倒角結晶器對易裂鋼的影響研究

朱曉雷¹  陳志威²  張相春²  廖相巍¹

（1.鞍鋼股份技術中心，遼寧 鞍山，114021；2.鞍鋼股份煉鋼總廠，遼寧 鞍山，114021）

摘  要：分析了含磷、含鈮等角裂敏感鋼種的裂紋產生原因及解決措施。結果表明，通過采用倒角結晶器技術、優化足輥結構設計以及配套調整結晶器窄側冷卻水流量、提高錐度值等措施，倒角鑄坯在連鑄矯直區角部溫度可以提高100℃以上，避開鋼的高溫低塑性區，能夠有效防止或減少裂紋敏感性鋼種連鑄坯的角部橫裂紋。

關鍵詞：倒角結晶器；薄板坯；角部橫裂

中圖分類號：TF769  文獻標志碼：A  文章編號：

Study of the Effect of chamfered mold copper on crackable steel

ZHU Xiao-Lei1,  CHEN Zhi-Wei2,  ZHANG Xiang-Chun2,  LIAO Xiang-Wei1

(1.Technology Center of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 114009,Liaoning；2.General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,114021,Liaoning)

Abstract: This research analyzed the causes and solutions of corner crack in crackable steel with P and Nb. The results show that using chamfered mold copper, optimizing the structure design of foot roll, adjusting the flow of cooling water on the narrow side of the crystallizer and increasing the taper piston ring can effectively prevent and reduce the corner crack of crackable steel billet. The corner temperature of chamfered billt can increase 100℃ avoiding the high temperature and low plastic zone of steel.

Key word：chamfered mold copper; ASP; corner crack

某鋼廠連鑄機均為從奧鋼聯引進的1機雙流立彎式板坯連鑄機，常規產品規格為170mm厚度薄板坯，鑄機弧形半徑5m，鑄機最大拉速可達到2.0m/min，生產品種多樣化，其中含P鋼、含鈮鋼產量約占總產量的15%-20%。由于這些裂紋敏感性鋼種在生產中鑄坯角部橫裂紋缺陷發生率較高，不得不下線進行清角作業，不但降低了鑄機生產效率，同時還額外增加了生產成本。對此，國內外的解決措施有優化連鑄二冷配水、控制鋼水氮含量、微鈦合金化處理含鈮鋼、調整結晶器保護渣性能、采用結晶器非正弦波振動及提高連鑄設備安裝精度等[1-3]，但是這些方法針對薄板坯鑄機實際效果并不明顯，部分鋼種仍無規律產生角部橫裂缺陷。由此，該廠決定嘗試在薄板坯連鑄機上采用倒角結晶器，擬在不影響總體生產節奏的基礎上[4]，解決角部橫裂缺陷。

1連鑄板坯角部橫裂紋形成機制

該鋼廠的鑄機為薄板坯鑄機，鑄機的主要參數如表1。常規薄板坯連鑄機生產過程中，一冷強冷卻、較小的弧形半徑直接影響鑄坯角部質量。為了保證產品質量，必須對鑄機進行相應調整，滿足高品質鋼的生產。

表1連鑄機主要設備參數

Table 1. Main parameters of the continuous slab billet caster

角部橫裂紋是連鑄板坯較常見的表面缺陷，一般發生在鑄坯角部的振痕波谷處，深度大多在2~7mm，長度通常在5~20mm，由鑄坯表面沿鋼的晶界展開。 低碳鋼、低合金鋼和含鈮、釩、鈦的微合金鋼鑄坯的角部橫裂紋發生率高于其他成分鋼。 連鑄板坯角部橫裂紋形成機制分析如下[5]：

1）連鑄板坯在鋼的高溫脆性區矯直產生角部橫裂紋

連鑄板坯角部橫裂紋的產生與鋼的高溫脆性溫度區有關。 在實際連鑄生產中，多數鋼種的高溫脆性區在700~900℃之間。在連鑄矯直區域，若鑄坯邊角部溫度在鋼的高溫脆性溫度區內，鋼延塑性會降低，在矯直變形時即容易在內弧側鑄坯角部的表面振痕波谷處生成角部橫裂紋。連鑄坯高溫脆性溫度區范圍和在此溫度范圍內鑄坯延塑性降低的程度與鋼的化學成分有關。在奧氏體低溫區域，含鈮、釩、鈦的微合金化鋼和鋁脫氧鋼鑄坯中氮化物、碳氮化物的析出造成鋼的延塑性顯著降低。 若對鑄坯在這一脆性溫度區域進行矯直，矯直應力會造成鑄坯角橫裂紋頻繁發生。在實際生產中，含鈮、釩、鈦鋼鑄坯的角橫裂紋絕大多數就是在矯直過程產生的。

2）鑄坯角部應力集中導致產生角部橫裂紋

直角鑄坯角部存在拉應力。 在鑄坯矯直區域，鑄坯角部及靠近角部位置在矯直力作用下產生應力集中，導致連鑄坯角部產生橫裂紋。 直角鑄坯角部拉應力是導致出現角部橫裂紋的直接原因。

