分析浸入式水口对连铸板坯表面纵裂的影响

 连铸板坯的表面纵裂是时常困扰炼钢工人的一个问题。其问题集中在凝固时呈包晶转变的中碳不锈钢上。许多因素能导致裂纹发生，如钢成分一碳、磷、硫旌铸参数一钢液温度、连铸速度、板坯宽度、连铸结晶器条件、冷却、板坯辊子支承和对中、连铸结晶器保护渣、浸入式水口(SEN)的设计与对中、结瘤和SEN的材料等。由于问题的复杂性，很难推断SEN对裂纹的影响。已经在与SEN无关的因素被优化的条件下，开发并试验了一种能降低表面纵裂的SEN。现场结果证明采用了SEN技术后，板坯裂纹率大大减少或消失，裂纹率已从21．O%降至2.5%。本文是关于浸入式水口(SEN)的开发及现场评价。
    对连铸板坯的裂纹形成问题的研究已有很长的历史。Brimacomhe已经提供了这一问题的很好的处理方法。一般认为，表面纵裂(IFC)局限于呈包晶反应的某些“中碳”钢中。这些钢种显示出能形成裂纹的低延性高温区。但是，有许多因素影响或导致在铸坯低延性区形成裂纹所需的应力。本文不是概述影响LFC的潜在因素，而是集中论述SEN的影响。(假定在所有IJF(:的情况下，SEN的直接影响占5%- 10%)
    SEN有四个影响LFC的主要的参数：
    (1)设计对结晶器中钢液的影响。
    (2)在结晶器内对中对结晶器内钢液的影响。
    (3)氧化铝结瘤对结晶器中钢液流动的影响。
    (4)材料性能通过SEN的热传递的影响，对结晶器保护渣成分的影响。
    SEN对LFC的最大潜在影响是SEN对连铸结晶器中钢液流动的影响。穿过结晶器壁的均匀热传递将产生均匀的凝固。不均匀的热传递将在凝固的坯壳内形成拉应力，从而导致LFC。来自SEN的钢水均匀地分布于连铸结晶器内，对于防止冲击或形成“死点”（钢液流动速度很小的区）很重要。钢液在结晶器内的均匀分布保证了沿整个结晶器的圆周良好的对流混合和均匀的钢液温度。
    一般地，对板坯连铸机而言，已经使用分叉的SEN。浸入深度、孔直径、孔的几何形状和角度影响连铸结晶器内钢液的分布。重要的是，一种SEN设计并不能满足所有的结晶器设计。通常，利用水模型优化SEN设计。
    SEN在连铸结晶器内对中是很重要的。因为这对钢液在结晶器内的均匀分布有很大影响。标准的SEN/结晶器构型允许SEN和结晶器宽面之间有25mm间隙。可以看到SEN对中的很小的偏差也会影响钢液而且很可能导致“死点”。发生在SEN和结晶器宽面之间的”死点”，导致结晶器保护渣的消耗置降低，进而使热传递条件复杂化。SEN不对中对结晶器内热传递有直接影响，并导致IJFC。
    SEN内的氧化铝结瘤也可能导致结晶器内不均匀的液流／热传递，从而产生LFC。孔内的结瘤提高了SEN内钢液的速度，可能影响结晶器内的液流和热传递。不对称的氧化铝堆积，尤其是在孔内，能改变结晶器内的液流和热传递。
    SEN的材料性能影响通过SEN的热传递和结晶器保护渣的性能。文献中提到过SEN的热传导性对LFC的影响。指出SEN热传导性能影响SEN和结晶器宽面之间的结晶器内钢液温度／结晶器保护渣温度的熔化速度。假设SEN渣线的导热性对结晶器内热传递影响的不同情况。从弯月面区钢液中得到的热量穿过SEN渣线，并通过渣线之上的辐射热损失，扩散到周围。该理论预计在渣线区附近的凝固薄板上有较厚的坯壳，很可能使LFC远离渣线区。另一方面，相对于结晶器其它部位的钢液温度，导热率高的渣线可以将热量由SEN内侧传递到外侧，从而提高或保持附近渣线区内钢液的温度。在这种情况下，如果附近渣线区内的钢液温度高于结晶器其它部分，那么可预计在凝固坯壳上形成较薄的坯壳。这样，很可能在渣线附近产生LFC。有一些问题，达到了SEN的导热率能影响连铸结晶器内钢液温度的程度。如果结晶器内有良好的液流加之良好的对流混合，穿过SEN的热传递不会影响钢的温度。可以想像，在SEN与结晶器宽面之间的区域内没有液流，SEN将影响温度。但是，可能从凝固坯壳到结晶器壁的热传递控制凝固过程而不是通过SEN的热传递。SEN导热性对结晶器保护渣熔化速度也有影响。较高的导热性对结晶器保护渣的熔化速度有帮助，而且结晶器内钢液流动不是最佳化时，这一点很重要。
