1、降低連鑄板坯表面縱裂紋的生產實踐 董金武，劉洪波，高龍永，張松齡 （濟南鋼鐵股份有限公司 第一煉鋼廠，山東 濟南250101） 摘要：針對縱裂紋廢品比例增加的情況，分析了表面縱裂紋的形成機理，結合濟鋼第一煉鋼廠的實際生產情況，認為產生表面縱裂紋的主要影響因素是保護渣選擇不當、設備運行質量不穩、水口插入深度不合理和鋼種微合金化特點等，為此，采取了優化保護渣、調整水口插入深度和調整二次冷卻條件等一系列的改進措施，鑄坯的表面縱裂紋一次合格率由最初的50提高到92，軋制退廢中的裂紋和結疤退廢由改進前的56減少到了31。關鍵詞：連鑄板坯；表面縱裂紋；形成機理；解決措施中圖分類號：TF777.1 文獻標識

2、碼：B 文章編號：1004-4620（2006）06-0013-03 Production Practice of Decreasing the Surface Longitudinal Crack of Continuously Casting Slab DONG Jin-wu, LIU Hong-bo, GAO Long-yong, ZHANG Song-ling （No.1 Steelmaking Plant of Jinan Iron and Steel Co., Ltd., 250101, China） Abstract: Because of the proportion incr

3、ease of longitudinal crack waster, the formation mechanism of surface longitudinal crack is analyzed. Combining the production practice of No.1 steelmaking plant of Jigang, the main influence factors producing surface longitudinal crack are selecting improper mould power, the wrong work of the equip

4、ment, the wrong submerging depth of the nozzle and microalloy characteristic. Therefore, a series of improving measures such as optimizing choice of the mould powder and the secondary cooling condition and so on are adopted. Then the proportion of crack free slab increased from 50% to 92% and the pr

5、oportion of unqualified production due to crack and scar after rolling decreased from 56% to 31%.Key words: continuously casting slab; surface longitudinal crack; formation mechanism; anti-methods 鑄坯的表面縱裂紋是鑄坯的主要缺陷之一。濟南鋼鐵股份有限公司第一煉鋼廠（簡稱濟鋼第一煉鋼廠）鑄坯的表面縱裂紋缺陷占了鑄坯整個表面缺陷的95以上，并且該裂紋長度多數在100500mm之間，深度在13mm不等。隨

6、著濟鋼第一煉鋼廠精煉爐的投產，高端產品的開發越來越多，對鑄坯質量的要求也越來越高，而后道軋制工序中與鑄坯表面縱裂紋相關的裂紋、結疤軋制退廢占整A個軋制退廢量的50以上。因此，解決連鑄板坯表面縱裂紋的問題十分必要。由于影響鑄坯表面縱裂紋的因素眾多，既有鋼水成分、設備條件和工藝參數等的影響，也有操作、原材物料以及冷卻介質的影響，鑄坯表面縱裂紋的產生和預防是一個系統問題，需要進行系統的分析和研究。1 鑄機概況濟鋼第一煉鋼廠大板坯鑄機設備參數如下：機型：R5.7/6.8/8.5/12/17/331500，超低頭板坯連鑄機；鑄坯斷面：200mm×1400mm；中間包正常容量：12t；結晶器長度

7、：784mm；冶金長度：17m；支撐導向段：QC臺（含制導段S/G段）；扇形段：Seg17；最大拉速：1.2m/min。2 縱裂紋的形成機理和影響因素2.1 鑄坯裂紋的形成機理1連鑄坯裂紋的形成是一個非常復雜的過程，是傳熱、傳質和應力相互作用的結果。帶液芯的高溫鑄坯在連鑄機運行過程中，各種力作用于高溫坯殼上產生變形，超過了鋼的允許強度和應變是產生裂紋的外因，鋼對裂紋的敏感性是產生裂紋的內因，而連鑄機設備和工藝因素是產生裂紋的條件。高溫帶液芯鑄坯在連鑄機內運行過程中是否產生裂紋，主要決定于：（1）外力作用；（2）鋼的高溫性能；（3）工藝性能；（4）設備性能。 外力作用  坯殼在鑄機內所

