許孟春，李德軍，張寧

（鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009）

近年來(lái)，隨著我國(guó)交通運(yùn)輸、石油化工、重型機(jī)械、海洋工程、核電、軍工等行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和快速發(fā)展，對(duì)鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、規(guī)格等提出了更高的要求，對(duì)連鑄坯的質(zhì)量要求也更加嚴(yán)格。角部橫裂紋是連鑄坯較嚴(yán)重的表面缺陷之一，常出現(xiàn)在包晶鋼和含Al、Nb、V、Ti和B等微合金元素對(duì)裂紋敏感性強(qiáng)的鋼種，在鑄坯上多呈 “跨角裂”形式，加熱和軋制后，角部缺陷可傳遞到熱軋板卷上，使其邊部產(chǎn)生翹皮缺陷，嚴(yán)重時(shí)鋼卷邊部開(kāi)裂，引起嚴(yán)重的質(zhì)量事故［1］。

角部橫裂紋發(fā)生于連鑄坯角部的晶間，屬于晶間裂紋，常常被氧化鐵所覆蓋，因此難以檢查和清理，增加鑄坯降級(jí)量和報(bào)廢量。目前，對(duì)角部橫裂紋多采用火焰清理的方式進(jìn)行挽救，但當(dāng)裂紋較深時(shí)，火焰清理也無(wú)法修復(fù)，鑄坯角部裂紋缺陷仍將傳遞至熱軋板卷上。對(duì)鑄坯進(jìn)行火焰處理不僅造成大量的能源、材料、人力資源的浪費(fèi)，而且因?yàn)殍T坯需下線進(jìn)行冷態(tài)清理，會(huì)導(dǎo)致鑄坯不能進(jìn)行熱裝或熱送，鑄坯的加熱能耗大幅增加，同時(shí)也將打亂煉鋼—連鑄—軋鋼流程的高效化生產(chǎn)節(jié)奏［2-3］。因此，如何防止連鑄角部橫裂缺陷的產(chǎn)生一直是煉鋼連鑄生產(chǎn)中重要的研究?jī)?nèi)容。

1 角部橫裂紋的形成機(jī)理

在連鑄過(guò)程中，由于鋼種特性、連鑄工藝、設(shè)備及操作條件等原因，在板坯角部垂直于澆注方向常出現(xiàn)橫裂紋缺陷，并向板坯兩面延伸，在鑄坯的內(nèi)外弧面角部均可產(chǎn)生，但多產(chǎn)生在鑄坯的內(nèi)弧面角部［4-5］。圖1為典型的板坯角裂宏觀形貌。

連鑄是一個(gè)復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程，帶液芯的坯殼從結(jié)晶器進(jìn)入二冷區(qū)邊運(yùn)行邊凝固。在此過(guò)程中，坯殼同時(shí)承受鋼水靜壓力、彎曲矯直力、熱應(yīng)力、摩擦力、相變力和意外的機(jī)械力等共同作用，若坯殼生長(zhǎng)不均勻，當(dāng)上述應(yīng)力超過(guò)凝固前沿鋼的高溫強(qiáng)度極限和允許應(yīng)變時(shí)，在坯殼薄弱處就可能產(chǎn)生微細(xì)裂紋。板坯角部為二維冷卻，角部溫度一般下降較快，當(dāng)冷卻不均勻或者局部冷卻強(qiáng)度過(guò)大，板坯彎曲和矯直時(shí)，角部溫度處于高溫低塑性區(qū)，在微裂紋處產(chǎn)生應(yīng)力集中，如果處于脆化溫度區(qū)，將加速橫裂紋的形成和擴(kuò)展，最終在鑄坯的角部形成角部橫裂紋。

Mintz 和 Meahara［6-7］等研究認(rèn)為，振痕的存在增加了角部橫裂紋的發(fā)生率。由于振痕波谷處常填充有保護(hù)渣，傳熱不良，坯殼較薄，凝固組織粗大，且強(qiáng)度低。同時(shí)，振痕波谷處又常有Al、Nb、V等微合金化元素形成的碳化物、氮化物和碳氮化物在奧氏體晶界處析出，弱化晶界，降低晶界的結(jié)合力，導(dǎo)致塑性降低，進(jìn)而促進(jìn)晶界裂紋擴(kuò)展，對(duì)裂紋敏感性增加。Harada［8］等人研究認(rèn)為，振痕底部S、P元素偏析滲透到奧氏體晶界也能促進(jìn)裂紋的擴(kuò)展。鄂鋼對(duì)角部橫裂發(fā)生幾率與振痕深度的關(guān)系進(jìn)行過(guò)跟蹤，結(jié)果見(jiàn)圖2所示［9］。由圖2可以看出，振痕愈深，角部橫裂紋指數(shù)愈大。

