连铸板坯表面纵裂纹的形成原因及控制分析

朱家发

摘要：：大量的理论研究和工程实践经验表面，引起连铸板坯表面纵裂纹的原因复杂，主要影响因素包括有钢水的材料成分和钢水质量，浸入式水口的尺寸大小，浸入深度等，并且由于连铸坯表面纵裂的形成位置处于结晶器内，这就导致结晶器的冷却强度，保护渣性能，吸收夹杂物后的成分和性能变化这些因素也和连铸板坯表面纵裂纹的形成有着密不可分的关系。通过大量的实践研究分析发现，采取科学合理的措施对板坯的表面纵裂纹进行严格控制，可以大大降低纵裂纹发生率。

关键字：连铸板坯表面纵裂纹，形成原因，控制方法

引言：

目前在铸造行业中，影响铸机产量和铸坯质量的因素复杂多样，但其中最为主要且严重的因素来自于连铸板坯的表面纵裂纹这一缺陷。连铸板坯的表面纵裂纹对于铸机产量和铸坯质量的影响轻则需要对连铸板坯进行精细修正和加工，这种非必须性的二次精整往往会浪费资源，时间和成本，影响产量和加工效率;重则会引起漏钢现象或着造成连铸板坯报废，对于铸机作业生产加工效率和金属收得率的影响程度极为严重，并且会造成生产成本的大幅度增加，严重扰乱生产计划，带来的损失不可估量，并且在加工中连铸板坯表面裂纹的产生对后续的生产组织安排和后步工序的顺利进行影响程度更大。

1.连铸板坯表面纵裂纹形成原因

由于连铸板坯表面纵裂的形成位置处于结晶器内，当结晶器内的热流分配不均匀时，便会造成连铸板坯壳厚度发生不均匀的生长，进一步导致连铸板坯壳薄弱区域在应力集中的影响之下形成裂纹。在结晶器内连铸板坯裂纹的出现，会引起连铸板坯在进入二冷区进行强冷处理时，原先产生的裂纹会逐渐变深﹑变长，变宽。即便在二冷区冷却可以实现均匀的条件下，之前在结晶器内出现的连铸板坯裂纹也会进一步扩展。经过众多研究发现连铸板坯表面纵裂的形成和钢的高温脆性区，连铸板坯的微观组织，铸造工艺及操作因素等都有着密不可分的关系。

1.1表面纵裂与钢的高温脆性区

连铸板坯表面纵裂的形成与钢的高温脆性温度区之间有着密切的关系。根据实验研究发现钢的熔点附近至600 ℃这一温度范围之内，脆性温度区域便有三个。特别是在钢的第I脆性温度区时，由于在高温下枝晶间富含杂质元素，例如氧、硫和磷等，这些杂质元素的存在降低了枝晶间的结合强度，使得钢的热脆性增加，在凝固前沿裂纹的产生变得十分容易，因此在大部分连铸板坯表面纵裂的形成都来自于枝晶间液膜并沿枝晶扩张这一因素的影响。

1.2表面纵裂与微观组织

从微观组织上进行分析，可以发现在冷凝过程中由于钢水形成单相奥氏体的温度高，进一步导致铸态奥氏体晶粒变大，粗大的晶粒从表面开始发展，晶粒越大导致钢的塑性越低，连铸板坯表面产生表面裂纹的可能性就越高。其次由于坯壳与结晶器之间的空隙大，导热慢，所以连铸板坯的坯壳无法实现凝固均匀，在粗大柱状晶产生的位置会有凹陷形成，形成的凹陷又会在复杂应力的作用下致使坯壳的薄弱处产生裂纹。

