板坯连铸机铸坯中间裂纹成因分析及改进措施周海龙(1).doc

2006年全国炼钢学术会议攀钢2#板坯连铸机铸坯中间裂纹成因分析及改进措施摘要：对攀钢2#板坯铸坯中间裂纹产生的原因进行了详细分析，并找出了其产生的主要原因是原二冷配水不合理，扇形段开口度严重超标，扇形段对弧不准，喷嘴堵塞严重，钢水成分等原因造成，通过严抓流道质量管理，调整二冷配水及二冷气，加强钢水过程质量控制，铸坯中间裂纹基本上得到了有效控制。关键词：板坯 铸坯中间裂纹 扇形段开口度 钢水成分 二冷水1 前言攀钢2#板坯连铸机是由意大利DANIELI公司总体设计，并进行技术总负责，同时引进关键技术和设备，设计能力为年产100万吨铸坯，该机于2001年10月动工， 2003年10月17日一次性热负荷试车成功，2004年2月达设计产量。总体来看，投产两年多来，各项经济、技术指标逐步攀升，但铸坯内部质量曾一度比较差，尤其是中间裂纹，一般情况下，若保证足够的压下量，内部裂纹是可以焊合的，但在裂纹比较严重的情况下，易造成钢材横向性能降低，从而影响其使用性能，后经钢厂工程技术人员共同努力，对2#机扇形段、喷嘴进行了改造，同时制定了一套比较科学、合理的生产工艺参数进行生产，从而有效提高了铸坯内部质量。本文分析了钢的化学成分、连铸生产工艺对铸坯中间裂纹的影响。2 攀钢2#连铸机主要技术参数及设备概况机型 直弧形基本弧形半径 8m弯曲矫直方式 多点弯曲多点连续矫直结晶器长度 900mm浇注断面 200（9001350）mm工作拉速 1.22.0m/minMD足辊 水冷扇形段每对辊子采用二分节内冷式密排辊3 板坯中间裂纹形成原因分析3.1铸坯中间裂纹检测原理目前检测铸坯中间裂纹比较常用的方法为鲍曼硫印法，其检测原理为利用H2SO4浸泡后的相纸上的H2SO4和试样上的硫化物（FeS、MnS）发生作用产生H2S, H2S和相纸上的AgBr发生作用生成AgS沉积在相纸上相应位置，形成黑色或深褐色的斑点，其化学反应式如下：MnS（FeS）+ H2SO4=MnSO4+FeSO4+ H2SH2S+2AgBr=2AgS+ 2HBr3.2 铸坯中间裂纹产生的位置铸坯中间裂纹多出现在内弧侧的柱状晶区域，偶尔也出现在外弧上，它一般位于铸坯厚度的1/4处，在硫印相图上表现为单根、成簇或团块闪电状，硫印偏析线的长短和分布形状反映了中间裂纹的大小，从硫印相纸上测量裂纹长度其分布规律为1070mm不等，裂纹起始位置在距内弧表面1540mm处，结束于3070mm处，下表1为随机抽取2004年912月硫印相纸中间裂纹位置、长度、评级及工艺生产情况。表1 板坯横断面中间裂纹情况钢种裂纹上部尖端距内弧表面距离/mm最大裂纹长度/mm浇注速度/m.min-1浇注温度/裂纹评级低碳铝1537651.21.5155015601.52.5普碳钢1432681.21.4154015551.52.53.3铸坯中间裂纹产生原因分析铸坯在流道内凝固冷却过程中产生裂纹的原因是固液交界面所承受的外部应变大于临界应变T总和，带有低熔点夹杂物的钢液流入柱状晶的间隙破坏了铸坯的连贯性从而形成内部裂纹1。可以用公式描述为：Tb+u+m+t+p式中b鼓肚应变，%；u矫后应变，%；m夹辊未对中应变，%；t热应变，%；p拉伸应变，%；目前2板零段辊间距比较大，铸坯在凝固过程中容易受到鼓肚应力。3.4 辊缝开口度及对弧对中间裂纹的影响有专家认为2，铸坯横截面硫印相纸上的尖端是中间裂纹的发源地，另外从图1的铸坯凝固过程图中，北科大王新华教授也认为，在固、液相中不可能产生中间裂纹，只有在凝固前沿的糊状区产生。因此铸坯中间裂纹产生起止位置即可确认。根据测量出相纸上的距离，由=kt1/2（根据生产实践， 2#机k值取27比较合适），可以计算出裂纹对应在扇形段的起止位置。根据计算出对应的位置，利用停浇后更换扇形段或调整开口度以达到标准值。2#板坯扇形段开口度曾一度比较差，选取2004年6月典型辊缝数据生成开口度图表，图表见图2，从图2可以看出，整个扇形段的开口度情况比较差。结合辊缝数据检修后调整了开口度，调整辊缝前后的铸坯硫印情况见图3，从图3看出，调整前后铸坯中间裂纹有了明显改善。