邯鋼CSP連鑄薄板坯邊裂的成因與控制

陳征征

摘要：隨著科學技術的進步，鋼材質量直接決定著企業的生存和發展。我廠圍繞“市場”和“產品”兩大主題，連鑄薄板坯邊裂問題一直是困擾CSP生產線的難題，連鑄坯邊裂缺陷主要來源于鑄坯質量缺陷，并在軋制過程中得到擴展，增加了成品的降級品缺陷率，特此針對CSP連鑄薄板坯邊裂缺陷展開攻關。本文將從保護渣、鋼水成分以及二冷水等多個方面對CSP連鑄薄板坯邊裂產生的原因以及發展進行全面系統的分析，并且采取合理的措施，對薄板坯邊裂現象進行預防和控制，進而減少鑄坯生產過程中邊裂問題的發生幾率。

關鍵詞：CSP;薄板坯;邊裂;連鑄

引言：在經濟建設的不斷發展之下，社會中的各種工藝、技術等都不斷與新型信息技術相結合，實現更新換代。在工業方面也是如此，以往傳統的厚板坯連鑄已經不能夠充分符合當今社會的新要求，新型的CSP薄板坯應運而生，它具有較大的寬度、較高的拉速以及較快的凝固速度，但是其缺點是容易使邊緣處產生裂紋，使表面質量受到較大的不利影響。

1 ?薄板坯邊裂問題產生的原因

根據薄板坯邊裂問題的形成機理，本文將從保護渣、鋼水成分以及二冷水方面對邊裂問題的產生原因進行分析，并對這些因素對邊部裂紋產生的影響加以闡述。

1.1 ?保護渣對邊裂的影響

根據生產實踐和相關實驗結果表明，結晶器保護渣的潤滑性能對鑄坯表面的質量產生直接影響，如果潤滑性較差，則會對鑄坯表面產生不利影響，進而致使邊裂問題產生。同時，保護渣中的黏度又與保護渣的導熱性、潤滑性息息相關，通常其黏度大約在0.05～0.15Pa·s之間，且黏度與溫度聯系密切，與銅板同側的渣膜由于受到較強的冷卻作用呈現出固態，而接近坯殼的一側則為液態，在鑄坯不斷的向下作用之下，兩種形態之間產生剪切力，這種剪切力一旦超過了標準值，則會導致渣膜的局部破裂，這時坯殼與銅板之間的摩擦尚未停止，致使邊角部分的摩擦力逐漸增加，進而產生邊裂現象。為了有效減少二者間的摩擦力，則需要發揮保護渣的潤滑作用，將結晶器附近的液渣引入到銅板與坯殼之間，使此處變得潤滑暢通，進而減少摩擦力的產生[1]。

1.2 ?鋼水成分對邊裂的影響

在我廠CSP高拉速生產線中對鋼水質量具有嚴格的要求，要求其必須為優質純凈的鋼水以及合適的中包過熱度，只有這樣，才能夠保障CSP的正常生產，同時也能夠保障生產的質量，減少邊裂、破邊等問題發生。通過相關的生產實踐以及調查研究能夠看出，在鑄坯表面存在的大量的銅是導致邊裂現象產生的重要原因之一。而這些銅元素的主要來源是結晶器銅板的磨損。新生產出來的坯殼受到下行作用時，由于受到某種因素的影響，使潤滑性下降，與銅板之間的表面摩擦加劇，致使大量的Cu元素滯留與鑄坯的表面，而Cu元素的熔點為1084℃，在符合其熔點的狀態下將會滲入其中，致使塑性降低。同時，鋼種中含有的銅成分也會被晶界析出，這時晶界將會由于塑性降低而產生熱脆現象。在板坯處于凝固狀態時產生晶界裂紋，并且隨著板坯的不斷冷卻凝結，裂紋也逐漸展開并加深，最終使鑄坯的邊緣處產生裂紋。

1.3 ?二次冷卻水對邊裂的影響

CSP薄板坯在連鑄時具有拉速高的特點，在扇形區域的二冷區中，鑄坯局部地區為二維傳熱，其在離開結晶器之后，溫度將持續下降。鑄坯由于在扇形區域中受到高強度的冷卻或者冷卻面積不均勻等原因影響，致使其在下行時表面溫度反復無常，時而溫度上升，時而降溫冷卻，使鐵元素中的細小AIN從晶界中被析出，從而降低了鑄坯在高溫狀態下的可塑性，同時在應力作用下呈現出撕裂發展的趨勢，最終形成了裂紋。

針對上述二冷分配制度方面存在問題的現象，如果不及時給予良好的解決，則將會使鑄坯邊部的熱應力提升，使其原本細小的裂紋逐漸擴大，最終形成較大的表面質量問題。此外，將二冷水噴淋到板坯表面之后，如果表面存在的水分過多，則會使部分多余的水分沿著鑄坯的邊緣流下，在其橫截面中冷卻產生“黑邊”現象。在矯直的過程中，由于晶界拓展使得鑄坯的邊緣處出現了裂紋，并且隨著其進一步演變，將會產生大量的撕裂擴展，形成嚴重的表面缺陷。對此，為了能夠有效的防止鑄坯邊部過冷等問題，應合理制定二冷水的配水制度。

2 ?鑄坯邊裂問題的控制措施

通過我廠生產實踐研究以及調查顯示，邊裂問題的產生主要是由于鑄坯邊部在冷卻、軋制的過程中產生的。對此，可以充分利用優化保護渣性能、降低二冷水強度以及制定合理的二冷水配水制度等方式進行邊裂問題的防范與控制，從而達到將邊裂問題減輕或者徹底消除的目的。主要可以通過以下幾方面措施進行控制和解決。

第一，保障鋼水成分中的w（Cu）不超過0.035%，從而使鋼水的純凈度能夠始終處于標準的狀態，進而為邊裂問題的有效控制奠定基礎。第二，提升對澆鑄措施的重視程度，加強氬氣的保護工作，將中包含氮量進行嚴格的控制，通常為Δw（N）≤5×10-6，同時將鋼水成分中的ALs含量穩定在合適的狀態。第三，制定合理的二冷水配水制度，使扇形區域中二冷水的強度得到有效的降低，能夠對冷卻水量進行合理的調整。在噴淋的交界處添加擋水板，避免二冷水中多余的水分流出，并對噴淋嘴的角度進行適當的調整，使其處于正確的位置，避免幾個噴淋嘴之間相互干擾，或者出現噴淋間隔過大情況，致使冷卻水流出后由于受冷邊部出現異常現象。第四，優化保護渣指標，將始終保障渣層的厚度處于8～10mm范圍之內，不斷提升撈渣操作水平，并且嚴格按照相關原則進行合理的操作，避免出現“黑渣操作”影響整體連鑄質量[2]。

3 ?結論

綜上所述，根據實踐生產以及相關調查研究表明，在鑄坯邊緣處產生的裂紋主要來源于晶界位置，在具體的生產過程中，可以采用多種方式解決邊裂問題。例如，調整鋼水成分中的Cu元素以及ALs、控制中包增氮、降低ALN的析出、優化保護渣性能以及制定合理的二冷水配水制度等等，使保護渣中的潤滑性得到顯著提升，銅板與坯殼之間的摩擦力降低，進而減少鑄坯生產過程中邊裂問題的發生幾率。

參考文獻：

[1] ?董長征，王金平.CSP連鑄薄板坯邊裂成因與控制[J].煉鋼，2013，2704：25-28.

[2] ?張曉峰.CSP結晶器鋼液流動及傳熱行為對薄板坯表面縱裂的影響[D].北京科技大學，2015.