亚包晶钢连铸板坯表面纵裂纹的研究

亚包晶钢连铸板坯表面纵裂纹的研究文光华迟景灏王谦王雨李刚何宇明付彬陈文满朱斌摘要针对重钢七厂板坯连铸的实际生产条件，通过现场试验，研究了钢水质量、结晶器液面状况、结晶器保护渣和设备检修等对板坯表面质量的影响。分析了板坯表面缺陷的类型、数量和分布，并提出了控制板坯表面质量的措施。关键词包晶钢连铸板坯表面质量纵裂纹INVESTIGATIONONSURFACELONGITUDINALCRACKOFCONTINUOUSCASTSLABOFSUBPERITECTICSTEELWenGuanghuaChiJinghaoWangQianWangYuLiGang(ChongqingUniversity)HeYumingFuBinChenWenmanZhuBin(ChongqingIron&SteelCorp.)AbstractBasedonpracticalsituationofcontinuouscastingoperationatNo.7PlantofChongqingIronandSteelCorp.,theeffectsofmoltensteelquality,moldlevel,moldpowdersandequipmentmaintenanceetc.onsurfacequalityofslabwereinvestigatedthroughfieldtest.Thetype,amountanddistributionofsurfacedefectsofslabwereanalyzed.Themeasuresforcontrollingsurfacequalityofslabwereputforward.KeyWordsubperitecticsteel,continuouscastslab,surfacequality,longitudinalcrack1引言重钢七厂板坯连铸机所浇钢种绝大多数是含碳在0.10%～0.18%范围的亚包晶钢。亚包晶钢与δ单相凝固钢或过包晶钢相比，该类型钢浇注板坯容易出现表面纵裂，这是由于亚包晶钢初生凝固坯壳收缩大、生长不均匀造成。同时重钢由于受到地理位置和矿石原料条件的限制，钢水中As含量普遍偏高。由于这两方面的原因使得重钢七厂板坯表面原始合格率一直处于较低的水平，铸坯表面清理量大，制约了铸机生产能力的提高和板坯的热送。为了提高重钢七厂板坯表面质量，采用现场跟踪对比试验的方法，从连铸钢水质量(钢中有害元素、锰硫比、碳含量)、结晶器液面状况(冲棒、结晶器液面波动、塞棒水口吹氩及吸气状况等)、结晶器保护渣和冷却制度、设备检修前后等方面对板坯表面质量的影响进行了研究，得出了板坯表面缺陷的类型、数量和分布特点和影响重钢板坯表面质量的主要因素及控制措施。2板坯表面缺陷类型及分布特点现场调查了200炉240mm×1400mm断面铸坯的表面缺陷，统计结果如图1所示，从统计结果来看，铸坯表面缺陷95%是表面纵裂纹，其它缺陷只占5%左右，而表面纵裂又分为表面沟纵裂和表面平纵裂两种。所谓表面沟纵裂纹是指表面带有沟槽状的纵裂纹，裂纹较粗、较长，里面一般充满渣；而平纵裂纹是指裂纹较直、细、短，且表面平整的纵裂纹。图1板坯表面缺陷类型图2表示铸坯表面纵裂纹分布状况。在水口区域，即铸坯宽面中心区域表面纵裂纹占整个铸坯表面裂纹的59%；在铸坯四分之一区域，表面纵裂纹分别为16%和15%，平均为15.5%；在铸坯的两边区域，表面纵裂纹分别为4%和6%，平均为5.5%。三个区域表面纵裂纹比例为，宽面中心区域∶四分之一区域∶铸坯两边区域＝11∶3∶1。从内弧、外弧分别统计来看，内弧纵裂纹占74%，外弧纵裂纹占26%，内弧表面纵裂纹比例明显高于外弧表面纵裂纹的比例。