图1：铸坯凝固图图2：2004年6月辊缝开口度情况 图3：2004年6月辊缝开口度调整前后中间裂纹对比针对扇形段对弧情况，由于投产初期，辊缝仪测量对弧功能没有调试成功，仅依靠人工对弧，人工对弧的弊端是容易导致对弧误差大，原2#机辊缝仪本身有对弧功能，后经外方人员及本厂技术人员多次调试，辊缝仪测量对弧功能已于2004年10月调试成功，为了保证2#板坯流道质量，并根据硫印情况，有计划地安排测量辊缝，使流道质量处于受控之中。3.5 钢水成分对板坯中间裂纹的影响3.5.1 钢中S对板坯中间裂纹的影响由于中间裂纹是在凝固界面出现的晶界裂纹，钢中S对内裂的影响是因为S在晶界偏析及在奥氏体晶界析出造成的晶界脆化所致，从文献3的FeS相图可知，S只溶于钢液，而在固态铁中的溶解度极小，它和铁形成熔点为1190的FeS，FeS又与铁形成熔点更低的共晶体，当结晶完成时，钢中的S几乎全部集中到枝晶之间的剩余钢液中，并最后形成Fe+FeS共晶，引起晶间脆性，形成裂纹扩展路径，同时低熔点的FeS也使树枝晶间的液膜凝固点降低，导致脆性性能向低温延伸，从而增加了裂纹长度。根据现场实际产生统计，钢中S超过0.020%时，铸坯中间裂纹评级指数超标情况突出，图4为2004上半年根据S对应的中间裂纹评级分布图，从图4可以看出，中间裂纹随S的增加评级指数相应提高。因此在实际生产过程中应严格控制钢中S小于0.02%。图4：钢中S对中间裂纹的影响3.5.2 钢中C对板坯中间裂纹的影响从2004年112月生产情况看，钢中C对中间裂纹的影响也比较大，尤其在浇注普碳钢时。图5：C对中间裂纹的影响从图5中可以看出，C=0.120.14%时，内部裂纹评级比较高，这是因为在该范围内的C其固液两相区范围比较窄，铸坯在凝固过程中发生包晶转变产生体积收缩，从而产生应力集中。增加了内裂倾向。根据该钢种成分表，因此在实际生产过程中应尽量避开包晶区。3.6 二次冷却对铸坯中间裂纹的影响铸坯在扇形段内二冷区的冷却对铸坯内部中间裂纹有显著影响，2#机二冷系统是由二次冷却喷水开路浊环循环系统和压缩空气冷却系统组成，整个二冷系统分16个回路进行控制，二冷水量采用“拉速水量十点曲线”为基础进行控制，气水冷却区的空气流量采用“气水比例十点曲线”进行控制。2#机投产初期，由于采用DANIELI提供的二冷配水、配气方案，中间裂纹情况一直比较差，尤其是普碳钢，投产初期普碳钢中间裂纹评级情况见图6，从图6可以看出，中间裂纹大于1.0级的比例高达74%，合格率仅81.8%。图6：投产初Q235G中间裂纹评级分布情况针对2#机普碳钢的二冷配水比水量情况，做了调整，调整后普碳钢硫印评级情况见图7。从图7的调整前后硫印比较情况看，铸坯内部裂纹情况有所改善。图7：二冷水调整前后中间裂纹评级比较二冷喷嘴的性能直接影响二次冷却的强度、均匀性等效果，由于2#机原喷嘴设计不合理，容易造成二冷气管回水从而影响喷嘴喷射特性，喷嘴堵塞情况突出，从而严重影响喷嘴喷射特性，因此容易造成铸坯局部回热,同时，由于原设计喷嘴数量多，结构复杂，现场处理尤其困难，因此在改造扇形段时对喷嘴数量进行了精简，对喷嘴分布重新进行了布置。3.7 过热度对铸坯中间裂纹的影响过高的钢水过热度使坯壳变薄，从而增大内裂发生机率，低温浇注有利于等轴晶的生长，从而抑制内裂的发生，浇注大量数据统计表明，当过热度大于30时，内裂发生率显著增加，当过热度控制在25左右时，内裂发生率与过热度无明显关系。4 改进2#机铸坯中间裂纹措施通过以上对中间裂纹产生原因分析，采取了以下三项措施来控制铸坯中间裂纹。（1）对2#机0段辊间距重新设计并进行了调整，对扇形段喷嘴数进行了精简和重新分布。（2）从钢水成分上严格控制过程S小于0.02%，C尽量避开裂纹最敏感区域。（3）利用停浇时间复测扇形段开口度及对弧情况，疏通堵塞的喷嘴，同时根据每天出的硫印结果，（4）反馈出流道质量状况，有异常情况及时安排处理，以确保流道质量受控。摸索出2#板坯扇形段的科学合理的更换周期，预防设备在浇注过程中出现事故，产生批量内部缺陷。（5）勤查工艺执行情况，确保合理的过热度。采取以上措施后，铸坯中间裂纹得到明显改善，1.5级的中间裂纹较以前降低了31.27%。5 结论（1）设计的轻压下功能未能投用，在未投轻压下功能的情况下2#机流道收缩辊缝偏小，再加上零段分节辊之间的间距大，铸坯在冷却凝固过程中受力比较突出。（2）2#板坯中间裂纹严重的另一原因是喷嘴设计不合理、二冷喷嘴堵塞严重。对二冷喷嘴结构、数量进行改进，有利于减轻喷嘴堵塞，提高二冷效果。（