方坯角部裂纹的原因分析及控制

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1、冶金之家网站方坯角部裂纹的原因分析及控制窦楠（安阳钢铁股份有限公司，河南安阳455004）摘要：结合生产实践，分析了方坯角部裂纹产生的原因，通过调整钢水成分、优化工艺设备、改进操作方法控制角部裂纹的发生，铸坯质量得到有效改善。关键词：角部裂纹；原因分析；控制安阳钢铁股份有限公司（以下简称安钢）第二炼钢厂1号方坯连铸机经多年的开发与改进，技术比较成熟，工艺比较稳定，但是在目前高拉速、快节奏的生产情况下，方坯角部裂纹影响了铸坯的质量，并且由角部裂纹致使的漏钢、拉断等事故成为制约铸机顺行的主要因素。因

2、此，控制铸坯角部裂纹成为提高铸坯质量和保证铸机高效运行的关键。1工艺概况1号方坯连铸机的主要工艺参数：铸坯断面为120mm×120mm；铸机半径为5250mm；铸机流数为四机四流；工作拉速为2.8~4.5m/min。2角部裂纹原因分析因为方坯的角部是二维传热，凝固速度较其他部位较快，气隙过早形成，热阻增加，坯壳在结晶器中运行过程中生长变慢，故坯壳较其他部位薄，所以方坯裂纹多产生于角部或靠近角部，主要有横裂纹和纵裂纹，统称为角部裂纹［1］。2.1钢水成分的影响1）当钢中w（C）在0.09%~0.1

3、5%时连铸坯的裂纹最为敏感，普碳钢的w（C）为0.10%~0.12%，恰好在此区间，当包晶反应发生时相变产生的收缩比其他含碳量区间更为严重，所以坯壳与铜壁过早脱离形成气隙，导出热流减小，坯壳变薄。凝固收缩和钢水静压力不均衡使薄的坯壳表面粗糙折皱，严重时形成凹陷，凹陷部位冷却较慢，组织粗化，在热应力和钢水鼓胀力作用下，在凹陷处造成应力集中而产生裂纹。2）根据1号方坯角部裂纹的数据分析，见图1，发现钢水含硫量越高，裂纹的机率越大。当m（Mn）/m（S）≤20时，裂纹的发生率明显增加，当m（Mn）/m

4、（S）增加到40以上时，裂纹的发生率会明显下降。2.2工艺设备的影响1）结晶器铜管不适。结晶器铜管锥度不适，铜管锥度应符合铸坯凝固收缩规律，单一锥度不能达到吻合收缩曲线的要求。在铜管使用后期，内壁下部磨损严重，锥度变小，产生的气隙增大，热阻增加，加剧坯壳凝固的不均匀程度，增大裂纹的危险。铜管圆角半径过大，角部冷却强度减弱，坯壳减薄；而圆角半径过小，角部冷却强度增大，坯壳变厚，使角部受到的摩擦阻力增大，易拉裂坯壳。结晶器铜管的材料应具有良好的抗热变形能力，铜管产生变形不仅使拉坯阻力增加，而且使冷却

5、水分布不均造成局部强冷产生凹陷，成为裂纹的发源地。冶金之家网站2）结晶器冷却水不均。冷却水量分布应均衡适中，若水量过大，使铸坯在结晶器内强冷，过早形成过大的气隙，坯壳薄，生长变慢；若冷却不均，使坯壳厚度不均，严重时局部收缩致使裂纹。目前1号连铸机结晶器铜管与水套之间的水缝为4mm，装配不合理、水缝调整误差及水套变形等均会引起水缝内冷却水流速差异大，导出热流不均匀。3）结晶器振动偏移。结晶器振动装置为悬臂式，易受载荷的影响产生偏振。杂物卡入振动台间隙，振动台变形，台面或结晶器腰板底面粘附杂物均可造

6、成振动轨迹发生偏移，导致拉坯阻力增加，坯壳在结晶器内无法实现正常的脱模而被拉裂。4）二次冷却不均。二冷喷嘴离铸坯距离较近，只有110mm，在喷射角度内喷射面积无法完全覆盖铸坯表面，喷射不到角部区域，造成角部冷却强度不足，易形成角部纵裂；喷嘴堵塞严重，喷淋管变形或安装不对中等，造成二次冷却不均匀，致坯壳收缩不均引发裂纹。2.3操作因素的影响1）作生产准备时中间包对中不正使钢水注流偏斜过大，一方面对结晶器内的初生坯壳冲刷严重，被冲刷处坯壳较薄，强度减小，在热应力的作用下产生纵裂，另一方面，注流浇到结

7、晶器上形成挂钢，被挂钢水所形成的坯壳被拉裂，新的钢水在此经过冷却，由于时间较短，形成的坯壳过薄，强度较低而产生横裂。2）起步操作时启动振动和拉桥的时间过早。起步时间过早钢水在结晶器的停留时间缩短，生成的坯壳较薄，易造成裂纹。3）拉钢时操作不当造成结晶器液面波动过大，使初生坯壳厚度不均而增加裂纹的危险；结晶器的润滑不均匀，坯壳所受应力不均，产生横裂纹的几率增加。3控制措施3.1控制钢水成分1）为减少裂纹，提高铸坯质量，在炼钢工序中应严格控制钢种碳含量，把成品w（C）提高到0.12%~0.18%的范

8、围，避开裂纹敏感区。2）增加脱S能力，降低液钢的含S量；因Mn能固定S，降低S沿晶界的扩散，增加了晶界的强度，使连铸坯的高温强度增加，所以保持一定的m（Mn）/m（S）值，可以有效控制裂纹。3.2优化工艺设备1）优化结晶器铜管。优化结晶器铜管的倒锥度，采用新的锥度设计理念，由单锥度改为连续抛物线锥度，更加接近坯壳凝固收缩曲线，同时为适应锥度曲线将铜管加长至850mm，大大改善了结晶器冷却效果，使坯壳凝固时间合理延长。结晶器铜管壁厚由10mm增厚至12mm，一方面可使其强度提高8%左右，增强了抵抗