2 影響角部橫裂紋產(chǎn)生的因素

2.1 鋼水成分對(duì)角部橫裂紋的影響

（1）C 的影響

當(dāng)鋼水中的C含量處于包晶區(qū)域時(shí)，鋼水在凝固過(guò)程中由于發(fā)生包晶反應(yīng)，使初生坯殼在彎月面處發(fā)生δ―γ相變，伴隨著最大的體積收縮和線收縮，導(dǎo)致結(jié)晶器初生坯殼脫開(kāi)銅壁形成較大氣隙，使靠近彎月面和角部區(qū)域處的凝固坯殼收縮很不規(guī)則，坯殼生長(zhǎng)不均勻。同時(shí)，在坯殼薄弱處及角部粗糙、折皺處，特別是振痕波谷處，由于冷卻相對(duì)較慢，組織粗化，鑄坯的強(qiáng)度低、塑性差，在熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的作用下，振痕波谷處應(yīng)力集中使產(chǎn)生裂紋的傾向增加［10-11］。

（2）微合金元素的影響

若鋼中含有Al、Nb、V等微合金化元素，這些合金化元素在鋼中形成的碳氮化物可用于調(diào)節(jié)形變奧氏體的再結(jié)晶行為和阻止晶粒長(zhǎng)大，間接起到細(xì)化晶粒的作用，并對(duì)鋼產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化，從而提高鋼材的強(qiáng)度、韌性、可焊性和抗蝕性［12］。

但Nb、Al、V等對(duì)鑄坯低溫?zé)崴苄詤^(qū)的脆性影響很大，能夠擴(kuò)大低溫?zé)崴苄詤^(qū)的脆性范圍。在連鑄過(guò)程中，若控制不好，Nb、Al、V等形成的大量微細(xì)氮化物和碳氮化物在γ晶界析出，抑制動(dòng)態(tài)再結(jié)晶進(jìn)行。同時(shí)，在應(yīng)力作用下發(fā)生塑性變形時(shí)，沿γ晶界的微細(xì)析出物作為應(yīng)力集中源點(diǎn)，與晶界脫開(kāi)形成微孔，同時(shí)在晶界滑移作用下，使微孔逐漸連接形成裂紋［13］。

而B(niǎo)在鋼中主要通過(guò)粗化晶粒使鋼的強(qiáng)度降低，同時(shí)在凝固過(guò)程中B的偏析趨勢(shì)較大，且振痕越深偏析越嚴(yán)重。由于凝固時(shí)振痕處的冷卻相對(duì)鑄坯表面較弱，在鑄坯振痕處會(huì)出現(xiàn)相對(duì)的返溫現(xiàn)象，而B(niǎo)的偏析會(huì)進(jìn)一步催化晶粒的生長(zhǎng)，使振痕處晶粒粗大，強(qiáng)度降低，當(dāng)所受應(yīng)力超過(guò)鑄坯的強(qiáng)度時(shí)，便形成振痕裂紋。

（3）雜質(zhì)元素 S、P的影響

S在鋼中的溶解度極小，與鐵生成FeS，而生成的FeS和FeO能夠形成低熔點(diǎn)的熱脆性共晶體并在晶界析出，促使晶界處產(chǎn)生裂紋，因此煉鋼生產(chǎn)需要降低硫的含量。研究表明，硫在晶界的偏析或細(xì)小硫化物在晶界的析出對(duì)鋼的熱塑性和橫裂紋敏感性有重要的影響，減少鋼中硫含量，可以降低鋼的熱裂紋敏感性，進(jìn)而降低鑄坯角部裂紋的發(fā)生機(jī)率［14-15］。

