摘 要 现实中，虽然脱方是小方坯连铸的常见缺陷，但只要明确脱方的形成机理及其影响因素，并在此基础上采取针对性的预防改善措施，就完全能够杜绝脱方发生。本文对小方坯连铸中出现脱方的成因和主要影响因素进行了分析，并在此基础上提出了预防措施，希望能对连铸方坯质量的改善提升提供一些有意义的参考和借鉴。
关键词 小方坯连铸，脱方成因，影响因素，预防措施
1研究意义
连铸方坯脱方(如图1所示)主要指方坯横断面上的两条对角线的长度不一致，而这会直接导致下道工序轧制困难，甚至造成轧钢报废或出现连铸漏钢等问题，已经成为了小方坯连铸过程中的常见质量缺陷。考虑到方坯连铸过程会受到多种因素影响，造成脱方的原因往往也是多个方面，只有对脱方成因进行细致全面地分析，综合考虑所有影响因素，才能为制定和实施有效的措施提供科学依据。本文正是基于这一出发点，对小方坯连铸中出现脱方的成因和主要影响因素进行了分析，并在此基础上提出了改进措施，希望能对连铸方坯脱方缺陷改善提供一些有意义的参考和借鉴。
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图1 脱方示例
2成因分析
在进行小方坯连铸时，钢水在进入凝固阶段时会与结晶器的内壁接触，进而形成弯月面，而弯月面的根部冷却速度非常快，继而生成坯壳，此时的坯壳还不稳定，它会继续冷却收缩形成凝固坯壳，然后再与铜管内壁实现脱离，而一旦出现脱离，坯壳和内壁之间就会产生气隙，同时在钢水静压力的作用下，坯壳会向外膨胀。随着传热和凝固速度的下降，铸坯从结晶器中会被不断拉出，那么坯壳的表面就会由于回温而出现强度下降的情况，随即在钢水压力的影响下就极易发生变形。
目前学界和工业界对小方坯连铸脱方的形成原因有多种观点，但总的来说可以归纳为以下两种：第一，由于坯壳的四个面在连铸过程中很难确保同步、均匀凝固，所以容易发生脱方缺陷；第二，坯壳的四角凝固不均匀。无论是上述哪一种观点，但总的来说都可以被归纳为一个主要原因：铸坯表面的冷却不均匀，因为这会造成表面收缩不均匀，较厚部位的坯壳收缩量明显大于较薄坯壳的收缩量，继而导致脱方缺陷发生。
3影响因素探析
1.工艺因素
从工艺的角度来说，影响脱方的因素又可以进一步被细分为以下几种：
首先，钢水的化学成分。在实际作业中，钢种不同，其化学成分自然也存在差异，那么形成铸坯的收缩率也会不一样。比如碳含量不同时，坯壳在弯月面的收缩量就有明显的差异，一般认为碳质量分数0.1%时，结晶器内坯壳的线收缩最大，此时较容易引发脱方。此外，高碳钢也容易发生脱方，这是因为在弯月面以下的20~50mm处，高碳钢的收缩较小，热流较大，这容易导致铜管外壁出现间歇沸腾现象，由此会造成坯壳的厚度不均匀，继而引发脱方。
其次，浇铸温度和拉坯速度。经过生产实践和相关研究得出，浇铸温度和拉坯速度的变化虽然不是造成脱方的直接因素，但过高的温度和过快的拉速会使得结晶器水套内的冷却水间歇性沸腾，使得坯壳出现变形。而这又会进一步造成坯壳厚度降低，即降低了强度，那么在不均衡的作用力下就会增大脱方的发生几率。这里需要特别注意的一点是，该因素往往需要和其他影响因素一起作用才会导致严重脱方缺陷，否则即使脱方也不会超标。
然后，钢流偏流。小方坯浇铸时，因为断面太小的缘故，使得中间包的水口不容易对中，在此影响下，水口钢流会发生偏流，偏流的方向坯壳生长较慢，而另一方向却生长较快，增大了脱方的发生几率。
