刘云良 尹嘉钧（天津天铁冶金集团有限公司炼钢厂，河北涉县 056404）

连铸板坯表面纵裂的成因分析及控制措施

刘云良 尹嘉钧（天津天铁冶金集团有限公司炼钢厂，河北涉县 056404）

结合天铁炼钢厂0#连铸机的实际生产情况，从多方面分析了表面纵裂的产生因素，发现表面纵裂与钢水成分、拉速、钢水过热度、结晶器冷却强度、保护渣等因素密切相关。通过采取对转炉钢水控制终点化学成分、稳定连铸拉速、优化结晶器冷却制度、改进保护渣性能等相应措施，使表面纵裂得到有效控制。

连铸 板坯 表面 纵裂 钢水 成分 过热度 保护渣

1 前言

连铸板坯的表面纵裂是影响铸机产量和铸坯质量的主要缺陷，也是常见的表面缺陷之一。轻微的纵裂经过精整后对后续的工序不会造成不良影响，严重的纵裂可以使整支板坯判废，甚至会导致漏钢事故的发生，对生产和设备产生极大的危害，既影响铸机作业率和金属收得率，又增加了生产成本，也会打乱生产计划。天铁炼钢厂0#连铸机自2006年投产以来，铸坯的表面缺陷主要是表面纵裂，2009年10月是最严重的月份，一检纵裂率高达5.4%，攻关前，纵裂的平均发生率为4.3%，经过近半年的跟踪调整，纵裂率控制在1.5%的水平。

2 天铁炼钢厂0#连铸机主要技术参数

机型：1机1流，直弧型，R=8 m，多点弯曲多点矫直；

浇铸断面/mm：（200、220）×（1 200～1 600）；

中间包容量/t：18；

结晶器长度/mm：900，带足辊；

振动方式：短臂四连杆正弦振动；

工作拉速/m/min：0.3～1.0；

冶金长度/m：25.6；

主要浇铸钢种：碳素钢、低合金钢等。

3 表面纵裂的形貌及形成机理

3.1 表面纵裂的形貌特征

天铁炼钢纵裂主要发生Q235B、Q345B等钢种上，现场统计表面纵裂较多发生在板坯内弧的中央区域，即水口区域，同时伴有凹陷发生，占表面纵裂的82%，内弧的表面纵裂比例明显高于外弧的比例。表面纵裂的深度多数为10 mm左右，长度大于1 m的占大多数，严重的会出现通长裂纹。

3.2 表面纵裂的形成机理

板坯的表面纵裂发源于结晶器，发生纵裂主要是由于结晶器冷却热量分布不均匀，致使板坯坯壳厚度不均匀，在板坯厚度较薄的地方产生应力集中。当应力高于坯壳的抗拉强度时就会产生细小裂纹，细小裂纹形成后在外部因素的作用下，会导致细小裂纹的扩展。外部因素主要包括现场操作和设备状态的各个环节，例如添加结晶器保护渣的操作，结晶器的冷却强度等，这些都会导致纵裂的形成与发展。纵裂一般在结晶器内部初步形成，在二次冷却区内扩展长大，以致形成严重的纵裂纹，甚至发生漏钢事故。

4 表面纵裂形成的原因分析

4.1 钢水成分对表面纵裂的影响

4.1.1 碳

对2009年天铁炼钢厂板坯表面纵裂发生情况进行了统计，结果见表1。

表1 钢水C含量对表面纵纹的影响

通过表1可以分析得出，当钢水中C含量在0.11%～0.15%时，板坯表面纵裂发生几率最大。这是因为当碳含量在0.08%～0.20%时，钢水在凝固过程中发生包晶反应，产生了大的体积收缩，使铸坯与结晶器之间产生空隙，结晶器导出热量变小，坯壳变薄，以致在板坯表面形成了凹陷。凹陷处凝固速度比较慢，造成坯壳厚度的不均匀。凝固坯壳薄弱处在热应力、摩擦力和钢水静压力等作用下，就产生了裂纹，并在二冷区加深和扩大。

4.1.2 磷

P使钢的塑性下降而变脆，使纵裂敏感性增大，由于P的偏析作用，在钢液凝固过程中，鼓肚和脱方引起拉应力使板坯在晶界处产生了微裂纹，到二次冷却区后，逐步扩展成纵裂，因此P含量应控制在＜0.025%。

4.1.3 硫

S是钢中最有害的元素之一，S在钢中与Fe形成FeS，FeS会与Fe形成熔点较低的热脆性共晶体，在晶界析出并导致晶界处发生裂纹。对2009年天铁炼钢厂板坯表面纵裂发生情况进行统计，统计数据见表2。可以看出，随着S含量的增高，板坯表面裂纹率不断增大。在S含量较低时，若有足够的Mn与S结合生成MnS，可以改善板坯的表面裂纹敏感性。所以尽可能降低钢水的S含量，提高锰硫比，有利于改善铸坯表面纵裂纹。

表2 S含量对板坯表面纵裂的影响

4.2 钢水过热度及拉速的影响

钢水过热度过高或过低对板坯表面纵裂均不利，钢水过热度影响初生凝壳正常生长。钢水过热度每提高10℃，在结晶器内高温钢水流动会吃掉凝壳约2 mm。过热度高，生成的坯壳薄且热应力大，易产生表面裂纹；过热度低，保护渣溶化不良，导致弯月面冷却不均匀，也易产生表面纵裂纹。生产实践表明，过热度大于35℃且拉速较高时易产生纵裂纹。