P是鋼中的有害元素。有學(xué)者認(rèn)為，沿振痕波谷處P元素的偏析會(huì)增大振痕波谷處奧氏體晶界脆性，降低鋼的高溫強(qiáng)度，進(jìn)而促進(jìn)裂紋的產(chǎn)生［16］。

（4）殘余元素的影響

鋼中Cu、Sn、As和Sb等殘余元素在γ晶界偏聚和富集會(huì)增大橫裂紋的發(fā)生傾向。而板坯角部存在反復(fù)的冷卻與回溫現(xiàn)象，這使殘余元素的偏聚和選擇性氧化的傾向增加，進(jìn)而形成低熔點(diǎn)富集相，降低γ晶界的能量，并推遲γ向α的轉(zhuǎn)變，使薄膜狀α在很寬的溫度范圍內(nèi)存在于γ晶界處，使晶界強(qiáng)度降低。由于鐵素體相的強(qiáng)度只是奧氏體相的l/4，則在沿奧氏體分布的鐵素體相中產(chǎn)生較大的形變，若所受應(yīng)力大于晶界處分布的鐵素體相所能承受的應(yīng)力時(shí)，則在鐵素體相中形成空洞，在應(yīng)力作用下，形成的空洞會(huì)逐漸連接形成角部橫裂紋［17］。

2.2 結(jié)晶器控制對(duì)角部橫裂紋的影響

（1）結(jié)晶器錐度

對(duì)板坯而言，結(jié)晶器錐度對(duì)角部橫裂紋的控制有重要作用。板坯在凝固過(guò)程中，若結(jié)晶器窄面錐度過(guò)小，由于凝固收縮使得結(jié)晶器下部的坯殼與結(jié)晶器壁產(chǎn)生空隙，進(jìn)而使坯殼生長(zhǎng)的速度降低，容易造成窄面坯殼厚度變薄，使窄面產(chǎn)生鼓肚，嚴(yán)重時(shí)甚至造成漏鋼。若結(jié)晶器窄面錐度過(guò)大，則凝固坯殼受到結(jié)晶器窄面銅板的壓力增大，使結(jié)晶器與鑄坯之間存在的摩擦力增大，由于一定厚度的坯殼在出結(jié)晶器時(shí)，除了會(huì)受到驅(qū)動(dòng)力的作用外，也受到拉應(yīng)力的作用，進(jìn)而導(dǎo)致板坯角部裂紋的產(chǎn)生，并使形成的裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展［18］。因此，在開(kāi)澆前應(yīng)根據(jù)鋼種、斷面要求設(shè)定適當(dāng)錐度，避免鑄坯角部冷卻強(qiáng)度不當(dāng)與受力不均，產(chǎn)生角部裂紋缺陷。

（2）結(jié)晶器冷卻水

在連鑄過(guò)程中，結(jié)晶器內(nèi)的傳熱與冷卻對(duì)改善鑄坯質(zhì)量有重要影響。結(jié)晶器導(dǎo)熱均勻與否將會(huì)影響鑄坯初生坯殼的厚度是否均勻，同時(shí)也會(huì)影響鑄坯的表面質(zhì)量。如果結(jié)晶器的冷卻水量過(guò)小，結(jié)晶器內(nèi)形成的坯殼厚度則較薄，坯殼強(qiáng)度較低，在拉坯過(guò)程中，若鑄坯所受摩擦力超過(guò)鋼的高溫強(qiáng)度極限時(shí)，在坯殼的薄弱處就會(huì)形成微細(xì)橫裂紋，并在連鑄過(guò)程中進(jìn)一步擴(kuò)展和延伸。尤其是包晶鋼，由于坯殼凝固時(shí)產(chǎn)生的線性收縮較大，結(jié)晶器內(nèi)冷卻強(qiáng)度越大，坯殼的不均勻程度就越嚴(yán)重［19］。同時(shí)，如果結(jié)晶器四角冷卻水縫不均勻，會(huì)導(dǎo)致鑄坯角部坯殼的厚度與強(qiáng)度不均，從而在角部坯殼的薄弱部位產(chǎn)生角部橫裂紋。

