连铸坯表面纵裂纹的控制

1、摘要摘要 ： v针对柳钢转炉炼钢厂连铸二车间针对柳钢转炉炼钢厂连铸二车间2009年年初年年初表面纵裂纹率上升的情况，分析了表面纵裂表面纵裂纹率上升的情况，分析了表面纵裂纹的形成机理，结合连铸二车间的实际生产纹的形成机理，结合连铸二车间的实际生产情况，认为产生表面纵裂纹的主要影响因素情况，认为产生表面纵裂纹的主要影响因素是：结晶器冷却强度不合理、保护渣选择不是：结晶器冷却强度不合理、保护渣选择不当、水口插入深度不合理、职工操作水平不当、水口插入深度不合理、职工操作水平不稳定等，为此，采取了优化结晶器冷却、优稳定等，为此，采取了优化结晶器冷却、优化保护渣的使用、调整水口插入深度、稳定化保护渣的使用

2、、调整水口插入深度、稳定操作水平等一系列的改进措施，铸坯的表面操作水平等一系列的改进措施，铸坯的表面纵裂纹率从年初的纵裂纹率从年初的4%以上降低到下半年的以上降低到下半年的0.61%。 v2009年我车间裂纹率合计如下：年我车间裂纹率合计如下：月月份份12345678910 11 12裂裂纹纹率率4.344.513.426.705.152.980.970.540.640.320.600.58v1 前言前言 v柳钢转炉炼钢厂连铸二车间的柳钢转炉炼钢厂连铸二车间的4#、5#、6#板坯连铸板坯连铸机均是一机一流直弧形板坯连铸机，分别于机均是一机一流直弧形板坯连铸机，分别于2004年、年、2006年、

3、年、2007年热试投产，设计生产能力年热试投产，设计生产能力120万吨万吨/台年。自投产以来表面纵裂纹一直是影响铸坯表面台年。自投产以来表面纵裂纹一直是影响铸坯表面质量的最主要的缺陷，为此我厂组织开展了降低板质量的最主要的缺陷，为此我厂组织开展了降低板坯裂纹率的攻关工作，并取得了显著效果，板坯裂坯裂纹率的攻关工作，并取得了显著效果，板坯裂纹率已由纹率已由20%以上降至以上降至5%左右。但板坯裂纹问题左右。但板坯裂纹问题仍然是限制我车间提高产品质量主要影响因素，在仍然是限制我车间提高产品质量主要影响因素，在2009年里，我车间表面纵裂纹率出现了上升的情况，年里，我车间表面纵裂纹率出现了上升的情况

4、，在分析了表面纵裂纹的形成机理后，结合我车间的在分析了表面纵裂纹的形成机理后，结合我车间的实际生产情况，采取了一系列的改进措施，铸坯的实际生产情况，采取了一系列的改进措施，铸坯的表面纵裂纹率得到了有效控制。表面纵裂纹率得到了有效控制。v2 连铸坯裂纹形成机理连铸坯裂纹形成机理1v铸坯的表面纵裂纹发源于结晶器，由于热流铸坯的表面纵裂纹发源于结晶器，由于热流分布不均匀，造成坯壳生长厚度不均，在坯分布不均匀，造成坯壳生长厚度不均，在坯壳薄的地方产生应力集中；结晶器壁与坯壳壳薄的地方产生应力集中；结晶器壁与坯壳表面间的摩擦力使坯壳承受较大的负荷，在表面间的摩擦力使坯壳承受较大的负荷，在牵引坯壳向下运动