另外，拉速频繁波动也极易产生纵裂。拉速波动会导致结晶器液面波动，并导致保护渣的液渣层厚度和渣膜厚度的变化。而渣膜厚度直接影响结晶器的传热效果，因此在拉速变化后很长一段时间内结晶器的热流一直处于变化当中，这就导致坯壳产生厚度不均匀性。根据生产统计，在同样的钢水成分及过热度的前提下，浇铸断面为220 mm×1 600 mm板坯，在129支纵裂坯中，有57支是在拉速变化的过程中产生的，占44.2%。可见，拉速变化对板坯表面纵裂纹的影响是非常明显的。

4.3 结晶器液面波动及冷却强度的影响

4.3.1 结晶器液面波动的影响

结晶器液面的频繁波动对控制板坯表面纵裂非常不利。结晶器液面波动造成保护渣液渣层厚度不均匀，液渣不能均匀流入空隙，造成结晶器传热不均，导致板坯表面纵裂发生。0#连铸机一直采取手动方式控制液面，液面上下波动大，对纵裂发生有较大的不良影响。

4.3.2 结晶器冷却强度的影响

（1）板坯表面纵裂一般都在结晶器内部产生，进入二冷区逐渐扩大，所以合适的结晶器冷却强度是消除板坯表面纵裂纹的关键。结晶器冷却水流量的大小及变化直接影响到结晶器传导热流的大小及变化。减弱结晶器冷却水量，提高结晶器进出水温度差，有利于形成厚度均匀的坯壳。

（2）0#板坯连铸机是后建工程，其结晶器用水与其它4台方坯连铸机为同一水路，在板坯生产过程中，其它方坯连铸机结晶器水的开、关都会引起板坯结晶器冷却水量的波动。若未及时调整板坯结晶器水量，会造成水量长时间的过大或过小，进而对纵裂的产生有较大影响。

4.4 结晶器保护渣性能的影响

结晶器保护渣对板坯质量起至关重要的作用。液渣层厚度符合规程要求十分关键，厚度过大或过小都会使坯壳与结晶器壁之间渣膜厚薄不均匀，影响结晶器的热流分布，导致坯壳凝固不均匀。过厚会导致传热下降；过薄会导致摩擦力增大，易产生横裂。液渣层厚度过厚或过薄都会导致板坯表面纵裂的产生。

5 减少表面纵裂采取的措施

5.1 控制合适的钢水成分

钢水成分对板坯表面纵裂有重要影响，炼钢厂采取了以下措施进行控制：提高终点C含量，避开0.11%～0.15%范围内的裂纹敏感区，保持C含量＞0.15%；尽量降低钢水中S、P含量，要求入炉铁水的S含量≤0.045%，转炉终点S、P含量控制在0.025%以下。若出钢钢水S、P含量大于0.025%时，连铸适当降低拉速。提高钢水中Mn的含量，控制其含量在中上限，保证Mn/S＞30，以防止形成低熔点的FeS。经过对钢水成分的严格控制，减弱了钢水成分对表面纵裂纹的影响，有效地减少了表面纵裂纹的发生。

5.2 改善温度制度和稳定拉速

转炉做好终点控制，降低出钢温度，减少高温钢，保证过热度控制在30℃以内，杜绝高过热度浇注。

从2010年开始，炼钢厂推广应用了“恒速浇注”操作工艺，即实施稳定中间包浇注液面、稳定连铸机拉速、稳定结晶器液面的“三稳定”操作。要求拉速升降幅度不大于0.05 m/min，拉速调整每次间隔不小于30 s，拉速变化要平稳。更换中包水口时拉速控制在0.75 m/ min以下，停浇时封顶拉速控制在0.20 m/min以下。

5.3 优化结晶器冷却制度

一方面适度降低结晶器水量，控制基础水温差在7～9℃。在2010年以前，天铁原执行水量较大，宽面200～210 t/h，窄面20～22 t/h，调整后降到宽面175～185 t/h，窄面18～19 t/h，有效地优化了结晶器传热。另一方面，生产调度统一协调，尽量减少方坯连铸机结晶器水的开、关，若开、关及时通知，并做好水量的调整。

5.4 改进保护渣性能

改进保护渣性能，确保保护渣各项理化指标稳定，保证总渣层厚度保持在40 mm～45 mm和液渣层厚度10 mm～15 mm，保护渣消耗量稳定在0.55～0.65 kg/t。

6 结束语

通过对钢水成分、钢水过热度、拉速、结晶器冷却强度等因素的控制，有效地控制了板坯表面纵裂的产生。通过跟踪调整，采取以上措施后，板坯表面纵裂得到控制，表面质量明显改善，未出现纵裂直接判废坯，表面精整率分别为1.62%、1.47%、1.33%、1.51%。

Cause Analysis and Control Measures of Slab Longitudinal Surface Crack

Liu Yunliang,Yin Jiajun

The authors analyze the causes of longitudinal surface crack from multiple perspectives combining the actual production of Caster 0 of Tiantie Steel-making Plant,and find such crack closely relates to liquid steel composition,casting speed,degree of liquid steel’s superheat,mould cooling intensity and mould powder.The longitudinal surface crack was effectively controlled by relevant measures as restraining final composition of converter liquid steel,stabilizing casting speed, optimizing mould cooling system and improving powder properties.

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（收稿 2011-05-17责编崔建华）

刘云良，男，1997年毕业于天津理工学院钢铁冶金专业，助理工程师，现在天津天铁冶金集团有限公司炼钢厂钢种研发部从事技术研发、质量管理工作。