連鑄坯裂紋的原因分析和改進(jìn)措施

鐘海

摘 要：經(jīng)過實(shí)踐連鑄坯在生產(chǎn)過程中由于鋼水質(zhì)量、工藝問題和操作水平的影響或多或少都會不可避免的產(chǎn)生內(nèi)部裂紋。當(dāng)它是由于軋制工藝方法和其他原因，可能沒法焊接繼而保持工廠的產(chǎn)品在隨后的軋制中，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量，慘重的是會造成嚴(yán)重事故。本文概述了在澆鑄過程中鋼水過熱度和S，Mn，P等化學(xué)成分對連鑄坯裂紋呈現(xiàn)的影響;同時，詳細(xì)概括了拉速、保護(hù)渣、鋼水液面波動大小、二次冷卻的比水量等連鑄生產(chǎn)工序?qū)α鸭y生成和鑄坯的均勻生長有影響。并對在實(shí)踐中生產(chǎn)的連鑄坯內(nèi)部裂紋出現(xiàn)緣故進(jìn)行總結(jié)，提出相應(yīng)措施予以防止，為避免連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量問題，對類似的冶煉生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：連鑄坯;裂紋;結(jié)晶器;工藝

引 言

在煉鋼過程中，一定要提升鋼水的純凈度，把鋼中的S、P成分降低，因此給連鑄生產(chǎn)創(chuàng)造良好的條件，連鑄生產(chǎn)的鑄坯也因一些工藝問題而產(chǎn)生各種缺陷。在鑄坯的各式各樣缺陷中，鋼中的裂紋是嚴(yán)重的缺陷之一，大約占各類缺陷的50%之多。這種裂紋會遺留在后面的軋制工藝與后續(xù)的產(chǎn)品中，繼而很大程度上影響現(xiàn)實(shí)情況作業(yè)的工作效率。加強(qiáng)工藝技術(shù)監(jiān)督和加強(qiáng)操作本身的技術(shù)規(guī)范，這樣能避免很多鑄坯裂紋和夾雜的產(chǎn)生。

簡述連鑄坯的裂紋的種類

第一個是板坯中心裂紋，鑄坯中心液相穴在凝固點(diǎn)周邊收縮，鑄坯分層或鼓肚造成的，同時表示為中心偏析線。中心裂紋出現(xiàn)在板坯斷面的中心位置，與寬面平行，在斷面上可看到呈現(xiàn)開口狀的缺陷。中心裂紋產(chǎn)生的原因主要有：因結(jié)晶器的冷卻不均勻，拉速波動的變化而產(chǎn)生不均勻的凝固坯殼;凝固末端的凝固通道的不均勻強(qiáng)冷;輥縫開口度對弧不準(zhǔn)確、不合理而在凝固通道上發(fā)生了異常壓力中止了鋼水的補(bǔ)充。鋼水的質(zhì)量，鋼水熱度過高，拉速快慢，溫度不滿足和輥縫開口度擴(kuò)大等等都對中心裂紋有影響。

第二個是板坯中間裂紋

內(nèi)部裂紋產(chǎn)生的原因是由于板坯表面溫度反復(fù)回溫、輥縫開口度、棍子的對弧精度、彎曲連續(xù)矯直等在凝固界面上產(chǎn)生拉伸應(yīng)力而產(chǎn)生的裂紋，并往柱狀晶薄弱處不斷擴(kuò)展延伸到坯殼高強(qiáng)度所能承受的抵抗應(yīng)力為止。中間裂紋垂直于拉坯方向，散布在鑄坯形狀畸變很大之處者占大多數(shù)。拉速變化、輥縫對弧精度和壓下量等都會影響連鑄坯中間裂紋。

