铸坯表面纵裂纹的原因及控制措施分析

摘 要：文章针对德龙钢铁有限公司炼钢厂板坯连铸机生产中铸坯出现表面纵裂纹的实际情况，研究了板坯连铸机铸坯表面纵裂纹产生的主要原因，并提出了预防措施，平均每月普碳钢纵裂发生率从4.95%控制到1.39%左右。

关键词：连铸板坯;表面纵裂纹;碳含量;过热度

一、 前言

连铸板坯的表面纵裂纹是影响铸机产量和铸坯质量的主要缺陷，德龙钢铁炼钢厂直弧形板坯连铸机，普碳钢Q235B、Q235BZ等鋼种，平均每月普碳钢纵裂发生率为 4.95%，最高月份发生率达到6.49%。造成轧钢轧制后裂纹板缺陷，对产品质量产生较大危害。为此从工艺和操作上进行详细分析并采取相应措施，使铸坯表面纵裂纹得到有效控制。

二、 铸坯表面纵裂纹形成机理

表面纵裂纹是指沿拉坯方向在铸坯表面发生的裂纹，是由于在结晶器弯月面区域初生坯壳厚度不均匀，在坯壳的薄弱处产生应力集中超过钢的高温允许强度和应变导致纵裂产生，出结晶器后在二冷区继续扩展。纵裂纹多发生在内弧宽面中央，沿拉坯方向延伸，呈直线或弯曲形状分布，宽3～10mm，深5～15mm，长度从几十毫米到几米。

三、 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，总体可分为钢水质量、工艺控制、浇注操作等三个部分。

（一）钢水质量

1. 碳含量

含碳量在0.08～0.18%为中碳亚包晶钢，其在凝固过程中发生包晶转变时，会发生约0.38%的体积收缩。收缩量大坯壳与结晶器间的气隙也大，造成坯壳的不均匀性也就相应增大，表面纵裂发生的概率增高。C在0.09～0.13%时表面纵裂纹敏感性最大。

2. 过热度

过热度：钢水浇注温度与钢水液相线温度之差。当钢液的过热度过高时，在结晶器铸坯的宽面导出热量太多造成热量不均匀，钢液与结晶器冷却水间的温差增加，柱状晶发达初生坯壳减薄，结晶器冷却速度提高，应力增大引起宽面纵裂。

3. 钢水中的S含量

S在钢种的溶解度极小，与铁生成FeS，FeS与FeO能形成低熔点的热脆性工共晶体，并在晶界析出。极易在晶界处产生裂纹。

相关研究表明，钢水S含量与铸坯表面纵裂的关系，钢水中w（S）>0.030%的炉次，裂纹比是浇铸比的10倍;钢水中w（S）>0.030%～0.015%之间的，裂纹比与浇铸比的比值迅速下降，但仍高于平均值;而w（S）<0.015%的;裂纹比与浇铸比的比值明显下降。

（二）工艺控制影响

钢水浇注过程中，结晶器倒锥度、结晶器冷却、水口插入深度、保护渣性能等工艺控制对铸坯表面纵裂纹产生有很大影响。我厂重点在结晶器倒锥度、冷却、水口插入深度和对中几个方面采取措施，并取得一定的成效。

1. 结晶器倒锥度

结晶器倒锥度作为结晶器的最关键一个参数，对铸坯表面质量有较大影响，倒锥度在0.9%左右时，纵裂指数最低，倒锥度过大或过小，均不利于纵裂纹的控制。

2. 结晶器冷却

在浇注过程中，由于结晶器冷却受到液渣流入接触铜板热面形成玻璃体和结晶体厚度均匀性、宽面应力、温度场和流场等多方面影响容易产生冷却不均。相关研究表明，当窄面热流为宽面的80%左右时，纵裂指数最低。

3. 水口插入深度

浸入式下水口插入深度对铸坯表面纵裂也有较大的影响。相关文献指出，插入深度太浅时，纵裂指数较高，这可能是由于来自侧孔的钢流对液面的扰动比较大，影响熔融保护渣的正常流入。但插入太深时，纵裂指数也上升，这可能是由于液面过分平静，钢液面温度低，保护渣熔融状态不好，形成的渣膜不均匀，造成传热和润滑不良。

4. 保护渣性能

结晶器的润滑对于纵裂的形成具有重要影响，因为结晶器与坯壳表面之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，良好的润滑对降低应力非常有效，浇注过程若摩擦力不能减小或波动过大，容易出现纵裂。为保证出生坯壳润滑效果，将保护渣总厚度控制在40～60mm之间，铸坯表面纵裂得到有效控制。

（三）浇注操作影响

结晶器液面波动影响保护渣的熔化和均匀流入，造成弯月面热流的波动和横向热流的分布不均匀，从而对纵裂纹有重要影响。液面波动<±5mm，可有效控制纵裂纹的产生，而手动控制液面，波动最小在10mm，为此生产中要求液面自动控制系统必须能够高效，稳定的投入使用，对控制纵裂很有必要。

四、 防止铸坯表面纵裂纹的措施

1. C含量避开0.08%～0.15%范围，从各个工艺环节降低钢水S含量。

2. 过热度控制在10～20℃范围。

3. 加强对结晶器倒锥度的检查，保证符合工艺要求。

4. 水口插入深度控制在90～110mm。

5. 选用合适的保护渣。

6. 确保液面自动控制系统高效使用，稳定结晶器液面。

五、 取得的效果

通过分析原因，制定措施，2019年在控制板坯表面纵裂纹方面取得一定成效，与2018年同期相比，铸坯的表面纵裂纹缺陷支数减少了455支，降幅达54.6%，轧钢裂纹板减少了452吨，降幅达64.12%。

六、 结语

1. 炼钢厂在板坯生产中，通过控制钢水质量，中包温度，优化结晶器管理，合理控制水口插入深度，优化保护渣性能，基本可以控制板坯表面纵裂纹的产生。

2. 虽然板坯表面纵裂纹有了很大改善，但仍是板坯诸多表面缺陷中最容易产生的一种，今后还需要进一步深入研究。

参考文献：

[1]蔡开科.连铸坯表面纵裂的控制[J].鞍钢技术，2004.

作者简介：

徐秀敏，德龙钢铁有限公司炼钢厂。