連鑄坯表面裂紋形成及防止(蔡開(kāi)科)

1、連鑄坯表面裂紋形成及防止連鑄坯表面裂紋形成及防止 蔡開(kāi)科蔡開(kāi)科 孫彥輝孫彥輝 北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院 2007.8 內(nèi)容內(nèi)容 1 前言前言 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 3 鑄坯表面橫裂紋鑄坯表面橫裂紋 4 鑄坯表面星形裂紋鑄坯表面星形裂紋 5 結(jié)論結(jié)論 1.前言前言 連鑄坯質(zhì)量概念： 鑄坯潔凈度（夾雜物數(shù)量、類(lèi)型、尺寸、 分布） 鑄坯表面質(zhì)量（表面裂紋、夾渣、氣孔） 鑄坯內(nèi)部質(zhì)量（內(nèi)部裂紋、夾雜物，中 心疏松、縮孔、偏析） 鑄坯形狀缺陷（鼓肚、脫方） 1.前言前言 缺陷的控制策略圖缺陷的控制策略圖 鑄坯裂紋是影響連鑄機(jī)產(chǎn)量和鑄坯質(zhì)量的主要缺陷。鑄坯裂

2、紋是影響連鑄機(jī)產(chǎn)量和鑄坯質(zhì)量的主要缺陷。 據(jù)統(tǒng)計(jì)鑄坯各類(lèi)缺陷中的據(jù)統(tǒng)計(jì)鑄坯各類(lèi)缺陷中的50為裂紋。鑄坯出現(xiàn)裂紋，為裂紋。鑄坯出現(xiàn)裂紋， 重者會(huì)導(dǎo)致漏鋼和廢品，輕者需進(jìn)行精整。重者會(huì)導(dǎo)致漏鋼和廢品，輕者需進(jìn)行精整。 帶液芯的鑄坯在連鑄機(jī)內(nèi)運(yùn)行和凝固過(guò)程中為什么帶液芯的鑄坯在連鑄機(jī)內(nèi)運(yùn)行和凝固過(guò)程中為什么 會(huì)產(chǎn)生裂紋，這是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。當(dāng)外力作用于帶液會(huì)產(chǎn)生裂紋，這是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。當(dāng)外力作用于帶液 芯的坯殼上，究竟是否產(chǎn)生裂紋決定于鋼的高溫力學(xué)行芯的坯殼上，究竟是否產(chǎn)生裂紋決定于鋼的高溫力學(xué)行 為、凝固的冶金行為和鑄機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。為、凝固的冶金行為和鑄機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。就裂紋而言，就裂紋而言，

3、 可分為鑄坯表面裂紋和鑄坯內(nèi)部裂紋兩類(lèi)。如圖可分為鑄坯表面裂紋和鑄坯內(nèi)部裂紋兩類(lèi)。如圖1-11-1表表 示連鑄坯常見(jiàn)的表面裂紋類(lèi)型。示連鑄坯常見(jiàn)的表面裂紋類(lèi)型。 1 前言前言 圖11 鑄坯表面裂紋類(lèi)型 1橫向角部裂紋 2縱向角部裂紋 3橫裂紋 4寬面縱向裂紋 5星形裂紋 6深振痕 本文僅就連鑄坯表面裂紋產(chǎn)生的原因及其防止措施做一簡(jiǎn)要評(píng)述。 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 2.1 板坯表面縱裂紋特征板坯表面縱裂紋特征 表面縱裂紋可能發(fā)生在板坯寬面中心區(qū)域或?qū)捗姹砻婵v裂紋可能發(fā)生在板坯寬面中心區(qū)域或?qū)捗?到棱邊的任一位置產(chǎn)生。圖到棱邊的任一位置產(chǎn)生。圖21為板坯寬面中心區(qū)域?yàn)榘迮鲗捗嬷行膮^(qū)域 的

4、縱裂紋和縱裂紋的顯微形貌。以的縱裂紋和縱裂紋的顯微形貌。以2501200mm （C=0.08%）板坯為例：）板坯為例： 細(xì)小縱裂紋：寬度細(xì)小縱裂紋：寬度1-2mm，深度，深度3-4mm，長(zhǎng)，長(zhǎng)100mm左左 右。右。 寬大縱裂紋：寬度寬大縱裂紋：寬度10-20mm，深度，深度20-30mm，長(zhǎng)度有，長(zhǎng)度有 幾米，嚴(yán)重時(shí)會(huì)貫穿板坯而報(bào)廢幾米，嚴(yán)重時(shí)會(huì)貫穿板坯而報(bào)廢 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 l綜合分析表明縱裂紋有以下特征：綜合分析表明縱裂紋有以下特征： （1） 產(chǎn)生縱裂紋的表面常伴有凹陷（產(chǎn)生縱裂紋的表面常伴有凹陷（depression），縱），縱 裂紋的嚴(yán)重性與表面凹陷相對(duì)應(yīng)。裂紋的嚴(yán)

