连铸坯裂纹的成因

４ ３
表 面裂纹 的防止 主要 可 以从 以下几 方 面人手 ：
（） １ 采用宽面带沟槽或带方格的弱冷却结晶器 ， 使结晶器宽面与铸坯凝 固坯壳之间形成均匀气隙 ， 降低 结晶器的散热率 ， 提高凝 固坯壳厚度的均匀性 ， 从而降低铸坯纵裂的发生率。 （ ） 浇 时采 用发 热性保 护渣 ， 保护 渣 迅 速 融化 ， 晶器 导 出热 流 尽快 达 到 稳定 ， 善 开 浇后 第一 块 ２开 使 结 改 铸坯的质量。发热性保护渣是在轧中配入 ５ ％的 ＣＳ 和 ７ ａｉ ％的 ＦＯ 氧化反应放热以使保护渣迅速融化。 ｅ，
很大 比重 ， 消除铸坯裂纹可大大降低轧后废 ， 提高产品质量和产量。本文根据唐钢二炼钢二期连铸和不锈钢 厂板带 生产 实 际的状况 ， 结合 国 内外 一些 先进 钢铁厂 连铸 坯裂 纹 的分析报 告 ， 比较详 细地 总结 了连铸生 产 中
铸 坯裂 纹产 生 的原 因 以及 相 应 的防止措施 。
验数据统计 ， 采用正弦振动方式铸坯 的振痕深度大约为 ４Ｏ ０ ， 而采用三角形振动其振痕深度可降至为 ２０ ｍ， ４ 即通过结 晶器振 动方 法 的改 善 ， 坯振 痕 深度可 减少至 少三 分之 一 。 铸 ２ ３ 结 晶器保护 渣的改 善 ． ． 改善结晶器保护渣 ， 使初期凝固壳均匀化 。理论上 ， 提高保护渣的结晶温度 ， 结晶器的散热会更加均匀；
１ ２ 保护渣 ．
纵裂部分与正常部位相 比较 ， 凝固壳的局部生长迟缓， 通过传热模型计算进一步发现， 当结晶器铜板与
坯壳 之间有气 隙存 在或渣膜 局部相差 ４倍 的情况下 ， 就会 发生这 样 的迟缓 现象 。由此可见 ， 入结 晶器 内 的 加 保护 渣熔融后 ， 匀 、 均 稳定 的流入弯 月 面是 防 止铸 坯产 生纵 裂 的重要 条 件 。保 护 渣 单 耗减 少 时 ， 裂增 加 。 纵
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４ ２
１ １ ２ 拉速 ．．
河 北 理 工大 学 学 报 （ 自然 科 学 版 ）
第３ Ｏ卷
由于工艺 操作 、 钢水质量 等原 因 ， 造成在短 时 间内拉 速 变化 量太 大或 太频 繁 时 ， 易引 起铸 坯纵 裂 。根据
图１ 钢水中 ｓ 含量、 拉裂与纵裂指数的关系曲线可知 ， 当钢水 中 ｓ的含量高时， 拉速控制较高， 纵裂指数增
． ｅ ｔ 面稳定提供了条件。另一方面， ５ ＾ 嚣 ３ ５ ２ 强化生产组织 ， 保证上下炉交接时中包钢水衔接时间（ — 分钟的达 ９％ ， １ ３ ０
ｒ ；
－ 二
Ｏ
不大于 ｌ 钟 ） Ｏ分 。
ａ．Ｏ Ｉ ５
０． ｏ２
Ｏ．ｏ２ §
ｎ．ｏ３
Ｏ．ｏ §
２ １ 矫直 点温度 的控制 ．
从横裂生成机理来看 ， 解决横裂的主要措施就是将矫直点的温度控制在催化温度范 围之外 ， 即采用低温 或高温矫直。具体的做法是 ： 在浇铸一个新钢种之前 ， 通过高温拉力实验 ， 确定该钢种的脆化温度范围， 从而 以此为根据控制二次冷却水用量 ， 以避开脆化温度的范围。 具体的实现方法 ： 采用热电偶对结晶器四壁的温度进行在线检测， 将高温拉力实验所获得的钢的脆化温 度作 为系统 的设定 值 的参 考值 （ 温度 的设 定值 要 避开钢 的脆化 温度 ） 热 电偶 检 测 的温 度 数据 的平 均值 与设 ， 定值 进行 比较 ， 据 比较 的结 果控 制二 冷水 的流 量 ， 而达到避 开钢 的脆化 温度 范 围 的效 果 。 根 从 ．
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此外 ， 保护 渣 的粘度 和成分 的变化对 拉坯张力 的影 响较大 。生产过程 中我们 曾遇到过 这样 的情况 ： 当保护 渣
