鑄坯表面縱裂紋的原因及控制措施分析

摘 要：文章針對德龍鋼鐵有限公司煉鋼廠板坯連鑄機生產中鑄坯出現表面縱裂紋的實際情況，研究了板坯連鑄機鑄坯表面縱裂紋產生的主要原因，并提出了預防措施，平均每月普碳鋼縱裂發生率從4.95%控制到1.39%左右。

關鍵詞：連鑄板坯;表面縱裂紋;碳含量;過熱度

一、 前言

連鑄板坯的表面縱裂紋是影響鑄機產量和鑄坯質量的主要缺陷，德龍鋼鐵煉鋼廠直弧形板坯連鑄機，普碳鋼Q235B、Q235BZ等鋼種，平均每月普碳鋼縱裂發生率為 4.95%，最高月份發生率達到6.49%。造成軋鋼軋制后裂紋板缺陷，對產品質量產生較大危害。為此從工藝和操作上進行詳細分析并采取相應措施，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理

表面縱裂紋是指沿拉坯方向在鑄坯表面發生的裂紋，是由于在結晶器彎月面區域初生坯殼厚度不均勻，在坯殼的薄弱處產生應力集中超過鋼的高溫允許強度和應變導致縱裂產生，出結晶器后在二冷區繼續擴展?？v裂紋多發生在內弧寬面中央，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，總體可分為鋼水質量、工藝控制、澆注操作等三個部分。

（一）鋼水質量

1. 碳含量

含碳量在0.08～0.18%為中碳亞包晶鋼，其在凝固過程中發生包晶轉變時，會發生約0.38%的體積收縮。收縮量大坯殼與結晶器間的氣隙也大，造成坯殼的不均勻性也就相應增大，表面縱裂發生的概率增高。C在0.09～0.13%時表面縱裂紋敏感性最大。

2. 過熱度

過熱度：鋼水澆注溫度與鋼水液相線溫度之差。當鋼液的過熱度過高時，在結晶器鑄坯的寬面導出熱量太多造成熱量不均勻，鋼液與結晶器冷卻水間的溫差增加，柱狀晶發達初生坯殼減薄，結晶器冷卻速度提高，應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，FeS與FeO能形成低熔點的熱脆性工共晶體，并在晶界析出。極易在晶界處產生裂紋。

相關研究表明，鋼水S含量與鑄坯表面縱裂的關系，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

鋼水澆注過程中，結晶器倒錐度、結晶器冷卻、水口插入深度、保護渣性能等工藝控制對鑄坯表面縱裂紋產生有很大影響。我廠重點在結晶器倒錐度、冷卻、水口插入深度和對中幾個方面采取措施，并取得一定的成效。

1. 結晶器倒錐度

結晶器倒錐度作為結晶器的最關鍵一個參數，對鑄坯表面質量有較大影響，倒錐度在0.9%左右時，縱裂指數最低，倒錐度過大或過小，均不利于縱裂紋的控制。

2. 結晶器冷卻

在澆注過程中，由于結晶器冷卻受到液渣流入接觸銅板熱面形成玻璃體和結晶體厚度均勻性、寬面應力、溫度場和流場等多方面影響容易產生冷卻不均。相關研究表明，當窄面熱流為寬面的80%左右時，縱裂指數最低。

3. 水口插入深度

浸入式下水口插入深度對鑄坯表面縱裂也有較大的影響。相關文獻指出，插入深度太淺時，縱裂指數較高，這可能是由于來自側孔的鋼流對液面的擾動比較大，影響熔融保護渣的正常流入。但插入太深時，縱裂指數也上升，這可能是由于液面過分平靜，鋼液面溫度低，保護渣熔融狀態不好，形成的渣膜不均勻，造成傳熱和潤滑不良。

4. 保護渣性能

結晶器的潤滑對于縱裂的形成具有重要影響，因為結晶器與坯殼表面之間的摩擦力使坯殼承受較大的負荷，在牽引坯殼向下運動時產生縱向應力，良好的潤滑對降低應力非常有效，澆注過程若摩擦力不能減小或波動過大，容易出現縱裂。為保證出生坯殼潤滑效果，將保護渣總厚度控制在40～60mm之間，鑄坯表面縱裂得到有效控制。

（三）澆注操作影響

結晶器液面波動影響保護渣的熔化和均勻流入，造成彎月面熱流的波動和橫向熱流的分布不均勻，從而對縱裂紋有重要影響。液面波動<±5mm，可有效控制縱裂紋的產生，而手動控制液面，波動最小在10mm，為此生產中要求液面自動控制系統必須能夠高效，穩定的投入使用，對控制縱裂很有必要。

四、 防止鑄坯表面縱裂紋的措施

1. C含量避開0.08%～0.15%范圍，從各個工藝環節降低鋼水S含量。

2. 過熱度控制在10～20℃范圍。

3. 加強對結晶器倒錐度的檢查，保證符合工藝要求。

4. 水口插入深度控制在90～110mm。

5. 選用合適的保護渣。

6. 確保液面自動控制系統高效使用，穩定結晶器液面。

五、 取得的效果

通過分析原因，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減少了455支，降幅達54.6%，軋鋼裂紋板減少了452噸，降幅達64.12%。

六、 結語

1. 煉鋼廠在板坯生產中，通過控制鋼水質量，中包溫度，優化結晶器管理，合理控制水口插入深度，優化保護渣性能，基本可以控制板坯表面縱裂紋的產生。

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生的一種，今后還需要進一步深入研究。

參考文獻：

[1]蔡開科.連鑄坯表面縱裂的控制[J].鞍鋼技術，2004.

作者簡介：

徐秀敏，德龍鋼鐵有限公司煉鋼廠。