连铸坯表面纵裂纹的控制

连铸坯表面纵裂纹的控制
柳钢转炉炼钢厂钱学海
摘要针对柳钢转炉炼钢厂连铸二车间表面纵裂纹率上升的情况，分析了表面纵裂纹的形成机理，结合连铸二车间的实际生产情况，认为产生表面纵裂纹的主要影响因素是：结晶器冷却强度不合理、保护渣选择不当、水口插入深度不合理、职工操作水平不稳定等，为此，采取了优化结晶器冷却、优化保护渣的使用、调整水口插入深度、稳定操作水平等一系列的改进措施，铸坯的表面纵裂纹率从年初的4%以上降低到最近几个月的0.7%以下。

关键词连铸纵裂纹控制
1 前言
柳钢转炉炼钢厂连铸二车间的4#、5#、6#板坯连铸机均是一机一流直弧形板坯连铸机，分别于2004年、2006年、2007年热试投产，设计生产能力120万吨/台年。

自投产以来表面纵裂纹一直是影响铸坯表面质量的最主要的缺陷，为此我厂组织开展了降低板坯裂纹率的攻关工作，并取得了显著效果，板坯裂纹率已由20%以上降至5%左右。

但板坯裂纹问题仍然是限制我车间提高产品质量主要影响因素，在2009年里，我车间表面纵裂纹率出现了上升的情况，在分析了表面纵裂纹的形成机理后，结合我车间的实际生产情况，采取了一系列的改进措施，铸坯的表面纵裂纹率得到了有效控制。

2 连铸坯裂纹形成机理[1]
铸坯的表面纵裂纹发源于结晶器，由于热流分布不均匀，造成坯壳生长厚度不均，在坯壳薄的地方产生应力集中；结晶器壁与坯壳表面间的摩擦力使坯壳承受较大的负荷，在牵引坯壳向下运动时产生纵向应力，这种应力与从结晶器窄面到宽面中心线的距离呈直线增加，最大处在板坯的中间。

而钢水静压力随着坯壳往下移动呈直线增加，静压力使得坯壳往外鼓，表面裂纹得到进一步的发展。

3 连铸坯表面裂纹的主要影响因素
3.1 结晶器冷却强度的影响
铸坯的表面纵裂纹发源于结晶器内弯月面处初生坯壳厚度的不均匀性，结晶器冷
却强度对铸坯表面裂纹的影响由为重要。

康丽等人[2]通过建立结晶器内凝固传热与应力分析的耦合计算模型[3~6]计算了铸坯出结晶器时坯壳外层和内层所受的应力状态和应力大小，并指出铸坯凝固前沿附近应力处于极限强度范围有产生裂纹的可能性。

因此结晶器冷却强度至关重要，合适的结晶器冷却强度将从源头上减少裂纹发生的可能性。

有关论文[7]指出结晶器冷却强度太强将会使得裂纹发生的几率上升，但结晶器冷却强度太弱出结晶器时铸坯的坯壳厚度太薄又会发生漏钢事故。

3.2保护渣的影响
我厂生产的钢种多为含C=0．08％～0．16％的裂纹敏感的包晶反应钢，有研究表明[8]：此类钢种当浇注速度在1．0 m／min~1．4 m／min之间时，随着碱度的升高，纵向裂纹侵害的程度减轻。

碱度为0．92的浇注保护渣在这个系列中形成一种特殊情况，因为其中包含有附加的B2O3，并且由于粘度低而使其消耗量控制在较高的水平上。

高的裂纹损伤率证明因为耗量大而且具有很高的抗粘结剂断裂的保护渣，由于其玻璃透明结构，具有高散热量和高的浇注速度，包晶反应钢种中使用这种保护渣对产生纵向裂纹有很大风险。

碱度在1．10以上，纵向裂纹的损伤率明显降低。

为了保证必要的润滑作用，应在这种选用渣系列中选取与连铸机的浇注速度相适合的浇注保护渣粘度。

另外，随着碱度的增加，结晶温度的上升坡度加大。

在冷却时，对渣热分析过程中显示出来的停止放热点的温度，称为结晶温度。

渣相应地凝固或成玻璃状或结晶。

细孔的明显增加与结晶结构有关。

通过渣壳热阻的增加引起的后果，最终将导致纵裂纹的形成。

可是，包晶反应钢种由于提前形成收缩，散热量已经低于25％。

为了能够达到足够大而且均匀放热，必须选择碱度、粘度和结晶温度的正确组合，这样做对这种钢来说就能达到防止产生纵裂纹的结果。

3.3水口插入深度的影响
内蒙古科技大学材料与冶金学院的有关学者做了结晶器流场的水模型实验和数值模拟[9]，他们发现：浸入式水口插入深度和水口侧孔倾角增大，有利于稳定钢液自由液面的波动，但增加下流股的冲击深度，大量热钢液下流，不利夹杂物上浮。

