连铸板坯纵裂原因浅析

连铸板坯纵裂原因浅析李咸刚迁安钢铁公司摘要阐述了板坯纵裂形成机理及其影响因素，通过现场调查和数据分析，采取相应措施，达到减少纵裂的目的。关键词连铸板坯纵裂1前言纵裂是连铸板坯常见的表面缺陷之一,轻微的纵裂纹经板坯精整后对下工序不会产生影响,严重的纵裂纹会使整块板坯报废,甚至在连铸生产过程中引起纵裂漏钢,给设备和生产带来严重的危害。关于纵裂产生的原因有过很多研究,国内外很多文献中都有所报道。归纳起来主要有:钢水的成分、连铸的工艺操作参数、保护渣等方面,不同的工厂、不同的连铸机在不同的阶段,由于条件不同,每个因素对铸坯纵裂影响的程度也在变化。本文阐述了板坯纵裂形成机理，并结合迁钢板坯连铸机的生产实践,从各个方面调查分析了板坯纵裂的原因。2迁钢板坯连铸机的主要参数迁钢炼钢分厂有两台直弧型板坯连铸机,是从VAI引进的,设计年产量450万吨,可浇铸断面为230mm×(900～2150)mm和250mm×(900～2150)mm,连铸坯定尺长8000～105000mm,基本半径9m,工作拉速0.85～1.5m/min,冶金长度约34.5m,采用连续弯曲连续矫直技术。铸机作业率80％，合格坯收得率97.5％。3纵裂形成一般机理研究表明【1】,铸坯粗大纵裂纹和细小纵裂纹均于结晶器内生成,其形成部位位于弯月面附近初生坯壳皮下2～4mm的低熔点区。初生坯壳在弯月面附近生成后,由于其表面温降速度太大(7s内温降可达400℃),而内表面温降速度较小,坯壳有较大的向内收缩的倾向,但在钢水静压力作用下,坯壳能够抵抗向内收缩,这样在坯壳内部产生横向拉伸应力。假如由于某种原因而造成初生坯壳厚度不均匀,那么坯壳薄弱处将产生应力集中。而在铸坯表面则表现为凹陷的发生。当应力的增大超过凹陷处坯壳表面的高温强度时,皮下裂纹便发展成细小纵裂纹，带有细小纵裂纹的坯壳在续向下运行过程中,由于在结晶器内锥度不足、保护渣润滑不好或出结晶器后由于导向段对中不好、二次冷却不当等原因,同时由于细小纵裂纹造成的缺口效应,细小纵裂纹将沿树枝晶间低塑性区继续撕裂,形成粗大纵裂纹。4影响纵裂纹形成的因素由纵裂纹形成机理可知,纵裂是否产生主要取决于结晶器内初生坯壳厚度的不均匀性、坯壳高温力学强度、坯壳所受应力大小及出结晶器后坯壳所受机械应力与热应力大小。影响结晶器内初生坯壳厚度不均匀的主要因素是弯月面处结晶器的传热状况。弯月面处结晶器传热不均匀、传热太快、传热变化大,均可能造成初生坯壳厚度不均匀。结合我厂纵裂发生特点,对导致纵裂形成的因素进行了现场跟踪和大量数据分析如下：4.1钢水成分对纵裂的影响钢水成分主要影响坯壳的传热情况和高温力学性能。钢中含碳量对结晶器热流影响较大。理论研究和生产实践均表明【2】,w([C])在0.12%～0.16%之间时(表1),随着温度的降低,初期凝固的大量δ－Fe要转化为γ－Fe,收缩量较大,S、P偏析小,坯壳强度大,在弯月面区域坯壳收缩,则坯壳向内弯曲,在坯壳和铜板之间出现很小缝隙,导致结晶器热流减小且不均匀,极易形成厚度不均匀的初生坯壳。碳含量%0.140.150.160.170.180.190.2合计纵裂数28296130710156生产块数7712946583934538291922比例%17.9518.5939.1019.234.490.640.00100纵裂发生几率%36.3622.4813.123.582.032.630.008.12不同碳含量发生纵裂指数0.0010.0020.0030.0040.000.140.150.160.170.180.190.2纵裂指数表1：以Q345B为例不同碳含量发生纵裂比例从以上数据可知，钢水碳含量处在包晶区发生纵裂指数最高，因此严格控制钢水碳含量，避免碳含量0.12-0.16%浇注能够有效减少纵裂的发生。4.2结晶器水流量及进出口水温差对纵裂的影响结晶器水流量的大小及变化直接影响到结晶器热流的大小及变化。资料表明【3】,减少结晶器水量,提高结晶器进出水温差,有助于形成厚度均匀的坯壳。铸机结晶器水流量l/min迁钢1＃机3666首钢二炼板坯连铸机3500首秦板坯连铸机3000表2：首钢各钢厂板坯铸机结晶器水流量目前迁钢1#板坯铸机结晶器水流量偏大，铸坯坯壳处于强冷状态，坯壳传热过快、收缩大，冷却不均匀是造成纵裂的另一原因。4.3保护渣对纵裂的影响保护渣对结晶器传热影响主要体现在两方面,即保护渣液渣层渗入均匀性和保护渣渣膜结构。液渣渗入不均匀,将直接导致结晶器传热不均匀。影响液渣渗入不均匀的因素很多,主要有保护渣粘度及保护渣使用状况。