鑄坯表面縱裂紋的原因及控制措施分析

摘 要：文章針對(duì)德龍鋼鐵有限公司煉鋼廠板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)中鑄坯出現(xiàn)表面縱裂紋的實(shí)際情況，研究了板坯連鑄機(jī)鑄坯表面縱裂紋產(chǎn)生的主要原因，并提出了預(yù)防措施，平均每月普碳鋼縱裂發(fā)生率從4.95%控制到1.39%左右。

關(guān)鍵詞：連鑄板坯;表面縱裂紋;碳含量;過(guò)熱度

一、 前言

連鑄板坯的表面縱裂紋是影響鑄機(jī)產(chǎn)量和鑄坯質(zhì)量的主要缺陷，德龍鋼鐵煉鋼廠直弧形板坯連鑄機(jī)，普碳鋼Q235B、Q235BZ等鋼種，平均每月普碳鋼縱裂發(fā)生率為 4.95%，最高月份發(fā)生率達(dá)到6.49%。造成軋鋼軋制后裂紋板缺陷，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生較大危害。為此從工藝和操作上進(jìn)行詳細(xì)分析并采取相應(yīng)措施，使鑄坯表面縱裂紋得到有效控制。

二、 鑄坯表面縱裂紋形成機(jī)理

表面縱裂紋是指沿拉坯方向在鑄坯表面發(fā)生的裂紋，是由于在結(jié)晶器彎月面區(qū)域初生坯殼厚度不均勻，在坯殼的薄弱處產(chǎn)生應(yīng)力集中超過(guò)鋼的高溫允許強(qiáng)度和應(yīng)變導(dǎo)致縱裂產(chǎn)生，出結(jié)晶器后在二冷區(qū)繼續(xù)擴(kuò)展?？v裂紋多發(fā)生在內(nèi)弧寬面中央，沿拉坯方向延伸，呈直線或彎曲形狀分布，寬3～10mm，深5～15mm，長(zhǎng)度從幾十毫米到幾米。

三、 鑄坯表面縱裂紋形成原因

形成鑄坯表面縱裂紋的原因很多，總體可分為鋼水質(zhì)量、工藝控制、澆注操作等三個(gè)部分。

（一）鋼水質(zhì)量

1. 碳含量

含碳量在0.08～0.18%為中碳亞包晶鋼，其在凝固過(guò)程中發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變時(shí)，會(huì)發(fā)生約0.38%的體積收縮。收縮量大坯殼與結(jié)晶器間的氣隙也大，造成坯殼的不均勻性也就相應(yīng)增大，表面縱裂發(fā)生的概率增高。C在0.09～0.13%時(shí)表面縱裂紋敏感性最大。

2. 過(guò)熱度

過(guò)熱度：鋼水澆注溫度與鋼水液相線溫度之差。當(dāng)鋼液的過(guò)熱度過(guò)高時(shí)，在結(jié)晶器鑄坯的寬面導(dǎo)出熱量太多造成熱量不均勻，鋼液與結(jié)晶器冷卻水間的溫差增加，柱狀晶發(fā)達(dá)初生坯殼減薄，結(jié)晶器冷卻速度提高，應(yīng)力增大引起寬面縱裂。

3. 鋼水中的S含量

S在鋼種的溶解度極小，與鐵生成FeS，F(xiàn)eS與FeO能形成低熔點(diǎn)的熱脆性工共晶體，并在晶界析出。極易在晶界處產(chǎn)生裂紋。

相關(guān)研究表明，鋼水S含量與鑄坯表面縱裂的關(guān)系，鋼水中w（S）>0.030%的爐次，裂紋比是澆鑄比的10倍;鋼水中w（S）>0.030%～0.015%之間的，裂紋比與澆鑄比的比值迅速下降，但仍高于平均值;而w（S）<0.015%的;裂紋比與澆鑄比的比值明顯下降。

（二）工藝控制影響

鋼水澆注過(guò)程中，結(jié)晶器倒錐度、結(jié)晶器冷卻、水口插入深度、保護(hù)渣性能等工藝控制對(duì)鑄坯表面縱裂紋產(chǎn)生有很大影響。我廠重點(diǎn)在結(jié)晶器倒錐度、冷卻、水口插入深度和對(duì)中幾個(gè)方面采取措施，并取得一定的成效。