5、重性與表面凹陷相對(duì)應(yīng)。 （2） 裂紋沿樹(shù)枝晶干方向擴(kuò)展。裂紋沿樹(shù)枝晶干方向擴(kuò)展。 （3） 裂紋內(nèi)發(fā)現(xiàn)有硅、鈣、鋁等元素的夾雜物。裂紋內(nèi)發(fā)現(xiàn)有硅、鈣、鋁等元素的夾雜物。 （4） 在裂紋周?chē)l(fā)現(xiàn)有在裂紋周?chē)l(fā)現(xiàn)有P，S，Mn的偏析的偏析 （5） 在裂紋邊緣出現(xiàn)有一定的脫碳層，說(shuō)明裂紋是在高在裂紋邊緣出現(xiàn)有一定的脫碳層，說(shuō)明裂紋是在高 溫下形成擴(kuò)展的。溫下形成擴(kuò)展的。 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 l鑄坯表面裂紋與中厚板表面缺陷關(guān)系鑄坯表面裂紋與中厚板表面缺陷關(guān)系： 板坯表面裂紋板坯表面裂紋15mm深，當(dāng)壓縮比深，當(dāng)壓縮比4.26.8，產(chǎn)品裂，產(chǎn)品裂 紋深度為紋深度為2mm。1000塊板坯軋制統(tǒng)

6、計(jì)：塊板坯軋制統(tǒng)計(jì)： 軋制厚度軋制厚度 裂紋指數(shù)裂紋指數(shù) 40mm 11.25 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 圖2-1 板坯表面縱裂紋形貌 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 2.2 表面縱裂紋產(chǎn)生的原因表面縱裂紋產(chǎn)生的原因 板坯橫斷面低倍檢驗(yàn)指出，縱裂紋起源于激冷層薄弱處（約2- 3mm）。 結(jié)晶器的模擬試驗(yàn)指出，縱裂紋起源于結(jié)晶的彎月面區(qū)（幾十毫 米到150mm）周邊坯殼厚度薄弱處。這說(shuō)明縱裂紋起源于結(jié)晶器 的彎月面區(qū)初生凝固殼厚度的不均勻性。由于受力的作用： （1）板坯凝固殼四周溫度不均勻而產(chǎn)生的收縮力。 （2）板坯收縮由鋼水靜壓力產(chǎn)生的鼓脹力。 （3）寬度收縮受側(cè)面約束產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力

7、。 這些力的的綜合作用在坯殼上，當(dāng)張應(yīng)力超過(guò)鋼的高溫允許的強(qiáng) 度，則就在坯殼薄弱處萌生裂紋，出結(jié)晶器后在二冷區(qū)繼續(xù)擴(kuò)展。 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 在結(jié)晶器彎月面區(qū)坯殼厚度生長(zhǎng)不均勻的主要原在結(jié)晶器彎月面區(qū)坯殼厚度生長(zhǎng)不均勻的主要原 因是：因是： （1）包晶相變（）包晶相變（L+）收縮特征，氣隙過(guò)早形成，）收縮特征，氣隙過(guò)早形成， 導(dǎo)致坯殼生長(zhǎng)不均勻。導(dǎo)致坯殼生長(zhǎng)不均勻。 （2）工藝因素影響結(jié)晶的坯殼生長(zhǎng)不均勻。）工藝因素影響結(jié)晶的坯殼生長(zhǎng)不均勻。 顯然要防止產(chǎn)生縱裂紋，就是要使結(jié)晶的彎月面初顯然要防止產(chǎn)生縱裂紋，就是要使結(jié)晶的彎月面初 生坯殼厚度均勻，避免坯殼產(chǎn)生應(yīng)力梯度。要做到這點(diǎn)

8、，生坯殼厚度均勻，避免坯殼產(chǎn)生應(yīng)力梯度。要做到這點(diǎn)， 對(duì)于包晶相變的收縮特征是由對(duì)于包晶相變的收縮特征是由Fe-C相圖決定的，人為相圖決定的，人為 無(wú)法改變，而重要的是準(zhǔn)確控制影響結(jié)晶的初生坯殼生無(wú)法改變，而重要的是準(zhǔn)確控制影響結(jié)晶的初生坯殼生 長(zhǎng)的工藝因素，來(lái)防止產(chǎn)生縱裂紋。長(zhǎng)的工藝因素，來(lái)防止產(chǎn)生縱裂紋。 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 2.3 影響表面縱裂紋產(chǎn)生的因素影響表面縱裂紋產(chǎn)生的因素 （1） 鋼水成分 S0.015%，縱裂紋增加（圖2-2）； Mn/S升高，縱裂紋降低（圖2-3）； C=0.120.15%，縱裂紋產(chǎn)生嚴(yán)重（圖2-4） 圖2-2 鋼中S與裂紋指數(shù)的關(guān)系 2 鑄坯表