资料表明【3】,粘度太高或太低对液渣均匀稳定渗入均不利,η·Vc=0.1～0.35Pa·s·m/min(式中,η为粘度,Pa·s，Vc为拉速,m/min)时,液渣渗入波动最小,热流波动也最小。保护渣在使用时,由于液面波动严重、局部渣圈太厚、Ar气调节不合适等原因也将导致液渣渗入不均匀。保护渣渣膜分为液渣膜和固渣膜，固渣膜又分为玻璃质渣膜和晶体质渣膜,晶体质渣膜内有孔隙,热阻较大。对于中碳钢等裂纹敏感性钢种,提高凝固温度Ts、结晶温度Tc,则结晶质渣膜占固相渣膜比例多,有助于传热减少和传热均匀化。实际生产中，1960批次保护渣发生纵裂纹的比例和几率最高，而0201批次保护渣未发生纵裂，发生纵裂几率为0。因此可以判定0201批次保护渣比较适合浇铸Q345B。下表为1960批次和0201批次保护渣主要理化指标情况：批号SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO碱度熔点℃1300℃粘度020126.004.901.4033.100.801.2711301.55196024.406.001.7030.602.101.2511401.61差值1.60-1.10-0.302.50-1.300.02-10.00-0.06表3：02101批次与1960批次保护渣理化指标对比4.4浸入式水口插入深度对纵裂的影响浸入式水口设计、插入深度与纵裂有很大关系,研究表明【3】,浸入式水口设计不同,结晶器宽面铜板中部温度变化程度不同,合适的浸入式水口设计,结晶器宽面中部温度变化很小,传热稳定性好;浸入式水口插入深度、移动量对结晶器传热也有很大关系,浸入式水口深度发生变化,结晶器内流场、结晶器铜板内表面温度、相应渣膜厚度、结晶器热流都会随之发生变化;水口插入深度对纵裂的影响表现在插得太深,则钢流带到钢液面上的热量不足,保护渣不能均匀熔化；水口插入深度太浅,液面翻动严重,导致液渣层不稳定,流入液渣不稳定。经过与发生纵裂的炉次进行比对，发现水口插入深度过浅或过深均会增加纵裂的发生。经过统计，认为水口插入深度在130－140mm之间纵裂发生最少。见图1：发生纵裂指数0.000.501.001.502.002.50120125130135140145150发生纵裂指数图1：不同水口插入深度发生纵裂的指数4.5结晶器液面和拉速的波动对纵裂的影响结晶器液面波动和拉速波动对控制纵裂非常不利。结晶器液面波动造成液渣层厚薄不均匀,液渣不能均匀流入空隙,造成传热不均和传热变化,导致纵裂发生。纵裂与拉坯速度的波动量有很大关系,因为在生产中,由于传搁时间、钢水温度等许多因素都会导致拉坯速度变动,当拉速波动小于0.1m/min时,对纵裂基本无影响,当拉速波动大于0.1m/min时,随着拉速波动量的增大,纵裂指数直线上升,这与文献[4]中统计结果相符,因此维持铸机结晶器液面和拉坯速度的稳定对减少板坯纵裂有很大的意义。4.6钢水过热度对纵裂的影响统计表明(见图2),过热度对纵裂影响较大,当过热度大于35℃时,纵裂发生率明显上升,一方面由于过热度大,则结晶器内温度梯度大,坯壳热流增加,另一方面过热度大,则拉速被迫降低,而低拉速下,纵裂指数上升明显[5]。不同过热度纵裂发生率（％）024681012＜20℃20～35℃＞35℃中包过热度纵裂发生率（％）5减少板坯纵裂的措施5.1根据所浇铸的钢种尽量避免钢水处在0.12-0.16％包晶区，避开裂纹敏感区。5.2降低结晶器的水量，提高进出水温差，一方面降低结晶器热流,减缓初生坯壳的生成。5.3高碱度有利于提高析晶温度，增加保护渣结晶相减缓传热，减少纵裂发生。因此，严格控制保护渣的碱度，是控制铸坯纵裂的主要手段。5.4控制水口插入深度在130－140mm之间，采用自动控制，保持结晶器液面和拉速的稳定。保持合适的过热度，尽量保持在20－30℃，控制纵裂的产生。6总结板坯纵裂产生的原因比较多，以上是从生产中的数据做一总结，并提出一些措施来减少纵裂的产生，为了更好的解决纵裂的产生，还需要日后更多的数据积累，采取更多更加合理的措施。参考文献[1]朱志远，王万军.耐候钢板板坯表面纵裂分析[J].连铸,2001(4):29－31.[2]蔡开科.碳钢凝固的包晶转变与连铸坯裂纹[J].连铸,1994(3):39－42.[3]卢盛意.连铸坯质量[M].北京:冶金工业出版社,1994,2.[4]叶锦渭.中碳钢连铸板坯表面纵裂的研究.全国连铸技术研讨会论文集.中国金属学会.1994.171～179.[5]耿建军.连铸板坯纵裂原因分析[A].第十届全国炼钢学术会议论文集[C].283～288.[6]郭世宝，安钢板坯纵裂纹原因分析及控制措施[J].炼钢，2005(10):24-28