1. 結(jié)晶器倒錐度

結(jié)晶器倒錐度作為結(jié)晶器的最關(guān)鍵一個(gè)參數(shù)，對(duì)鑄坯表面質(zhì)量有較大影響，倒錐度在0.9%左右時(shí)，縱裂指數(shù)最低，倒錐度過(guò)大或過(guò)小，均不利于縱裂紋的控制。

2. 結(jié)晶器冷卻

在澆注過(guò)程中，由于結(jié)晶器冷卻受到液渣流入接觸銅板熱面形成玻璃體和結(jié)晶體厚度均勻性、寬面應(yīng)力、溫度場(chǎng)和流場(chǎng)等多方面影響容易產(chǎn)生冷卻不均。相關(guān)研究表明，當(dāng)窄面熱流為寬面的80%左右時(shí)，縱裂指數(shù)最低。

3. 水口插入深度

浸入式下水口插入深度對(duì)鑄坯表面縱裂也有較大的影響。相關(guān)文獻(xiàn)指出，插入深度太淺時(shí)，縱裂指數(shù)較高，這可能是由于來(lái)自側(cè)孔的鋼流對(duì)液面的擾動(dòng)比較大，影響熔融保護(hù)渣的正常流入。但插入太深時(shí)，縱裂指數(shù)也上升，這可能是由于液面過(guò)分平靜，鋼液面溫度低，保護(hù)渣熔融狀態(tài)不好，形成的渣膜不均勻，造成傳熱和潤(rùn)滑不良。

4. 保護(hù)渣性能

結(jié)晶器的潤(rùn)滑對(duì)于縱裂的形成具有重要影響，因?yàn)榻Y(jié)晶器與坯殼表面之間的摩擦力使坯殼承受較大的負(fù)荷，在牽引坯殼向下運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生縱向應(yīng)力，良好的潤(rùn)滑對(duì)降低應(yīng)力非常有效，澆注過(guò)程若摩擦力不能減小或波動(dòng)過(guò)大，容易出現(xiàn)縱裂。為保證出生坯殼潤(rùn)滑效果，將保護(hù)渣總厚度控制在40～60mm之間，鑄坯表面縱裂得到有效控制。

（三）澆注操作影響

結(jié)晶器液面波動(dòng)影響保護(hù)渣的熔化和均勻流入，造成彎月面熱流的波動(dòng)和橫向熱流的分布不均勻，從而對(duì)縱裂紋有重要影響。液面波動(dòng)<±5mm，可有效控制縱裂紋的產(chǎn)生，而手動(dòng)控制液面，波動(dòng)最小在10mm，為此生產(chǎn)中要求液面自動(dòng)控制系統(tǒng)必須能夠高效，穩(wěn)定的投入使用，對(duì)控制縱裂很有必要。

四、 防止鑄坯表面縱裂紋的措施

1. C含量避開(kāi)0.08%～0.15%范圍，從各個(gè)工藝環(huán)節(jié)降低鋼水S含量。

2. 過(guò)熱度控制在10～20℃范圍。

3. 加強(qiáng)對(duì)結(jié)晶器倒錐度的檢查，保證符合工藝要求。

4. 水口插入深度控制在90～110mm。

5. 選用合適的保護(hù)渣。

6. 確保液面自動(dòng)控制系統(tǒng)高效使用，穩(wěn)定結(jié)晶器液面。

五、 取得的效果

通過(guò)分析原因，制定措施，2019年在控制板坯表面縱裂紋方面取得一定成效，與2018年同期相比，鑄坯的表面縱裂紋缺陷支數(shù)減少了455支，降幅達(dá)54.6%，軋鋼裂紋板減少了452噸，降幅達(dá)64.12%。

六、 結(jié)語(yǔ)

1. 煉鋼廠在板坯生產(chǎn)中，通過(guò)控制鋼水質(zhì)量，中包溫度，優(yōu)化結(jié)晶器管理，合理控制水口插入深度，優(yōu)化保護(hù)渣性能，基本可以控制板坯表面縱裂紋的產(chǎn)生。

2. 雖然板坯表面縱裂紋有了很大改善，但仍是板坯諸多表面缺陷中最容易產(chǎn)生的一種，今后還需要進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡開(kāi)科.連鑄坯表面縱裂的控制[J].鞍鋼技術(shù)，2004.

作者簡(jiǎn)介：

徐秀敏，德龍鋼鐵有限公司煉鋼廠。