再次，结晶器冷却水。冷却水水质会影响到结晶器的冷却效果。水质如果过硬，那么就容易产生水垢，而水垢一旦在结晶器的水套内发生沉积，则会造成局部热阻变大，进而加剧间歇沸腾，使得铸坯表面发生冷却不均问题，引发脱方缺陷。因此，结晶器的冷却水宜采用软水，而且硬度越小越好。
最后，结晶器保护渣。考虑到保护渣对冷却铜板和方坯之间的传热和润滑会产生影响，所以对脱方也有一定影响。比如采用敞开式润滑浇铸的方坯连铸，因为仅能依靠石墨粉进行润滑，无法对气隙进行充分填充，那么就会影响到坯壳与冷却铜板间的接触，使得传热性不好，增大脱方的发生几率。而采用保护渣熔化成液渣对气隙进行填充，可以有效改善坯壳与冷却铜板间的接触，使得传热不受影响，提升了坯壳快速生长的均匀性。
2.设备因素
对于小方坯连铸，最重要的设备就是连铸机，而结晶器又是连铸机的“心脏”。如果钢水在结晶器中凝固形成的坯壳厚度不均，那么出结晶器时就容易发生脱方现象。首先，材质影响。比如管式结晶器，当采用Cu-Ag材质的铜管时，在正常的冷却水流速情况下，铜管的热面温度会低于Cu-Ag的再结晶温度，进而可以更好地满足使用要求。又比如通过在铜管内表面用镀Ni-Fe 或 Ni-Co来代替镀Cr，可以减少镀层剥落的发生，这对控制铜管与方坯间的气隙变化具有积极效果，当然也有利于促使初生坯壳的冷却更加均匀，进而降低脱方现象的发生。其次，结晶器水套的影响。如果水套角部不是圆角过渡，那么面部的水流间隙就比角部的小，使得面部和角部的水流速度不一致，而水套内的水流速不均，那么冷却铜管壁上就会产生不同的热流密度，进而导致铸坯坯壳也会产生冷却不均问题，引发脱方。最后，结晶器铜管锥度。结晶器铜管的锥度如果过大，那么会显著增大铸坯与铜管间的拉坯阻力，进而造成拉漏或磨损铜管内壁，而铜管内壁磨损会造成铜管与方坯间的气隙变大，不利于初生坯壳均匀冷却，助长了脱方现象的发生。锥度如果过小，坯壳与铜管的间隙就会变大，铜管对坯壳收缩的补偿效应减弱，这也极其不利于坯壳的均匀生长。
4预防措施探讨
上文对小方坯连铸中的脱方成因和影响因素进行了详细分析，从中不难看出，导致脱方现象发生的原因是多个方面的，只有从多个方面都采取针对性地预防措施，才能减弱甚至避免脱方缺陷的发生。具体来说，这些措施包括以下几个方面：第一，对小方坯连铸作业的生产工艺进行优化完善，同时对生产过程进行规范化管理，确保生产人员都能够严格遵守相应的标准规范。第二，在小方坯连铸作业中，冶炼环节要减少后吹和避免下渣，要保证为连铸作业提供合格稳定的钢水。第三，在连铸作业中，中间包水口、结晶器必须确保严格对中，杜绝偏流现象。第四，要尽可能地稳定控制拉速。除了开浇和更换钢包外，拉速不得出现剧烈波动，要将其稳定控制在允许的范围内。第五，针对浇铸钢种的特性，科学选用合理的润滑油或保护渣。第六，对包括结晶器在内的连铸机的制造、安装、使用和维护加强管理，确保其使用性能维持在最佳水平。第六，结晶器铜管的锥度设计要合理，实现对初生坯壳和结晶器间的接触及传热状态的有效改善。第七，定期检查结晶器中的冷却水水质，水质硬度不达标应及时补充软水。最后，提升针对导向段的检查频率，保证铸机的弧度符合作业要求。
5结束语
通过本文上述分析不难看出，虽然脱方是小方坯连铸作业中的常见缺陷，但只要明确脱方的形成机理及其影响因素，并在基础上采取针对性的预防改善措施，就完全能够杜绝脱方现象的发生。
参考文献
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