鑄坯表面縱裂淺析與改進措施

李士波

【摘 要】本文通過查閱資料及綜合現場經驗介紹了影響表面縱裂紋產生的因素及連鑄崗位應采取的一些措施。

【關鍵詞】表面縱裂；影響因素；連鑄崗位；措施

【Abstract】The article introduced influence factors of surface longitudinal cracks and some improvements of continuous casting post by literature search and the experience.

【Key words】Surface longitudinal cracks； Influence factors； Continuous casting post； Improvements

0 前言

表面縱裂是板坯常見的主要缺陷之一，影響著正常生產，減少表面縱裂，提高產品質量，可節約大量成本，提高競爭力。本文以生產實踐為基礎，探討表面縱裂產生的原因及防止措施。

1 表面縱裂紋產生的原因

結晶器內形成的不均勻的坯殼，受坯殼凝固收縮時的熱應力、相變應力、拉應力等因素的影響，形成比較小的縱裂紋，在出結晶器強烈的二冷水的冷卻下，強烈收縮，使得裂紋擴展造成了顯性的鑄坯表面縱裂紋。

2 影響表面縱裂紋產生的因素

2.1 鋼水中化學成分的影響

2.1.1 C含量的影響

C含量在0.13-0.15%范圍內，裂紋敏感性最強，在此區域鋼水凝固過程發生包晶反應。冷卻過程發生δ→γ相變，體積收縮量大，初生坯殼與結晶器壁之間產生空隙，阻止傳熱，坯殼最薄，最先在表面形成凹陷，造成初生坯殼厚度的不均勻。在熱應力、摩擦力和鋼水靜壓力等作用下，在凝固坯殼薄弱處產生裂紋，并且在二冷的作用下裂紋加深和擴大（表1）。

表1 C對鑄坯裂紋的影響

實踐證明：在VD真空處理的后期如果碳在包晶區，在上機前加入過多的碳粉以達到避開包晶區的碳成分，雖然鑄機作出的碳成分避開了包晶區，但鑄坯出縱裂紋的趨勢非常大，經過統計在85%以上。

解決此類裂紋的方法是：VD后期加入合金碳如高碳錳鐵等以達到增碳的目的，或者鑄機直接使用包晶鋼保護渣，兩項措施的采取對此類裂紋的預防非常有效。

2.1.2 S含量的影響

根據數據統計結果：S的含量越高，表面縱裂紋產生率越高。S具有熱脆性，其原因是因為S能夠與Fe形成低熔點的FeS，在晶界處形成離異共晶，即S的含量越高，形成的坯殼所能承受的應力越小，S含量越高越容易形成裂紋（表2）。

實際生產證明，硫含量高，錳含量低，總體的錳硫比低，發生裂紋的幾率較大，占40%左右；若錳硫比低，而此爐鑄機由于各種原因進行了敞澆，二次氧化嚴重，出裂紋的幾率幾乎100%。基本原理是：樹枝晶間S、Mn偏析富集，奧氏體晶界發生（Fe，Mn）S共晶，熔點約980℃-1000℃，造成沿晶界脆化網狀開裂，而敞澆產生的三氧化二鋁夾雜，填充在開裂處加劇了裂紋形成的程度。

表2 S含量對裂紋的影響

2.2 工藝操作的影響

2.2.1 長水口吹氬保護

長水口密封不良易使鋼水二次氧化并從空氣中吸氮。氮容易與鋼中的Al（鋁）、Nb（鈮）、Ni（鎳）等元素形成氮化物，這樣會在鑄坯表面或皮下形成裂紋。長水口若再渣線處發生穿孔或開裂，空氣中的氧氣、氮氣和鋼水形成了體接觸，氧和氮在鋼水中與鋁充分混合，并且均勻的分布在鋼水中，裂紋的產生幾率據生產事后分析在90%以上。

