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（天津天鐵冶金集團有限公司煉鋼廠，河北涉縣 056404）

結合天鐵煉鋼廠0#連鑄機的實際生產情況，從多方面分析了表面縱裂的產生因素，發現表面縱裂與鋼水成分、拉速、鋼水過熱度、結晶器冷卻強度、保護渣等因素密切相關。通過采取對轉爐鋼水控制終點化學成分、穩定連鑄拉速、優化結晶器冷卻制度、改進保護渣性能等相應措施，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 保護渣

1 前言

連鑄板坯的表面縱裂是影響鑄機產量和鑄坯質量的主要缺陷，也是常見的表面缺陷之一。輕微的縱裂經過精整后對后續的工序不會造成不良影響，嚴重的縱裂可以使整支板坯判廢，甚至會導致漏鋼事故的發生，對生產和設備產生極大的危害，既影響鑄機作業率和金屬收得率，又增加了生產成本，也會打亂生產計劃。天鐵煉鋼廠0#連鑄機自2006年投產以來，鑄坯的表面缺陷主要是表面縱裂，2009年10月是最嚴重的月份，一檢縱裂率高達5.4%，攻關前，縱裂的平均發生率為4.3%，經過近半年的跟蹤調整，縱裂率控制在1.5%的水平。

2 天鐵煉鋼廠0#連鑄機主要技術參數

機型：1機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理

3.1 表面縱裂的形貌特征

天鐵煉鋼縱裂主要發生Q235B、Q345B等鋼種上，現場統計表面縱裂較多發生在板坯內弧的中央區域，即水口區域，同時伴有凹陷發生，占表面縱裂的82%，內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為10 mm左右，長度大于1 m的占大多數，嚴重的會出現通長裂紋。

3.2 表面縱裂的形成機理

板坯的表面縱裂發源于結晶器，發生縱裂主要是由于結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生應力集中。當應力高于坯殼的抗拉強度時就會產生細小裂紋，細小裂紋形成后在外部因素的作用下，會導致細小裂紋的擴展。外部因素主要包括現場操作和設備狀態的各個環節，例如添加結晶器保護渣的操作，結晶器的冷卻強度等，這些都會導致縱裂的形成與發展。縱裂一般在結晶器內部初步形成，在二次冷卻區內擴展長大，以致形成嚴重的縱裂紋，甚至發生漏鋼事故。

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生情況進行了統計，結果見表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，當鋼水中C含量在0.11%～0.15%時，板坯表面縱裂發生幾率最大。這是因為當碳含量在0.08%～0.20%時，鋼水在凝固過程中發生包晶反應，產生了大的體積收縮，使鑄坯與結晶器之間產生空隙，結晶器導出熱量變小，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力、摩擦力和鋼水靜壓力等作用下，就產生了裂紋，并在二冷區加深和擴大。

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力使板坯在晶界處產生了微裂紋，到二次冷卻區后，逐步擴展成縱裂，因此P含量應控制在＜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，FeS會與Fe形成熔點較低的熱脆性共晶體，在晶界析出并導致晶界處發生裂紋。對2009年天鐵煉鋼廠板坯表面縱裂發生情況進行統計，統計數據見表2。可以看出，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℃，在結晶器內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力大，易產生表面裂紋；過熱度低，保護渣溶化不良，導致彎月面冷卻不均勻，也易產生表面縱裂紋。生產實踐表明，過熱度大于35℃且拉速較高時易產生縱裂紋。

另外，拉速頻繁波動也極易產生縱裂。拉速波動會導致結晶器液面波動，并導致保護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晶器的傳熱效果，因此在拉速變化后很長一段時間內結晶器的熱流一直處于變化當中，這就導致坯殼產生厚度不均勻性。根據生產統計，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生的，占44.2%。可見，拉速變化對板坯表面縱裂紋的影響是非常明顯的。

4.3 結晶器液面波動及冷卻強度的影響

4.3.1 結晶器液面波動的影響

結晶器液面的頻繁波動對控制板坯表面縱裂非常不利。結晶器液面波動造成保護渣液渣層厚度不均勻，液渣不能均勻流入空隙，造成結晶器傳熱不均，導致板坯表面縱裂發生。0#連鑄機一直采取手動方式控制液面，液面上下波動大，對縱裂發生有較大的不良影響。

4.3.2 結晶器冷卻強度的影響

（1）板坯表面縱裂一般都在結晶器內部產生，進入二冷區逐漸擴大，所以合適的結晶器冷卻強度是消除板坯表面縱裂紋的關鍵。結晶器冷卻水流量的大小及變化直接影響到結晶器傳導熱流的大小及變化。減弱結晶器冷卻水量，提高結晶器進出水溫度差，有利于形成厚度均勻的坯殼。

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

4.4 結晶器保護渣性能的影響

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

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行控制：提高終點C含量，避開0.11%～0.15%范圍內的裂紋敏感區，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。經過對鋼水成分的嚴格控制，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生。

5.2 改善溫度制度和穩定拉速

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

從2010年開始，煉鋼廠推廣應用了“恒速澆注”操作工藝，即實施穩定中間包澆注液面、穩定連鑄機拉速、穩定結晶器液面的“三穩定”操作。要求拉速升降幅度不大于0.05 m/min，拉速調整每次間隔不小于30 s，拉速變化要平穩。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 優化結晶器冷卻制度

一方面適度降低結晶器水量，控制基礎水溫差在7～9℃。在2010年以前，天鐵原執行水量較大，寬面200～210 t/h，窄面20～22 t/h，調整后降到寬面175～185 t/h，窄面18～19 t/h，有效地優化了結晶器傳熱。另一方面，生產調度統一協調，盡量減少方坯連鑄機結晶器水的開、關，若開、關及時通知，并做好水量的調整。

5.4 改進保護渣性能

改進保護渣性能，確保保護渣各項理化指標穩定，保證總渣層厚度保持在40 mm～45 mm和液渣層厚度10 mm～15 mm，保護渣消耗量穩定在0.55～0.65 kg/t。

6 結束語

通過對鋼水成分、鋼水過熱度、拉速、結晶器冷卻強度等因素的控制，有效地控制了板坯表面縱裂的產生。通過跟蹤調整，采取以上措施后，板坯表面縱裂得到控制，表面質量明顯改善，未出現縱裂直接判廢坯，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責編崔建華）

劉云良，男，1997年畢業于天津理工學院鋼鐵冶金專業，助理工程師，現在天津天鐵冶金集團有限公司煉鋼廠鋼種研發部從事技術研發、質量管理工作。