邯钢CSP连铸薄板坯边裂的成因与控制

陈征征

摘要：随着科学技术的进步，钢材质量直接决定着企业的生存和发展。我厂围绕“市场”和“产品”两大主题，连铸薄板坯边裂问题一直是困扰CSP生产线的难题，连铸坯边裂缺陷主要来源于铸坯质量缺陷，并在轧制过程中得到扩展，增加了成品的降级品缺陷率，特此针对CSP连铸薄板坯边裂缺陷展开攻关。本文将从保护渣、钢水成分以及二冷水等多个方面对CSP连铸薄板坯边裂产生的原因以及发展进行全面系统的分析，并且采取合理的措施，对薄板坯边裂现象进行预防和控制，进而减少铸坯生产过程中边裂问题的发生几率。

关键词：CSP;薄板坯;边裂;连铸

引言：在经济建设的不断发展之下，社会中的各种工艺、技术等都不断与新型信息技术相结合，实现更新换代。在工业方面也是如此，以往传统的厚板坯连铸已经不能够充分符合当今社会的新要求，新型的CSP薄板坯应运而生，它具有较大的宽度、较高的拉速以及较快的凝固速度，但是其缺点是容易使边缘处产生裂纹，使表面质量受到较大的不利影响。

1  薄板坯边裂问题产生的原因

根据薄板坯边裂问题的形成机理，本文将从保护渣、钢水成分以及二冷水方面对边裂问题的产生原因进行分析，并对这些因素对边部裂纹产生的影响加以阐述。

1.1  保护渣对边裂的影响

根据生产实践和相关实验结果表明，结晶器保护渣的润滑性能对铸坯表面的质量产生直接影响，如果润滑性较差，则会对铸坯表面产生不利影响，进而致使边裂问题产生。同时，保护渣中的黏度又与保护渣的导热性、润滑性息息相关，通常其黏度大约在0.05～0.15Pa·s之间，且黏度与温度联系密切，与铜板同侧的渣膜由于受到较强的冷却作用呈现出固态，而接近坯壳的一侧则为液态，在铸坯不断的向下作用之下，两种形态之间产生剪切力，这种剪切力一旦超过了标准值，则会导致渣膜的局部破裂，这时坯壳与铜板之间的摩擦尚未停止，致使边角部分的摩擦力逐渐增加，进而产生边裂现象。为了有效减少二者间的摩擦力，则需要发挥保护渣的润滑作用，将结晶器附近的液渣引入到铜板与坯壳之间，使此处变得润滑畅通，进而减少摩擦力的产生[1]。

1.2  钢水成分对边裂的影响

在我厂CSP高拉速生产线中对钢水质量具有严格的要求，要求其必须为优质纯净的钢水以及合适的中包过热度，只有这样，才能够保障CSP的正常生产，同时也能够保障生产的质量，减少边裂、破边等问题发生。通过相关的生产实践以及调查研究能够看出，在铸坯表面存在的大量的铜是导致边裂现象产生的重要原因之一。而这些铜元素的主要来源是结晶器铜板的磨损。新生产出来的坯壳受到下行作用时，由于受到某种因素的影响，使润滑性下降，与铜板之间的表面摩擦加剧，致使大量的Cu元素滞留与铸坯的表面，而Cu元素的熔点为1084℃，在符合其熔点的状态下将会渗入其中，致使塑性降低。同时，钢种中含有的铜成分也会被晶界析出，这时晶界将会由于塑性降低而产生热脆现象。在板坯处于凝固状态时产生晶界裂纹，并且随着板坯的不断冷却凝结，裂纹也逐渐展开并加深，最终使铸坯的边缘处产生裂纹。

1.3  二次冷却水对边裂的影响

CSP薄板坯在连铸时具有拉速高的特点，在扇形区域的二冷区中，铸坯局部地区为二维传热，其在离开结晶器之后，温度将持续下降。铸坯由于在扇形区域中受到高强度的冷却或者冷却面积不均匀等原因影响，致使其在下行时表面温度反复无常，时而温度上升，时而降温冷却，使铁元素中的细小AIN从晶界中被析出，从而降低了铸坯在高温状态下的可塑性，同时在应力作用下呈现出撕裂发展的趋势，最终形成了裂纹。

针对上述二冷分配制度方面存在问题的现象，如果不及时给予良好的解决，则将会使铸坯边部的热应力提升，使其原本细小的裂纹逐渐扩大，最终形成较大的表面质量问题。此外，将二冷水喷淋到板坯表面之后，如果表面存在的水分过多，则会使部分多余的水分沿着铸坯的边缘流下，在其横截面中冷却产生“黑边”现象。在矫直的过程中，由于晶界拓展使得铸坯的边缘处出现了裂纹，并且随着其进一步演变，将会产生大量的撕裂扩展，形成严重的表面缺陷。对此，为了能够有效的防止铸坯边部过冷等问题，应合理制定二冷水的配水制度。

2  铸坯边裂问题的控制措施

通过我厂生产实践研究以及调查显示，边裂问题的产生主要是由于铸坯边部在冷却、轧制的过程中产生的。对此，可以充分利用优化保护渣性能、降低二冷水强度以及制定合理的二冷水配水制度等方式进行边裂问题的防范与控制，从而达到将边裂问题减轻或者彻底消除的目的。主要可以通过以下几方面措施进行控制和解决。

第一，保障钢水成分中的w（Cu）不超过0.035%，从而使钢水的纯净度能够始终处于标准的状态，进而为边裂问题的有效控制奠定基础。第二，提升对浇铸措施的重视程度，加强氩气的保护工作，将中包含氮量进行严格的控制，通常为Δw（N）≤5×10-6，同时将钢水成分中的ALs含量稳定在合适的状态。第三，制定合理的二冷水配水制度，使扇形区域中二冷水的强度得到有效的降低，能够对冷却水量进行合理的调整。在喷淋的交界处添加挡水板，避免二冷水中多余的水分流出，并对喷淋嘴的角度进行适当的调整，使其处于正确的位置，避免几个喷淋嘴之间相互干扰，或者出现喷淋间隔过大情况，致使冷却水流出后由于受冷边部出现异常现象。第四，优化保护渣指标，将始终保障渣层的厚度处于8～10mm范围之内，不断提升撈渣操作水平，并且严格按照相关原则进行合理的操作，避免出现“黑渣操作”影响整体连铸质量[2]。

3  结论

综上所述，根据实践生产以及相关调查研究表明，在铸坯边缘处产生的裂纹主要来源于晶界位置，在具体的生产过程中，可以采用多种方式解决边裂问题。例如，调整钢水成分中的Cu元素以及ALs、控制中包增氮、降低ALN的析出、优化保护渣性能以及制定合理的二冷水配水制度等等，使保护渣中的润滑性得到显著提升，铜板与坯壳之间的摩擦力降低，进而减少铸坯生产过程中边裂问题的发生几率。

参考文献：

[1]  董长征，王金平.CSP连铸薄板坯边裂成因与控制[J].炼钢，2013，2704：25-28.

[2]  张晓峰.CSP结晶器钢液流动及传热行为对薄板坯表面纵裂的影响[D].北京科技大学，2015.