连铸方坯中心裂纹成因分析及控制方法

一钢厂4#连铸机中心裂纹的研究攻关

摘要：对一钢厂4#连铸机方坯中心裂纹的成因进行了研究，分析了钢水过热度、二次冷却强度、拉速等对铸坯中心裂纹的影响，根据分析所得的结论，采取了合理的工艺措施并进行了适当的技术改造，使中心裂纹发生率降低到0.5%以下。

关镇词：连铸机方坯中心裂纹

1.前言

韶钢一炼钢厂4#连铸机投产于1997年，该机为R6m,3机3流全弧形连铸机铸坯断面为160 mmX 160 mm,结晶器长850 mm，二冷段采用单管式表面喷淋冷却方式，火焰切割，中间包采用塞棒控制或采用长寿包定径水口浇铸。敞开式浇注，生产钢种主要为Q235、Q215、HRB335.

该连铸机投产以来生产的160 mm ×160 mm铸坯一直存在的中心裂纹缺陷。随着韶钢的发展，高线厂将替代三轧四轧制，高线在轧制时出现冲钢事故，严重影响生产的顺行。为此对我厂生产的铸坯提出了较高的的质量要求。2008年由于中心裂纹挑废的占坯产量的5%。，严重影响了一钢厂企业形象和经济效益。为解决这一问题，一炼钢厂于2008.11月成立了攻关组。目标是要把挑废率降到0.5%。我们结合了当前的生产形式和现场实际进行了公关，并取得了预期效果。2. 中心裂纹的形态及对轧制产品的影响

2.1中心裂纹的形态

﹙图-1 ﹚

4#连铸机铸坯中心裂纹在断面上是呈不连续的岛状（点状）分布（如图-1），有时有两到三个点。点之间的连线往往是线状的肉眼可见的中心线裂纹，严重时则沿整个铸坯长度方向连续分布并贯通，并伴随着中心偏析疏松。单个点直径在5—15mm之间，裂纹长20^50mm 在铸坯处于发红状态时中心裂纹不易察觉，铸坯冷却至室温时则清晰可辨，给在线控制带来很大困难。

2. 2对轧制产品的影响

线材厂对中心裂纹铸坯进行的轧制表明，轧制过程轧成品裂纹不能焊合，经常出现断裂冲钢。

3.中心裂纹形成机理及原因分析

3.1 形成机理

通过查阅大量的专业书籍和现场跟踪生产总结，认为4号机方坯中心裂纹形成的机理是多种因素综合作用的结果，从钢的高温变形理论，结合钢的高温力学性能.中心裂纹形成的机理主要有以下几个方面。

3.1.1搭桥形成由于凝固坯壳的不均匀形成。在凝固末期.凝固前沿搭桥，将钢液封住，上部钢液无法填充，这样被封住的钢液继续凝固时就会形成缩孔，这种缩孔在断面上有时呈现出中心裂纹形态。3.1.2 铸坯在二冷段纵向冷却不合理前期二冷水过大，造成铸坯表面

冷却速度过高，后期冷却水量相对过小，造成表面温度回升大。这样，由于热应力的作用，使铸坯中心部位撕开，形成中心裂纹。对于浇注温度偏高，柱状晶发达的铸坯，它将进一步促进中心裂纹的形成。试验研究表明:铸坯表面冷却速度应控制在200 ℃/m内，温度回升不超过100 ℃/m，否则，形成内裂的几率大幅度增加.从一钢厂的生产情况看，上述2种情况均存在。

3. 2 裂纹形成原因分析

4#连铸机铸坯中心裂纹形成的原因主要有：

3.2.1 钢水过热度高我厂是一个老厂，转炉设备落后，一次命中率低后吹严重，造成出钢钢水温度温度波动很大，往往偏高。据统计，跟踪期间平均过热度达4 7℃，高于50℃的炉占43%，高于30℃的炉占87%。大大高于连铸正常生产要求的控制范围(30C以内)。

钢水过热度高，使铸坯的柱状晶粗大、发达，加剧了晶间裂纹产生，同时减小了结晶器出口处坯壳厚度，造成拉漏增加，液相线延长。有研究证明过热度每提高10℃，坯壳厚度减小2mm，因而高温钢在连铸生产中极有害。

3.2.2拉速偏高，且波动大一炼钢厂为实现全方坯生产的组织模式，要达到炉机匹配，实际生产过程4#机拉速一般控制在 1.8-2. 2m/min内，其结果是造成有时带液心矫直。

3.2.3二次冷却不合理 4#连铸机原来是按连铸合金钢来设计二冷段的，其冷却情况不适应于连铸普碳钢高拉速的需要，主要表现在:二冷段采用的喷嘴雾化程度差，造成铸坯中心冷却弱，角部冷却过强，

四面冷却不均匀，应力增大，且易形成搭桥;且各段水量分配不合理，足辊、I段、II段的水量分配比例为30%, 50%, 20%，足辊水量偏小，造成铸坯在足辊段不能获得强冷，而I段冷却过强，致使该区段内铸坯温降过大，II段冷却过弱，使铸坯在段产生较大“回温”，增大凝固前沿的热应力，产生中心裂纹。