（3）結(jié)晶器液面

當(dāng)結(jié)晶器液面波動(dòng)較大時(shí)，結(jié)晶器內(nèi)保護(hù)渣流動(dòng)的均勻性變差，致使保護(hù)渣的液渣不能均勻且穩(wěn)定地流入到坯殼與結(jié)晶器壁的間隙內(nèi)，并易使保護(hù)渣卷入到坯殼，影響鑄坯質(zhì)量。同時(shí)，結(jié)晶器液面波動(dòng)大也會(huì)使鑄坯表面形成不規(guī)則振痕，出現(xiàn)深振痕等缺陷。在深振痕的波谷處，由于鑄坯坯殼的傳熱效果較差，易形成表面橫裂紋。同時(shí)，若因?yàn)橐好娌▌?dòng)較大而調(diào)整拉速時(shí)，二冷區(qū)冷卻水量和在各扇形段的分配也隨之改變，但由于鑄坯表面溫度變化同拉速和水量的變化有一定的滯后性，致使鑄坯表面溫度波動(dòng)較大，鑄坯所受的熱應(yīng)力增加，進(jìn)而促進(jìn)了裂紋的形成，或使已形成的裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展。

（4）結(jié)晶器振動(dòng)

結(jié)晶器振動(dòng)的主要作用是產(chǎn)生負(fù)滑脫，使鑄坯脫模，但振動(dòng)也使鑄坯表面產(chǎn)生振痕，振痕深處樹(shù)枝晶粗大，夾渣、成分偏析嚴(yán)重，彎曲矯直時(shí)產(chǎn)生切口效應(yīng)，成為裂紋的發(fā)源地，且負(fù)滑脫時(shí)間越長(zhǎng)，振痕越深，則越容易在鑄坯的表面和角部產(chǎn)生橫裂紋［20］。雖然減小負(fù)滑脫時(shí)間能夠顯著減小振痕的深度，但如果負(fù)滑脫時(shí)間過(guò)小，則會(huì)造成坯殼與結(jié)晶器壁發(fā)生粘結(jié)。

2.3 鋼水過(guò)熱度和拉速的影響

鋼水過(guò)熱度和連鑄拉速對(duì)板坯角部橫裂紋的產(chǎn)生有重要的影響。適當(dāng)提高鋼水過(guò)熱度可以改善鋼水的流動(dòng)性，在一定程度又影響結(jié)晶器液面的穩(wěn)定和鑄坯的矯直溫度。過(guò)熱度過(guò)大，形成的坯殼較薄，承受鋼水壓力的能力較差，在坯殼薄弱處易產(chǎn)生裂紋，同時(shí)鑄坯偏析及疏松嚴(yán)重。但過(guò)熱度過(guò)小則會(huì)使鋼水流動(dòng)性變差，中間包水口易粘鋼堵塞，造成結(jié)晶器液面波動(dòng)，同樣易產(chǎn)生裂紋，影響鑄坯表面質(zhì)量。所以應(yīng)根據(jù)鋼種特點(diǎn)及對(duì)裂紋的敏感性選擇合適的中間包過(guò)熱度。

拉速的大小影響坯殼的傳熱量。拉速較大時(shí)，坯殼在結(jié)晶器內(nèi)停留時(shí)間短，傳熱少，坯殼較薄，在振痕波谷處易產(chǎn)生熱應(yīng)力。當(dāng)拉速較小時(shí)，坯殼在結(jié)晶器內(nèi)的停留時(shí)間較長(zhǎng)，坯殼較厚、振痕較深，在振痕深處溶質(zhì)元素富集，樹(shù)枝晶粗大，在應(yīng)力作用下成為裂紋源，而且當(dāng)二冷區(qū)冷卻越強(qiáng)、坯溫則越低，微裂紋發(fā)生機(jī)率越高。

