连铸坯表面凹陷分析与控制研究

胡浩

摘要：在进行连铸坯产品制作的过程中，经常会出现横向的凹陷问题，还会存在部分纵向的凹陷。因为凹陷问题的出现会受到各种因素的影响，例如在进行加工过程中的热流密度和坯壳的硬度等。所以操作人员要对影响连铸坯制作环节的各项因素进行深入的分析和研究，要对流动行为进行严格的控制，并且对结晶器的锥度和拉速、过热度、冷却、保护渣等因素进行全面的管理，才能提高产品的制作质量;要根据生产现场的实际情况，制定科学有效的预防措施，提高连铸坯的表面质量。本文就连铸坯表面凹陷分析与控制进行相关的分析和研究。

关键词：连铸坯;表面凹陷;分析与控制

中图分类号：F407.4 文献标识码：A

连铸坯的表面凹陷问题主要分为横向的凹陷和纵向的凹陷，这些凹陷或者呈现周期性的分布规律或者无规律地分布在连铸坯的表面。横向凹陷一般发生在振痕区域，并且存在一些红色的裂纹，尤其是铸坯内弧区域凹陷情况更加严重。纵向的凹陷分布在角部的附近，主要存在于铸坯的宽面，严重时会出现纵向的裂纹。一旦连铸坯表面出现了凹陷问题，就会对后续产品质量产生不利的影响，不仅会增加下线清理工作量，还会对热装和其他工作产生影响。所以工作人员在生产的过程中，一定要对凹陷问题进行重点关注，并且采取积极的措施对这一问题进行有效的解决[1]。

1 连铸坯生产流程

当前在进行连铸坯生产的过程中，相关的技术比较先进，也配置了比较完善的设备。生产企业可以从国外引进更加先进的工艺和设备，从而提高生产环节的准确性。在作业的过程中要对各项参数进行明确，还应该严格按照操作的顺序进行连铸坯的生产。在生产的过程中要保证各个环节的作业情况符合相应的要求，要尽可能降低工作人员操作失误发生的概率[2]。

2 连铸坯表面凹陷问题出现的原因

2.1 横向凹陷问题

一般来说在进行连铸坯生产的过程中，表面横向凹陷问题是影响产品质量的重要因素，横向凹陷会沿着板坯分布展开。而且两个相邻凹陷之间的距离不同，每个凹陷的内部都存在清晰的震痕，部分凹陷位置还存在溢出的钢水。对于碳钢来说，横向凹陷问题都发生在包晶钢区域，材料凝固的过程中存在体积比较大的收缩问题。结晶器内坯壳刚刚形成时，存在凝固和收缩现象，就会产生横向的凹陷。在热流值最低时，不利于内部热量的传导，会出现结构的回温，进而降低坯壳的厚度。在这种状态下，坯壳的受力会向下运动，形成一种横向的凹陷问题。导致横向凹陷问题出现的主要原因，是弯月面区域的铸坯局部比较冷，钢液的溢出和初生坯壳凝固不均匀，导致热流力的产生以及弯月面附近渣圈和钢水压力共同作用[3]。

当前比较流行的观点是液位波动理论，也就是说结晶器的液位发生了变化，保护渣烧结层沿着结晶器周边出现鼓肚现象，或者紧贴结晶器壁出现了鼓肚现象，都会引发凹陷问题。如果弯月面的下方扎圈紧贴着结晶器壁，就会产生比较大的压力，作用在弯月面的坯壳上。会强制坯壳远离结晶器壁，并且形成一个气隙问题。如果弯月面突然出现了溢流，就会形成一个凹陷的模板，会出现一些液渣。渣圈中断、保护渣的流入，并且与坯壳产生了接触。渣圈被挑出时会形成一些凹陷问题。横向的凹陷经常发生在弯月区域，附近的热流和坯壳强度产生变化，会导致凹陷问题的产生，钢水成分会对凹陷问题会存在较大的影响。如果弯月面附近薄坯壳凝固的强度不均匀，也会引发凹陷问题。高碳钢存在比较宽的凝固两相区，在弯月面不容易形成一个坚固的外壳，所以弯月面经常会出现一些凹陷和变形问题。如果低碳钢的凝固区间比较窄，在弯月面会形成一个比较坚固的凝固坯壳。随着弯月面液位的上升，坯壳区域会出现比较严重的凹陷问题[4]。

2.2 纵向凹陷问题

在进行连铸坯生产的过程中，纵向凹陷主要分为两种类型。一种是发生在铸坯块面中心或者1/4区域的凹陷问题。这种凹陷问题比较严重，而且会贯穿于整个铸坯，难以对其进行有效的清理。严重时会导致一些纵向裂纹的产生，裂纹经常发生在高碳钢板坯区域。还有一种类型的纵向凹陷问题，是指铸坯宽面的边部纵向凹陷问题或者纵向的沟槽，这种问题会对铸坯产品质量产生严重的影响。一些比较浅的凹陷问题难以被发现，严重的偏角部的纵向凹陷问题发生频率比较高。在发生凹陷问题的过程中，还存在一些夹杂和裂纹以及窄面鼓肚等现象。导致板坯宽面边部纵向凹陷问题出现的原因比较多，但凹陷问题主要存在于结晶器内部。结晶器的锥度比较小或者在开展浇筑作业时出现了跑锥度问题，在进行坯壳凝固和收缩的过程中，坯壳和结晶器之间的缝隙会逐渐变大。传热也会变慢，在钢水的压力作用下，铸坯区域的结晶器后窄面会出现鼓肚现象，并且引发凝固角部的转动问题。在铸坯边部会出现凹陷问题。这种情况下铸坯边部的凹陷问题比较轻，但是会存在一些裂纹[5]。

