降低连铸板坯表面纵裂纹的生产实践.doc

山东冶金2006年第6期 降低连铸板坯表面纵裂纹的生产实践董金武，刘洪波，高龙永，张松龄 （济南钢铁股份有限公司 第一炼钢厂，山东 济南250101）摘要：针对纵裂纹废品比例增加的情况，分析了表面纵裂纹的形成机理，结合济钢第一炼钢厂的实际生产情况，认为产生表面纵裂纹的主要影响因素是保护渣选择不当、设备运行质量不稳、水口插入深度不合理和钢种微合金化特点等，为此，采取了优化保护渣、调整水口插入深度和调整二次冷却条件等一系列的改进措施，铸坯的表面纵裂纹一次合格率由最初的50提高到92，轧制退废中的裂纹和结疤退废由改进前的56减少到了31。关键词：连铸板坯；表面纵裂纹；形成机理；解决措施中图分类号：TF777.1 文献标识码：B 文章编号：1004-4620（2006）06-0013-03 Production Practice of Decreasing the Surface Longitudinal Crack of Continuously Casting SlabDONG 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 increase 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 equipment, 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 proportion 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 铸坯的表面纵裂纹是铸坯的主要缺陷之一。济南钢铁股份有限公司第一炼钢厂（简称济钢第一炼钢厂）铸坯的表面纵裂纹缺陷占了铸坯整个表面缺陷的95以上，并且该裂纹长度多数在100500mm之间，深度在13mm不等。随着济钢第一炼钢厂精炼炉的投产，高端产品的开发越来越多，对铸坯质量的要求也越来越高，而后道轧制工序中与铸坯表面纵裂纹相关的裂纹、结疤轧制退废占整A个轧制退废量的50以上。因此，解决连铸板坯表面纵裂纹的问题十分必要。由于影响铸坯表面纵裂纹的因素众多，既有钢水成分、设备条件和工艺参数等的影响，也有操作、原材物料以及冷却介质的影响，铸坯表面纵裂纹的产生和预防是一个系统问题，需要进行系统的分析和研究。1铸机概况济钢第一炼钢厂大板坯铸机设备参数如下：机型：R5.7/6.8/8.5/12/17/331500，超低头板坯连铸机；铸坯断面：200mm1400mm；中间包正常容量：12t；结晶器长度：784mm；冶金长度：17m；支撑导向段：QC台（含制导段S/G段）；扇形段：Seg17；最大拉速：1.2m/min。2纵裂纹的形成机理和影响因素2.1 铸坯裂纹的形成机理1连铸坯裂纹的形成是一个非常复杂的过程，是传热、传质和应力相互作用的结果。带液芯的高温铸坯在连铸机运行过程中，各种力作用于高温坯壳上产生变形，超过了钢的允许强度和应变是产生裂纹的外因，钢对裂纹的敏感性是产生裂纹的内因，而连铸机设备和工艺因素是产生裂纹的条件。高温带液芯铸坯在连铸机内运行过程中是否产生裂纹，主要决定于：（1）外力作用；（2）钢的高温性能；（3）工艺性能；（4）设备性能。2.1.1 外力作用 坯壳在铸机内所受的外力有：结晶器坯壳与铜板摩擦力、钢水静压力产生鼓肚、喷水冷却不均匀产生热应力、铸坯弯曲或矫直力、支承辊不对中产生的机械力、相变应力等。