連鑄板坯表面縱裂的成因分析及控制措施

劉云良 尹嘉鈞（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司煉鋼廠，河北涉縣 056404）

連鑄板坯表面縱裂的成因分析及控制措施

劉云良 尹嘉鈞（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司煉鋼廠，河北涉縣 056404）

結(jié)合天鐵煉鋼廠0#連鑄機(jī)的實際生產(chǎn)情況，從多方面分析了表面縱裂的產(chǎn)生因素，發(fā)現(xiàn)表面縱裂與鋼水成分、拉速、鋼水過熱度、結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度、保護(hù)渣等因素密切相關(guān)。通過采取對轉(zhuǎn)爐鋼水控制終點化學(xué)成分、穩(wěn)定連鑄拉速、優(yōu)化結(jié)晶器冷卻制度、改進(jìn)保護(hù)渣性能等相應(yīng)措施，使表面縱裂得到有效控制。

連鑄 板坯 表面 縱裂 鋼水 成分 過熱度 保護(hù)渣

1 前言

連鑄板坯的表面縱裂是影響鑄機(jī)產(chǎn)量和鑄坯質(zhì)量的主要缺陷，也是常見的表面缺陷之一。輕微的縱裂經(jīng)過精整后對后續(xù)的工序不會造成不良影響，嚴(yán)重的縱裂可以使整支板坯判廢，甚至?xí)?dǎo)致漏鋼事故的發(fā)生，對生產(chǎn)和設(shè)備產(chǎn)生極大的危害，既影響鑄機(jī)作業(yè)率和金屬收得率，又增加了生產(chǎn)成本，也會打亂生產(chǎn)計劃。天鐵煉鋼廠0#連鑄機(jī)自2006年投產(chǎn)以來，鑄坯的表面缺陷主要是表面縱裂，2009年10月是最嚴(yán)重的月份，一檢縱裂率高達(dá)5.4%，攻關(guān)前，縱裂的平均發(fā)生率為4.3%，經(jīng)過近半年的跟蹤調(diào)整，縱裂率控制在1.5%的水平。

2 天鐵煉鋼廠0#連鑄機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

機(jī)型：1機(jī)1流，直弧型，R=8 m，多點彎曲多點矯直；

澆鑄斷面/mm：（200、220）×（1 200～1 600）；

中間包容量/t：18；

結(jié)晶器長度/mm：900，帶足輥；

振動方式：短臂四連桿正弦振動；

工作拉速/m/min：0.3～1.0；

冶金長度/m：25.6；

主要澆鑄鋼種：碳素鋼、低合金鋼等。

3 表面縱裂的形貌及形成機(jī)理

3.1 表面縱裂的形貌特征

天鐵煉鋼縱裂主要發(fā)生Q235B、Q345B等鋼種上，現(xiàn)場統(tǒng)計表面縱裂較多發(fā)生在板坯內(nèi)弧的中央?yún)^(qū)域，即水口區(qū)域，同時伴有凹陷發(fā)生，占表面縱裂的82%，內(nèi)弧的表面縱裂比例明顯高于外弧的比例。表面縱裂的深度多數(shù)為10 mm左右，長度大于1 m的占大多數(shù)，嚴(yán)重的會出現(xiàn)通長裂紋。

3.2 表面縱裂的形成機(jī)理

板坯的表面縱裂發(fā)源于結(jié)晶器，發(fā)生縱裂主要是由于結(jié)晶器冷卻熱量分布不均勻，致使板坯坯殼厚度不均勻，在板坯厚度較薄的地方產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力高于坯殼的抗拉強(qiáng)度時就會產(chǎn)生細(xì)小裂紋，細(xì)小裂紋形成后在外部因素的作用下，會導(dǎo)致細(xì)小裂紋的擴(kuò)展。外部因素主要包括現(xiàn)場操作和設(shè)備狀態(tài)的各個環(huán)節(jié)，例如添加結(jié)晶器保護(hù)渣的操作，結(jié)晶器的冷卻強(qiáng)度等，這些都會導(dǎo)致縱裂的形成與發(fā)展?？v裂一般在結(jié)晶器內(nèi)部初步形成，在二次冷卻區(qū)內(nèi)擴(kuò)展長大，以致形成嚴(yán)重的縱裂紋，甚至發(fā)生漏鋼事故。

