小板坯纵裂分析及控制措施

小板坯纵裂分析及控制措施

董小健,段钊

陕西龙门钢铁有限责任公司，陕西 渭南 715405

摘要：小板坯表面纵裂纹的产生是在结晶器坯壳形成时就已存在，铸坯进入二冷室后，坯壳上的细小裂纹继续扩展，形成明显裂纹。由于不同钢种的关键成分差异导致的铸坯凝固特性缺陷、关键设备参数选取及安装维修精度等原因影响、保护渣的选型调整、侵入式水口的选型、钢水过热度、人员操作原因导致结晶器坯壳形成时存在表面细小裂纹，铸坯出结晶器后裂纹继续扩大，形成明显裂纹。总之，结晶器弯月面凝固壳不均匀是表面纵裂纹产生的根本原因。

关键词：小板坯；连铸坯质量；纵裂；连铸工艺

1 板坯表面纵裂的成因

表面纵裂纹在板坯中多出现于宽面的中间部位，纵裂纹常与纵向表面凹陷共生，粗大的表面纵裂纹可长达数米，深度达20~30mm，宽度达10~20mm，严重时可贯穿板坯。微细的表面纵裂纹长3~25mm，有的可达100mm；宽度一般为1~2mm，有的小于1mm；深度为3~4mm。如果表面纵裂纹的长度小于10mm，深度小于0.7mm，铸坯轧制过程中有可能不会产生钢材缺陷。而比较严重的表面纵裂纹缺陷就会造成钢材的分层缺陷。而表面纵裂纹严重时，则会造成漏钢事故。

2 造成板坯表面纵裂的主要影响因素及控制措施

2.1 钢水成分影响及控制措施

（1）钢水中碳的质量分数在0.09％～0.15％范围内的钢，称为亚包晶钢。当[Ｃ]＝0.12％时，结晶器弯月面初生坯壳，在固相线25℃以下发生100％的δ相到γ相的转变，伴随着最大坯壳的线性收缩。由于收缩性大，造成坯壳生长不均而产生裂纹。

（2）当钢水中Mn/S数值越大，纵裂越不易出现。一般钢水中，控制Mn/S＞25，可提高钢的强度与塑性，避免纵裂的出现。

（3）当[S]+[P]≥0.03%时，铸坯纵裂趋势会明显的升高。可在钢中元素不变的情况下控制[S]+[P]，可减少纵裂的产生。

（4）当[S]＞0.030%时，也可导致铸坯的纵裂纹增加。钢种对[S]成分无特别要求时，尽可能减少成品钢水[S]。

2.2 设备影响及控制措施

（1）根据断面及结晶器有效长度的不同，确定合适的结晶器锥度。以龙钢公司2#连铸机为例：结晶器长900mm；165mm*400mm断面选用2.0%/m；165*500mm断面选用2.5%/m；可保证坯壳充分与坯壳接触，促进冷却均匀进行。

（2）结晶器进水温差急剧的变化，也可导致初生坯壳凝固得不均匀性，进而导致铸坯表面裂纹。因此，要关注结晶器进水温度的稳定性。

（3）结晶器足辊对出结晶器坯壳有一定的支撑作用，一般认为纵裂产生是因为坯壳凝固初期的不均匀性，在二冷段扩展。因此，确保足辊有足够支撑效果，且对弧准确，足辊段出水均匀，可使铸坯纵裂纹缺陷得到缓解。

（4）结晶器振动参数对铸坯表面质量的影响，根据现场跟踪，正滑脱时间越长，保护渣耗量越大，对坯壳起到充分润滑作用，促进坯壳生成均匀，可充分降低铸坯纵裂风险。其次采取低频振动，取大的超前量，长的负滑脱时间，进一步提升保护渣的耗量。由于铸坯断面小，对于非正弦振动来说，取值应为下限。因为大的偏斜率看起来结晶器参数有利于坯壳冷却，但是大的偏斜率给设备带来比较大的冲击，不利于振动的稳定。

2.3 工艺条件影响及控制措施

（1）生产过程中保护渣主要起传热和润滑的作用。保护渣传热好坯壳厚度生长均匀，并且完好的润滑能避免薄弱的坯壳被撕裂，随着保护渣碱度的升高，表面纵裂率有明显下降的趋势。

（2）保护渣的黏度过高或者过低都易产生纵裂。黏度过低渣耗量大，容易引起液渣流入不均，导致传热不均，坯壳形成不均匀；黏度过大容易引起化渣不良和渣膜间断，不利于稳定传热，导致脱膜不良和粘结。

（3）控制保护渣的水分，是保护渣理化性能的关键指标，水分含量可控制在0.5%，能确保保护渣形成良好的三层结构，小板坯保护渣液渣层控制在9~12mm，铸坯表面纵裂出现的概率明显降低。