当这些力作用在高温铸坯表面或凝固前沿产生的应力或应变量超过钢的临界应力或应变值时就产生裂纹，然后在二冷区裂纹进一步扩展。据有关资料介绍2，固液界面临界应力为13Pa，临界应变为0.2%0.5；而凝固坯壳应变为1.3%时铸坯会产生裂纹。2.1.2 钢的高温性能 钢可分为三个延性区3：区凝固脆性区（Tm1350）、区高温塑性区（13001000）、区低温脆化区（900700），其中区使铸坯产生内裂纹，区使铸坯产生表面裂纹。因此，为了减少铸坯的纵裂纹，就钢的高温性能特点来说，应该从第三低温脆化区来下功夫，尽可能从工艺成分、保护浇注（防止吸氮）、二次冷却上进行合理调整来减少铸坯纵裂纹的产生。Nb、V、Ti作为微合金化元素，在轧制过程中，采用控冷、控轧工艺，析出碳、氮化物，对钢有细晶强化、相变强化、沉淀强化的作用，使机械性能得到提高。但沉淀作用也会产生一些人们所不希望的影响，这主要表现在奥氏体温度区间冷却不合理会引起Nb、V、Ti的碳化物或氮化物沿奥氏体晶界沉淀，在慢速变形情况下就会使晶界处结合力减弱，导致连铸坯产生裂纹。 Nb、V、Ti碳、氮化合物在钢中难固溶的顺序依次是:TiN、Nb（CN）、AlN、TiC、VN、VC。在奥氏体中，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，通过析出物的固溶再析出可以改善延性。Nb、V、Ti微合金元素对钢的延塑性影响中，Nb的影响最大，其次是Al和Ti，而V几乎没有影响。对Nb钢来说，随着Nb含量的增加，特别是800900延展性明显下降。这也是单Nb微合金化钢种易产生裂纹的原因。2.1.3工艺性能 包括低过热度浇注、杂质元素含量（S、Mn/S、P、Cu、Sn、Zn）、合适的二冷水量和铸坯表面温度分布、坯壳与结晶器铜板良好的润滑性、结晶器液面的稳定性、结晶器内坯壳均匀生长，微合金元素的选择和含量设计等。2.1.4设备性能 结晶器锥度、结晶器的振动（振动频率，振幅，负滑脱时间）、气水喷雾冷却、对弧准确防止坯壳变形、在线检测支承辊开口度、支承辊变形、多点矫直或连续矫直、多节辊、压缩浇注等。2.2 表面纵裂纹的主要影响因素结合济钢第一炼钢厂大板坯铸机工艺设备的实际情况，通过分析，认为影响板坯表面纵裂纹的主要因素有：（1）保护渣理化指标不合理；（2）结晶器水量过大，冷却强度太高，个别结晶器使用寿命较高，镀层磨损、剥落；（3）结晶器内浸入式水口附近钢水翻腾严重，浸入式水口侧孔变形严重；（4）二冷喷嘴堵塞情况严重，冷却不均匀；（5）钢种含Nb、V、Ti微合金化元素，裂纹敏感性较强；（6）保护浇注不规范，钢水二次氧化和吸氮。3 改进措施3.1 选择优化保护渣出口坯使用粘度和半球温度相对较高的A渣和B渣。由于保护渣粘度和半球温度相对较高，加之出口坯拉速稳定在中低拉速，结晶器内液渣下渣均匀，半球温度较高，保护渣的结晶温度也较高，液渣膜相对较厚，固体渣膜较薄，结晶器传热缓慢，冷却较弱，铸坯生长均匀，铸坯质量较好；同时A渣也使用在LF处理的铝含量较高的钢种；B渣在A36、43A、普碳钢上的使用效果较好，铸坯凉料一次裂纹合格率在8594之间；45钢使用45渣，由于45钢液相线温度较低，在14841497，结晶器弯月面热量较少，碳含量高，钢水凝固收缩小，因此其保护渣半球温度和粘度在济钢第一炼钢厂使用的保护渣中是最低的，铸坯裂纹一次合格率接近100；J2渣粘度和半球温度较之A渣和B渣相对较低、较之45渣又高，用于Q345系列及成分相近的钢种上表现较好，铸坯一次合格率在90左右。