9、面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 ； 圖2-4 含碳量對(duì)板坯寬面縱裂紋的影響 包晶相變鋼轉(zhuǎn)變，收縮大，氣隙過(guò)早形成，坯殼折皺，結(jié)晶器熱流不穩(wěn)定，坯殼厚度生 長(zhǎng)不均勻性加重。 圖2-3 Mn/S對(duì)縱裂的影響 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 （2） 拉速拉速 l 拉速增加，縱裂紋指數(shù)增加（圖拉速增加，縱裂紋指數(shù)增加（圖2-5）；）； l 拉速增加，渣膜厚度減少（圖拉速增加，渣膜厚度減少（圖2-6）。）。 圖2-5 拉速對(duì)縱裂紋的影響 圖2-6 拉速對(duì)渣膜厚度的影響 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 （3） 保護(hù)渣保護(hù)渣 液渣層厚度液渣層厚度10mm，縱裂紋增加（圖，縱裂紋增加（圖2-7）。）。 高凝固溫度

10、和高結(jié)晶器溫度的保護(hù)渣，減少結(jié)晶器彎月面?zhèn)鳠峥墒垢吣虦囟群透呓Y(jié)晶器溫度的保護(hù)渣，減少結(jié)晶器彎月面?zhèn)鳠峥墒?縱裂發(fā)生率減少縱裂發(fā)生率減少50%。 圖2-7 液渣層厚度對(duì)縱裂紋的影響 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 （4） 結(jié)晶器液面波動(dòng)結(jié)晶器液面波動(dòng) l 液面波動(dòng)液面波動(dòng)60Cal/cm2s（2.1MW/ M2）, 縱裂紋增加； 中碳鋼（0.11%C），結(jié)晶器熱 流41Cal/cm2s(1.7MW/M2),縱裂 紋增加。 圖2-10 鑄坯熱流對(duì)縱裂指數(shù)的影響 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 l2501400mm板坯，結(jié)晶的寬面平均熱流與板坯縱裂指數(shù)如板坯，結(jié)晶的寬面平均熱流與板坯縱裂指數(shù)如

11、 圖圖2-11。結(jié)晶的側(cè)面熱流與縱裂紋指數(shù)如圖。結(jié)晶的側(cè)面熱流與縱裂紋指數(shù)如圖2-12。由圖可知：。由圖可知： 結(jié)晶器的寬面銅板平均熱流為結(jié)晶器的寬面銅板平均熱流為1.4- 1.6MW/m2 ，側(cè)面平均熱流，側(cè)面平均熱流 為為1.1-1.3MW/ m2，板坯表面縱裂紋發(fā)生率最小。，板坯表面縱裂紋發(fā)生率最小。 圖2-11寬面銅板熱流與裂紋的關(guān)系 圖2-12側(cè)面銅板熱流與裂紋的關(guān)系 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 l圖圖2-13和圖和圖2-14分別為結(jié)晶器兩寬面銅板和兩側(cè)面銅板熱流差值與板坯分別為結(jié)晶器兩寬面銅板和兩側(cè)面銅板熱流差值與板坯 縱裂紋關(guān)系，由圖可知，對(duì)稱銅板熱流差值控制在縱裂紋關(guān)系，

12、由圖可知，對(duì)稱銅板熱流差值控制在0.05MW/ m2時(shí)，板時(shí)，板 坯表面縱裂紋發(fā)生率較小。這說(shuō)明對(duì)稱銅板導(dǎo)出熱量相同凝固坯殼厚度坯表面縱裂紋發(fā)生率較小。這說(shuō)明對(duì)稱銅板導(dǎo)出熱量相同凝固坯殼厚度 生長(zhǎng)均勻。生長(zhǎng)均勻。 圖2-13寬面銅板熱流差值與裂紋的關(guān)系 圖2-14側(cè)面銅板差值與裂紋的關(guān)系 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 l側(cè)邊銅板熱流與寬邊銅板熱流之側(cè)邊銅板熱流與寬邊銅板熱流之 比為比為0.8-0.9時(shí)板坯表面縱裂紋最時(shí)板坯表面縱裂紋最 ?。▓D小（圖2-15）。如比值太小，說(shuō)）。如比值太小，說(shuō) 明側(cè)面銅板熱流過(guò)低，凝固坯殼明側(cè)面銅板熱流過(guò)低，凝固坯殼 厚度較薄，鋼水靜壓力作用使側(cè)厚度較薄，鋼