3.2.4 据研究指出：方坯普碳钢ω(S)≤0.035%，同时ω(Mn)/ω(S)＞15，才能避免铸坯出现裂纹。众所周知硫会造成钢的“热脆”性，而Mn能有效地防止钢热加工过程的“热脆”。我们厂钢中的硫含量一直很高，并且Mn/ S在1—2之间。

3.2.5操作工操作不规范的现象比较普遍主要是拉速控制不稳定，不能较好地根据钢水温度、拉速、铸坯温度状况调节水量。设备维护不理想，未能及时检查更换堵塞的喷嘴，主体设备校弧较差等。

4 .采取的措施及效果

针对4#连铸机连铸坯产生中心裂纹的原因，攻关组决定采取了如下措施，取得了明显效果。

4.1降低浇注温度，保持合理的过热度

对炼钢工序采取刚包降温措施，加强高温钢的考核，务必到连铸平台的钢水温度保证在1560℃—1630℃之间。中间包钢水温度控制在1530以下。在不死流的前提下越低越好。

4.2 提高操作水平，保证设备完好率

(1)及时发现和更换堵塞的喷嘴。

(2)针对塞棒包和长寿包控制的特点，对主要浇钢工加强培训，以稳

定操作。

(3)加强对周检的验收考核，保证检修质量，在这方面重点抓了校弧工作。

4.3完善二次冷却工艺

研究成果已证明了Q235实施强冷就极易产生中心裂纹（包钢院的研究人员就有这方面的成果论文）。我们到冷水江钢厂出差时也了解到他们对Q235也是采取弱冷。基于铸坯前后的情况变化和理论依据确定调整二冷水为主攻方向，我们。Q215现行配水表与我们06年适应性改造后使用的配水表比水量差别不大，只是在各段分配比例上有略微的调整。Q235配水表属强冷的配水表有9个，属弱冷的配水表有3个，强冷的配水表的比水量一般为1.9~2.1L/Kg，弱冷配水表的比水量为 1.72~1.75L/Kg，现行的配水表是弱冷，比水量为1.73L/Kg，使用看来情况较好，特别是在工艺控制稳定时（中包温度控制在1530℃以下）基本上没有锈点（即没有内裂和严重偏析）出现，说明新使用的Q235配水表（二冷制度）是较适合Q235这种钢的凝固特性的。

4.4 中间包钢水液面和拉速的控制

现在4#机基本上都是使用长寿包，中间包液面的稳定控制显得尤为重要。我们对长寿包液面控制的要求是＞500mm，其意义在于：首先，中间包液面的稳定是拉速稳定的基础；其次是＞500mm的满足操作，有利于钢水温度成分的进一步均匀，再就是有利于夹杂物的上浮；为什么拉速波动问题提出要求呢？因为我们现行的二冷配水模型是一个静态的而非动态控制的模型，大转炉的是动态控制模型，在拉

速波动频繁、波动大的情况下，会造成铸坯各段的冷却不均匀的现象，而冷却不均匀对铸坯内部的晶体形成会产生不良影响，会加大铸坯内部的热应力及其作用分部的不均匀，不平衡性，从而易导致铸坯产生内裂、偏析和疏松等内部质量问题，因此，要求台上拉速控制要稳定，尽可能少的波动，避免大幅度波动。

4.5 对炉前成分的要求

钢中ω[Mn]/ω[S]比对钢的热塑性影响很大，从低碳钢高温下的拉伸实验结果可以发现提高ω[Mn]/ω[S]比可以提高钢的延展性，一般ω[Mn]/ω[S]≥7时不产生热脆。因此要求将ω[Mn]/ω[S]之比大于2作为一个指标进行控制，且尽可能的把硫控制在0.03%以下。还要做好吹氩搅拌操作和大包温度的合理控制。

4.6 对结晶器水流量进行进一步的调整，以控制其流速，实现结晶器弱冷。根据理论C含量低于0.2%的钢种在结晶器冷却过程坯壳凝固收缩快，宜采用结晶器弱冷；相反C含量高于0.2%的钢种在结晶器冷却过程坯壳凝固收缩慢，宜采用结晶器强冷。对于我们的Q235钢种如果结晶器冷却过强，坯壳凝固收缩快会导致坯壳过早的脱离结晶器铜板，反而削弱了结晶器冷却。通过一段时间的摸索总结，把结晶器水压减小到0.6Mpa。

4.7 效果

通过近一年的运行，4号连铸机连铸坯中心裂纹的控制取得了明显的成效。挑废率达到了我们原定的目标，特别是从6月份以来，由于我们在一些细节上的优化，现在的挑废率达到了0.2%。

5.结语

通过对4号连铸机连铸坯中心裂纹问题的攻关，我认为控制好以下几点极为重要。

(1)控制好二次冷却强度的均匀性，实现各冷却段水量分配的优化，结晶器采用弱冷。

(2)提高钢水质量，确保合理的过热度。

(3)稳定操作，协调好温度、拉速和水量的匹配关系。保证设备状况的完好性。

总之，通过以上的措施的逐步实施，虽然也走了不少弯路，但最终还是取得了很好的成绩，为我厂创造了较大的经济效益。