2.4 二次冷卻對(duì)角部橫裂紋的影響

二次冷卻強(qiáng)度是保證鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵，采用合適的冷卻強(qiáng)度能夠改善鑄坯的角部質(zhì)量。若二冷整體冷卻強(qiáng)度過(guò)大，因角部區(qū)域是二維冷卻，同時(shí)中心部位的冷卻水沿表面向邊部流動(dòng)，將加速鑄坯角部過(guò)冷，使得角部區(qū)域的溫度在矯直時(shí)處于第Ⅲ脆性溫度區(qū)(一般在700～900℃)，并由于應(yīng)力集中大于鋼的極限應(yīng)力，造成鑄坯角部裂紋。同時(shí)，若鑄坯角部溫度過(guò)低，易導(dǎo)致Nb和Al等微合金元素形成的碳氮化物和氮化物在奧氏體晶界上析出，使鑄坯的高溫塑性降低，進(jìn)而在晶界處形成裂紋，使角部橫裂紋發(fā)生傾向增加。而二冷水配置不當(dāng)會(huì)造成回溫，特別是當(dāng)角部區(qū)域溫度存在反復(fù)的冷卻和回溫現(xiàn)象時(shí)，會(huì)使殘余元素的偏聚和選擇性氧化傾向增加，促進(jìn)角部裂紋的形成［21］。因此，需選擇合適的二冷制度，使鑄坯進(jìn)入矯直段表面溫度均勻且普遍高于900℃，盡量使角部溫度避開(kāi)脆性溫度區(qū)，使鑄坯角裂得到改善。

2.5 保護(hù)渣性能對(duì)角部橫裂紋的影響

保護(hù)渣性能對(duì)鑄坯橫裂也有重要的影響，粘度是反映保護(hù)渣形成液渣后流動(dòng)性能好壞的重要參數(shù)，粘度太小，流入的熔渣多，形成的渣膜厚，由于流動(dòng)性過(guò)強(qiáng)，易造成坯殼與銅板之間的渣膜不均勻；粘度過(guò)高則影響保護(hù)渣的鋪展性和熔化性，致使角部振痕加深，產(chǎn)生角部橫裂紋［5］。

保護(hù)渣的熔化速度對(duì)在鋼液面形成的液渣層厚度及保護(hù)渣消耗量有重要的影響。液渣層過(guò)薄會(huì)造成結(jié)晶器潤(rùn)滑不良，但液渣層過(guò)厚則會(huì)使保護(hù)渣的消耗量增加，同時(shí)使振痕深度加大。熔速偏高或熔化均勻性差，導(dǎo)致保護(hù)渣傳熱過(guò)強(qiáng)或流入不均，凝固坯殼極易出現(xiàn)較大橫向熱梯度，導(dǎo)致坯殼凝固厚薄不均，在振痕底部坯殼薄弱部位，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，成為角裂的起源點(diǎn)，在坯殼向下移動(dòng)過(guò)程中所受摩擦阻力較大時(shí)，則易形成角部裂紋［22］。

同時(shí)，若保護(hù)渣配碳方式不當(dāng)，易使熔渣結(jié)渣圈，若結(jié)渣圈嚴(yán)重，鑄坯振痕波谷則較深，易形成裂紋。而保護(hù)渣熔融不充分，會(huì)使流入鑄坯和結(jié)晶器之間的間隙不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致摩擦力的變化，各處受力不同，也易產(chǎn)生裂紋。

2.6 連鑄機(jī)的設(shè)備狀態(tài)對(duì)角部橫裂紋的影響

連鑄機(jī)的設(shè)備狀態(tài)（如結(jié)晶器振動(dòng)、扇形段、輥縫開(kāi)口度、輥間距、對(duì)弧狀態(tài)等）對(duì)角部橫裂紋的產(chǎn)生影響顯著。結(jié)晶器振動(dòng)異常、精度差均可導(dǎo)致角部橫裂紋的產(chǎn)生。振動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械磨損、振動(dòng)機(jī)構(gòu)下有冷鋼堆積等都會(huì)使結(jié)晶器振動(dòng)精度變差，使鑄坯受到額外的機(jī)械應(yīng)力，進(jìn)而在坯殼的薄弱處產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致漏鋼。

扇形段對(duì)弧精度和輥縫精度（開(kāi)口度）對(duì)鑄坯質(zhì)量影響顯著。在澆注過(guò)程中，鑄坯由直導(dǎo)段進(jìn)入彎曲變弧，如果對(duì)弧精度差，隨著鑄坯拉坯力、坯殼厚度等因素的變化，鑄坯與直導(dǎo)段之間應(yīng)力過(guò)大時(shí)，可能使鑄坯在彎曲過(guò)程產(chǎn)生角部橫裂和內(nèi)裂等質(zhì)量缺陷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致漏鋼。而開(kāi)口度過(guò)大或過(guò)小都會(huì)使得鑄坯變形量大，在鑄坯通過(guò)扇形段時(shí)承受額外的機(jī)械應(yīng)力，從而引起鑄坯表面質(zhì)量缺陷。同時(shí)，若開(kāi)口度發(fā)生變化，或輥間距太大，使坯殼交替地鼓肚和再壓縮引起彎曲變形，都會(huì)促進(jìn)橫向裂紋的形成［23］。因此，要保證鑄機(jī)設(shè)備狀態(tài)的良好，以防止鑄坯角部橫裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。