如果结晶器的锥度比较大，已经超过了铸坯的凝固收缩量。连铸坯宽面在结晶器内部会受到挤压，发生弯曲或变形现象，在铸坯边部会引发凹陷问题。连铸板坯宽面形成的偏角凹陷问题，是因为凝固过程中板坯出现了不均匀收缩，刚性的角部断面发生转动，离开了铜壁的表面引发了凹陷问题。偏角部纵向凹陷问题的形成，主要是在结晶器上部出现角部凝固，然后存在收缩现象。在临近的宽面或者窄面上会产生热点。由于结晶器上部的锥度比较小或者存在刚性的角部转动，使得小偏角部凹陷问题出现。结晶器的下部锥度过大，结晶器壁向着坯壳区域产生作用力。凹陷会不断增加，在宽面上会出现偏角部的凹陷问题[6]。

如果在进行板坯连铸的过程中浇筑过热，会导致窄面和宽面面部坯壳过薄现象，而且中间的温度波动会比较大。保护渣的融化不够均匀，坯壳也不够均匀，凹陷問题的发生概率会不断上升。在进行作业的过程中，结晶器的窄面锥度比较小或比较大，都会导致边部凹陷问题的发生。结晶器流场也会对凹陷问题的发生产生巨大的影响。在实际生产的过程中，如果结晶器的液位波动比较大，会增加表面裂纹和凹陷问题的发生概率。在进行生产的过程中，流入结晶器与坯壳的液态保护渣会随着作业温度的降低，形成固态的渣。可以减少气隙的热阻，防止坯壳变薄[7]。

3 连铸坯表面凹陷问题控制措施

在进行产品生产的过程中，因为初生的不够均匀，结晶器和铸坯之间的气隙比较大，很容易出现凹陷问题。在对导致凹陷问题出现的影响因素和原因进行分析的过程中，可以对各个环节进行针对性的改善和优化，防止或减少凹陷问题的发生概率。要根据钢材料的凝固收缩原理，对铜板锥度进行合理的制定，要对结晶器的使用情况和维修管理等行为进行严格的控制和管理，确保结晶器能够正常的运行。在进行产品生产的过程中，还要对保护渣进行正确的选择，要保证保护渣的成分和物理性能符合应用的需求。还要对热流和固体的渣土厚度进行严格的控制，要保证熔点和粘度以及碱度符合操作的需求。在保持坯壳厚度不变的情况下，要对渣的热传导进行逐渐的降低和保护，还要对铸坯进行缓慢的溶解。在进行生产的过程中，要对水口装配要求进行完善和优化，确保水口对中的正常，避免钢水直接对坯壳进行冲刷。还要保证铸坯的均匀和凝固良好。在生产的过程中要对作业的节奏进行严格的控制，避免因为钢水过热度的降低，对其他生产环节产生不利的影响。要采用过热度浇筑作业形式，还要稳定恒拉速。在操作的过程中还应该保证结晶器液面的稳定，要对浸入式水口的插入深度进行严格的控制，还要保证保护渣的加入方式符合操作的需求。在作业的过程中，要尽可能减少人工失误对铸坯表面凹陷造成的不利影响[8]。

4 结语

综上所述，连铸坯生产的过程中出现凹陷问题，不仅降低了产品的合格率，而且还会导致产品在使用的过程中存在严重的质量问题。为了提高铸坯产品的质量，要对凹陷问题形成的原因进行深入的分析和研究，并且引进更加先进的技术对这个问题进行解决。以此提高产品的合格率，确保产品在应用的过程中能够发挥更大的作用。在进行连铸坯生产的过程中，相关人员还应该对工艺进行熟练的掌握，才能保證各个环节的稳定运行，促进连铸坯生产的可持续发展。

参考文献

[1] 赵建平，王帅，冯帅，等.低碳低硅铝镇静钢铸坯表面凹陷的成因及控制[J].连铸，2020，45（2）：31-35.

[2] 陈明昕，汪洪峰，杨晓江.连铸板坯表面纵裂纹的形成原因及控制[J].连铸，2020，45（2）：41-44.

[3] 杜立功，王伟，常国栋.超纯铁素体不锈钢连铸坯表面卷渣缺陷改善[J].山西冶金，2019，42（4）：101-102，119.

[4] 房建明.浅析连铸板坯表面裂纹的影响因素及防止措施[J].冶金与材料，2019，39（4）：167-168.

[5] 杜辰伟，兰鹏，汪春雷，等.微合金钢连铸坯表面裂纹敏感性预测模型[J].中国冶金，2019，29（7）：23-27.

[6] 李德军，许孟春，康伟，等.连铸保护渣开发状况分析[J].鞍钢技术，2019（1）：7-11.

[7] 郑世伟，朱立光，肖鹏程，等.低碳含铌钢铸坯裂纹形成原因分析与改进措施[J].铸造技术，2018，39（12）：2759-2762.

[8] 王君天，张利明.连铸坯表面凹陷分析与控制[J].浙江冶金，2017（2）：30-34.