2.2.2 鑄溫鑄速的影響

過熱度過大、拉速波動大、拉速與中包溫度匹配不當對鑄坯表面縱裂紋的發生率有顯著影響。

1）中包過熱度每增加10℃，在一定拉速條件下，出結晶器坯殼厚度減少約3%，且坯殼平均溫度升高，在應力不變的情況下，導致縱裂紋傾向加重。

2）拉速過低，結晶器中下部坯殼由于凝固收縮過早形成氣隙，熱阻增大，且坯殼生長不均勻，在合力作用下，坯殼薄弱處易形成裂紋。

3）拉速過高，出結晶器坯殼較薄，在鋼水靜壓力作用下易產生裂紋。

4）拉速不穩定，造成保護渣融化不適應，裂紋趨勢增大。

2.2.3 保護渣的影響

保護渣熔融不充分，粘度不合適，都會影響渣膜的不均勻性，不僅影響摩擦力的變化而且導致坯殼冷卻不均，造成初生坯殼厚薄不均，產生裂紋。渣耗偏低或偏高的爐次出的裂紋機率高（圖1）。

圖1 保護渣消耗量對裂紋的影響

2.2.4 結晶器液面波動的影響

實際生產中，液面波動有兩種：一種是液面波浪；另一種是液面起伏。

1）液面波浪

液面波浪大時，將阻礙液渣均勻的流入坯殼與結晶器之間的空隙，引起兩種表面缺陷：一種是因液渣不能均勻流入空隙而導致坯殼凝固不均勻，引起的顯性裂紋；另一種是液面局部液渣層太薄，快速收縮，形成凹陷，凹陷谷處產生的隱性裂紋。這類液面波動形成的原因是由于浸入式水口的插入深度較淺，造成鋼流在結晶器中碰到結晶器窄面和水口的一側造成的回流產生的波紋狀。及時地調整浸入式水口的插入深度能消除此類波動帶來的裂紋產生的原因。

2）液面起伏

當液面急劇上下波動時，鋼水溢到渣圈以上，液渣進入空隙后形成較厚的渣膜，故導致坯殼厚度不均勻且引起表面縱裂和橫裂。此類波動產生的原因：鋼水粘絮流、液面自控失效、扇形段壓下量偏差大、碳含量在0.10-0.11%。實際生產中，碳含量處在0.10-0.11%對此類液面波動的影響最大，消除此類裂紋的措施是：包晶點左移或包晶點右移。

2.2.5 浸入式水口的影響

浸入式水口與結晶器不對中極易引起偏流沖刷凝固殼，導致傳熱不良，初生坯殼厚薄不均，在坯殼薄弱處形成微細裂紋。合理的水口插入深度是影響鑄坯質量的又一重要條件，插入深度過淺，造成結晶器液面翻卷，液渣層厚度不均勻，使鑄坯產生大量缺陷。插入過深，易造成液面結殼，保護渣不能順利流入坯殼與結晶器間的間隙，極易造成粘結（表3）。

表3 插入深度對裂紋的影響

水口影響裂紋的還有兩個重要的因素分別是側孔的傾角和水口的導熱性。水口的側孔在實際生產中都能意識到它的影響，經過多次改正或吸取其他廠的經驗值能過優化到最佳狀態。容易忽略的是水口的導熱系數，導熱性越好，對水口周圍的液渣流動性和溶化均起到促進作用，若導熱性差，將會出現連續的超大縱裂紋，而且原因查找起來非常困難，出現批量的不明原因的裂紋，可改換不同廠家不同批次的浸入式水口，效果明顯。

3 防止措施

表4

4 結語

根據生產實踐發現表面縱裂的產生受C含量、S含量、保護澆注、鑄溫鑄速、保護渣、結晶器液面波動、浸入式水口等因素的影響。提高鑄坯質量工藝是保證，操作是關鍵。精細化的過程管控，并積極探索優質的操作方法，是降低裂紋率，節約成本，提高鋼廠競爭力的有效途徑。

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