3 角部橫裂紋的控制措施

3.1 調(diào)整鋼水成分

鋼種成分對(duì)鑄坯質(zhì)量有重要的影響，對(duì)于包晶鋼，隨著碳含量的增加，δ-鐵含量減少，體積收縮量減少，且發(fā)生包晶反應(yīng)后有富余的液相可彌補(bǔ)凝固前沿的收縮，使得鑄坯裂紋發(fā)生傾向減弱［24］。因此，為了減少包晶反應(yīng)造成的體積收縮，在保證鋼材性能基礎(chǔ)上，碳含量可盡量控制在內(nèi)控的上限。

同時(shí)，在允許的范圍內(nèi)，盡量減少鋼水中Al和N含量，避免第Ⅲ脆性區(qū)的擴(kuò)大趨勢(shì)。對(duì)含有Nb、V、A1等微合金元素易產(chǎn)生角部橫裂紋的鋼種，可向鋼中添加少量Ti、Ca等元素，少量的Ti可以改善奧氏體低溫區(qū)的塑性，Ti在高溫下優(yōu)先與氮結(jié)合成TiN，降低鋼中游離N含量，TiN顆粒較大且存在于晶體內(nèi)部，對(duì)鋼的熱塑性基本不會(huì)造成不利影響［25］。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)精煉過(guò)程控制和連鑄無(wú)氧化、氬封保護(hù)澆注等措施來(lái)減少鋼水中夾雜物的數(shù)量，有效控制鋼中的氮含量 （一般小于0.006 0%），從而提高鋼水的流動(dòng)性，減少或避免NbN、A1N等氮化物在奧氏體晶界上的析出，特別是在角部的偏聚析出，最大程度地減少對(duì)鋼熱延性的不利影響，進(jìn)而防止角部橫裂紋的產(chǎn)生。

3.2 優(yōu)化結(jié)晶器控制

（1）優(yōu)化結(jié)晶器冷卻參數(shù)。根據(jù)不同鋼種、不同環(huán)境溫度，對(duì)結(jié)晶器冷卻水量和水溫進(jìn)行優(yōu)化，改善結(jié)晶器的傳熱條件，促進(jìn)坯殼均勻穩(wěn)定的生長(zhǎng)，進(jìn)而防止板坯角部產(chǎn)生橫裂紋缺陷。

（2）選擇合適的錐度。根據(jù)鋼種、斷面和拉速對(duì)結(jié)晶器錐度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并保持錐度穩(wěn)定，改善坯殼在結(jié)晶器內(nèi)受力和傳熱狀態(tài)，減輕結(jié)晶器銅板的磨損，避免鑄坯鼓肚變形或拉漏事故的發(fā)生，抑制角部裂紋形成。

（3）優(yōu)化振動(dòng)參數(shù)。在保證生產(chǎn)順行的前提下，適當(dāng)提高振動(dòng)頻率，減小振幅，以降低振痕深度，改善結(jié)晶器保護(hù)渣的潤(rùn)滑條件，減少結(jié)晶器與坯殼間的摩擦阻力，從而減少坯殼的拉裂和拉漏。

（4）保持結(jié)晶器鋼液面穩(wěn)定。針對(duì)結(jié)晶器特點(diǎn)優(yōu)化浸入式水口設(shè)計(jì)，規(guī)范浸入式水口插入結(jié)晶器液面深度，與拉速和中間包鋼水溫度合理匹配，保證保護(hù)渣的熔化速度和液渣層厚度的均勻性，并選擇合適的吹氬量，減小結(jié)晶器液位波動(dòng)，避免坯殼裹渣引起角部振痕加深，誘發(fā)角部橫裂紋。

