前 言

连铸坯是炼钢炉炼成的钢水经过连铸机铸造后得到的产品。

外形从上主要分为两种：

板坯：截面宽、高的比值较大，主要用来轧制板材。

方坯：截面宽、高相等，或差别不大，主要用来轧制型钢、线材。

连铸坯质量概念：

◆ 铸坯洁净度（夹杂物数量、类型、尺寸、分布）

◆ 铸坯表面质量（表面裂纹、夹渣、气孔）

◆ 铸坯内部质量（内部裂纹、夹杂物，中心疏松、缩孔、偏析）

◆ 铸坯形状缺陷（鼓肚、脱方）

1 文献综述

本文分别从力学和冶金学的观点讲述了连铸坯角部裂纹的成因及其措施1 力学观点：1）临界应力。以凝固过程中坯壳所承受的应力来判断裂纹的形成，如应力超过了固相线温度附近临界强度则产生裂纹。2）临界应变。当固液界面固相的变量超过了临界应变值时产生断裂。临界应力和应变值决定于凝固结构，也就是δ相与γ相的比例，全时和韧性较高，δ+γ相凝固和γ相凝固韧性和强度较低，对裂纹敏感性增加。2 冶金学观点： 1）晶界脆化理论。在凝固前沿大约液相分率10%富集溶质的液体薄膜（如硫化物）包围树枝晶，降低了固相线温度附近钢的延性和强度，当受到外力作用时裂纹就沿晶界发生，致使凝固前沿产生裂纹。 2）柱状晶区的切口效应。凝固前沿的柱状晶生长的根部相当于一个“切口”，产生应力集中而导致裂纹。 3）硫化物脆性。硫化物日界分布形成所谓Ⅱ类硫化物，引起晶间脆性，成为裂纹优先扩展的地方，这是已凝固坯壳产生裂纹的原因。 4）质点沉淀理论：铸坯在冷却过程中A1N、Nb（CN）等质点在A体晶界面沉淀，增加晶界脆性与裂纹的敏感性，这是铸坯矫直产生裂纹的主要原因。通过了解连铸坯的缺陷，从而改善连铸坯质量，对实现铸坯高产，优质，低耗，长寿的目标有重要意义。

2 连铸坯角部横裂纹产生原因及其预防措施

2.1横裂纹产生条件

(1)这是一种位于铸坯角部的细小横裂纹。产生于铸坯内弧表面振痕的波谷处，通常隐藏着看不见，裂纹位于铁素体网状区，而网状区正是初生奥氏结晶界，晶界处有A1N和Bb（CN）的沉淀。一般是C-Mn钢Mn>1%）,C-Mn-Nb(V)钢（Nb0.03%）容易发生横裂纹，钢中A1和N增加，横裂纹敏感性增加，因为A1、N在A体晶界析出，降低了内聚力，增加了γ→а转变的脆性，使900～700℃延性大大降低。含Nb钢在1050℃Nb（CN）已开开始晶界沉淀，使脆化温度区加宽，横向裂纹更严重。

(2)钢中P含量低于0.1%横裂纹增加这是因为P优先在晶界富集，降低了沉淀相在晶界上的适度，但是钢中P一般为不大于0.045%因P含量太高会使中心偏析加重弧形连铸机矫直时，铸坯内弧受到张力，外弧受到压力，在矫直过程中，由于振痕的缺口效应产生应力集中，再加上矫直机的表面温度大于950℃加速成了横裂纹形成，因此二冷区采用软冷却，使铸坯进矫直机的表面温度大于950℃，可以有效减少横裂纹。

(3)横裂纹是与振痕共生的，要减少横裂纹就是要减少小振痕深度，振动频率增加，振痕深度要减少，采用高振频小振幅的结晶器振动机构，可以有效地减少振痕深度，从而减少横裂的发生。