1.3表面纵裂与工艺及操作参数

连铸板坯的表面纵裂纹产生是在多种因素聚集到一起引发的，并不是某一种因素的单独作用。连铸板坯的铸造加工是通过钢水经由浸入式水口流入结晶器中，在结晶器的弯月面附近长成坯壳。实际加工操作中，冷却强度不均匀会引发应力集中现象，坯壳薄弱处无法承受这种应力集中时，就会造成坯壳裂开产生裂纹。当带有裂纹的连铸板坯在二冷区进行冷却加工时，会造成之前在结晶器内出现的连铸板坯裂纹进一步扩展。除此之外，在实际生产中，钢水成分对铸坯质量的影响也很大，当钢水中碳含量，硫含量不合格，或者其他杂质元素的存在，都会对铸坯质量产生严重的影响，致使产生表面裂纹。两外，连铸板坯表面纵裂纹的形成原因也和与浇铸钢水的洁净度，结晶器钢水流场的变化，结晶器冷却效果，二次冷却效果，连铸机设备的生产进度等铸造加工工艺和操作因素有着不可分割的关联。

2. 连铸板坯表面纵裂纹控制方法

基于对连铸板坯表面纵裂的形成原因的深入分析和探究结果，对连铸板坯表面纵裂的控制研究方向和具体采取的措施进行分析，主要从钢水的化学成分的控制，结晶器锥度的控制，结晶器冷却的控制，结晶器钢水流场的控制，二次冷却水及设备功能精度的控制，不同形态和位置的板坯表面纵裂采取不同的改进措施等方面进行控制分析。

2.1钢水的化学成分的控制

从钢水的化学成分角度控制连铸板坯表面纵裂时，首先应该可能避开具备包晶点成分的钢，因为这种钢对裂纹最敏感。其次如果钢水中含铝元素过高，会形成氮铝化合物以结晶的形式析出，易产生裂纹，因此也应该避免钢水中铝元素含量过高。同理，硫元素和铝元素相似，也应该避免钢水中硫元素含量过高。最后如果降低钢水中磷元素的含量，初生坯壳的强度可以得到大幅度提高，进一步减少裂纹的形成和在二冷区中的扩展。

2.2结晶器各方面的控制

通过对结晶器的控制来减少连铸板坯表面纵裂的形成主要通过对结晶器锥度的控制，结晶器冷却的控制，结晶器钢水流场的控制这三个方面进行的。结晶器锥度控制是通过补偿坯壳的凝固收缩来减少连铸板坯表面纵裂的形成;结晶器冷却的控制是通过保证铸坯各部位冷却的均匀性及坯壳生长的均匀性对连铸板坯表面纵裂的形成进行有效的管控;结晶器钢水流场的控制是通过稳定操作工艺的手段，保持结晶器中钢水液面的稳定，防止钢水液面剧烈震动，进一步产生不稳定的渣液面，造成连铸板坯卷渣及渣膜不均匀。

2.3 二次冷却水及设备功能精度的控制

在结晶器内连铸板坯裂纹的出现，会引起连铸板坯在进入二冷区进行强冷处理时，由于二冷段上部过强的冷却或对弧不良等各种应力的原因，导致原先产生的裂纹会逐渐变深﹑变长，变宽。即便在二冷区冷却可以实现均匀的条件下，之前在结晶器内出现的连铸板坯裂纹也会进一步扩展。所以通过对二次冷却水及设备功能精度的控制来降低冷却速率，减少连铸板坯表面纵裂的形成。

3. 控制方法的效果

通过对连铸板坯表面纵裂纹形成原因进行细致深入且精准的分析，并基于分析结果有针对性地采取控制措施， 连铸板坯表面纵裂的长度、深度 及数量等方面都得到了显著控制成果。减少了对于铸机作业生产加工效率和金属收得率的影响，并且由于连铸板坯表面纵裂纹的大幅度减少对后续的生产组织安排和后步工序的順利进行起到了极大的推进作用。

结语

基于大量的理论研究和工程实践经验分析发现，钢水的材料成分和钢水质量，浸入式水口的尺寸大小，浸入深度等都影响着连铸板坯表面纵裂纹的形成，并且结晶器的冷却强度，保护渣性能也和连铸板坯表面纵裂纹的形成有着密不可分的关系。采取科学合理并且有针对性的控制措施对板坯的表面纵裂纹进行严格控制，可以大大降低纵裂纹发生率。

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