连铸坯表面纵裂产生原因及控制分析

文/孟滿利（安阳钢铁集团有限公司第二炼轧厂连铸车间）

当前我国发展建设速度正在逐渐加快,各行业对钢产品的需求也在逐渐提高。因此若想进一步提高铸坯合格率,必须对炼钢厂板坯连铸机表面纵裂进行分析，包括钢水成分、连铸机拉速以及保护渣的影响,从而进一步了解质量缺陷可能出现的原因,从而推动我国钢铁行业的发展建设。连铸坯表面纵裂问题较为常见，因此必须对纵裂情况进行有效控制,不断提高板坯表面质量，避免导致坯壳薄弱处产生应力集中,从而减少板坯纵裂的发生。同时连铸机生产钢水在结晶器内角部二维传热,表面发生问题后可能沿树枝晶间或奥氏体晶界产生裂纹,且这种裂纹进入二冷区仍然会不断扩大,因此需要对其产生的原因加大关注力度,从而提高产品质量[1]。

（1）钢水成分。钢水成分对连铸坯表面纵裂的影响较大,铸坯与结晶器壁之间形成空隙,在钢水静压力作用下极易在晶界处发生裂纹,当C=0.10%时纵裂最严重,由于传热受到阻碍被挤压向结晶器壁,导致钢中S>0.015%时纵裂纹增加,所以要尽可能降低钢中的S含量,强度较其他部位低,最终在钢水静压力作用下易发生纵裂。S在钢中溶解度极小,与结晶器壁之间形成空隙,其纵裂易发生和扩展,同时连铸胚与Fe形成FeS,FeS能与FeO形成低熔点(946℃)热脆性共晶体,在角部坯壳结晶器下，坯壳其他部位较角部薄弱,在应力不变的情况下,坯壳不能提供足够的支撑，对铸坯表面纵裂纹的发生率有显著影响，因此在实际生产中需要对此加大关注。（2）连铸机拉速影响。拉速决定着坯壳的厚度,如连铸机过热度大、拉速波动大,可见拉速与中包温度匹配是影响的主要因素,调查结果显示整体平均出结晶器的坯壳厚度约减少3%。结晶器内气隙产生是非均匀的,如中包过热度增加则会使得坯壳平均温度升高,坯壳温度向钢的第Ⅰ脆性区移动,最终导致纵裂纹倾向加重。如拉速过低温度过高则会形成较厚的坯壳,在钢水静压力、热应力、摩擦力的作用下,凝固收缩后过早地形成气隙,引起铸坯宽窄面传热不均匀,最终出现表面纵裂,而坯壳的薄弱处易出现裂纹,且可能伴随裂纹出现鼓肚甚至漏钢的情况,因此必须根据中包温度来设定拉速[2]。（3）保护渣的影响。保护渣在流入弯月的过程中必须保证均匀、稳定,保持最佳黏度与碱度,如加入保护渣单耗减少则可能引起坯壳凝固迟缓,当初生坯壳与渣膜厚度相差4倍的情况下,则可能造成初生坯壳厚薄不均,最终增加表面纵裂的发生概率,因此必须改善保护渣的熔化性能,从而避免上述问题的出现。

一、控制连铸坯表面纵裂的措施

（1）钢水中P元素对铸坯质量的影响,如设备或操作中出现问题,必须提升钢水的成分纵裂的根源也在于显微偏析,从而避免因鼓肚和菱变而扩展成纵裂造成表面缺陷,因此要求钢水中P含量控<0.03%,而S则要求与Fe形成低熔点(985℃)热脆性共晶体,要尽可能降低钢中的S含量。同时钢水中有害元素的影响较大,因此在生产加工过程中要求钢水中总有害元素量<0.030%,降低钢中有害元素的含量,钢中C含量按照钢种设计成分的上限或下限控制,Cu、As、Zn均控制在<0.1%,以此使纵裂能够得到有效控制。（2）实施稳定拉速生产受连铸机拉速影响而出现表面纵裂的情况较为常见,结合调查中的生产数据统计分析,在一定拉速的条件下,拉速如果与中包温度匹配不当则可能出现裂纹。采用稳定拉速生产,根据保护渣特性、钢水特性保持拉速稳定,要求在生产加工过程中减少液面波动,将结晶器内液面波动变化状况与自动液面控制比较,发现自动液面控制每炉裂纹出现量减少,可见操作的好坏对表面沟裂纹有较大影响。同时与常规拉速连铸相比,拉速提高后凝固坯壳减薄,容易出现黏滞性拉漏等问题,因此必须减小辊径并在此基础上优化二冷制度,开发结晶器钢水电磁振动、二冷动态控制等相关技术,从而确保稳定拉速生产[3]。（3）改善保护渣的性能尤为重要，如流入铸坯和结晶器间隙的渣膜不均匀,可能出现粘度过大或过小的问题而影响摩擦力,因此包晶钢需要对热流进行控制,在加入结晶器的保护渣熔融后出现表现纵裂的情况,最终造成初生坯壳厚薄不均。而粘结钢则需要对摩擦力控制,设计合适的保护渣组成控制好粘度(η)与熔融时间(tf)合适的比值,要求保护渣可以时刻维持较高渣耗,防止表面纵裂问题的出现。保护渣在实际应用中要具有良好的溶解、吸收夹杂物性能,应对保护渣碱度、粘度等进行优化,保证熔融特性稳定,热流密度为.5～.8MW/m),从而减轻坯壳的裂纹倾向,适应薄板坯连铸的生产要求。

二、结束语

连铸坯表面纵向裂纹属于较为常见的问题,该问题降低了整体的生产质量和生产效率,因此需要在保证设备正常的条件下,考虑钢种的成分、稳定拉速与保护渣质量等方面,从而改善铸坯质量。