同时有文献[10]指出：浸入式水口插入深度的变化，将导致铸坯表面夹渣和纵裂纹的产生。

浸入式水口插入过浅，会造成结晶器内钢液面的波动，从而使保护渣向水口周围移动，极易将保护渣卷人铸坯之中，而插入过深，又造成侧面水口的反向回流减弱，表面钢水温度低，不利于保护渣的熔化，并且在结晶器内冲击深度增加，高温区下移，使出结晶器下口的坯壳变薄，且厚度的均匀性变差，从而导致表面纵裂纹的产生几率明显
增大。

因此必须铸机断面来选择合适的浸入式水口插入深度和水口侧孔倾角。

3.4职工操作水平的影响
从上表中我们可以看出我车间2009年1月~3月各铸机各班组裂纹率差距较大职工的操作水平参差不齐。

职工的操作水平主要体现在：结晶器液面高度的控制、拉速波动值控制、快换水口操作、水口侵入深度的控制及加渣捞渣方法等方面。

4 连铸坯表面裂纹的控制措施
4．1 结晶器冷却强度的优化
通过对结晶器冷却水流量进行大量的调整对比，我们发现结晶器适度弱冷，水量控制宽面3600L/min，窄面560L/min的结晶器冷却工艺对减少铸坯表面裂纹最有效果。

4．2 保护渣使用的优化
保护渣在结晶器中传热效果的好坏直接影响初生坯壳的凝固均匀性。

在试用了西保、龙成、通宇等厂家提供的十几种保护渣后，最后确定各钢种对应的保护渣分别为：通宇TY—4B用于4#、5#、6#板坯生产低合金钢，通宇TY—4B普碳和西保XXJ7用于4#、5#、6#板坯生产普碳钢，龙城L58C用于5#板坯生产普碳钢。

并且保护渣的液渣层控制在10~15mm之间时表面纵裂纹明显减少。

4．3 水口插入深度的优化
我车间生产的断面多为1250~1810mm，在多次试验后确定我车间的水口插入深度为130±10mm时裂纹最较少。

4．4 职工操作水平的整体提高
车间通过多种培训以提高职工的整体操作水平，并做了如下规定：
（1）结晶器液面高度严格按钢液面到结晶器铜板上口70~100mm控制；
（2）在拉速控制上，规定拉速变化按30~40秒变化一挡；
（3）换水口拉速控制为换水口时宽度在1300mm以下断面拉速控制为0.9~1.0m/min，1500~1600mm断面拉速控制为0.8~0.9m/min，1800mm断面拉速控制为0.7~0.8m/min，换水口要快，同时尽快把结晶器液面恢复正常值；
（4）中包下水口侵入深度即水口侧孔上沿到渣线部位严格按照130±10mm控制；
（5）结晶器保护渣操作时，规定粉渣层按20~30mm控制，液渣层按10~15mm 控制，每炉钢必须测量两次液渣层；挑渣条要注意浅挑、轻挑、慢挑，发现大渣条时须先挑松，然后用小氧管打断成几截，最后慢慢挑出来，以免结晶器钢液面过分扰动产生卷渣或破坏渣膜润滑导致钢水直接与铜板接触产生粘结；
（6）添加保护渣以少加、匀加、勤加为原则，保持黑渣操作，杜绝见红加渣，
在水口处不宜多加保护渣，以免在水口与宽面铜板间形成渣桥。

通过以上措施各班铸坯表面修磨率明显降低。

5 效果
从上表中我们可以看出在2009年上半年我车间裂纹率较高其本在4左右%并且有上升的趋势，下半年在采取了优化结晶器冷却、优化保护渣的使用、调整水口插入深度、稳定操作水平等一系列的改进措施后，铸坯的表面纵裂纹率从年初的4%以上降低到最近几个月的0.7%以下。

6 结论
连铸板坯纵裂纹是由结晶器、保护渣的使用、水口插入深度以及生产操作等多个因素综合作用的结果。

（1）在保证出结晶器坯壳厚度的条件下，结晶器弱冷对改善板坯纵裂效果较明显。

（2）保护渣在结晶器中传热效果的好坏直接影响初生坯壳的凝固均匀性，必须根据钢种选用不同种类的保护渣。

（3）为保证保护渣的融化速度，有必要针对保护渣的成分和生产断面来确定下水口的插入深度。

（4）稳定的生产操作可以减少操作性裂纹的出现。

参考文献
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[2]康丽，王洋，王恩刚等．结晶器内连铸坯的热和应力状态数值模拟[J]．中国冶金，2007，5：28—32．
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