连铸坯生产中内部裂纹产生原因及防范措施的概述

摘要：实践表明，连铸坯在生产过程中，因钢水质量、工艺问题及操作水平等因素的影响，或多或少都会不可避免地产生内部裂纹。若这种裂纹是由于轧制工艺方法及其他原因导致的，可能无法进行焊接，进而在工厂后续的轧制过程中无法保持产品的质量，严重的话会造成严重事故。本文概述了在浇铸过程中，钢水过热度对连铸坯裂纹呈现有影响，S、Mn、P 等化学成分对连铸坯裂纹呈现也有影响；同时，详细概括了拉速对裂纹生成和铸坯的均匀生长有影响，保护渣对裂纹生成和铸坯的均匀生长有影响，钢水液面波动大小对裂纹生成和铸坯的均匀生长有影响，二次冷却的比水量对裂纹生成和铸坯的均匀生长有影响。对在实践中生产的连铸坯内部裂纹出现的原因进行总结，然后提出相应的措施来防止其出现。这样做可以避免连铸坯的内部质量问题，并且对类似的冶炼生产具有一定的指导意义。

关键词：连铸坯;裂纹;结晶器;工艺

引 言

炼钢过程中，必须提升钢水的纯净度，降低钢中的 S、P 成分，这样能为连铸生产创造良好条件。然而，连铸生产的铸坯因一些工艺问题会产生各种缺陷，在这些各式各样的缺陷中，钢中的裂纹是较为严重的缺陷之一，大约占各类缺陷的一半左右。这种裂纹会留存于后续的轧制工艺以及后续的产品里，进而在很大程度上对实际作业的工作效率产生影响。加强工艺技术的监督，并且加强操作本身的技术规范，就能够避免许多铸坯裂纹和夹杂的出现。

简述连铸坯的裂纹的种类

第一个是板坯中心裂纹

铸坯中心液相穴在凝固点周边会收缩，这是由铸坯分层或鼓肚所导致的，并且它还会表现为中心偏析线。中心裂纹出现在板坯断面的中心部位，与宽面保持平行，在断面上能够看到呈现开口状的这种缺陷。钢水的质量、热度过高、拉速快慢、温度不满足以及辊缝开口度扩大等因素，都对中心裂纹有影响。

第二个是板坯中间裂纹

板坯表面温度反复回温、辊缝开口度、棍子的对弧精度以及弯曲连续矫直等因素，会在凝固界面上产生拉伸应力，从而导致内部裂纹产生。这些裂纹会往柱状晶薄弱处不断扩展延伸，直至达到坯壳高强度所能承受的抵抗应力为止。中间裂纹垂直于拉坯方向，且大多数散布在铸坯形状畸变很大的地方。拉速变化、辊缝对弧精度和压下量等都会影响连铸坯中间裂纹。

第三个是板坯角部裂纹

角部四周存在短小的内部裂纹。二冷的冷却强度会对连铸坯角部裂纹产生影响。

第四个是板坯三角区裂纹

在铸坯的横向断面上，通过打磨和低倍检验可以看到其组织结构。柱状晶会分别朝着垂直宽面表面和窄面表面的方向向内发展。当柱状晶出现“搭桥”的情况时，交界线和窄面边棱会将窄面柱状晶区形成一个三角形区域。在这个区域内生长出来的裂纹被称作三角区裂纹。

Q235 系列钢种的液相线温度为 1515°C。连铸机浇铸时，温度和 S 的含量在不同炉之间波动较大。当 S 的含量处于 0.16% - 0.20%时，中包温度会高达 1560°C 以上。此时必须降速拉钢。S 的含量高低对裂纹产生有着直接影响，是影响裂纹最重要的因素之一，也是影响三角区裂纹最重要的原因。降低中包的过热度，并且将中包温度尽量控制在 1545°C 以下，这是消除三角区裂纹的方法之一。二冷不均匀是产生三角区裂纹的重要原因之一，窄面遭遇强冷，坯面冷却不良，当铸坯反复回温的温度过高时，就会导致三角区裂纹。具有优良的二次冷却效果，能够减少三角区裂纹的产生。铸机扇形段需要进行维护，铸机的对弧要保持精确，辊缝开口度参数的精确度也必须严格把控，这样有利于消除三角区裂纹。

连铸坯裂纹原因分析

·裂纹形成机理

·钢种成分

C 在 0.08%-0.17%的包晶钢中，因其线收缩较大，坯壳与结晶器的器壁容易形成气隙。气隙会阻断传热，气隙过早形成会导致坯壳生长不均匀，从而在坯壳的薄弱处形成裂纹。

·拉速和过热度

拉速的快慢对坯壳厚度的生长有决定作用。拉速较慢时，在结晶器的中上部长出了一定厚度的坯壳，然而在结晶器的中下部较早地形成了气隙，这就导致传热不均匀，进而造成坯壳生长不均匀，薄弱的位置容易出现裂纹。拉速较快时，形成的坯壳比较薄，在钢水静压力的作用下容易引发裂纹产生。钢水过热度过高时，高温流动的钢水会侵蚀坯壳厚度，从而导致初生坯壳变薄，热应力增大，容易产生裂纹；钢水过热度过低时，保护渣熔融情况不佳，会使坯壳得不到均匀的润滑效果。