（5）采用倒角結(jié)晶器。直角結(jié)晶器所生產(chǎn)板坯的角部橫裂紋多呈現(xiàn)不穩(wěn)定、易反復(fù)的特點(diǎn)，依靠傳統(tǒng)工藝手段難以有效解決。為了有效、穩(wěn)定地減少連鑄坯角部橫裂紋，世界上很多大型鋼鐵公司都展開(kāi)了板坯倒角結(jié)晶器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用工作，改變板坯角部的二維傳熱，提高矯直區(qū)連鑄坯角部溫度，使之避開(kāi)鋼的高溫脆性區(qū)，進(jìn)而減少連鑄坯角部橫裂紋。秦皇島首秦金屬材料有限公司成功研制了倒角結(jié)晶器并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，采用倒角結(jié)晶器后，矯直區(qū)板角部溫度從810～855℃提高到901～932℃，有效避開(kāi)了鋼的高溫脆性區(qū)，角部橫裂紋的發(fā)生率從10.6%降低到1.6%以下，顯著減少了板坯角部橫裂紋［26］。

3.3 優(yōu)化二冷制度

優(yōu)化二次冷卻強(qiáng)度對(duì)鑄坯角部橫裂的控制有重要作用，生產(chǎn)時(shí)應(yīng)根據(jù)所測(cè)量鑄坯不同部位的溫度和射釘試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)連鑄凝固傳熱數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修正，進(jìn)而對(duì)二冷制度進(jìn)行優(yōu)化。

同時(shí)，根據(jù)冶煉鋼種的高溫延塑性，對(duì)二冷噴嘴特性和布置、二冷水量分配及邊部水量參數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化，保證噴嘴的霧化效果，調(diào)整外側(cè)兩個(gè)噴嘴噴射角度，保證鑄坯表面溫度均勻且防止鑄坯角部過(guò)冷，使鑄坯矯直時(shí)角部溫度高于脆性區(qū)溫度。防止因二冷強(qiáng)度過(guò)大或鑄坯橫向冷卻不均勻、角部過(guò)冷且反復(fù)冷卻回溫，導(dǎo)致Nb（C，N）和AlN等在奧氏體晶界上析出，加劇殘余元素的偏聚和選擇性氧化，使鑄坯的塑性降低、產(chǎn)生晶界裂紋，并促進(jìn)角部橫裂紋的產(chǎn)生。

若生產(chǎn)板坯的斷面寬度范圍跨度大，則需盡量避免扇形段噴嘴為一路控制，在生產(chǎn)任何寬度的斷面時(shí)，橫向噴嘴均全部打開(kāi)，導(dǎo)致在生產(chǎn)寬度較小板坯時(shí)，邊部的噴嘴因無(wú)獨(dú)立調(diào)節(jié)功能導(dǎo)致水量無(wú)法控制，造成鑄坯邊部冷卻過(guò)強(qiáng)而導(dǎo)致鑄坯邊部溫度偏低，增加角部橫裂紋發(fā)生幾率。

3.4 優(yōu)化保護(hù)渣性能

性能優(yōu)良的保護(hù)渣在結(jié)晶器內(nèi)具有良好的鋪展性和流動(dòng)性，能夠改善坯殼和結(jié)晶器壁之間的潤(rùn)滑與傳熱，使坯殼生長(zhǎng)均勻，減小應(yīng)力。在穩(wěn)定澆鑄過(guò)程中，結(jié)晶器內(nèi)液面較為穩(wěn)定，渣面活躍，從而減輕鑄坯角部橫裂紋缺陷。因此，需對(duì)保護(hù)渣配方進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使保護(hù)渣物理性能穩(wěn)定，具有合適粘度和堿度、結(jié)晶溫度、熔化均勻且熔化速度穩(wěn)定等性能，以減少角部橫裂紋的發(fā)生。同時(shí)，也可針對(duì)生產(chǎn)中易產(chǎn)生角部橫裂紋的鋼種如包晶鋼、含B鋼及含N等微合金化鋼種進(jìn)行專(zhuān)用保護(hù)渣的開(kāi)發(fā)、試驗(yàn)，進(jìn)而有效地控制鑄坯角部橫裂紋缺陷。