13、水靜壓力作用使側(cè) 面鼓脹，加大了寬面坯殼變形，面鼓脹，加大了寬面坯殼變形， 在薄弱處產(chǎn)生微裂紋。如比值過(guò)在薄弱處產(chǎn)生微裂紋。如比值過(guò) 大，說(shuō)明側(cè)邊熱流過(guò)高，側(cè)邊凝大，說(shuō)明側(cè)邊熱流過(guò)高，側(cè)邊凝 固坯殼生長(zhǎng)過(guò)厚，當(dāng)寬面鼓脹時(shí)，固坯殼生長(zhǎng)過(guò)厚，當(dāng)寬面鼓脹時(shí)， 側(cè)邊不能隨之收縮而導(dǎo)致寬面坯側(cè)邊不能隨之收縮而導(dǎo)致寬面坯 殼薄弱處應(yīng)力集中產(chǎn)生微細(xì)裂紋。殼薄弱處應(yīng)力集中產(chǎn)生微細(xì)裂紋。 圖2-15 側(cè)面熱流與寬面熱流比值與裂紋關(guān)系 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 l結(jié)晶器弱冷，有利結(jié)晶器弱冷，有利 于減少縱裂紋（圖于減少縱裂紋（圖 2-16）。某廠板坯）。某廠板坯 結(jié)晶器水量減少結(jié)晶器水量減少 （由（由10

14、0%降至降至 87%），二冷強(qiáng)度），二冷強(qiáng)度 由由100%降至降至80%， 縱裂指數(shù)由縱裂指數(shù)由1.92降降 至至0.51。 圖2-16 結(jié)晶器弱冷對(duì)小縱裂紋的影響 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 （6） 結(jié)晶器的錐度結(jié)晶器的錐度 結(jié)晶器錐度對(duì)縱裂紋的影響結(jié)晶器錐度對(duì)縱裂紋的影響 如圖如圖2-17; 錐度錐度0.8%/m，窄面凹入，窄面凹入 無(wú)角部縱裂。無(wú)角部縱裂。 板坯角部縱裂紋與出結(jié)板坯角部縱裂紋與出結(jié) 晶器寬面鼓肚有關(guān)。寬面鼓晶器寬面鼓肚有關(guān)。寬面鼓 肚而窄面隨之收縮（凹入），肚而窄面隨之收縮（凹入）， 則無(wú)角部縱裂紋，而窄面凸則無(wú)角部縱裂紋，而窄面凸 出則有角部縱裂紋。出則有角部縱裂

15、紋。 強(qiáng)化足輥寬面冷卻，減強(qiáng)化足輥寬面冷卻，減 弱窄面冷卻可消除角部縱裂弱窄面冷卻可消除角部縱裂 紋。紋。 圖2-17結(jié)晶器錐度和鋼成分對(duì)皮下內(nèi)裂的影響 （斷面尺寸240 x240mm,拉速0.7m/min） 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 （7） 結(jié)晶器振動(dòng)結(jié)晶器振動(dòng) l 振痕淺，無(wú)角部縱裂紋；振痕淺，無(wú)角部縱裂紋； l 振痕深，角部縱裂紋增加；振痕深，角部縱裂紋增加； l 負(fù)滑脫時(shí)間值增大，板坯表面縱裂升高；負(fù)滑脫時(shí)間值增大，板坯表面縱裂升高；0.20.3s，縱裂降低。，縱裂降低。 （8） 結(jié)晶器鋼液流動(dòng)結(jié)晶器鋼液流動(dòng) l 水口對(duì)中，防止產(chǎn)生偏流；水口材質(zhì)浸蝕，出口流股不對(duì)稱，造水口對(duì)中

16、，防止產(chǎn)生偏流；水口材質(zhì)浸蝕，出口流股不對(duì)稱，造 成偏流。成偏流。 l水口插入深度合適水口插入深度合適 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 （9） 結(jié)晶器變形結(jié)晶器變形 對(duì)于小方坯常出現(xiàn)角部縱裂紋（靠近角部棱邊或離開(kāi)角部對(duì)于小方坯常出現(xiàn)角部縱裂紋（靠近角部棱邊或離開(kāi)角部10- 15mm）,它是與凝固前沿?zé)崴毫延嘘P(guān)的。它的產(chǎn)生決定于：它是與凝固前沿?zé)崴毫延嘘P(guān)的。它的產(chǎn)生決定于： l方坯菱變；方坯菱變； l結(jié)晶器圓角半徑結(jié)晶器圓角半徑R(R大，縱裂沿棱角；大，縱裂沿棱角；R小，縱裂離開(kāi)角部小，縱裂離開(kāi)角部)； l結(jié)晶器變形與磨損。結(jié)晶器變形與磨損。 保持結(jié)晶器合適錐度，較大的圓角半徑（保持結(jié)晶器合適

17、錐度，較大的圓角半徑（R6-8mm），準(zhǔn)確對(duì)?。瑴?zhǔn)確對(duì)弧 和支承，防止結(jié)晶器磨損，均勻的冷卻等可消除小方坯角部縱裂。和支承，防止結(jié)晶器磨損，均勻的冷卻等可消除小方坯角部縱裂。 （10）出結(jié)晶器下口的冷卻）出結(jié)晶器下口的冷卻 足輥和零段二冷水過(guò)強(qiáng)，板坯寬面縱裂加劇，如水流密度由足輥和零段二冷水過(guò)強(qiáng)，板坯寬面縱裂加劇，如水流密度由110 l/m2.min 降到降到60 l/m2.min，縱裂指數(shù)由，縱裂指數(shù)由2降到零。降到零。 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 2.4. 防止表面縱裂紋措施防止表面縱裂紋措施 防止縱裂紋產(chǎn)生的根本措施，就是使結(jié)晶器彎月面區(qū)防止縱裂紋產(chǎn)生的根本措施，就是使結(jié)晶器彎月