第三個是板坯角部裂紋，是在結(jié)晶器的彎月面下的250毫米內(nèi)產(chǎn)生裂紋形成，并在固 - 液交融界面延伸。鑄坯角部為二維傳熱，凝固最早，收縮最先，氣隙首先形成，隨后傳熱緩慢，形成的坯殼厚度較薄，鑄坯形狀發(fā)生變形鼓肚或菱變后造成的拉應(yīng)力的影響導(dǎo)致坯殼最薄弱位置引起裂紋。角部內(nèi)裂平行于拉坯方向，角部四周存在短小的內(nèi)部裂紋。鋼水的成分、結(jié)晶器的液面波動和二冷的冷卻強(qiáng)度等都會對連鑄坯角部裂紋產(chǎn)生影響。

第四個是板坯三角區(qū)裂紋：

在鑄坯橫向斷面上，經(jīng)過打磨和低倍檢驗(yàn)?zāi)軌蚩吹浇M織結(jié)構(gòu)，柱狀晶分別以呈垂直寬面表面和窄面表面向內(nèi)發(fā)展，當(dāng)柱狀晶"搭橋”時，當(dāng)交界線和窄面邊棱將窄面柱狀晶區(qū)形成一個三角形區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)生長的裂紋叫作三角區(qū)裂紋。

Q235系列的鋼種的液相線溫度是1515°C，連鑄機(jī)澆鑄的溫度和S的含量不同爐之間的波動大， 當(dāng)S的含量在0.16%-0.20%時，中包溫度高達(dá)1560°C以上， 必須要降速拉鋼。S的含量高低是直接影響裂紋產(chǎn)生的最重要的一個因素。也是影響三角區(qū)裂紋的最重要的原因。通過降低中包的過熱度，中包溫度盡量控制在1545°C之下，是消除三角區(qū)裂紋的方法之一。二冷不均勻是產(chǎn)生三角區(qū)裂紋的重要原因之一，窄面遇到強(qiáng)冷，坯面冷卻不良，鑄坯反復(fù)回溫的溫度過高時即可導(dǎo)致三角區(qū)裂紋。優(yōu)良的二次冷卻效果也可以減少三角區(qū)裂紋的產(chǎn)生。鑄機(jī)扇形段的維護(hù)，鑄機(jī)的對弧精確度，輥縫開口度參數(shù)的精確度一定要嚴(yán)格執(zhí)行，有利于消除三角區(qū)裂紋。

連鑄坯裂紋原因分析

·裂紋形成機(jī)理

·鋼種成分

當(dāng)C在0.08%-0.17%的包晶鋼由于線收縮較大，坯殼與結(jié)晶器的器壁易于形成氣隙，會阻斷傳熱，氣隙的過早形成致使坯殼生長不均勻， 在坯殼的薄弱處形成裂紋。

·拉速和過熱度

拉速快慢決定坯殼厚度的生長。拉速較慢，雖然在結(jié)晶器的中上部長成了一定厚度的坯殼，但是在結(jié)晶器的中下部較早的形成氣隙，以致傳熱不均勻，造成坯殼生長不均勻，薄弱的位置容易發(fā)生裂紋。拉速較快，形成的坯殼較薄，在鋼水的靜壓力的作用下易于導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。鋼水過熱度過高，高溫流動鋼水會侵蝕掉坯殼厚度導(dǎo)致初生坯殼變薄，熱應(yīng)力大，容易產(chǎn)生裂紋;鋼水過熱度過低，保護(hù)渣熔融不好，使坯殼得不到均勻的潤滑效果。

·內(nèi)部裂紋產(chǎn)生原因分析

·二冷制度對內(nèi)部裂紋產(chǎn)生的影響

當(dāng)鑄坯進(jìn)去扇形段后，二冷制度要滿足冶金準(zhǔn)則要求。 所以連鑄機(jī)二次冷卻區(qū)各段的比水量分配要契合冶金標(biāo)準(zhǔn)，縮小或避免因?yàn)槔俣a(chǎn)生的內(nèi)裂紋缺陷 。