内弧裂纹类型是平裂纹占1%，而沟裂纹占96%；外弧裂纹类型则是平裂纹占17%，沟裂纹占82%。图2板坯表面纵裂纹分布调查结果表明，重钢板坯表面缺陷主要是表面纵裂纹，位置集中在铸坯宽面中心区域，即水口附近区域；从内弧、外弧裂纹类型分布来看，内弧、外弧裂纹主要是沟裂纹，但外弧平裂纹较内弧平裂纹比例大。3影响板坯表面质量的主要因素及控制措施3.1钢水质量(1)钢中有害元素钢中有害元素包括S，P，As，将该三个元素含量之和0.075%作为分界点，对120炉Q235和船钢的统计结果见图3。船钢三大有害元素之和小于0.075%的占57%，大于0.075%的占43%；而Q235钢小于0.075%的只占25%，大于0.075%的占75%。从三大有害元素组成来看，As占50%左右，是引起超标(大于0.075%)的主要因素。浇注包晶反应钢裂纹敏感性强是由于凝固初期收缩较大和S、P的偏析造成的，从文献［1］可知，As的影响与P类似。实际生产统计结果可知，有害元素对铸坯表面裂纹有较大影响，见图4。有害元素总量低于0.075%，每炉裂纹条数为12，而有害元素总量大于0.075%，其表面裂纹每炉条数为26，增加了2倍。因此，减少铸坯表面裂纹数量的有效措施之一是降低钢中有害元素的含量，使其总量控制在0.075%以下，重钢应重点控制钢中砷含量。图3钢中∑(P＋S＋As)三大有害元素含量比例A＜0.075%B≥0.075%图4钢中∑(P＋S＋As)对表面裂纹的影响A＜0.075%B≥0.075%(2)Mn/S对铸坯表面质量的影响钢水中锰硫比对铸坯表面裂纹的影响统计结果如图5所示。从图5可知，随着钢水中锰硫比增加，铸坯表面裂纹数量逐渐降低。从重钢浇注普通板坯的统计结果来看，连铸钢水锰硫比要求大于20。图5锰硫比对铸坯表面裂纹的影响(3)钢中碳含量对铸坯表面裂纹的影响钢中碳含量对铸坯表面纵裂的影响见图6，碳含量0.10%～0.14%的钢容易产生表面(指宽面)纵裂，铸坯表面原始合格率很低，这是由于含碳量在此范围内时，在结晶器弯月面形成的初生凝固坯壳收缩最大，且收缩不均匀，从而引起传热不均匀。从图6可以看出，碳含量在0.12%时，铸坯表面产生的裂纹数量最多，对应的铸坯表面原始合格率为零，主要表面缺陷就是出现大量的纵裂纹。但随着碳含量的增加，达到0.15%以上的钢，钢水凝固过程中的两相区加宽，使得表面纵裂纹大大减少，铸坯表面原始合格率显著提高，平均能达70%以上。图6钢中含碳量对铸坯表面裂纹的影响3.2结晶器液面状况(1)结晶器液面操作将结晶器内液面波动、冲棒次数多少和拉速变化状况分为较好、较差二个档次，同时与自动液面控制比较，统计结果见图7和图8。从统计结果来看，自动液面控制，每炉裂纹出现的数量为2条；操作较好的炉次，每炉裂纹出现的数量为7.4条；操作较差的炉次为每炉18.4条。其中，自动液面控制出现的裂纹主要是平裂纹；操作较好的炉次裂纹类型78%是表面平裂纹，而沟裂纹只占22%；操作较差的炉次则表面平裂纹只占43%，而沟裂纹却占57%。说明操作的好坏对表面沟裂纹有较大影响。操作好坏主要是看冲棒多少、液面波动大小和变动速率。重钢应坚持正常使用结晶器液面自动控制，这对于减少铸坯表面沟裂纹具有重要作用。图7结晶器液面操作对铸坯表面裂纹类型影响图8结晶器液面状况对铸坯表面裂纹数量影响(2)结晶器内流场为了说明水口结构尺寸、水口吹氩流量和塞棒吹氩孔是否密封对结晶器内钢液流场的影响，在实验室进行了结晶器水模实验。从实验结果来看，现使用水口的主要问题是水口结构尺寸偏大，在工作拉速下从水口出口的流股循环不够；同时塞棒吹氩流量和吹氩孔的密封情况对结晶器内流场具有重要影响。