    SEN对结晶器保护渣成分、表面张力和粘度也有影响。结晶器保护渣对近弯月面区的热传递条件有很大影响，进而影响LFC。SEN（渣线）的腐蚀很可能影响结晶器保护渣的化学性质，尤其是结晶器保护渣消耗率较低的部位（即SEN和结晶器宽面之间）。
    结晶器保护渣性能也有很大影响牯化温度、粘度、熔化速度和表面张力。所有这些参数都影响凝固坯壳和结晶器壁之间的热传递。结晶器保护渣的熔化行为和牯度也影响钢液之上的热传递条件。钢液和液体结晶器熔剂之间的界面张力影响有效区，能导致表面驱动对流。
    一般讲，像Na、Ca.F和B等元素能降低熔化温度及相应的结晶器熔剂粘度。像Zr、Mg和等能增加牯度。有益的元素和化合物常用于SEN生产，防止结晶器保护渣腐蚀及熔化温度和结晶器熔剂升高。从耐腐蚀的角度看，能降低结晶器熔剂温度／粘度的元素和化合物通常对SEN不利。
    由于问题的复杂性，很难分离出一个因素对LFC的影响。但是，其它因素对LFC的影响已降到最低的情况下，通过开发和试验新的SEN产品已努力分离出SEN的影响。只有在其它的连铸参数被优化时，SEN对I.FC的影响才显著。为优化SEN对LFC的影响，将集中在两个方面SEN的热传递、SEN对结晶器保护渣化学性质的影响。
    V esuviu。对SEN的研制着重确定SEN的导热性是否对IJF(:有影响。我们对有热传导性范围的SEN渣线进行了现场试验，没有发现热传导性和LFC发生率之间有关系(见下表)。烧结石英SEN的导热性很低，不会产生LFC问题。我们现场试验了导热性适度(518材料)和很高的101材料SEN，没有发现LFC问题。就LFC而言，各种SEN导热性阐述了相同的结果，因而否定了SEN导热性对LFC的影响。
    另一方面，评介有导热性范围的SEN，发现对LFC (536. 240和TCI)材料有不利作用。尽管这些材料的耐蚀性能满足要求，但是它们对LFC的影响则不能满足。
    v esuviu。研究了SEN腐蚀性对结晶器保护渣成分影响的理论。从表1可以看出就LFC包含的能提高速度／结晶器熔剂的熔点的部分而言，SEN材料可产生问题。结合专利添加剂开发能降低LFC的出现并且有良好的耐蚀性的SEN渣线。这种添加剂，通过渣线的腐蚀，影响结晶器熔剂，同时仍然保持渣线的良好的耐蚀性。这种SEN渣线的性篚可与标准的SEN渣线材料相比。
    在几家用户中进行了广泛的SEN渣线现场实验，取得了良好的效果。在应用这种新的SEN渣线之前，这些用户已尽可能优化了与LFC有关的操作条件。尽管优化了这些参数，LFC仍继续存在。延长新的SEN材料的试验，LFC的出现率显著减少。
其中一个用户的敏感钢的IJFC的裂纹率由21%降至2.5%。2.5%是从总的400多板坯中计算出来的。该用户以前用过的另一种Vesuvius SEN材料以及其它SEN供应商的数据。
    在其它用户中，我们也看到了裂纹率明显减少。裂纹率有的减少至零。重要的是，这种新开发的渣线的耐蚀性已被广泛的现场试验证明，相当于标准的渣线砖。
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