· 拉速對內(nèi)部裂紋的影響

鑄坯拉速對連鑄生產(chǎn)當(dāng)中坯子表面溫度影響比較大。要遵循“高溫慢拉，低溫快拉”的澆鑄原則。針對內(nèi)裂爐次從而進(jìn)行分析總結(jié)，大多數(shù)的內(nèi)裂缺陷涌現(xiàn)在拉速波動較多的爐次，同時鑄坯經(jīng)常伴隨著中心縮孔和中心疏松。拉速過高、二次冷卻水量不足，導(dǎo)致的液芯長度過長，超出了鑄機(jī)的冶金長度，拉出水平段后由于鋼水的靜壓力會造成大面積嚴(yán)重鼓肚。因此，拉速的穩(wěn)定跟否是會造成鑄坯內(nèi)裂多少的重要原因。

·連鑄坯的低倍組織影響

當(dāng)鑄坯徹底凝固后，用切割機(jī)從鑄坯上取下一塊橫截面樣，經(jīng)打磨酸洗后，用肉眼所能看到的結(jié)構(gòu)叫連鑄坯的低倍組織。鑄坯的低倍組織，對鋼的加工性能和機(jī)械性能都有很大影響。而柱狀晶和等軸晶對這兩種性能的影響是不一樣的。除某些特殊用途的鋼要求柱狀晶組織外，絕大部分鋼都希望能得到等軸晶帶大的鑄坯組織。因此鑄坯的低倍組織會影響鋼的質(zhì)量，可能致使連鑄坯裂紋的產(chǎn)生。

連鑄坯裂紋改進(jìn)措施

·更加合理的工藝控制參數(shù)

包晶鋼成分控制應(yīng)盡量避開含碳量0.16%-0.19%的裂紋敏感區(qū)，無法避開時，鋁含量要控制在0.030%之下。當(dāng)含硫量 0.020-0.040%、含鋁量≥0.020%的高硫高鋁鋼裂紋傾向明顯增加。在工藝條件無法明顯改善情況下，對連鑄坯酸洗檢驗(yàn)，必要時進(jìn)行工藝修磨。經(jīng)過在實(shí)踐中數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)分析，確定不一樣的鋼種合理的拉速與過熱度，浸入式水口插入深度和結(jié)構(gòu)間的合理匹配參數(shù)。

·內(nèi)部裂紋對策

裂紋與鑄坯在結(jié)晶器不均勻傳熱和不均勻凝固主要與鋼種成分、過熱度與拉速、水口插入深度與結(jié)構(gòu)、保護(hù)渣性能等有關(guān)。

·工藝操作要求

我公司總結(jié)多年操作經(jīng)驗(yàn)，對于工藝操作有嚴(yán)格的要求，首先冶煉采用爐后脫硫工藝，使用小顆粒的螢石與石灰混合的粉劑，將鋼水中的硫含量降低到0.015%以下。然后連鑄工藝方面將二冷冷卻制度由之前的0.77L/kg提高到1.09L/kg， 增加二冷強(qiáng)度，鑄機(jī)采用雙周定修模式，保證鑄機(jī)設(shè)備精度滿足生產(chǎn)質(zhì)量要求。最后 S≥0.025%，生產(chǎn)出來鑄坯要通知質(zhì)檢站取酸洗樣和低倍樣。

·保護(hù)渣操作要求

我公司要嚴(yán)格執(zhí)行鋼種的操作要點(diǎn)選擇與鋼種、拉速相匹配相匹配的保護(hù)渣。保護(hù)渣加入結(jié)晶器須遵循少、勤、勻三字原則，杜絕一次性大量加渣和渣面泛紅才加渣。正常生產(chǎn)過程中一爐鋼須在澆鑄前期、中期和后期要注意檢查保護(hù)渣的渣圈渣條情況，特別是結(jié)晶器內(nèi)腔四個角以及下水口內(nèi)外弧共六個點(diǎn)的檢查，挑渣須遵循輕、慢、淺三字原則，發(fā)現(xiàn)有大的渣條須先適當(dāng)降低拉速，先將大渣塊挑松后移出再鏟除，挑渣棒不得插到鋼水中，應(yīng)盡量避免干擾和破壞液渣均勻流入，以免造成粘結(jié)或產(chǎn)生裂紋。