·内部裂纹产生原因分析

·二冷制度对内部裂纹产生的影响

铸坯进入扇形段之后，二冷制度需满足冶金准则的要求。因此，连铸机二次冷却区各段的比水量分配要与冶金标准相契合，要缩小或避免因拉速而导致的内裂纹缺陷。

· 拉速对内部裂纹的影响

铸坯拉速对连铸生产中坯子的表面温度影响较大。需遵循“高温慢拉，低温快拉”的浇铸原则。针对内裂炉次进行分析总结，多数内裂缺陷出现在拉速波动较多的炉次，并且铸坯时常伴有中心缩孔和中心疏松。拉速过高以及二次冷却水量不足，会致使液芯长度过长。液芯长度过长就会超出铸机的冶金长度。当拉出水平段后，由于钢水的静压力，就会造成大面积严重鼓肚。所以，拉速是否稳定是导致铸坯内裂多少的一个重要原因。

·连铸坯的低倍组织影响

铸坯彻底凝固之后，用切割机从铸坯上取下一块横截面样。这块样经打磨酸洗后，用肉眼能看到的结构就是连铸坯的低倍组织。铸坯的低倍组织，对钢的加工性能以及机械性能都有着很大的影响。并且，柱状晶和等轴晶对这两种性能的影响是不同的。除了某些有特殊用途的钢需要柱状晶组织之外，绝大部分钢都希望能够得到等轴晶带较大的铸坯组织。铸坯的低倍组织会对钢的质量产生影响，有可能导致连铸坯出现裂纹。

连铸坯裂纹改进措施

·更加合理的工艺控制参数

包晶钢成分控制需尽量避开含碳量处于 0.16%至 0.19%的裂纹敏感区；若无法避开，铝含量需控制在 0.030%以下。当含硫量在 0.020%至 0.040%之间且含铝量≥0.020%时，高硫高铝钢的裂纹倾向会明显增加。在工艺条件无法得到明显改善的情况下，要对连铸坯进行酸洗检验，必要时进行工艺修磨。通过在实践中进行数据和数学分析，明确了不同钢种合理的拉速与过热度，以及浸入式水口插入深度和结构之间的合理匹配参数。

·内部裂纹对策

裂纹与铸坯的不均匀传热和不均匀凝固相关。这种不均匀传热和不均匀凝固主要与钢种成分有关，也与过热度和拉速有关，还与水口插入深度和结构有关，同时也与保护渣性能有关。

·工艺操作要求

保证了铸机设备精度满足生产质量要求。最后 S 要大于等于 0.025%，当生产出铸坯后，需要通知质检站去取酸洗样以及低倍样。

·保护渣操作要求

我公司需严格执行钢种的操作要点，要选择与钢种、拉速相匹配的保护渣。保护渣加入结晶器时，必须遵循“少、勤、匀”这三个字的原则，不能一次性大量加渣，也不能等到渣面泛红才加渣。正常生产时，一炉钢在浇铸的前期、中期和后期需注意检查保护渣的渣圈渣条情况。尤其要对结晶器内腔的四个角以及下水口的内外弧这共六个点进行检查。挑渣要遵循轻、慢、浅这三字原则。若发现有大的渣条，需先适当降低拉速，先把大渣块挑松，然后移出并铲除。挑渣棒不能插到钢水中，应尽量避免干扰和破坏液渣均匀流入，以防造成粘结或产生裂纹。

·其他应对措施

·在浇铸中发生铸坯角裂后

浇铸时若发生铸坯角裂，我们需检查并更换结晶器保护渣。铸坯拉速要与温度相匹配。当选择以上方法仍无法消除角裂时，必须停机检查结晶器倒锥度是否有异常变化，以及是否有漏水渗水等情况。若不然，就需更换结晶器。

·避免小方坯偏角裂漏钢

在生产过程中，要尽量避免小方坯偏角裂漏钢。为此，需要适当降低钢液中的 S 值，同时保持一定的 Mn/S 值。还要适当降低钢液的过热度。接着，结晶器水量应选用“弱冷”，在确保坯壳厚度的前提下，使铸坯坯壳均匀增厚，以缩小偏角裂并防止漏钢。并且要提高结晶器的倒锥度，这样角部纵裂能得到明显改善，减少漏钢的风险。二冷区的对弧精度是很重要的。其中，首段的对弧尤为重要。并且，要实现二冷区的均匀冷却，尤其要注重角部的冷却。

·防止铸坯产生表面纵裂

表面纵裂发生原因关键是初生坯壳弯月面的均匀性。5. 要将钢水的化学成分控制在合适的范围，对于化学成分我公司要定期进行测验，不能因觉得麻烦而马虎对待。

·提高铸坯的表面和内部质量

在工艺方面，钢水的成分合格且稳定，质量合格且稳定，温度合格且稳定，纯净度好且可浇性高；通过自动控制使液面稳定，从而减少夹渣的可能性；加强结晶器的安装质量，以确保冷却均匀；选用具有优良性能的保护渣；水口具有适宜的出口倾角和插入深度；采用合理的二冷制度，运用动态配水和气雾冷却；采用中间包冶金技术，如冲击桶、透气砖、挡墙等，使钢中的夹杂物上浮，提高钢水的纯净度；采用钢包或炉外精炼技术；全程实施保护浇注工艺；采用钢包下渣检测技术。

设备方面，采用抛弧线多锥度的结晶器，同时也采用镀层结晶器；采用低幅且高频（可在线调节）、液压式的非正弦结晶器振动方式；采用多点弯曲以及多点矫直的技术；能够保证辊缝处于对中状态；运用电磁搅拌技术；采用动态轻压下技术。

结 语

铸坯裂纹缺陷一直是冶金行业质量控制的重要方面。我公司进行试验设计，对样品进行检验，并结合大数据分析以及生产实际和钢种特点，有效地改善了连铸坯和钢材表面的裂纹缺陷。工艺参数不断优化，连铸坯表面酸洗裂纹从改进前的 43%降低到了目前的 18%，易裂钢种钢材的 ET 探伤合格率从改进前的 72%降低到了目前的 94%。

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