2.2横裂纹产生的原因

1）结晶器锥度太大。

2）结晶器表面划伤。

3）结晶器出口与零段对弧不准。

2.3防止横裂纹发生的措施

1）结晶器采用高频率（200～400次/分）小振幅（2～4mm）是减少振痕深度的有效办法。

2）二次冷却区采用平稳的弱冷却，是矫直时铸坯表面温度大于900℃。

3）结晶器液面稳定，采用良好润滑性能、粘度较低的保护渣。

4）用火焰清理表面裂纹。

3 连铸坯角部纵裂纹产生原因及其预防措施

3.1纵裂纹的形成

在大小方坯的角部纵向裂纹，经常碰到两种情况，一是结晶器角部出现问题，结晶器角部形状不合适或角部磨损（如管式结晶器）严重，或是由于角部缝隙加大（如板式组合结晶器）或是圆角半径不合理。二是结晶器传热不合理：菱形变形铸坯的钝角处坯壳属二维传热，冷却快，坯壳收缩得早。因此结晶器壁与坯壳脱离接触或接触不良，从而抑制了坯壳的生长，造成在强弱处应力集中。若结晶器圆角半径过大则裂纹发生在铸坯角顶处；若圆角半径较小则裂纹发生在离开角顶附近。角部和中心之间过渡部位（距角部10～20mm处）既不是二维传热也不会因钢水静压力作用而靠近结晶器壁，故冷却强度最弱，坯壳最薄，出结晶器后在钢水静压力及热应力作用下最易形成纵裂纹。这些裂纹都是在固-液界面上产生并指向铸坯表面的裂纹。

3.2角部纵裂纹表现状况

一种是无脱方伴生的角部裂纹，一种是有脱方伴生的角部裂纹，这两种角部纵裂均发生在内弧侧的某个角部，只有极少量的两个内弧侧同时出现角部纵裂现象，角部纵裂最初均表现为细小的间断式的裂缝（长10～30mm，宽1～2mm），后逐渐扩大为断续、连续的3～5mm宽的裂缝，严重时造成角部漏钢的发生。角部纵裂的出现会造成连铸机生产非计划停浇，严重影响了正常生产，并带来质量异议。

3.3角部纵裂纹产生的原因及分析

一般认为这类缺陷产生在结晶器内部，铸坯进入二冷区后进一步扩大。板坯角部纵向裂纹发生在距角部30～50mm的宽面上。发生这种缺陷的主要原因是由于结晶器窄边锥度与宽边方向上的坯壳收缩量不一致所致。

根据对角部裂纹出现的流次、炉次、操作、工艺等长时间连续跟踪，对出现角部纵裂产生的原因，做以下归类分析。

3.4钢中成分对角部纵裂纹的影响

3.4.1 钢中碳对角部纵裂纹的影响

若生产的钢种为低碳钢，此类钢在凝固时发生包晶反应，并伴随较大的线收缩，坯壳与铜壁之间尽早形成气隙，此时导出热流小，坯壳薄弱处结晶组织老化，裂纹敏感性强同时作用于坯壳上的应力超过钢的高温允许强度，在坯壳薄弱处产生应力集中，导致出现细小纵裂。出结晶器后进入二冷区在表面强冷作用下，裂纹深入发展，严重时形成漏钢。

3.4.2 ω（P）、ω（S）、及ω（Mn）/ω（S）对角部纵裂形成的影响

磷、硫均是钢中裂纹敏感元素，钢中ω（S）高，钢中形成的FeS（熔点989℃）在凝固过程中以液态聚集在晶界之间，诱发晶间裂纹，ω（Mn）/ω（S）>15时，硫与锰生成的MnS（熔点1600℃）因其熔点较高，可大大改善此种情况。当ω（P）+ω（S）>0.050%时，铸坯角部纵裂明显增加。

3.5 工艺条件对角部裂纹的影响

3.5.1 钢水过热度的影响

钢水过热度增加，高温钢水在结晶器的对流运动对初凝坯壳的冲刷加剧，且过热度越高，柱状晶越发达。有资料显示，过热度提高10℃，过热钢水强制对流会冲刷已凝固的坯壳，使坯壳重熔2mm。且目前现场转炉因原材料及操作等方面的影响，比如连铸供应钢水时常出现紧张情况，温度高且波动较大，实际中间包温度往往高于要求的中间包浇注温度，据统计实际钢水过热度超出所浇钢种要求的情况很多，高过热度浇注加重了铸坯凝固时纵裂的倾向性。