当塞棒吹氩孔不密封和密封不好时，吸入水口内的空气流量远大于应该通入的氩气流量，使水口附近600mm的区域液面翻腾，保护渣覆盖不好，从而在弯月面保护渣不能均匀地流入，使坯壳与结晶器间传热不均匀，容易引起铸坯表面裂纹的形成，因此从提高铸坯表面质量角度出发，必须优化水口结构尺寸、解决塞棒吹氩孔的密封和吹氩量准确控制的问题。现场跟踪了塞棒吹气过大和吸入空气对铸坯表面质量的影响，试验结果如图9所示。从图9可以看出，在保护渣等其它条件不变情况下，从铸坯表面裂纹数量来看，塞棒通气孔不密封时，每炉表面裂纹数量为49条，而密封后每炉表面裂纹数量下降为30条；铸坯表面原始合格率提高9%，增加幅度为27%。说明稳定结晶器液面状况对减少铸坯表面裂纹数量和提高铸坯表面原始合格率具有重要作用。图9塞棒通气和密封对铸坯表面裂纹数量的影响(3)保护渣及结晶器冷却制度亚包晶钢由于初生凝固坯壳生长不均匀，在冷却水量控制方面要求进行弱冷，以增强坯壳变形能力，需采用提高保护渣碱度和适当减少结晶器冷却水量的措施来控制结晶器内冷却强度［2］。重钢2#板坯连铸机原用1#渣，该保护渣在使用中表现出的现象为：渣圈较重，对水口侵蚀严重，浇注中稳定性差，铸坯表面裂纹等缺陷较多。分析保护渣组成和性能可知，该渣含碳量低、萤石含量高、二元碱度低(R＝0.8)，是产生上述现象的主要原因。针对1#渣的不足，新配制了2#和3#渣，碱度分别提高到1.0和1.2，并且3#渣采用喷雾造粒工艺，制成空心颗粒渣，这三种类型保护渣浇注结果见图10。从图10可知，提高保护渣的碱度对减少亚包晶钢坯表面纵裂纹具有明显的效果。图10采用不同类型保护渣铸坯表面质量比较3.4设备检修前后从图11的统计结果看，铸机检修前后对铸坯表面质量有重大影响，尤其是对表面平裂纹有更明显的影响。检修前铸坯表面平裂纹每炉出现数量为7.1条，检修后平裂纹每炉出现数量为1.3条，降低了82%。而铸坯表面沟裂纹检修前每炉为10条，检修后每炉沟裂纹出现数量为7.6条，降低了26%。这说明铸机二冷段设备状况(主要是夹辊变形、辊缝和对弧误差增大)对铸坯表面平裂纹有重要影响。图11检修前、后对铸坯表面纵裂纹的影响4结论(1)重钢板坯表面质量缺陷95%是表面纵裂纹，其它缺陷只占5%左右；表面纵裂纹有表面平纵裂纹和表面沟槽纵裂纹两种；铸坯裂纹在宽面分布特点是70%以上的裂纹分布在水口附近的铸坯宽面中心区域；内弧裂纹数量明显大于外弧裂纹数量；外弧是平裂纹为主，内弧是沟槽裂纹为主。(2)钢水中有害元素(S＋P＋As)总量对铸坯表面平裂纹的产生有较大影响，而对铸坯表面沟裂纹影响不明显。钢种对表面质量的影响主要反映在碳含量上，含碳在0.10%～0.14%钢种的板坯表面裂纹最多，其中含碳在0.12%时最为突出。针对亚包晶反应钢，为减少铸坯表面裂纹，应采用提高结晶器保护渣碱度和适当减少结晶器冷却水量等措施控制结晶器内的冷却强度。(3)从操作来看，减少冲棒次数、保持结晶器内液面平稳和稳定浇注对改善铸坯表面质量有重要影响，尤其是与铸坯表面沟裂纹多少有直接关系。(4)二冷段检修后铸坯表面平裂纹大大低于检修前的平裂纹数量，而对表面沟裂纹影响不大。作者单位：文光华迟景灏王谦王雨李刚重庆大学何宇明付彬陈文满朱斌重庆钢铁公司参考文献1森久.CausesandPreventionsofContinuousCastingDefects.铁と钢，1972(10)：1511～1534.2KennethCM.PerformanceofCastingPowdersandTheirEffectonSurfaceQuality.SteelmakingConferenceProceedings,1991,74:121～129.