3.2 严把设备运行质量关加强对结晶器、QC台及各扇形段整备和现场维护质量的验收把关。对在线的结晶器，有存在过烧、镀层脱落、龟裂或凹坑等缺陷的，不再上线使用，返修重镀；严格控制铸机结晶器、制导段和扇形段的对弧精度在0.15mm、开口度精度在0.20mm以内；对结晶器、QC台、扇形段根据铸坯质量、设备运行和使用寿命情况定期更换。为防止水压过高对结晶器铜板造成水缝之间窜水的现象，通过水网改造，将结晶器进水压力严格控制在（0.80.05）MPa范围，同时降低结晶器水的冷却强度，将原宽面冷却水由180m3/h降低到170m3/h，从而降低结晶器内的冷却强度，促进结晶器内初生坯壳的均匀生长。为了稳定结晶器进水温度对结晶器冷却强度的影响，对结晶器的总管进水温度进行控制，将其稳定在20以上，从而减缓结晶器的冷却，减少初生坯壳在结晶器内形成裂纹。3.3 优化成分设计，稳定工艺操作对于微合金钢，在成分设计上，一般含Nb、V、Ti钢Nb、Ti含量成分控制在0.015%0.03%，V可适当放宽范围。对原来单独加入Nb的尝试复合加入Nb-Ti合金。并且进一步规范现场的保护浇注，对不适应现操作的保护套管重新设计，并且由原来的中包摘保护套管取样改为不摘保护套管升大包取样，从而防止钢水的吸氮，防止铸坯中氮化物的集中析出。为了适应钢种微合金化的需要，适当降低了结晶器水环水、支导段的水量，加强连铸机二冷水喷嘴检查，保证二冷水汽水压力的平衡，增加二次冷却的均匀性，从而减少铸坯表面纵裂纹在二冷区的扩展。并重新制定了铸机温度、拉速控制操作规程，进一步规范现场的各种操作，稳定铸机的拉速和温度。中包温度要求严格控制在15301540、拉速严格控制在0.91.0m/min的范围内。水口倾角为向下18，为了提高结晶器内弯月面处的热量，延迟和减薄弯月面处坯壳的形成，增加铸坯坯壳在结晶器内冷却和收缩的均匀性，从而减少裂纹的形成。将水口插入深度从原要求的钢液面距分流孔上口150170mm调整到现在的140160mm。水口寿命严格控制在79炉之间，并且根据铸坯质量、水口周围钢水的翻腾情况及时调整水口位置，必要时更换水口。3.4 堆垛缓冷工艺的运用由于济钢第一炼钢厂Nb微合金化钢比较多，而该类钢种的裂纹倾向大，并且容易在二冷区域和精整区域的打水冷却过程中扩展。因此，为了防止这样的裂纹扩展，要求所有的凉料铸坯堆垛缓冷24h以上方可铺开精整，并且严禁打水冷却。4 改进效果4.1 表面纵裂纹一次合格率提高经过近两个月时间，采取一系列改进措施后，济钢第一炼钢厂铸坯的表面纵裂纹一次合格率有了大幅度的提高。2006年1-8月份，精整区域铸坯的纵裂纹一次合格率统计情况见图1。图1 精整区域铸坯表面纵裂纹一次合格率从图1可以看出，随着各种减少铸坯表面纵裂纹的措施的实施，铸坯的一次裂纹合格率由最初1月份的50提高到8月份的92。4.2 轧制退废中裂纹影响缺陷所占的比例减少随着各种改进措施的实施，后道轧制工序受铸坯表面纵裂纹影响的裂纹、结疤冶炼退废量逐月减少。具体数据统计情况见表1。表1 2006年1-8月中板轧制退废及裂纹、结疤在退废中所占的比例月份裂纹/t结疤/t合计/t裂纹与结疤/t占退废比/%1102.991141.91434.494244.90156.02101.196107.031366.385208.22757.0319.47996.567248.192116.04647.044.77385.668287.73790.44131.05309.771117.068753.212426.83956.06250.