5、时产生纵向应力，这种应牵引坯壳向下运动时产生纵向应力，这种应力与从结晶器窄面到宽面中心线的距离呈直力与从结晶器窄面到宽面中心线的距离呈直线增加，最大处在板坯的中间。而钢水静压线增加，最大处在板坯的中间。而钢水静压力随着坯壳往下移动呈直线增加，静压力使力随着坯壳往下移动呈直线增加，静压力使得坯壳往外鼓，表面裂纹得到进一步的发展。得坯壳往外鼓，表面裂纹得到进一步的发展。v3 连铸坯表面裂纹的主要影响因素连铸坯表面裂纹的主要影响因素v3.1 结晶器冷却强度的影响结晶器冷却强度的影响v铸坯的表面纵裂纹发源于结晶器内弯月面处铸坯的表面纵裂纹发源于结晶器内弯月面处初生坯壳厚度的不均匀性，结晶器冷却强度初生

6、坯壳厚度的不均匀性，结晶器冷却强度对铸坯表面裂纹的影响由为重要。康丽等人对铸坯表面裂纹的影响由为重要。康丽等人2通过建立结晶器内凝固传热与应力分析的通过建立结晶器内凝固传热与应力分析的耦合计算模型耦合计算模型36计算了铸坯出结晶器时坯计算了铸坯出结晶器时坯壳外层和内层所受的应力状态和应力大小，壳外层和内层所受的应力状态和应力大小，并指出铸坯凝固前沿附近应力处于极限强度并指出铸坯凝固前沿附近应力处于极限强度范围有产生裂纹的可能性。范围有产生裂纹的可能性。 v图片来自：崔立新 ，陈素琼 ，张家泉板坯连铸结晶器内温度场应力场耦合分析J宝钢技术，2002，增刊：3236 v3.2保护渣的影响保护渣的影

7、响v我厂生产的钢种多为含我厂生产的钢种多为含C=009v016的裂纹敏感的包晶反应钢，有的裂纹敏感的包晶反应钢，有研究表明研究表明8：此类钢种当浇注速度在：此类钢种当浇注速度在10 mmin14 mmin之间时，随着碱度之间时，随着碱度的升高，纵向裂纹侵害的程度减轻。碱度的升高，纵向裂纹侵害的程度减轻。碱度在在110以上，纵向裂纹的损伤率明显降低。以上，纵向裂纹的损伤率明显降低。为了能够达到足够大而且均匀放热，必须为了能够达到足够大而且均匀放热，必须选择碱度、粘度和结晶温度的正确组合，选择碱度、粘度和结晶温度的正确组合，这样做对这种钢来说就能达到防止产生纵这样做对这种钢来说就能达到防止产生纵裂

8、纹的结果。裂纹的结果。 图图1 结晶器内保护渣分布示意图结晶器内保护渣分布示意图结晶器结晶器玻璃膜玻璃膜结晶膜结晶膜液渣膜液渣膜渣渣 圈圈颗粒层颗粒层烧结层烧结层熔渣层熔渣层钢液钢液凝固壳凝固壳v对于对于C=0.090.16%的包晶钢国内外目前倾的包晶钢国内外目前倾向于采用高碱度保护渣，通过：向于采用高碱度保护渣，通过：1、减少透明、减少透明玻璃体达到减少辐射传热；玻璃体达到减少辐射传热；2、结晶体内的微、结晶体内的微孔和界面极大地削弱晶格振动，从而减弱传导孔和界面极大地削弱晶格振动，从而减弱传导传热，达到减缓传热和减少裂纹的目的。但是，传热，达到减缓传热和减少裂纹的目的。但是，当保护渣碱度过

9、高，析晶温度过高时易严重恶当保护渣碱度过高，析晶温度过高时易严重恶化铸坯润滑状况，导致铸坯粘结和漏钢。因此化铸坯润滑状况，导致铸坯粘结和漏钢。因此我们在选用保护渣理化性能时既要考虑减缓传我们在选用保护渣理化性能时既要考虑减缓传热减少裂纹又要考虑防止润滑铸坯粘结。热减少裂纹又要考虑防止润滑铸坯粘结。v3.3水口插入深度的影响水口插入深度的影响v内蒙古科技大学材料与冶金学院的有关学者内蒙古科技大学材料与冶金学院的有关学者做了结晶器流场的水模型实验和数值模拟做了结晶器流场的水模型实验和数值模拟9，他们发现：浸入式水口插入深度和水，他们发现：浸入式水口插入深度和水口侧孔倾角增大，有利于稳定钢液自由液面

