板坯連鑄坯縱裂的產(chǎn)生原因及控制方法

卜志勝

【摘 要】針對八鋼二煉鋼實(shí)際生產(chǎn)，分析影響板坯表面縱裂的因素，發(fā)現(xiàn)縱裂與結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度、保護(hù)渣、拉坯速度、鋼水過熱度等因素相關(guān)，通過采取相應(yīng)的措施，可降低連鑄坯縱裂率。

【關(guān)鍵詞】板坯連鑄；結(jié)晶器；表面縱裂；保護(hù)渣；過熱度

0.前言

在結(jié)晶器彎月面附近伴隨著凝固初期的液-固相變，包晶反應(yīng)引起的體積收縮及工藝參數(shù)引起的結(jié)晶器傳熱不均勻性，導(dǎo)致初生坯殼厚度不均勻，在坯殼薄弱處產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力超過坯殼的高溫強(qiáng)度時(shí)就產(chǎn)生裂紋。微裂紋在二冷區(qū)強(qiáng)制冷卻加以擴(kuò)展，尤其在大斷面鑄坯的生產(chǎn)中更容易出現(xiàn)表面縱向裂紋[1]。裂紋沿拉坯方向走向、長短不一，其深度一般為10～20mm，寬度為10～15mm，長度一般有數(shù)米，嚴(yán)重的會(huì)貫穿整塊坯。關(guān)于表面縱裂產(chǎn)生的原因，國內(nèi)外很多文獻(xiàn)中都有所報(bào)道[2～5|.本文結(jié)合八鋼二煉鋼板坯連鑄的生產(chǎn)實(shí)踐，從多方面分析板坯表面縱裂的成因并提出控制方法。

1.表面縱裂的成因及控制方法

1.1機(jī)理分析

在結(jié)晶器彎月面附近伴隨著凝固初期的液-固相變，包晶反應(yīng)引起的體積收縮及工藝參數(shù)引起的結(jié)晶器傳熱不均勻性，導(dǎo)致初生坯殼厚度不均勻，在坯殼薄弱處產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力超過坯殼的高溫強(qiáng)度時(shí)就產(chǎn)生裂紋。微裂紋在二冷區(qū)強(qiáng)制冷卻加以擴(kuò)展，尤其在大斷面鑄坯的生產(chǎn)中更容易出現(xiàn)表面縱向裂紋。

1.2影響因素

通過分析表面縱裂形成機(jī)理，同時(shí)結(jié)合八鋼板坯連鑄機(jī)的生產(chǎn)實(shí)踐得出，表面縱裂起因于結(jié)晶器彎月面初生凝殼厚度的不均勻性.這種不均勻性與結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度、保護(hù)渣性能、拉坯速度、鋼水過熱度等因素有關(guān)。

（1）結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度：根據(jù)上述機(jī)理分析，彎月面鑄坯初生坯殼在應(yīng)力作用下產(chǎn)生晶間斷裂，從而在結(jié)晶器內(nèi)萌生裂紋，晶間斷裂是產(chǎn)生表面縱裂的根源，特別當(dāng)結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度不合適導(dǎo)致的熱應(yīng)力過大時(shí)，表面縱裂指數(shù)上升，另外需要指出，影響鑄坯縱裂的關(guān)鍵因素不是二冷，而是結(jié)晶器內(nèi)的冷卻強(qiáng)度，文獻(xiàn)[6]認(rèn)為，如果坯殼出結(jié)晶器后厚度比較均勻，在二冷噴水引起的熱應(yīng)力作用下不會(huì)導(dǎo)致鑄坯出現(xiàn)縱裂，在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度增大易引起表面縱裂傾向增大，表明冷卻強(qiáng)度對鑄坯縱裂起著重要作用。

（2）保護(hù)渣：保護(hù)渣是影響縱裂的重要因素之一。結(jié)晶器內(nèi)保護(hù)渣分三層，與鋼水接觸的為熔融層，中間為燒結(jié)層，最上層為粉渣層。熔融保護(hù)渣通過鋼水彎月面與結(jié)晶器之間的間隙流入坯殼與結(jié)晶器之間，起潤滑作用。坯殼與結(jié)晶器之間的保護(hù)渣膜實(shí)際是由液渣層、玻璃相固相渣層、結(jié)晶相固相渣層組成。提高保護(hù)渣的結(jié)晶、凝固溫度以增加固相層比率來減緩傳熱，并通過增加結(jié)晶比率來增加晶界熱阻和減緩玻璃相的輻射傳熱，以抑制鑄坯表面裂紋的產(chǎn)生。