18、面區(qū) 域坯殼生長(zhǎng)厚度均勻。域坯殼生長(zhǎng)厚度均勻。 （1） 結(jié)晶器初始坯殼均勻生長(zhǎng)結(jié)晶器初始坯殼均勻生長(zhǎng) l 熱頂結(jié)晶器（彎月面區(qū)熱流減少熱頂結(jié)晶器（彎月面區(qū)熱流減少5060） l 波浪結(jié)晶器（彎月面區(qū)熱流減少波浪結(jié)晶器（彎月面區(qū)熱流減少1725） l 結(jié)晶器弱冷結(jié)晶器弱冷 l 合適結(jié)晶器錐度合適結(jié)晶器錐度 對(duì)于板坯：為補(bǔ)償結(jié)晶器寬面凝固殼收縮，對(duì)于板坯：為補(bǔ)償結(jié)晶器寬面凝固殼收縮， 窄面給出線性錐度如圖所示，應(yīng)滿足：窄面給出線性錐度如圖所示，應(yīng)滿足： 對(duì)于方坯：管式結(jié)晶器由單錐度（對(duì)于方坯：管式結(jié)晶器由單錐度（0.6%/m,0.75%/m） 多錐度（結(jié)晶器上部多錐度（結(jié)晶器上部1.42.3/m，

19、結(jié)晶器下部，結(jié)晶器下部 0.60.8/m） 拋物線錐度演變。拋物線錐度演變。 l 控制結(jié)晶器窄面熱流與寬面熱流比值為控制結(jié)晶器窄面熱流與寬面熱流比值為0.80.9， 以減少縱裂紋。以減少縱裂紋。 l調(diào)節(jié)結(jié)晶器水量和進(jìn)出水溫度，控制結(jié)晶器彎月面調(diào)節(jié)結(jié)晶器水量和進(jìn)出水溫度，控制結(jié)晶器彎月面 銅板溫度為恒定值。銅板溫度為恒定值。 )( 2 21 TT W W )( 2 21 TT W W 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 （2） 結(jié)晶器鋼水流動(dòng)的合理性結(jié)晶器鋼水流動(dòng)的合理性 l 液面波動(dòng)液面波動(dòng)35mm l 浸入式水口對(duì)中，防止偏流浸入式水口對(duì)中，防止偏流 l 合理的浸入式水口設(shè)計(jì)（合適的出口直徑，

20、傾角）合理的浸入式水口設(shè)計(jì)（合適的出口直徑，傾角） l 合適的水口插入深度合適的水口插入深度 （3） 結(jié)晶器振動(dòng)結(jié)晶器振動(dòng) l 合適的負(fù)滑脫時(shí)間合適的負(fù)滑脫時(shí)間tN l 合適的頻率和振幅合適的頻率和振幅 l 防止振動(dòng)偏差防止振動(dòng)偏差(縱向，橫向縱向，橫向0.2mm ) 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 （4） 合適的保護(hù)渣合適的保護(hù)渣 對(duì)結(jié)晶器坯殼表面易產(chǎn)生凹陷（縱裂）和粘結(jié)的鋼種，選用保護(hù)渣的原則是：對(duì)結(jié)晶器坯殼表面易產(chǎn)生凹陷（縱裂）和粘結(jié)的鋼種，選用保護(hù)渣的原則是： 凹陷鋼（包晶鋼）凹陷鋼（包晶鋼） 粘結(jié)鋼粘結(jié)鋼 * 熱流控制熱流控制 * 摩擦力控制摩擦力控制 * 固體渣層厚度固體渣層厚度

21、 * 液渣膜厚度液渣膜厚度 * 較高熔點(diǎn)較高熔點(diǎn) * 低熔點(diǎn)低熔點(diǎn) * 較高粘度較高粘度 * 低粘度低粘度 * 較高結(jié)晶溫度（高堿度）較高結(jié)晶溫度（高堿度） * 低堿度（玻璃性）低堿度（玻璃性） 除設(shè)計(jì)合適的保護(hù)渣組成和熔化性能外，在生產(chǎn)上，根據(jù)澆注鋼種和拉速，除設(shè)計(jì)合適的保護(hù)渣組成和熔化性能外，在生產(chǎn)上，根據(jù)澆注鋼種和拉速， 控制好：控制好： l v（粘度（粘度拉速）拉速）0.20.4 Pasm/min l 結(jié)晶器鋼液面上液渣層厚度結(jié)晶器鋼液面上液渣層厚度1015mm l 均勻渣膜厚度（均勻渣膜厚度（d = 0.95Vc-0.47） l 合適渣子消耗（合適渣子消耗（0.30.5kg/m2，或