10、口侧孔倾角增大，有利于稳定钢液自由液面的波动，但增加下流股的冲击深度，大量热的波动，但增加下流股的冲击深度，大量热钢液下流，不利夹杂物上浮。钢液下流，不利夹杂物上浮。 v水口插入深度对流场影响的实验和数值模拟水口插入深度对流场影响的实验和数值模拟结果结果v水口侧孔倾角对流场影响的实验和数值模拟水口侧孔倾角对流场影响的实验和数值模拟结果：倾角向上结果：倾角向上10。(d)和和o。(e)；向下；向下30。(f)v3.4职工操作水平的影响职工操作水平的影响v上表中我们可以看出我车间上表中我们可以看出我车间2009年年1月月2月月各铸机各班组裂纹率差距较大职工的操作水各铸机各班组裂纹率差距较大职工的操

11、作水平参差不齐。职工的操作水平主要体现在：平参差不齐。职工的操作水平主要体现在：结晶器液面的控制、拉速波动值控制、快换结晶器液面的控制、拉速波动值控制、快换水口操作、水口侵入深度的控制及加渣捞渣水口操作、水口侵入深度的控制及加渣捞渣方法等方面。方法等方面。v4 连铸坯表面裂纹的控制措施连铸坯表面裂纹的控制措施v41 结晶器冷却强度的优化结晶器冷却强度的优化v通过对结晶器冷却水流量进行大量的调整对通过对结晶器冷却水流量进行大量的调整对比，我们发现结晶器适度弱冷，水量控制宽比，我们发现结晶器适度弱冷，水量控制宽面面3600L/min，窄面，窄面560L/min的结晶器冷却的结晶器冷却工艺对减少铸坯

12、表面裂纹最有效果。工艺对减少铸坯表面裂纹最有效果。v42 保护渣使用的优化保护渣使用的优化v43 水口插入深度的优化水口插入深度的优化v我车间生产的断面多为我车间生产的断面多为12501810mm，在多次试，在多次试验后确定我车间的水口插入深度为验后确定我车间的水口插入深度为13010mm时时裂纹最较少。裂纹最较少。v44 职工操作水平的整体提高职工操作水平的整体提高v车间通过多种培训以提高职工的整体操作水平，并车间通过多种培训以提高职工的整体操作水平，并做了如下规定：做了如下规定：v（1）结晶器液面高度严格按钢液面到结晶器铜板）结晶器液面高度严格按钢液面到结晶器铜板上口上口70100mm控制

13、；控制；v（2）在拉速控制上，规定拉速变化按）在拉速控制上，规定拉速变化按3040秒变化秒变化一挡；一挡；v（3）换水口拉速控制为换水口时宽度在）换水口拉速控制为换水口时宽度在1300mm以下断面拉速控制为以下断面拉速控制为0.91.0m/min，15001600mm断面拉速控制为断面拉速控制为0.80.9m/min，1800mm断面拉速控制为断面拉速控制为0.70.8m/min，换水口要，换水口要快，同时尽快把结晶器液面恢复正常值；快，同时尽快把结晶器液面恢复正常值；v（4）中包下水口侵入深度即水口侧孔上沿到渣线）中包下水口侵入深度即水口侧孔上沿到渣线部位严格按照部位严格按照13010mm控