2 薄板坯倒角結晶器設計及應用

通過采用倒角結晶器技術、足輥結構的優化設計以及配套調整結晶器窄側冷卻水流量、提高錐度值等措施，有效防止或減少裂紋敏感性鋼種連鑄坯的角部橫裂紋。

2.1 倒角結晶器基本結構

將倒角結晶器銅板與背板進行安裝檢查并測試，結晶器窄面銅板兩側有向上翹起的斜角，使生產的連鑄坯形成倒角坯。倒角斜面區域長度為40mm，傾斜角度30度，中部平直區寬度107.1mm（如圖1）。

結晶器在高度方向上采用雙錐度結構，在距銅板上緣0～280mm范圍存在1.5mm的線性偏移量（如圖2）。

2.2 倒角結晶器足輥設計

窄面足輥組第一對倒角輥向著鑄坯方向的進入量均為0mm，第二對平輥向著鑄坯相反的方向后推1.2mm（如圖3）。

2.3.倒角結晶器一次冷卻設計

同時將倒角結晶器窄側水流量由26.4 m3/h增加至28.8m3/h，加強冷卻效果。使鑄坯在矯直時可以避開鋼的高溫性區，減少角部橫裂缺陷產生。寬面銅板水量設計與現有工藝制度相同。對于窄面銅板水量，原鑄機窄邊設計水量為26.6噸/小時，443L/min，窄邊面積0.000936m2，此時水速為7.89m/s；新設計倒角銅板窄邊面積0.001013m2，面積增加約8.2%，為滿足新結晶器窄邊銅板水速的要求，水量應達到480L/min即28.8m3/h以上。

2.4.倒角結晶器錐度設計

連鑄機170mm厚度下錐度系數執行:1.1%-1.35%。倒角結晶器錐度照比直板結晶器進行了增加，設定在1.20%～1.36%范圍，不同鋼種、不同斷面鑄坯對應的倒角結晶器窄面銅板附加錐度略有不同。另外，在倒角結晶器過鋼量達到30000噸后，窄面附加錐度原錐度的基礎上最少增加0.5mm。

3 倒角結晶器實施效果

倒角結晶器在薄板坯連鑄機上實施效果良好，生產穩定，設計目標拉速為1.3—2.0m/min，實際最高拉速測試到2.0m/min。同時在線調寬功能運行正常，單測完成連續調寬5次的要求，停澆后檢查結晶器，無夾鋼現象。生產過程中對鑄坯倒角處進行測溫，溫度穩定在950～1014℃，較普通結晶器角部溫度高約100℃（見表2），高于鋼的高溫脆性區，消除了鑄坯角部拉應力和應變集中，避免角部橫裂缺陷的產生。最后對倒角結晶器生產鑄坯取樣酸煮，評價實物角部質量，角部質量良好，未發現裂紋。

表2 角部溫度對比

Table 2. The contrast of the corner temperature

以下為生產AH32/S275JR鋼種，斷面170mm*1530mm，拉速1.5m/min，同一鑄機兩流分別使用正常結晶器和倒角結晶器的鑄坯質量，如圖4~5，酸煮后的倒角鑄坯內弧如圖6所示。

由此證明，倒角結晶器完全滿足薄板坯連鑄機生產需要，同時對解決薄板坯角部橫裂缺陷有明顯效果，從生產至今未出現角部縱裂缺陷。

4 結論

倒角結晶器技術從溫度和應力兩方面改善鑄坯角部狀況，即在連鑄矯直時提高鑄坯溫度以避開鋼的高溫脆性區，同時減少鑄坯角部應力。通過使用倒角結晶器技術，結合優化足輥結構設計以及配套調整結晶器窄側冷卻水流量、提高錐度值等措施，實測倒角鑄坯在連鑄矯直區角部溫度提高了100℃以上，足以避開鋼的高溫低塑性區�，F場實踐證明，倒角結晶器技術的應用，顯著減少了連鑄坯角部橫裂紋缺陷，實現了薄板鑄機對普碳鋼、低碳鋼、低合金鋼和中碳含鈮鋼等多鋼種的穩定生產。

參考文獻

[1] 朱國森，朱志遠，王彥鋒，等. 含鈮鋼板坯角橫裂紋的控制[J]，煉鋼，2006，41(12)：30-32.

[2] 魯獻輝，馬娥連. 連鑄工藝對含鈮中厚板邊裂的影響[J]，連鑄，2015，40(4)：54-59.

[3] 黃海，吳德潤. 梅鋼微合金鋼板坯角裂的形成機理和控制措施[J]，江蘇冶金，2009，37(1):38-42.

[4] 朱曉雷，陳付振，李曉偉，等. 高爐-轉爐-精煉流程流體溫度變化分析[J]，鞍鋼技術，2016(6)：28-30.

[5] 蔡開科。連鑄坯質量控制[M]，北京：冶金工業出版社，2010．80-90.