的粘度较大， 结晶温度高时会产生卷渣现象 ； 而用低结晶温度的保护渣时， 其铸坯的表面质量变得很差。于 是 ， 通过一 系列试验 ， 到 了保 护渣粘度 和拉 坯张 力 的之间 的对应关 系数据 ， 表 ２所 示 。并试 验 出 了 我们 得 如
ｏ． Ｏ｛
ａ．０●５
钢 中 Ｓ含量 ％
图 ｌ 钢水硫含量 ， 拉裂与纵裂指数 的关系 曲线
１１３ 中间包浸 入式水 口及结 晶器 液面 ．． 浸入式 水 口对 中不好 ， 口底部穿 孔 、 水 掉底 、 护渣线烧 穿 等都 易 引起 钢水 冲刷 初生 坯 壳而 增加 不均 匀 保
性； 水口插入深度太浅或过深也易造成纵裂 ； 结晶器液面波动大（ 一般钢 ： １ ／）裂纹几率也会 大大增 ＞ ０ｒｎ ， ｎ 加。
２ 表 面 横 裂 纹
横 裂 是 以振 痕波谷处 为起 点 ， 在矫 直点 之前形 成 的微 细裂纹 ， 直 时 由于 拉伸 应 力 的作 用 进 一步 扩展 。 矫
横裂的扩展是沿奥氏体晶界进行的， 按其产生 的位置可分为面部横列和角部横裂 ， ０— ０ ￣是钢的脆化温 ６ ０ ９０Ｃ 度范围， 原因是碳化物、 氨化物及硫化物在奥 氏体 晶界析出以及在奥 氏体 晶界处形成层状的铁素体而使晶界 脆化 ， 如果矫 直点 的温度 处 于脆 化 温度范 围 ， 就会 产生横 裂 。
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第３卷 第３ Ｏ 期 河北理工大 学学报（ 自然科学版 ） ２０ 年 ８ ０８ 月 Ｊｕｎ ｌ ｆ ｅｅ Ｐ ｌ ｅｈ ｉ Ｕ ｉ ｒｉ （ ａ ｒ ｃ ｎｅ ｄｉ ） ｏｒ ａ ｏ ｂｉ ｏ ｔ ｎｃ ｎｖ ｓｙ Ｎ ｔ ａ Ｓｉ ｃ Ｅ ｉ ｎ Ｈ ｙｃ ｅ ｔ ｕ ｌ ｅ ｔ ｏ
表 １ 钢水过热度对铸坯 纵裂影 响
因此 ， 对表 ｌ 的数据进行分析可以得到以下结论 ： 控制钢水过热度 ｌ 一 ０Ｃ， Ｏ ３ ￣ 最佳 ｌ＿２ ℃的占８ ％ ， ５ ５ ５
可 有效减 少和 改善纵 裂 。
收稿 日期 ：０ ７１ －５ ２ ０ －０１
基金项 目： 国家 自然科学基金 ５ ５ ４ ６ ０ ３０ ０
着其严重程度增加和数量增多， 使衡量连铸水平的铸坯无缺陷率、 合格率及收得率等指标大幅降低 ， 钢铁料 消耗、 成本等指标升高。 １ １ 连铸操 作 ． １ １ １ 浇铸 温度 ．． 经过 日常生产实际数据统计 ， 发现 中间包温度过高使结晶器弯月面初生坯壳不均匀性增加 ， 而过低则钢
水 流动性差 且 化渣不 好 ， 两者 都易 引起 纵裂 ， 见表 ｌ 。
当拉速为 １Ｏ ． ／ ｉ， ．—１２ｍ ｍｎ熔渣层厚度小于 ６ ｍ时， ｍ 纵裂几率大大增加 ， 因此足够的保护渣单耗和足够的 熔渣层厚度是确保熔渣正常流人弯月面的前提条件。在实际生产中， 经常会碰到虽有足够的熔渣层厚度 ， 但 保护渣单耗仍较低， 也会引起纵裂 的产生。这可能是由如下原因造成 ： （） １ 保护渣吸收了钢中（ ｌ 等高熔点的夹杂后粘度增高或者是黑渣操作 时保温不好而引起粘度增 Ａ： ） Ｏ
１ 表面纵裂纹
表 面纵 向裂纹 （ 简称 纵裂 ） 是连铸 坯 比较常 见 的一种质 量缺 陷 ， 过对 连铸 机 热态铸 坯 的表 面 进行 人工 通 肉眼观 察或 者利用 仪器 检测 就可判 断有 无纵裂 缺 陷。纵 裂使 铸 坯不 能 直接 红 送热 轧 厂 ， 轻者 经 火焰 清 理合 格才可交库 ， 严重者造成整块铸坯报废 ， 甚至在连铸过程 中发生裂纹漏钢 ， 给连铸生产和设备带来危害。随
加， 纵裂产生的几率也会增加 。为此， 连铸生产过程中就要保持拉速的稳定 。稳定拉速可 以采用以下两项措 施： 一方面保证中间包理水 口快速更换 ， 配套 中间包工作层采用镁质喷涂料 ， 这样可 以使单 中间包寿命 由 ３５ ． 小时左右提高为 ８ 小时以上 ， 大大减少了更换中间包次数和非稳定拉速的操作时间 ， 董 羹 警 为拉速和结晶器液
Ｖ １ ０ ｏ３ ｏ ３ Ｎ ． ． Ａ ｇ２０ ｕ．０８