·其他應(yīng)對措施

·在澆鑄中發(fā)生鑄坯角裂后

在澆鑄中發(fā)生鑄坯角裂我們要檢查和更換結(jié)晶器保護(hù)渣，鑄坯拉速與溫度要匹配，選擇以上方法仍不能消除角裂時，必須停機(jī)檢查結(jié)晶器倒錐度有無異常變化或有無漏水滲水等，如不然就更換結(jié)晶器。

·避免小方坯偏角裂漏鋼

在生產(chǎn)過程中，盡量避免小方坯偏角裂漏鋼，就要適當(dāng)降低鋼液中的S值，并保持一定的Mn/S值;適當(dāng)降低鋼液的過熱度;然后結(jié)晶器水量選用"弱冷”，在確保坯殼厚度的前提下，讓鑄坯坯殼均勻增厚，縮小偏角裂，防止漏鋼;并且提高結(jié)晶器的倒錐度，角部縱裂得到明顯改善，減少漏鋼風(fēng)險。二冷區(qū)的對弧精度很重要，尤其是首段的對弧極為重要;同時要二冷區(qū)的均勻冷卻，特別是角部冷卻。

·防止鑄坯產(chǎn)生表面縱裂

表面縱裂發(fā)生原因關(guān)鍵是初生坯殼彎月面的均勻性。 我公司需要在一下幾個方面注意，防止鑄坯產(chǎn)生表面縱裂：首先選擇滿足鋼種需求的結(jié)晶器錐度，和最好的內(nèi)腔形狀的銅板或銅管，盡可能使結(jié)晶器內(nèi)的熱流密度趨于均勻; 選用性能良好的保護(hù)渣，拒絕使用性能不良的保護(hù)渣，在產(chǎn)品上我公司要做到絕對的保護(hù);然后按照所澆鋼種要求選用合理的溫度、拉速和二冷比水量制度，盡量避免所用非所需的情況出現(xiàn);再則要確保結(jié)晶器的液面波動處于穩(wěn)定，在不穩(wěn)定情況下切記不要進(jìn)行后續(xù)操作，我公司也需要采用頂熱結(jié)晶器; 最后鋼水的化學(xué)成分控制在合適的范圍，對于化學(xué)成分我公司需要定期進(jìn)行測驗(yàn)，不要覺得麻煩而馬虎對待。

·提高鑄坯的表面和內(nèi)部質(zhì)量

在工藝方面，鋼水的成分、質(zhì)量、溫度合格穩(wěn)定，純凈度好可澆性高;采用自動控制液面穩(wěn)定，減少夾渣的可能;加強(qiáng)結(jié)晶器安裝質(zhì)量，確保冷卻的均勻;選用優(yōu)良性能的保護(hù)渣;適宜的水口的出口傾角和插入深度;合理的二冷制度，采用動態(tài)配水和氣霧冷卻;采用中間包冶金技術(shù)（如沖擊桶、透氣磚、擋墻等）使鋼中的夾雜物上浮，鋼水純凈度更高;采用鋼包或爐外精煉技術(shù);全程保護(hù)澆注工藝;采用鋼包下渣檢測技術(shù)。

在設(shè)備方面，采用拋弧線多錐度結(jié)晶器、鍍層結(jié)晶器;采用低幅高頻（在線可調(diào)）、液壓式非正弦結(jié)晶器振動;采用多點(diǎn)彎曲、多點(diǎn)矯直;保證輥縫對中;采用電磁攪拌技術(shù);采用動態(tài)輕壓下技術(shù)。

結(jié) 語

鑄坯裂紋缺陷一直是冶金行業(yè)質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。我公司通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)、樣品檢驗(yàn)及大數(shù)據(jù)分析結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際和鋼種特點(diǎn)有效地改善連鑄坯、鋼材表面裂紋缺陷，工藝參數(shù)持續(xù)優(yōu)化，連鑄坯表面酸洗裂紋從改進(jìn)前的43%降低到目前的18%，易裂鋼種鋼材ET探傷合格率從改進(jìn)前的72%降低到目前的94%。

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