22、，或0.50.7kg/t） 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 （5） 出結(jié)晶器鑄坯運(yùn)行出結(jié)晶器鑄坯運(yùn)行 l 結(jié)晶器與零段的支撐對(duì)弧準(zhǔn)確結(jié)晶器與零段的支撐對(duì)弧準(zhǔn)確 l 二次冷卻均勻性二次冷卻均勻性 （6） 調(diào)整鋼水成分調(diào)整鋼水成分 l 鋼中碳含量避開(kāi)包晶區(qū)，鋼中碳含量避開(kāi)包晶區(qū)，C向下線或上線控制向下線或上線控制 l鋼中鋼中S30 l 殘余元素殘余元素Cu、As、Zn控制控制1.3%，在振痕波谷 處就產(chǎn)生裂紋。 圖33 鋼高溫延性示意圖 3 鑄坯表面橫裂紋鑄坯表面橫裂紋 3.3影響產(chǎn)生橫裂紋因素影響產(chǎn)生橫裂紋因素 （1） 鋼成分鋼成分 l C0.100.15%，坯殼厚度不均，坯殼厚度不均 勻性強(qiáng)

23、，振痕深，表面易產(chǎn)生凹陷勻性強(qiáng)，振痕深，表面易產(chǎn)生凹陷 或橫裂紋；生產(chǎn)實(shí)踐表明，或橫裂紋；生產(chǎn)實(shí)踐表明，C 0.150.18%或或0.150.20%時(shí)，時(shí)， 振痕淺了，鑄坯邊部橫裂減少；振痕淺了，鑄坯邊部橫裂減少； l 降低鋼中降低鋼中N，防止氮化物沉淀；，防止氮化物沉淀； （2） 結(jié)晶器振動(dòng)特點(diǎn)結(jié)晶器振動(dòng)特點(diǎn) l 振痕深度增加，橫裂紋增加（圖振痕深度增加，橫裂紋增加（圖 3-4）；）； l 振動(dòng)頻率振動(dòng)頻率f增加增加,振痕變淺，橫裂紋振痕變淺，橫裂紋 減少（圖減少（圖3-5）；）； l 負(fù)滑脫時(shí)間增加，振痕深度增加負(fù)滑脫時(shí)間增加，振痕深度增加 （圖（圖3-6），方坯），方坯tN=0.120.

24、15s， 板坯板坯tN=0.20s。 圖3-4 振痕深度與橫裂紋產(chǎn)生幾率的關(guān)系 3 鑄坯表面橫裂紋鑄坯表面橫裂紋 圖3-5 振動(dòng)頻率與振痕深度的關(guān)系 圖3-6 負(fù)滑脫與振痕深度的關(guān)系 3 鑄坯表面橫裂紋鑄坯表面橫裂紋 （3） 結(jié)晶器液面波動(dòng)結(jié)晶器液面波動(dòng) l 結(jié)晶器液面波動(dòng)增加，橫裂紋加重（圖結(jié)晶器液面波動(dòng)增加，橫裂紋加重（圖3-7）。）。 l （4） 保護(hù)渣性能保護(hù)渣性能 l 保護(hù)渣耗量增加，橫裂紋減少（圖保護(hù)渣耗量增加，橫裂紋減少（圖3-8）；）； 圖3-7 結(jié)晶器液面波動(dòng)與角裂發(fā)生率的關(guān)系圖3-8 保護(hù)渣消耗量與角裂發(fā)生率的關(guān)系 3 鑄坯表面橫裂紋鑄坯表面橫裂紋 （5） 合適二冷強(qiáng)度合適

25、二冷強(qiáng)度 l 調(diào)整二冷水分布，在調(diào)整二冷水分布，在 矯直前鑄坯溫度矯直前鑄坯溫度 900，避開(kāi)脆性區(qū)，避開(kāi)脆性區(qū) （圖（圖3-9）；）； l 合適二冷水量并降低合適二冷水量并降低 鑄坯橫向中心與邊部鑄坯橫向中心與邊部 溫度差，尤其是避免溫度差，尤其是避免 角部溫度過(guò)低。角部溫度過(guò)低。 圖3-9 矯直溫度與橫裂紋關(guān)系 3 鑄坯表面橫裂紋鑄坯表面橫裂紋 3.4 防止橫裂紋措施防止橫裂紋措施 （1） 采用高頻率采用高頻率,小振幅結(jié)晶器振動(dòng)小振幅結(jié)晶器振動(dòng) 負(fù)滑脫時(shí)間負(fù)滑脫時(shí)間t N與拉速與拉速v成正比成正比,與頻率和振幅與頻率和振幅f成反成反 比比.為防止橫裂紋為防止橫裂紋,就要減淺振痕就要減淺振痕