14、制；控制；v（5）结晶器保护渣操作时，规定粉渣层按）结晶器保护渣操作时，规定粉渣层按2030mm控制，液渣层按控制，液渣层按1015mm控制，每炉钢控制，每炉钢必须测量两次液渣层；挑渣条要注意浅挑、轻挑、必须测量两次液渣层；挑渣条要注意浅挑、轻挑、慢挑，发现大渣条时须先挑松，然后用小氧管打断慢挑，发现大渣条时须先挑松，然后用小氧管打断成几截，最后慢慢挑出来，以免结晶器钢液面过分成几截，最后慢慢挑出来，以免结晶器钢液面过分扰动产生卷渣或破坏渣膜润滑导致钢水直接与铜板扰动产生卷渣或破坏渣膜润滑导致钢水直接与铜板接触产生粘结；接触产生粘结；v（6）添加保护渣以少加、匀加、勤加为原则，保）添加保护渣以

15、少加、匀加、勤加为原则，保持黑渣操作，杜绝见红加渣，在水口处不宜多加保持黑渣操作，杜绝见红加渣，在水口处不宜多加保护渣，以免在水口与宽面铜板间形成渣桥。护渣，以免在水口与宽面铜板间形成渣桥。v从上图中可以看出：在采取了优化结晶器冷从上图中可以看出：在采取了优化结晶器冷却、优化保护渣的使用、调整水口插入深度、却、优化保护渣的使用、调整水口插入深度、稳定操作水平等一系列的改进措施，铸坯的稳定操作水平等一系列的改进措施，铸坯的表面纵裂纹率从年初的表面纵裂纹率从年初的4%以上降低到下半年以上降低到下半年的的0.61%。 v6 结论结论v连铸板坯纵裂纹是由结晶器、保护渣的使用、水口连铸板坯纵裂纹是由结晶

16、器、保护渣的使用、水口插入深度以及生产操作等多个因素综合作用的结果。插入深度以及生产操作等多个因素综合作用的结果。v（1） 在保证出结晶器坯壳厚度的条件下，结晶器在保证出结晶器坯壳厚度的条件下，结晶器弱冷对改善板坯纵裂效果较明显。弱冷对改善板坯纵裂效果较明显。v（2）保护渣在结晶器中传热效果的好坏直接影响初）保护渣在结晶器中传热效果的好坏直接影响初生坯壳的凝固均匀性，必须根据钢种选用不同种类生坯壳的凝固均匀性，必须根据钢种选用不同种类的保护渣。的保护渣。v（3） 为保证保护渣的融化速度，有必要针对保护为保证保护渣的融化速度，有必要针对保护渣的成分和生产断面来确定下水口的插入深度。渣的成分和生产

17、断面来确定下水口的插入深度。v（4） 稳定的生产操作可以减少操作性裂纹的出现。稳定的生产操作可以减少操作性裂纹的出现。v参考文献参考文献v1江学德板坯表面纵裂纹的成因与控制连铸江学德板坯表面纵裂纹的成因与控制连铸J，2003(6)27v2康丽，王洋，王恩刚等结晶器内连铸坯的热和康丽，王洋，王恩刚等结晶器内连铸坯的热和应力状态数值模拟应力状态数值模拟J中国冶金，中国冶金，2007，5：2832v3王恩刚，赫冀成，杨泽宽，等结晶器内小方坯王恩刚，赫冀成，杨泽宽，等结晶器内小方坯凝固过程及应力分布的有限元数值模拟凝固过程及应力分布的有限元数值模拟J金属学金属学报，报，1999，35(4)：433438v4王恩剐结晶器内热力学行为的有限元数值模拟王恩剐结晶器内热力学行为的有限元数值模拟研究研究D沈阳：东北大学，沈阳：东北大学，1998v5荆德君，蔡开科连铸结晶器内铸坯温度场和应荆德君，蔡开科连铸结晶器内铸坯温度场和应力场耦合过程数值模拟力场耦合过程数值模拟J北京科技大学，北京科技大学，2000，22(5)：417421v6 荆得君，蔡开科连铸结晶器内热一力耦合状荆得君，蔡开科连铸结晶器内热一力耦合状态有限元模拟态有限元模拟J金属学报，金属学报，2000，36(4)：403406v7 董金武，刘洪波，高龙等降低连铸板坯表面董金武，刘洪波，