济钢VAI大板坯连铸机表面缺陷分析

2011-10-26王庆济南钢铁集团有限公司第三炼钢厂山东济南250101

中国科技信息 2011年7期

关键词：钢种水口板坯

王庆济南钢铁集团有限公司第三炼钢厂，山东济南 250101

济钢VAI大板坯连铸机表面缺陷分析

王庆济南钢铁集团有限公司第三炼钢厂，山东济南 250101

对济钢第三炼钢厂VAI大板坯连铸机生产中铸坯出现表面裂纹的实际情况进行了分析，研究了铸坯各种表面裂纹产生的主要原因，提出了预防措施，大大提高了铸坯质量。

连铸机；板坯；表面裂纹

引言

济钢三炼钢拥有板坯连铸机4台，其中VAI大板坯连铸机1台，在生产过程中，先后出现不同的表面裂纹，根据不同的质量情况，提出具体的解决方案，提高了产品质量，效益可观。连铸机的主要工艺参数见表1。

表1 VAI板坯连铸机的主要工艺参数

1.铸坯表面纵裂纹形成原因

形成铸坯表面纵裂纹的原因很多，总体可分为钢水条件、工艺操作两个大部分。

1.1 钢水条件

目前VAI板坯连铸机生产钢种主要有：Q235B、AH36系列、压力容器钢、桥梁及船板钢等，生产中发现出现表面纵裂纹的钢种比较集中，其中包晶钢系列表面纵裂纹较多，占60%以上，由此判断钢水条件对铸坯表面纵裂纹的影响很大。

（1）碳含量

目前VAI板坯连铸机生产钢种C成分在C 0.05%～0.50%，其中碳含量在0.010%～0.18%范围时为亚包晶钢[2]，初生坯壳在凝固过程中发生L+δ→γ的包晶反应，坯壳体积收缩大，产生较大的收缩应力，更容易导致裂纹产生。

表2为钢种生产实际中统计的表面纵裂纹发生率与产生原因的关系。

表2 包晶反应对铸坯表面纵裂纹的影响

（2）Mn/S

钢水注入结晶器后受铜板冷却迅速形成坯壳，通过坯壳与内部钢液进行热交换。坯壳为致密的等轴晶，伴随冷却的进行产生柱状晶区，S、硫化物在晶间偏析富集，使此处界面张力大幅度减小，受到热应力及相变应力的共同作用产生开裂，当开裂处发生在坯壳薄弱区时存在向外延伸导致表面纵裂纹产生的可能。强偏析元素Mn在硫化物富集区与S形成MnS可减轻裂纹形成[3]。图1为Mn/S对表面纵裂纹的影响。

图1 Mn/S对铸坯表面纵裂纹的影响

分析表明，Mn/S的降低导致铸坯表面纵裂纹明显增加，20以下为高危区。但MnS的压缩比与Fe不同，在轧制过程中仍存在危害，因此单单提高Mn/S不能从根本解决问题，应从减少S含量入手。

（3）过热度

铸坯结晶过程中，温度梯度产生的热应力对铸坯质量的影响不容忽视。温度梯度的增加直接导致粗大柱状晶的生成，随着冷却的进行，铸坯宽度中心部承受较大的热应力，是形成铸坯表面纵裂纹的主要原因。

15～25℃过热度为最佳浇注温度，高温钢直接导致铸坯表面纵裂纹产生，主要是冷却过程中聚集着较大的热应力，另外，高温钢水的氧化物夹杂较多也是导致铸坯表面纵裂纹的重要因素。

（4）钢水纯净度

钢水纯净度代表钢水内部夹杂的数量及尺寸，铸坯结晶过程中夹杂物的富集促使热阻增加、相变各异。裂纹是某处抵抗应力的能力小于受到应力的作用产生，初生坯壳过于薄弱、夹杂物富集造成抵抗应力的能力弱。夹杂物分为可压缩与不可压缩夹杂，均与铸坯收缩量不同，冷却过程中在夹杂边缘与铸坯出现间隙形成裂纹起源，不同的传热效果促使起源扩展开裂。

对表面纵裂纹取样分析得出，有的裂纹边缘富含较多的MnS、硅酸盐夹杂、微量元素氧化物及钾钠夹杂，其中MnS为钢水浓缩析出，钾钠夹杂为保护渣卷入，而硅酸盐为外部带入，各种氧化物夹杂为钢水中没有排除和二次氧化。

1.2 工艺操作影响

钢水浇注过程中，结晶器倒锥度、结晶器冷却、保护渣性能、液面波动、拉速配比及水口插入深度、二冷等工艺控制对铸坯表面纵裂纹产生很大影响。

（1）结晶器冷却

在生产中结晶器冷却必定产生不均匀效果，适当降低结晶器的冷却强度能缓解冷却的不均匀性，从而得到相对均匀的坯壳。通过采取相应措施，保证结晶器进水温度＞30℃，并结合钢种和拉速调整结晶器内的水流速在6～8m/s，保证结晶器进出水温差在7～9℃，以减少结晶器内冷却强度，使应力能够充分释放而减少裂纹发生的可能性。

（2）保护渣

保护渣对铸坯表面质量的影响很大[1]，保护渣匹配与否直接造成铸坯夹杂、凹坑、表面裂纹甚至漏钢。保护渣在生产中需达到均匀流入、吸附夹杂、减少散热、提高润滑等多种效果，因此要求它具有良好的铺展性、透气性、保温性及与钢种相匹配的熔点、熔速和黏度。结晶器内渣膜构成见图2。