26、,則必須降低則必須降低,要降低要降低,則則 必須采用高頻率必須采用高頻率 (100400min-1),小振幅小振幅(5mm)的結(jié)的結(jié) 晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)。晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)。 （2） 合適的二次冷卻水量合適的二次冷卻水量 根據(jù)鋼種不同根據(jù)鋼種不同,二冷配水量分布應(yīng)使鑄坯表面溫度二冷配水量分布應(yīng)使鑄坯表面溫度 分布均勻分布均勻,應(yīng)盡量減少鑄坯表面和邊部溫度差。采用動(dòng)應(yīng)盡量減少鑄坯表面和邊部溫度差。采用動(dòng) 態(tài)二冷配水模型。態(tài)二冷配水模型。 （3） 合適保護(hù)渣性合適保護(hù)渣性 保護(hù)渣用量和粘度保護(hù)渣用量和粘度,既要滿足減淺振痕既要滿足減淺振痕,又要防止坯又要防止坯 殼粘結(jié)殼粘結(jié).最少為最少為 0.3kg/m2。

27、3 鑄坯表面橫裂紋鑄坯表面橫裂紋 （4） 合適鑄坯轎直溫度，以避開(kāi)脆性區(qū)。合適鑄坯轎直溫度，以避開(kāi)脆性區(qū)。 （5） 矯直輥水平度管理（圖矯直輥水平度管理（圖3-10） 矯直輥水平度異常時(shí)，鑄坯矯直應(yīng)變比正常大（正常矯直輥水平度異常時(shí)，鑄坯矯直應(yīng)變比正常大（正常1.19， 異常為異常為2.69），使橫裂多且深，所以應(yīng)把輥水平度控制在），使橫裂多且深，所以應(yīng)把輥水平度控制在2mm以內(nèi)。以內(nèi)。 圖3-10 轎直輥水平度對(duì)鑄坯橫裂的影響 4 鑄坯表面星形裂紋鑄坯表面星形裂紋 4 鑄坯表面星形裂紋鑄坯表面星形裂紋 4.1鑄坯表面星形（網(wǎng)狀）裂紋特征鑄坯表面星形（網(wǎng)狀）裂紋特征 l 裂紋位于鑄坯表面被裂紋

28、位于鑄坯表面被FeO覆蓋，經(jīng)酸洗后才能發(fā)現(xiàn)。表面裂紋覆蓋，經(jīng)酸洗后才能發(fā)現(xiàn)。表面裂紋 分布無(wú)方向性，形貌呈網(wǎng)狀（圖分布無(wú)方向性，形貌呈網(wǎng)狀（圖4-1），裂紋深度可達(dá)），裂紋深度可達(dá)1-4mm， 有的甚至達(dá)有的甚至達(dá)20mm。 l金相觀察表明，裂紋沿初生奧氏體晶界擴(kuò)展。裂紋中充滿金相觀察表明，裂紋沿初生奧氏體晶界擴(kuò)展。裂紋中充滿FeO， 軋制成品板材表面裂紋走向不規(guī)則，成彌散分布，細(xì)若發(fā)絲，深軋制成品板材表面裂紋走向不規(guī)則，成彌散分布，細(xì)若發(fā)絲，深 度很淺，最深度很淺，最深 達(dá)達(dá)1.1mm。必須進(jìn)行人工修復(fù)。必須進(jìn)行人工修復(fù)。 圖4-1 鑄坯表面的網(wǎng)狀裂紋 4 鑄坯表面星形裂紋鑄坯表面星形裂紋

29、4.2鑄坯表面星形裂紋產(chǎn)生原因鑄坯表面星形裂紋產(chǎn)生原因 鑄坯表面星形裂紋沿一次晶界分布，裂紋邊界有脫鑄坯表面星形裂紋沿一次晶界分布，裂紋邊界有脫C現(xiàn)象，說(shuō)明是在結(jié)晶現(xiàn)象，說(shuō)明是在結(jié)晶 器內(nèi)高溫下（器內(nèi)高溫下（1400C）坯殼奧氏體轉(zhuǎn)變之前形成的。）坯殼奧氏體轉(zhuǎn)變之前形成的。 對(duì)于鑄坯表面星狀裂紋形成的原因，有不同的觀點(diǎn)，大致有以下看法：對(duì)于鑄坯表面星狀裂紋形成的原因，有不同的觀點(diǎn)，大致有以下看法： （1） 銅滲透和銅富集銅滲透和銅富集 l 銅滲透銅滲透 結(jié)晶器下部。銅板渣層破裂，發(fā)生固結(jié)晶器下部。銅板渣層破裂，發(fā)生固/固摩擦接觸，固摩擦接觸，Cu局部粘附在坯殼局部粘附在坯殼 上，上，Cu熔點(diǎn)是