8、受的外力有：結晶器坯殼與銅板摩擦力、鋼水靜壓力產生鼓肚、噴水冷卻不均勻產生熱應力、鑄坯彎曲或矯直力、支承輥不對中產生的機械力、相變應力等。當這些力作用在高溫鑄坯表面或凝固前沿產生的應力或應變量超過鋼的臨界應力或應變值時就產生裂紋，然后在二冷區裂紋進一步擴展。據有關資料介紹2，固液界面臨界應力為13Pa，臨界應變為0.2%0.5；而凝固坯殼應變為1.3%時鑄坯會產生裂紋。 鋼的高溫性能  鋼可分為三個延性區3：區凝固脆性區（Tm1350）、區高溫塑性區（13001000）、區低溫脆化區（900700），其中區使鑄坯產生內裂紋，區使鑄坯產生表面裂紋。因此，為了減少鑄坯的縱裂紋，就鋼的高溫

9、性能特點來說，應該從第三低溫脆化區來下功夫，盡可能從工藝成分、保護澆注（防止吸氮）、二次冷卻上進行合理調整來減少鑄坯縱裂紋的產生。Nb、V、Ti作為微合金化元素，在軋制過程中，采用控冷、控軋工藝，析出碳、氮化物，對鋼有細晶強化、相變強化、沉淀強化的作用，使機械性能得到提高。但沉淀作用也會產生一些人們所不希望的影響，這主要表現在奧氏體溫度區間冷卻不合理會引起Nb、V、Ti的碳化物或氮化物沿奧氏體晶界沉淀，在慢速變形情況下就會使晶界處結合力減弱，導致連鑄坯產生裂紋。    Nb、V、Ti碳、氮化合物在鋼中難固溶的順序依次是:TiN、Nb（CN）、AlN、TiC、VN、

10、VC。在奧氏體中，Nb、V、Ti的碳化物比氮化物易固溶，氮化物比碳化物易析出，因此，通過析出物的固溶再析出可以改善延性。Nb、V、Ti微合金元素對鋼的延塑性影響中，Nb的影響最大，其次是Al和Ti，而V幾乎沒有影響。對Nb鋼來說，隨著Nb含量的增加，特別是800900延展性明顯下降。這也是單Nb微合金化鋼種易產生裂紋的原因。工藝性能  包括低過熱度澆注、雜質元素含量（S、Mn/S、P、Cu、Sn、Zn）、合適的二冷水量和鑄坯表面溫度分布、坯殼與結晶器銅板良好的潤滑性、結晶器液面的穩定性、結晶器內坯殼均勻生長，微合金元素的選擇和含量設計等。設備性能  結晶器錐度、結晶器的振動

11、（振動頻率，振幅，負滑脫時間）、氣水噴霧冷卻、對弧準確防止坯殼變形、在線檢測支承輥開口度、支承輥變形、多點矯直或連續矯直、多節輥、壓縮澆注等。2.2 表面縱裂紋的主要影響因素結合濟鋼第一煉鋼廠大板坯鑄機工藝設備的實際情況，通過分析，認為影響板坯表面縱裂紋的主要因素有：（1）保護渣理化指標不合理；（2）結晶器水量過大，冷卻強度太高，個別結晶器使用壽命較高，鍍層磨損、剝落；（3）結晶器內浸入式水口附近鋼水翻騰嚴重，浸入式水口側孔變形嚴重；（4）二冷噴嘴堵塞情況嚴重，冷卻不均勻；（5）鋼種含Nb、V、Ti微合金化元素，裂紋敏感性較強；（6）保護澆注不規范，鋼水二次氧化和吸氮。3 改進措施3.1 選擇

12、優化保護渣出口坯使用粘度和半球溫度相對較高的A渣和B渣。由于保護渣粘度和半球溫度相對較高，加之出口坯拉速穩定在中低拉速，結晶器內液渣下渣均勻，半球溫度較高，保護渣的結晶溫度也較高，液渣膜相對較厚，固體渣膜較薄，結晶器傳熱緩慢，冷卻較弱，鑄坯生長均勻，鑄坯質量較好；同時A渣也使用在LF處理的鋁含量較高的鋼種；B渣在A36、43A、普碳鋼上的使用效果較好，鑄坯涼料一次裂紋合格率在8594之間；45鋼使用45渣，由于45鋼液相線溫度較低，在14841497，結晶器彎月面熱量較少，碳含量高，鋼水凝固收縮小，因此其保護渣半球溫度和粘度在濟鋼第一煉鋼廠使用的保護渣中是最低的，鑄坯裂紋一次合格率接近100；