文章编号 ：６４０ ６ （ ０ ８ ０ －０ １ ６ １７ －２ ２ ２０ ） ３ ４ － ０ ０
连 铸 坯 裂 纹 的成 因
孙 洁 ， 王汝 琳 王俊 霞 ，
（． １ 中国矿业大学 机 电与控制学院 ， 北京 １ ０３２ 河北理工大学 计算机与 自动控制学院 ， ０ ８； ０ ． 河北 唐山 ０３０ ） ６０９
１３ 设 备方面 ．
在连铸生产过程中， 通过不断地摸索和经验的总结发现 ： 结晶器铜板磨损太大或划伤过大、 锥度改变太
多， 结晶器与足辊、 足辊与弯曲段对中不好 ， 开浇液面下跌量太大（ ２０ｎ ｌ 一 ０ ｌ 以上 ）走速不稳 （ ｎ ， 机况不好 ， 拉 矫力大或拉速检测控制系统不稳定等） 振动不 良， ， 都易引起纵裂。通过对连铸生产中存在的中间包小车、
（） ３ 保持足够厚的液渣层厚度 ， 一般熔渣层厚度保持在 ｌｍ Ｏ ｍ以上。足够厚的熔渣层可 以使保护渣 均 匀流人间隙， 提高冷却的均匀性。 ・ （） ４ 加强对连铸辊的配列检查和管理。如通过对连铸机 的对中程序和若干支架元件的改进 ， 调整辊子
的对中不 良， 从而减少浇铸过程中连铸机振动很大的问题 ， 同时将二冷水的冷却方式改为缓冷 。其次 ， 调整 结晶器 的设计和操作 ， 减少拉坯阻力。如调整结晶器的锥度、 增加螺栓列 之间的水槽数量、 结晶器的铜板材 料由银基铜合金改为铬锆合金， 结晶器壁由电镀铬变为镀镍和薄镀铬等等。
高液渣 流动困难 。
（） ２ 由于浸入式水 口插入较浅时 ， 对钢液面的扰动大 ， 也会影响保护渣的稳定流人 。保护渣的粘度是决 定其使用性能好坏的重要物性参数。针对钢种成分及特点开发专用结晶器保护渣及中间包 、 大包覆盖剂， 使 保护渣系列化工作加快 ， 改善结晶器润滑和传热， 可以减少纵裂的产生， 改善铸坯表面质量。
物性 合理 的保 护渣 ， 了铸坯 的表 面质量 。 提高
表 １ 保护渣 的粘度与拉坯张力之间的关 系
２４ 设备方面 ．
首 先 ， 强对连铸辊 的配列检查 和管理 。如通 过对连铸 机 的对 中程序 和若 干支 架元件 的改 进 ， 加 调整辊 子 的对 中不 良， 从而减少 浇铸过程 中连铸机 振动很 人 的问题 ， 同时将 二冷水 的冷却方 式改 为缓 冷 。
关 键词 ： 纹 ； 裂 连铸 坯 ； 护渣 ； 冷水 保 二 摘 要 ： 对连铸 生产 的特 点和 工艺条件 ， 针 根据 唐 钢连 铸 生 产 实际的状 况 ， 合 国 内外 一 些先 结 进 钢铁 厂连铸 坯 裂纹 的分析报 吉 ， 比较 详 细地 总 结 了连铸 生产 中铸 坯 裂 纹产 生 的原 因及 防止
结晶器铜板及振动等问题进行技术改造 ， 为生产提供 了良好的设备基础。加强结 晶器弯曲段检修验收工作 及 在线 使用时对 中 、 锥度检 测调 整有效地 减少 和减轻纵裂 的产生 和程度 。
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第３ 期
１４ 表面 裂纹 的防止 ．
孙洁 ， 铸坯裂纹的成因 等：
措施。
中图分 类号 ： Ｆ７ ７ １ 文献 标志码 ： Ｔ ７ ． Ａ
０ 引 言
在 连铸生 产过 程 中 ， 连铸坯 由于受冷 却条 件 、 护渣 性能 、 晶器 的结 构 以及 振 动方法 等 因素 影 响 ， 保 结 常常 产生表 面纵 、 横裂 纹 、 星形 裂 纹 、 中心 裂纹 等缺 陷 ， 计 ， 据统 各大 钢厂铸 坯连 铸机所 生 产的板 坯废 品 中， 纹 占 裂
其 控 制 的方块 图如 图 ２ ：
温度设定
铸坯温度检测
图 ２ 系统控制的方框 图
２ ２ 结 晶器 振动 方法 改善 ．
改变结晶器振动方法 ， 减少负滑脱时间 ， 可以减轻振痕。在生产过程 中， 我们将 结晶器的振动方式 由原
来 的正 弦振 动方式 改为 三角形 振动 方式 ， 速控制在 １５ｍ／ ｉ， 动频 率控 制 在 １０—１０周／ ｉ ， 铸 ． ｍｎ 振 ２ ８ ｍｎ 通过试