连铸板坯中心裂纹原因分析及对策

1、前言

中心裂纹（见图1）是连铸板坯常见的内部缺陷，由于中心裂纹铸坯在加热炉加热时发生氧化反应，在进一步轧制时难以完全焊合，出现带钢分层缺陷（见图2），有的在轧制中还会发生断带事故，造成严重后果。德龙钢铁有限公司（以下简称德龙）2#板坯连铸机自投产以来，中心裂纹发生率一直相对较高，严重影响铸坯质量。通过对其产生原因进行调查分析，采取相应的控制措施，有效的减少了中心裂纹的发生。

德龙2#板坯连铸机为立弯式连铸机，6点弯曲，10点矫直，基本半径8米，冶金长度21.91米，浇注铸坯规格180*（670～1020）mm，基本拉速0.80-1.40m/min，主要生产钢种有冷轧料、普碳钢、低合金钢、管线钢等。

2、德龙2#板坯连铸机中心裂纹的影响因素分析

中心裂纹的产生是由于液相穴末端的组织所承受的外来力（如热应力、弯曲力、鼓肚力、矫直力等）和由此产生的变形超过了允许的高温强度和极限应变值。

2.1铸机设备精度的影响

铸机设备精度主要包括扇形段开口度及接弧状况，均对铸坯凝固质量有较大影响，尤其在铸坯凝固末端，若开口度过大会导致铸坯鼓肚，此时钢液得不到补充，会发生中心裂纹。从德龙2＃板坯连铸机2012年3～4月份铸坯出现中心裂纹缺陷时的生产条件来看，720mm断面铸坯中心裂纹共计31支，拉速0.90～1.40m/min时出30支，开浇出1支；1010断面铸坯中心线裂纹共计5支，拉速0.90～1.40m/min时出4支，开浇出1支；而0.90～1.40m/min拉速范围为2#机的理想拉速。即2#连铸机在中包温度、拉速均正常时中心裂纹发生率较高，说明铸机精度即凝固末端辊缝设定存在问题。

2.2二冷的影响

二冷对铸坯中心裂纹的影响主要表现在喷嘴喷水过大或堵塞，造成铸坯不均匀冷却而使铸坯出现回温现象，回温过大会造成铸坯的抗变形能力下降，另外还因热涨作用使铸坯中心产生较强裂的撕裂作用，这必然会加剧中心偏析及中心裂纹的程度。德龙2#板坯连铸机720mm断面扇形段为单排喷嘴，曾因喷嘴选型不合理，喷水过于集中（见图4），致使铸坯中部冷却过强，出现黑线，中心裂纹较1010mm大断面（扇形段双排喷嘴）明显增多。见图5：

2.3浇注温度的影响

浇注温度对铸坯凝固组织有较大影响，低的过热度浇注有利于扩大中心等轴晶区，减少凝固前沿树枝晶“搭桥”现象，减轻中心偏析及中心裂纹程度。浇注温度越高，中心等轴区越小，柱状晶越发达，凝固末端后移，极易导致铸坯鼓肚，加剧铸坯中心偏析及中心裂纹。

2.4供钢节奏的影响

生产节奏不稳定，拉速波动较大，铸坯凝固末端变化较大，造成凝固前沿柱状晶“搭桥”概率增加，从而加剧中心偏析和中心裂纹的程度。

2.5钢中有害元素P、S的影响

P是裂纹敏感性元素，极易在枝晶间富集，导致偏析增加，产生裂纹；S与Fe结合形成低熔点FeS，它分布在晶界,引起晶间脆性(FeS大于900℃容易产生热脆)成为裂纹源。

3、控制板坯中心裂纹的措施

3.1优化铸机凝固末端辊缝设定，提高铸机精度

3.1.1根据凝固平方根定律算得德龙2#板坯连铸机拉速在0.90～1.40m/min时，凝固末端在扇形4段、5段，将原平均辊缝收缩调整为静态轻压下，即辊缝收缩量由原0.7mm/段增加到1.1mm/段，详见下表：

3.1.2严把扇形段修复的过程质量，将对弧误差控制在±0.10mm以内；辊缝误差控制在±0.15mm以内；在线外弧线误差控制在±0.30mm以内，并走正向偏差。

3.1.3成立专业设备点检员，对上下线设备加强监管，提高铸机设备精度。

3.2优化二冷，减轻铸坯中部黑线

3.2.1二冷喷嘴选型：对二冷喷嘴进行改型，提高喷嘴雾化效果，并完善铸机点检确认制度，加大对喷嘴的检查力度，对堵塞喷嘴及时处理更换，保证铸坯冷却均匀。

3.2.2与大连重工厂家联系对铸机二冷进行改造，实现从足辊、弯曲段及各扇形段按比例可单独调水，并完善配水系统。

3.2.3制作二冷喷咀冷态测试装置，对喷咀做抽样检测，达不到要求进行修复或更换，以提高铸坯表面冷却质量。

3.3提高中包温度合格率

通过严抓转炉、精炼炉上钢温度，加大考核力度，中包温度合格率稳定控制在90%以上。

3.4稳定生产节奏，减少拉速波动

提高调度的生产组织协调能力，坚持以“连铸为中心”，保证生产节奏稳定，不出现连铸等钢等慢拉现象，并将拉速波动纳入工艺纪律考核规定当中，单班单台铸机拉速波动≤3次。

3.5提高操作水平，降低成品S、P含量

严抓转炉冶炼过程控制，降低出钢S、P含量，以减轻对铸坯内部质量的影响。

4、取得的效果

通过采取以上措施， 2#板坯连铸机中心线裂纹得到有效控制，详见图6：

5、结论

5.1德龙2#板坯连铸机中心裂纹的影响因素主要为铸机辊缝设定及二冷喷嘴选型不合理，而高温、拉速波动、钢中有害元素S、P等为次要因素。

5.2通过优化铸机凝固末端辊缝间距、对二冷喷嘴重新选型、优化二冷配水、降低中包过热度、稳定拉速控制、降低成品P、S含量等，2#板坯连铸机铸坯中心裂纹得到有效控制。