13、J2渣粘度和半球溫度較之A渣和B渣相對較低、較之45渣又高，用于Q345系列及成分相近的鋼種上表現較好，鑄坯一次合格率在90左右。3.2 嚴把設備運行質量關加強對結晶器、QC臺及各扇形段整備和現場維護質量的驗收把關。對在線的結晶器，有存在過燒、鍍層脫落、龜裂或凹坑等缺陷的，不再上線使用，返修重鍍；嚴格控制鑄機結晶器、制導段和扇形段的對弧精度在±0.15mm、開口度精度在±0.20mm以內；對結晶器、QC臺、扇形段根據鑄坯質量、設備運行和使用壽命情況定期更換。為防止水壓過高對結晶器銅板造成水縫之間竄水的現象，通過水網改造，將結晶器進水壓力嚴格控制在（0.8±0.05

14、）MPa范圍，同時降低結晶器水的冷卻強度，將原寬面冷卻水由180m3/h降低到170m3/h，從而降低結晶器內的冷卻強度，促進結晶器內初生坯殼的均勻生長。為了穩定結晶器進水溫度對結晶器冷卻強度的影響，對結晶器的總管進水溫度進行控制，將其穩定在20以上，從而減緩結晶器的冷卻，減少初生坯殼在結晶器內形成裂紋。3.3 優化成分設計，穩定工藝操作對于微合金鋼，在成分設計上，一般含Nb、V、Ti鋼Nb、Ti含量成分控制在0.015%0.03%，V可適當放寬范圍。對原來單獨加入Nb的嘗試復合加入Nb-Ti合金。并且進一步規范現場的保護澆注，對不適應現操作的保護套管重新設計，并且由原來的中包摘保護套管取樣改

15、為不摘保護套管升大包取樣，從而防止鋼水的吸氮，防止鑄坯中氮化物的集中析出。為了適應鋼種微合金化的需要，適當降低了結晶器水環水、支導段的水量，加強連鑄機二冷水噴嘴檢查，保證二冷水汽水壓力的平衡，增加二次冷卻的均勻性，從而減少鑄坯表面縱裂紋在二冷區的擴展。并重新制定了鑄機溫度、拉速控制操作規程，進一步規范現場的各種操作，穩定鑄機的拉速和溫度。中包溫度要求嚴格控制在15301540、拉速嚴格控制在0.91.0m/min的范圍內。水口傾角為向下18°，為了提高結晶器內彎月面處的熱量，延遲和減薄彎月面處坯殼的形成，增加鑄坯坯殼在結晶器內冷卻和收縮的均勻性，從而減少裂紋的形成。將水口插入深度從原

16、要求的鋼液面距分流孔上口150170mm調整到現在的140160mm。水口壽命嚴格控制在79爐之間，并且根據鑄坯質量、水口周圍鋼水的翻騰情況及時調整水口位置，必要時更換水口。3.4 堆垛緩冷工藝的運用由于濟鋼第一煉鋼廠Nb微合金化鋼比較多，而該類鋼種的裂紋傾向大，并且容易在二冷區域和精整區域的打水冷卻過程中擴展。因此，為了防止這樣的裂紋擴展，要求所有的涼料鑄坯堆垛緩冷24h以上方可鋪開精整，并且嚴禁打水冷卻。4 改進效果4.1 表面縱裂紋一次合格率提高經過近兩個月時間，采取一系列改進措施后，濟鋼第一煉鋼廠鑄坯的表面縱裂紋一次合格率有了大幅度的提高。2006年1-8月份，精整區域鑄坯的縱裂紋一次

17、合格率統計情況見圖1。圖1  精整區域鑄坯表面縱裂紋一次合格率從圖1可以看出，隨著各種減少鑄坯表面縱裂紋的措施的實施，鑄坯的一次裂紋合格率由最初1月份的50提高到8月份的92。4.2 軋制退廢中裂紋影響缺陷所占的比例減少隨著各種改進措施的實施，后道軋制工序受鑄坯表面縱裂紋影響的裂紋、結疤冶煉退廢量逐月減少。具體數據統計情況見表1。表1  2006年18月中板軋制退廢及裂紋、結疤在退廢中所占的比例月份裂紋/t結疤/t合計/t裂紋與結疤/t占退廢比/%1102.991141.91434.494244.90156.02101.196107.031366.385208.22757.0319.47996.567248.192116.04647.044.77385.668287.73790.44131.05309.771117.068753.212426.83956.062