攀鋼在其它連鑄工藝基本相同的條件下，對(duì)比研究了保護(hù)渣性能對(duì)鑄坯角部橫裂紋缺陷的影響，保護(hù)渣理化性能指標(biāo)見(jiàn)表 1［27］。研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化保護(hù)渣性能，適當(dāng)降低粘度，提高結(jié)晶溫度，有利于改善保護(hù)渣的潤(rùn)滑性能，減緩板坯坯殼向結(jié)晶器壁的傳熱，使坯殼能夠均勻穩(wěn)定生長(zhǎng)，板坯角部橫裂紋的發(fā)生率由原來(lái)的20.97%降低到7.50%。

表1 保護(hù)渣的理化性能指標(biāo)

3.5 加強(qiáng)管理、規(guī)范操作

（1）加強(qiáng)對(duì)結(jié)晶器及其振動(dòng)機(jī)構(gòu)的檢查，保證錐度穩(wěn)定，改善結(jié)晶器振動(dòng)效果，定期對(duì)結(jié)晶器內(nèi)腔尺寸進(jìn)行測(cè)量，不合要求下線更換。同時(shí)對(duì)結(jié)晶器振動(dòng)裝置進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有偏差時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，防止振動(dòng)偏差大造成鑄坯角部裂紋。

（2）加強(qiáng)連鑄噴淋功能的檢驗(yàn)和保障，在日修和定修時(shí)檢查二冷區(qū)噴嘴狀態(tài)，查看噴嘴是否齊全、有無(wú)堵塞，水管管路有無(wú)泄漏等，確保鑄坯冷卻均勻，表面溫度均勻，減少鑄坯寬度方向溫度差。同時(shí)，提高二冷水純凈度，降低二冷水硬度，減少二冷噴嘴堵塞幾率。

（3）定期檢測(cè)和優(yōu)化輥縫開(kāi)口度、輥間距、鑄機(jī)對(duì)弧狀態(tài)，保證鑄機(jī)流道質(zhì)量良好且穩(wěn)定。提高扇形段的在線精度，制定合理的扇形段穿輥縫制度，根據(jù)生產(chǎn)和檢修計(jì)劃定期穿一次輥縫，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)更換存在故障的扇形段，或在線進(jìn)行調(diào)整。鑄機(jī)的精度高，鑄坯在生產(chǎn)過(guò)程中所受額外機(jī)械應(yīng)力較小，降低角部橫裂紋的發(fā)生率。

（4）強(qiáng)化組織生產(chǎn)，提高鋼水成分和中包溫度命中率及對(duì)冶煉時(shí)間的控制，選擇合理拉速并保持穩(wěn)定，減小結(jié)晶器液面波動(dòng)，使保護(hù)渣均勻且穩(wěn)定地流入坯殼和結(jié)晶器壁的間隙，保證坯殼向結(jié)晶器壁傳熱均勻，使初生坯殼能夠均勻穩(wěn)定的生長(zhǎng)，增強(qiáng)坯殼的抵抗變形能力，進(jìn)而抑制裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，保證連鑄生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司在生產(chǎn)含硼鋼種時(shí)，板坯出現(xiàn)較嚴(yán)重的角裂問(wèn)題，造成熱軋鋼卷產(chǎn)生翹皮缺陷，嚴(yán)重影響使用。通過(guò)對(duì)保護(hù)渣性能進(jìn)行優(yōu)化，提高堿度，降低粘度，降低矯直段之前的二冷水流量，同時(shí)優(yōu)化矯直段噴嘴，并在生產(chǎn)時(shí)優(yōu)化輥縫等措施，有效消除了板坯角部橫裂紋缺陷，從而顯著提高了熱軋鋼卷的質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

連鑄坯角部橫裂紋始終是各大鋼鐵企業(yè)連鑄生產(chǎn)所需要面對(duì)的問(wèn)題之一，因?yàn)榻遣繖M裂產(chǎn)生的原因復(fù)雜，防止角部橫裂紋的措施也因企業(yè)的實(shí)際情況而有所不同，需根據(jù)連鑄生產(chǎn)中鑄坯角裂缺陷的不同成因，采取針對(duì)性解決方案。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，用戶對(duì)鋼材的性能要求越來(lái)越高，為了徹底解決連鑄坯的角部橫裂紋，還需要冶金工作者繼續(xù)開(kāi)發(fā)新的生產(chǎn)工藝以解決鑄坯角部橫裂紋，如日本開(kāi)發(fā)的二冷快冷技術(shù)等。

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