（4）板坯侵入式水口一般选用两边侧出。因为单孔直出侵入式水口，插入液面过深，会导致结晶器表面钢水温度过低，结晶器液面结盖，保护渣融化效果差。如果插入液面过浅，则会导致结晶器液面翻腾，破坏液渣层的稳定，使液渣层出现断层，冷却效果差。水口侵入深度一般选取80~120mm，龙钢公司小板坯经过反复实践，最终设定侵入深度为110mm，确保了结晶器液面的稳定及保护渣充分的润滑及冷却作用。

（5）根据断面大小、侵入深度、结晶器液面状态、保护渣融化效果确定合理的侵入式水口侧孔倾角及侧口大小，根据前期的不断调整，龙钢公司小板坯选用倾角为15°，侧口与侵入式水口中孔面积比为3.2，使用效果良好。

（6）钢水过热度越高，结晶器弯月面凝固壳均匀性就越差，极易产生裂纹。中包钢水过热度每升高10℃，出结晶器坯壳就会减少2mm，而钢水过热度过低，会导致结晶器化渣不良，进而影响初期坯壳的不均匀形成，普碳钢一般过热度控制以10~25℃为宜。

2.4 操作影响及控制措施

（1）更换滑块和侵入式水口操作过程中，液面波动、敞开浇注、侵入式水口对中不良等，造成的坯壳凝固不均匀，从而导致铸坯纵裂。首先，操作前用塞棒对该流次进行降速操作，将拉速控制到≤0.8m/min。然后再进行更换滑块及水口的操作。其次，尽可能缩短敞开浇注时间，侵入式水口与滑块错时更换。再次就是操作过程中及时调整侵入式水口的对中，确保出水口与结晶器窄面呈垂直状态。最后，宽度在600mm以上的断面，可采用整体式的侵入式水口，杜绝侵入式水口对中难的问题。

（2）使用自动加渣系统，可对使用前的保护渣进行加热处理，避免潮湿的保护渣加入结晶器。每30分钟测量结晶器渣层厚度，根据实际情况及时调整自动加渣系统吹入时间，保证总渣层厚度40~50mm，进而确保液渣层的厚度9~12mm。结晶器换渣操作，根据液面翻火情况、液渣层厚度、持续浇注时间等综合体因素，确定是否进行换渣操作。换渣前该流次逐步降速至0.80m/min以下，先换一边再换另一边，换渣操作结束后，稳定液面5min，然后进行升速操作。

（3）结晶器液面波动超过5mm时可直接影响液渣的均匀流入，使初生坯壳不能均匀凝固，导致纵裂纹的产生。发现结晶器液面波动超标时，首先将操作方式转换为手动操作。其次测量液渣层厚度，厚度不达标进行换渣操作。再次就是考虑更换侵入式水口，防止侧孔冲刷不均匀，对中不良影响的结晶器液面波动。

（4）中包温度及钢水异常成分与拉速的匹配。一般出现超低中包温度的情况，都会采取高拉速的方式进行应对。但是，低温高速的情况，由于结晶器液面温度的影响会使保护渣化渣不良，难以使保护渣达到良好的三层结构，再加上高拉速对液渣的消耗量增加，恶化了结晶器弯月面初生坯壳的凝固条件，导致铸坯纵裂纹的产生。低温钢的管控要从源头进行遏制，可将中包温度合格率作为转炉工艺指标进行重点管控，以减少低温钢的产生。成分异常炉次，及时采取降速措施或使用专用保护渣。

3 结论

表面纵裂纹的产生早在结晶器坯壳形成时就已存在，铸坯进入二冷室后，坯壳上的细小裂纹继续扩展，形成明显裂纹。简言之，结晶器弯月面凝固壳不均匀是表面纵裂纹产生的根本原因。生产过程中以此为理论基础，采取以下措施，可预防铸坯纵裂纹的生成。

（1）在保证钢的力学性能的前提下，控制钢中碳的质量分数[Ｃ]≤0.08％或者[Ｃ]≥0.16％；控制Mn/S＞25；在钢中元素不变的情况下控制[S]+[P]；成品钢水[S]＜0.015%；均可以有效减缓表面纵裂纹的出现。

（2）合适的结晶器锥度；稳定的结晶器进水温度；确保足辊有足够支撑效果，且对弧准确，零段出水均匀；良好的结晶器振动参数，低振频，大的超前量，长的负滑脱时间，提升保护渣的耗量，对坯壳起到充分润滑作用，促进坯壳生成均匀，可充分降低铸坯纵裂风险。

（3）适当增加保护渣碱度和黏度，并控制其水分含量可控制在0.5%，对铸坯表面纵裂有明显降低效果。

（4）控制中包钢水过热度，选用双孔侧出侵入式水口，侵入深度选取100mm，倾角为18°，侧口与中孔面积比为3.2，可有效改善初生坯壳的冷却效果，预防纵裂纹的产生。

（5）生产过程中，加强对操作工细节管控，也可预防铸坯纵裂纹的产生。