4 表面縱裂形成的原因分析

4.1 鋼水成分對表面縱裂的影響

4.1.1 碳

對2009年天鐵煉鋼廠板坯表面縱裂發(fā)生情況進(jìn)行了統(tǒng)計，結(jié)果見表1。

表1 鋼水C含量對表面縱紋的影響

通過表1可以分析得出，當(dāng)鋼水中C含量在0.11%～0.15%時，板坯表面縱裂發(fā)生幾率最大。這是因為當(dāng)碳含量在0.08%～0.20%時，鋼水在凝固過程中發(fā)生包晶反應(yīng)，產(chǎn)生了大的體積收縮，使鑄坯與結(jié)晶器之間產(chǎn)生空隙，結(jié)晶器導(dǎo)出熱量變小，坯殼變薄，以致在板坯表面形成了凹陷。凹陷處凝固速度比較慢，造成坯殼厚度的不均勻。凝固坯殼薄弱處在熱應(yīng)力、摩擦力和鋼水靜壓力等作用下，就產(chǎn)生了裂紋，并在二冷區(qū)加深和擴(kuò)大。

4.1.2 磷

P使鋼的塑性下降而變脆，使縱裂敏感性增大，由于P的偏析作用，在鋼液凝固過程中，鼓肚和脫方引起拉應(yīng)力使板坯在晶界處產(chǎn)生了微裂紋，到二次冷卻區(qū)后，逐步擴(kuò)展成縱裂，因此P含量應(yīng)控制在＜0.025%。

4.1.3 硫

S是鋼中最有害的元素之一，S在鋼中與Fe形成FeS，F(xiàn)eS會與Fe形成熔點較低的熱脆性共晶體，在晶界析出并導(dǎo)致晶界處發(fā)生裂紋。對2009年天鐵煉鋼廠板坯表面縱裂發(fā)生情況進(jìn)行統(tǒng)計，統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2?？梢钥闯?，隨著S含量的增高，板坯表面裂紋率不斷增大。在S含量較低時，若有足夠的Mn與S結(jié)合生成MnS，可以改善板坯的表面裂紋敏感性。所以盡可能降低鋼水的S含量，提高錳硫比，有利于改善鑄坯表面縱裂紋。

表2 S含量對板坯表面縱裂的影響

4.2 鋼水過熱度及拉速的影響

鋼水過熱度過高或過低對板坯表面縱裂均不利，鋼水過熱度影響初生凝殼正常生長。鋼水過熱度每提高10℃，在結(jié)晶器內(nèi)高溫鋼水流動會吃掉凝殼約2 mm。過熱度高，生成的坯殼薄且熱應(yīng)力大，易產(chǎn)生表面裂紋；過熱度低，保護(hù)渣溶化不良，導(dǎo)致彎月面冷卻不均勻，也易產(chǎn)生表面縱裂紋。生產(chǎn)實踐表明，過熱度大于35℃且拉速較高時易產(chǎn)生縱裂紋。

另外，拉速頻繁波動也極易產(chǎn)生縱裂。拉速波動會導(dǎo)致結(jié)晶器液面波動，并導(dǎo)致保護(hù)渣的液渣層厚度和渣膜厚度的變化。而渣膜厚度直接影響結(jié)晶器的傳熱效果，因此在拉速變化后很長一段時間內(nèi)結(jié)晶器的熱流一直處于變化當(dāng)中，這就導(dǎo)致坯殼產(chǎn)生厚度不均勻性。根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計，在同樣的鋼水成分及過熱度的前提下，澆鑄斷面為220 mm×1 600 mm板坯，在129支縱裂坯中，有57支是在拉速變化的過程中產(chǎn)生的，占44.2%?？梢?，拉速變化對板坯表面縱裂紋的影響是非常明顯的。

4.3 結(jié)晶器液面波動及冷卻強(qiáng)度的影響

4.3.1 結(jié)晶器液面波動的影響

結(jié)晶器液面的頻繁波動對控制板坯表面縱裂非常不利。結(jié)晶器液面波動造成保護(hù)渣液渣層厚度不均勻，液渣不能均勻流入空隙，造成結(jié)晶器傳熱不均，導(dǎo)致板坯表面縱裂發(fā)生。0#連鑄機(jī)一直采取手動方式控制液面，液面上下波動大，對縱裂發(fā)生有較大的不良影響。

4.3.2 結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度的影響

（1）板坯表面縱裂一般都在結(jié)晶器內(nèi)部產(chǎn)生，進(jìn)入二冷區(qū)逐漸擴(kuò)大，所以合適的結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度是消除板坯表面縱裂紋的關(guān)鍵。結(jié)晶器冷卻水流量的大小及變化直接影響到結(jié)晶器傳導(dǎo)熱流的大小及變化。減弱結(jié)晶器冷卻水量，提高結(jié)晶器進(jìn)出水溫度差，有利于形成厚度均勻的坯殼。

（2）0#板坯連鑄機(jī)是后建工程，其結(jié)晶器用水與其它4臺方坯連鑄機(jī)為同一水路，在板坯生產(chǎn)過程中，其它方坯連鑄機(jī)結(jié)晶器水的開、關(guān)都會引起板坯結(jié)晶器冷卻水量的波動。若未及時調(diào)整板坯結(jié)晶器水量，會造成水量長時間的過大或過小，進(jìn)而對縱裂的產(chǎn)生有較大影響。

