)晶器。

4)確定小方坯開(kāi)澆促凝冷鋼使用量。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，規(guī)定小方坯開(kāi)澆促凝冷鋼使用量為8 kg～9 kg/流次，并且防止開(kāi)澆促凝冷鋼未熔化直接與結(jié)晶器銅管接觸擦傷銅管，不再使用直徑16 mm～18 mm的螺紋鋼切頭作為促凝冷鋼，采用直徑6 mm“U”形圓鋼做為開(kāi)澆促凝冷鋼，防止損傷結(jié)晶器銅管下口內(nèi)壁。

2.1.3 優(yōu)化操作工藝

1)規(guī)定小方坯開(kāi)澆引流成功后要控制好開(kāi)澆時(shí)間，待結(jié)晶器內(nèi)液面上升到400 mm～500 mm后，才可以啟動(dòng)振動(dòng)，啟動(dòng)拉速，執(zhí)行起步操作;當(dāng)結(jié)晶器出現(xiàn)溢鋼事故后應(yīng)處理干凈結(jié)晶器上口的冷鋼，防止冷鋼下拉時(shí)損傷結(jié)晶器內(nèi)壁;處理小方坯漏鋼事故時(shí)，同時(shí)清理干凈二冷支撐輥上的冷鋼和高于輸坯輥面的冷鋼。

2)為了防止更換中間包時(shí)開(kāi)澆加入的促凝冷鋼損傷結(jié)晶器下口，在小方坯連澆更換中間包操作時(shí)，設(shè)計(jì)制作了專(zhuān)用的換包連接件，規(guī)定放入結(jié)晶器的連接件應(yīng)垂直插入，讓其不接觸結(jié)晶器壁，以防止結(jié)晶器內(nèi)壁損傷。

3)對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)結(jié)晶器下口損傷的情況，增加了修磨結(jié)晶器銅管下口的操作工藝，當(dāng)結(jié)晶器下口出現(xiàn)鍍層局部脫落擦傷等情況后，用直磨機(jī)作為打磨工具修磨銅管內(nèi)壁，確保結(jié)晶器內(nèi)壁光潔度滿(mǎn)足工藝要求。

2.2 精益化設(shè)備維護(hù)，推行“TnPM”設(shè)備管理模式

針對(duì)小方坯設(shè)備高溫高濕的工作環(huán)境，大力推行“TnPM”設(shè)備管理模式，推行“以養(yǎng)代修”設(shè)備維護(hù)理念，嚴(yán)格落實(shí)設(shè)備規(guī)程，制定設(shè)備維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，規(guī)范操作使用設(shè)備，同時(shí)加強(qiáng)設(shè)備點(diǎn)檢、潤(rùn)滑和維護(hù)，對(duì)關(guān)鍵部位設(shè)備均實(shí)施了干油集中潤(rùn)滑，鑄坯支撐導(dǎo)向裝置等支撐輥道改用水冷輥道，推行設(shè)備責(zé)任承包制。對(duì)拉矯輥等關(guān)鍵設(shè)備完善設(shè)備管理臺(tái)帳，跟蹤運(yùn)行周期，掌握變化趨勢(shì)，定期更換，這些措施提升了設(shè)備運(yùn)行功能和精度，提高了設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量，各支撐輥道、側(cè)導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，無(wú)積渣和冷鋼，無(wú)卡死現(xiàn)象。

2.3 加強(qiáng)結(jié)晶器管理

對(duì)小方坯結(jié)晶器銅管完善建立使用檔案，上機(jī)前加強(qiáng)對(duì)內(nèi)腔錐度、 鍍層質(zhì)量的驗(yàn)收，對(duì)結(jié)晶器銅管內(nèi)表面鍍層厚度要求控制為0.06 mm～0.08 mm，鍍層不得有起泡、脫皮、露黃問(wèn)題，外表不得有腐蝕等缺陷，結(jié)晶器銅管內(nèi)表面鍍鉻層在距上端面50～300 mm范圍內(nèi)不得有針孔缺陷存在，其余上、下面上的分散針孔直徑應(yīng)不大于0.4 mm，深度應(yīng)不大于0.5 mm，數(shù)量不得超過(guò)2個(gè)［4］。嚴(yán)格執(zhí)行有缺陷銅管不能上機(jī)制度。生產(chǎn)中每次停機(jī)檢查鍍層脫落情況，及時(shí)更換鍍層脫落、下口損傷的結(jié)晶器，并且將銅管質(zhì)量情況及時(shí)反饋信息到銅管生產(chǎn)廠(chǎng)家，促進(jìn)銅管廠(chǎng)商改善鍍層工藝控制，改善結(jié)晶器鍍層質(zhì)量。

3 效果

通過(guò)以上措施的實(shí)施，有效控制了小方坯表面擦傷對(duì)鑄坯熱送、鑄機(jī)生產(chǎn)事故的影響，生產(chǎn)中出現(xiàn)擦傷爐次的比例由46.22%降低為2.5%，小方坯合格率、銅管過(guò)鋼量、小方坯漏鋼率等生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)得到了提升。

表1 2010年與2011年小方坯指標(biāo)對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

安鋼第二煉鋼廠(chǎng)通過(guò)小方坯標(biāo)準(zhǔn)化操作，推行TnPM精益生產(chǎn)維檢理念，重點(diǎn)抓好結(jié)晶器管理、拉矯機(jī)和支撐導(dǎo)向裝置等設(shè)備的點(diǎn)檢冷卻潤(rùn)滑，加強(qiáng)對(duì)結(jié)晶器鍍層質(zhì)量監(jiān)控，解決了小方坯擦傷缺陷，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)了生產(chǎn)的高效發(fā)展。

［1］史宸興.實(shí)用連鑄冶金技術(shù).北京:冶金工業(yè)出版社，1998:446－475.

［2］郭鶴桐等編.電鍍工藝學(xué).天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社，1985:279－300.

［3］蔡開(kāi)科等編.連鑄500問(wèn).北京:冶金工業(yè)出版社，1994:31，208－209.

［4］弧形方坯連鑄機(jī)結(jié)晶器銅管標(biāo)準(zhǔn)，JB/T 9047—1999

ANALYSIS AND CONTROL ON THE SURFACE SCRATCH FOR BILLET

Wu Yonghui Li Yong Jiang Zhenqiang Liu Zhongyi
(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

The reasons of billet surface scratch are analyzed in this paper and some control measures are also put forward from standardized operation optimization，equipment maintenance and the mould coating quality，which effectively control the scratch defects.

billetsurface quality scratch

*聯(lián)系人:李勇，博士，副廠(chǎng)長(zhǎng)，高級(jí)工程師，河南.安陽(yáng)(455004)，安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司第二煉鋼廠(chǎng);

2012—1—3