（3）結(jié)晶器液面與拉速：液面波動(dòng)和拉速波動(dòng)對控制縱裂非常不利。結(jié)晶器液面波動(dòng)造成液渣層厚薄不均勻，液渣不能均勻流入空隙，造成傳熱不均和傳熱變化，導(dǎo)致縱裂發(fā)生。拉速波動(dòng)一方面導(dǎo)致液面波動(dòng)，另一方面導(dǎo)致液渣層厚度和渣膜厚度的變化，而渣膜厚度從改變到穩(wěn)定所需時(shí)間遠(yuǎn)滯后于拉速的變化，渣膜厚度直接影響結(jié)晶器的傳熱，故拉速變化后很長一段時(shí)間內(nèi)結(jié)晶器熱流一直處于變化，當(dāng)中，導(dǎo)致產(chǎn)生厚度不均勻的坯殼。八鋼在正常澆注過程中結(jié)晶器液面控制采用塞棒液面自動(dòng)控制；但是在異常情況下，如開機(jī)爐以及換水口等異常情況采用人工手動(dòng)控制。八鋼在生產(chǎn)過程中，開停機(jī)以及換水口爐次縱裂發(fā)生率高，特別是開澆B坯，主要原因液面以及拉速是最不穩(wěn)定期，如果操作不當(dāng)，極易產(chǎn)生縱裂。

（4）鋼水過熱度：過熱度對板坯表面裂紋有顯著影響。過熱度和拉速?zèng)Q定結(jié)晶器內(nèi)坯殼的厚度，在結(jié)晶器水量設(shè)定不變、二冷水自動(dòng)控制的條件下，拉速與過熱度的匹配，對縱裂紋的發(fā)生率有著重要影響。過熱度過高時(shí)，拉速降低，雖然能在結(jié)晶器中上部形成一定厚度的坯殼，但在結(jié)晶器中下部過早形成氣隙，使傳熱不均勻，坯殼不能均勻生長，造成熱應(yīng)力、摩擦力加大，極易導(dǎo)致縱裂產(chǎn)生。另外，鋼水過熱度高，導(dǎo)致鋼水凝固推遲，坯殼厚度薄且平均溫度高，坯殼溫度向鋼的第Ⅰ脆性區(qū)移動(dòng)，使縱裂傾向加重。

1.3控制方法

（1）降低結(jié)晶器水冷卻強(qiáng)度：降低結(jié)晶器水量，控制進(jìn)出水溫差值≤10℃，穩(wěn)定結(jié)晶器冷卻水量。八鋼板坯連鑄生產(chǎn)Q345鋼種結(jié)晶器水量較大，寬面4000L/min 左右，窄面550L/min左右。因此降低結(jié)晶器水量，寬面降到3700L/min左右，窄面500L/min左右，這樣一方面降低結(jié)晶器熱流，減緩初生坯殼的生成；另一方面在現(xiàn)有供水條件下，可基本滿足兩機(jī)同時(shí)生產(chǎn)時(shí)結(jié)晶器用水量，從而避免了兩機(jī)相互倒水現(xiàn)象。

（2）選擇性能合適的保護(hù)渣：保護(hù)渣的要點(diǎn)在于合理地調(diào)配三個(gè)渣層的物性，即通過控制液渣層的粘度來保證潤滑同時(shí)防止過低粘度造成過強(qiáng)傳熱，使保護(hù)渣具有較高的凝固溫度以增加固相層比率來減緩傳熱，并通過增加結(jié)晶相比率增加晶界熱阻和減弱玻璃相的輻射傳熱，以抑制鑄坯表面裂紋的產(chǎn)生。在A型保護(hù)渣基礎(chǔ)上對保護(hù)渣性能進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，開發(fā)出新型保護(hù)渣并已投入使用；為了減弱初生坯殼與結(jié)晶器壁之間的傳熱速率，防止縱裂紋的發(fā)生。

（3）降低鋼水過熱度、穩(wěn)定液面與拉速：為了減少拉速波動(dòng)，在正常澆鑄時(shí)要求恒拉速，液面波動(dòng)控制在10mm以內(nèi)。規(guī)范頭尾爐、換水口操作標(biāo)準(zhǔn)，開機(jī)頭爐增加開澆渣使用量，增加保護(hù)渣熔化速度。同時(shí)鋼水過熱度控制在20℃左右。

2.結(jié)論

（1）降低結(jié)晶器水冷卻強(qiáng)度，控制進(jìn)出水溫差對鑄坯表面縱裂的產(chǎn)生起著關(guān)鍵性作用。

（2）選擇性能優(yōu)良的保護(hù)渣是控制板坯縱裂的有效手段。

（3）合適的鋼水過熱度、穩(wěn)定的液面波動(dòng)和拉速對減少縱裂是有利的。

（4）通過采取措施后鑄坯表面縱裂紋得到了有效控制，八鋼板坯連鑄鑄坯表面質(zhì)量明顯得到改善，2013年1-6月縱裂率由1.25%降至到0.45%。

【參考文獻(xiàn)】

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[6]裴云毅，中碳鋼板坯的縱裂及其預(yù)防[J].煉鋼學(xué)組年會(huì)論文集[C].1993.123～132.