30、熔點(diǎn)是1040，Cu熔化沿奧氏體晶界滲透，熔化沿奧氏體晶界滲透， 晶界破坯而失去塑性，晶界破坯而失去塑性， 產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象。在裂紋里發(fā)現(xiàn)有銅（產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象。在裂紋里發(fā)現(xiàn)有銅（Cu=1.6%），也證明了這點(diǎn)。），也證明了這點(diǎn)。 l 銅富集銅富集 鋼中含有鋼中含有Cu=0.050.2%，高溫鑄坯由于，高溫鑄坯由于Fe氧化，在氧化，在FeO皮下形成含皮下形成含Cu 的富集相的富集相 (70% Cu，15%Ni，10%Sn，5% Fe)熔點(diǎn)低，形成液相沿晶界穿行，熔點(diǎn)低，形成液相沿晶界穿行， 在高溫時(shí)在高溫時(shí)(11001200)具有最大的裂紋敏感性。具有最大的裂紋敏感性。 4 鑄坯表面星形裂紋鑄坯表面星

31、形裂紋 （2） 奧氏體晶界沾污奧氏體晶界沾污 l 結(jié)晶器彎月面初生坯殼結(jié)晶器彎月面初生坯殼,由于由于轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變收縮收縮鼓脹鼓脹坯殼彎曲坯殼彎曲 在張力和鋼水靜壓力作用下奧氏體晶界裂開(kāi)在張力和鋼水靜壓力作用下奧氏體晶界裂開(kāi),固固/液界面富集溶質(zhì)的液界面富集溶質(zhì)的 液體進(jìn)入裂紋液體進(jìn)入裂紋,加上晶界析出物加上晶界析出物,污染了晶界成為晶界薄弱點(diǎn)污染了晶界成為晶界薄弱點(diǎn),是產(chǎn)生是產(chǎn)生 星狀裂紋的起點(diǎn)星狀裂紋的起點(diǎn). l 鑄坯在運(yùn)行過(guò)程中鑄坯在運(yùn)行過(guò)程中,進(jìn)一步受到張力作用進(jìn)一步受到張力作用(如鼓肚不對(duì)中不均勻如鼓肚不對(duì)中不均勻 冷卻冷卻), 裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展. （3） 表面凹陷和不規(guī)則褶皺

32、（振痕）表面凹陷和不規(guī)則褶皺（振痕） l 板坯表面有凹陷和不規(guī)則振痕，清理后，發(fā)現(xiàn)有的分布細(xì)小裂紋，板坯表面有凹陷和不規(guī)則振痕，清理后，發(fā)現(xiàn)有的分布細(xì)小裂紋， 裂紋深度裂紋深度2mm，發(fā)現(xiàn)含有，發(fā)現(xiàn)含有SiAlCaNa的氧化物。在軋材表面的氧化物。在軋材表面 會(huì)遺傳有像頭發(fā)絲細(xì)小裂紋，有時(shí)還會(huì)發(fā)現(xiàn)有會(huì)遺傳有像頭發(fā)絲細(xì)小裂紋，有時(shí)還會(huì)發(fā)現(xiàn)有Al2O3、SiO2、Na K類(lèi)似于保護(hù)渣。類(lèi)似于保護(hù)渣。 l 采用與防止縱向裂紋產(chǎn)生的措施，尤其是控制結(jié)晶器振動(dòng)（高頻采用與防止縱向裂紋產(chǎn)生的措施，尤其是控制結(jié)晶器振動(dòng)（高頻 率，小振幅）和低粘度堿性保護(hù)渣，使星形裂紋明顯減少。率，小振幅）和低粘度堿性保護(hù)渣

33、，使星形裂紋明顯減少。 4 鑄坯表面星形裂紋鑄坯表面星形裂紋 （4） H2過(guò)飽和析出過(guò)飽和析出 l 試驗(yàn)指出，表面網(wǎng)狀裂紋也有不含試驗(yàn)指出，表面網(wǎng)狀裂紋也有不含Cu也不含保護(hù)渣，當(dāng)鋼水中也不含保護(hù)渣，當(dāng)鋼水中 H5.5ppm出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋廢品，當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋廢品，當(dāng)H10ppm，網(wǎng)狀裂紋廢品增加，網(wǎng)狀裂紋廢品增加 l 在結(jié)晶器的彎月面區(qū)，結(jié)晶速度很快（冷卻速度在結(jié)晶器的彎月面區(qū)，結(jié)晶速度很快（冷卻速度100/s），凝固初生），凝固初生 坯殼坯殼H過(guò)飽和，當(dāng)坯殼溫度降低時(shí)，原子過(guò)飽和，當(dāng)坯殼溫度降低時(shí)，原子H從固體析出，向晶間的微孔隙從固體析出，向晶間的微孔隙 擴(kuò)散變成擴(kuò)散變成H2，造成附加應(yīng)力，再加鋼水靜壓力和收縮力，超過(guò)了一定溫，造成附加應(yīng)力，再加鋼水靜壓力和收縮力，超過(guò)了一定溫 度下鋼的允許強(qiáng)度，則沿晶界斷裂，形成網(wǎng)狀裂紋。度下鋼的允許強(qiáng)度，則沿晶界斷裂，形成網(wǎng)狀裂紋。 l 降低鋼中降低鋼中H，降低，降