4.4 結(jié)晶器保護(hù)渣性能的影響

結(jié)晶器保護(hù)渣對板坯質(zhì)量起至關(guān)重要的作用。液渣層厚度符合規(guī)程要求十分關(guān)鍵，厚度過大或過小都會使坯殼與結(jié)晶器壁之間渣膜厚薄不均勻，影響結(jié)晶器的熱流分布，導(dǎo)致坯殼凝固不均勻。過厚會導(dǎo)致傳熱下降；過薄會導(dǎo)致摩擦力增大，易產(chǎn)生橫裂。液渣層厚度過厚或過薄都會導(dǎo)致板坯表面縱裂的產(chǎn)生。

5 減少表面縱裂采取的措施

5.1 控制合適的鋼水成分

鋼水成分對板坯表面縱裂有重要影響，煉鋼廠采取了以下措施進(jìn)行控制：提高終點C含量，避開0.11%～0.15%范圍內(nèi)的裂紋敏感區(qū)，保持C含量＞0.15%；盡量降低鋼水中S、P含量，要求入爐鐵水的S含量≤0.045%，轉(zhuǎn)爐終點S、P含量控制在0.025%以下。若出鋼鋼水S、P含量大于0.025%時，連鑄適當(dāng)降低拉速。提高鋼水中Mn的含量，控制其含量在中上限，保證Mn/S＞30，以防止形成低熔點的FeS。經(jīng)過對鋼水成分的嚴(yán)格控制，減弱了鋼水成分對表面縱裂紋的影響，有效地減少了表面縱裂紋的發(fā)生。

5.2 改善溫度制度和穩(wěn)定拉速

轉(zhuǎn)爐做好終點控制，降低出鋼溫度，減少高溫鋼，保證過熱度控制在30℃以內(nèi)，杜絕高過熱度澆注。

從2010年開始，煉鋼廠推廣應(yīng)用了“恒速澆注”操作工藝，即實施穩(wěn)定中間包澆注液面、穩(wěn)定連鑄機(jī)拉速、穩(wěn)定結(jié)晶器液面的“三穩(wěn)定”操作。要求拉速升降幅度不大于0.05 m/min，拉速調(diào)整每次間隔不小于30 s，拉速變化要平穩(wěn)。更換中包水口時拉速控制在0.75 m/ min以下，停澆時封頂拉速控制在0.20 m/min以下。

5.3 優(yōu)化結(jié)晶器冷卻制度

一方面適度降低結(jié)晶器水量，控制基礎(chǔ)水溫差在7～9℃。在2010年以前，天鐵原執(zhí)行水量較大，寬面200～210 t/h，窄面20～22 t/h，調(diào)整后降到寬面175～185 t/h，窄面18～19 t/h，有效地優(yōu)化了結(jié)晶器傳熱。另一方面，生產(chǎn)調(diào)度統(tǒng)一協(xié)調(diào)，盡量減少方坯連鑄機(jī)結(jié)晶器水的開、關(guān)，若開、關(guān)及時通知，并做好水量的調(diào)整。

5.4 改進(jìn)保護(hù)渣性能

改進(jìn)保護(hù)渣性能，確保保護(hù)渣各項理化指標(biāo)穩(wěn)定，保證總渣層厚度保持在40 mm～45 mm和液渣層厚度10 mm～15 mm，保護(hù)渣消耗量穩(wěn)定在0.55～0.65 kg/t。

6 結(jié)束語

通過對鋼水成分、鋼水過熱度、拉速、結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度等因素的控制，有效地控制了板坯表面縱裂的產(chǎn)生。通過跟蹤調(diào)整，采取以上措施后，板坯表面縱裂得到控制，表面質(zhì)量明顯改善，未出現(xiàn)縱裂直接判廢坯，表面精整率分別為1.62%、1.47%、1.33%、1.51%。

Cause Analysis and Control Measures of Slab Longitudinal Surface Crack

Liu Yunliang,Yin Jiajun

The authors analyze the causes of longitudinal surface crack from multiple perspectives combining the actual production of Caster 0 of Tiantie Steel-making Plant,and find such crack closely relates to liquid steel composition,casting speed,degree of liquid steel’s superheat,mould cooling intensity and mould powder.The longitudinal surface crack was effectively controlled by relevant measures as restraining final composition of converter liquid steel,stabilizing casting speed, optimizing mould cooling system and improving powder properties.

continuous casting,slab,longitudinal surface crack,liquid steel composition,degree of superheat,mould powder

（收稿 2011-05-17責(zé)編崔建華）

劉云良，男，1997年畢業(yè)于天津理工學(xué)院鋼鐵冶金專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)在天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司煉鋼廠鋼種研發(fā)部從事技術(shù)研發(fā)、質(zhì)量管理工作。