3.5.2 冷却条件的影响

若一冷能力低于正常值，初生坯壳较薄，同时直角水套的角部水缝明显宽于面部，水量也大于面部，加上角部传热为二维传热，这就造成沿结晶器周边冷却不均匀，在坯壳薄弱之处产生应力集中，诱发纵裂的发生。

二冷水若不经过整流沉淀和高速过滤器，仅靠旋流井和机械滤网过滤器工作，二冷水中氧化铁皮及其他杂质堵塞喷嘴严重，致使进入二冷区的铸坯不仅冷却效率低，而且铸坯表面横向、纵向冷却的不均匀，有时目测即可发现同一流的铸坯四个面亮度明显不同，这种现象加剧了铸坯扭曲和菱变倾向。

3.6 拉速的影响

较快的拉坯速度，尤其是高过热度时提高拉速会加剧坯壳生长的不均匀性，使角部坯壳的不均匀性更加严重，将加大亚包晶钢的纵裂发生率。

3.7 结晶器冷却水质的影响

角部纵裂一般都是在结晶器内形成，在二冷区逐步扩大，所以合适的结晶器冷却效果是消除纵裂漏钢的关键。其中，结晶器的冷却效果主要与倒锥度、水质和配水量有关。有资料显示结晶器水质差、冷却水硬度高，最高达到4.6mmol/L，导致结晶器壁结垢严重且分布不均，传热受阻，相应的坯壳生长较慢且不均匀，最薄处承受的应力超过坯壳临界强度时，易出现纵裂甚至漏钢。故角部纵裂漏公时多伴有不同程度钢坯脱方现象发生。

3.8 结晶器保护渣的影响

结晶器保护渣的导热系数，在固相时约为1.0指数，但当它变成液相时，其值就会急剧上升。而液态保护渣的凝固温度又有随其碱度增加而升高的特性，因此，在使用高碱度保护渣时，可通过提高保护渣的凝固温度使结晶器与铸坯之间的保护渣具有较高比率的固相，从而达到均匀缓冷之目的。因此应用高碱度、高凝固温度的保护渣可减少了铸坯纵向裂纹的产生。

3.9 设备因素对角部纵裂的影响

3.9.1 结晶器参数对角部纵裂的影响

若使用普碳钢直角导流水套时间过长，普碳钢水套生锈严重，恶化了水缝冷却的均匀性；加上频繁更换铜管致使水缝内铜管的定位螺钉磨损严重，安装铜管时易出现铜管偏移，安装精度不达标；同时饮水缝隙要宽于面部。以上三个方面原因客观上造成了结晶器周边方向水流的不均匀性，从而为铸坯角部纵裂产生创造了条件。

3.9.2 结晶器铜管锥度的影响

若使用（0.4%～0.5%）/m圆角R8mm单锥度管式铜管。铜管使用前期一般很少出现角部纵裂，但浇钢700～800t以后，角部裂纹明显增加，说明铜管追的及圆角半径对角部纵裂的产生有重要影响。倒锥度小，坯壳凝固收缩后易与结晶器件形成并保持一定气缝，特别是角部附近传热受阻，坯壳较薄，强度最低，当钢水静压力和热应力之合力超过临界强度时，在结晶器下部形成显微裂纹，加之小锥度铜管若镀层薄，磨损快，会较早失去合理的锥度，有助于坯壳与铜壁之间气隙的形成，带来坯壳生长不均匀并导致角部纵裂产生。

3.9.3 铜管角部划痕对角部纵裂影响

若转炉向连铸供应钢水温度波动较大，加上二冷水质不佳，导致漏钢率较高。每次补漏钢所用短直钢筋对铜管内壁划伤严重，特别是经常出现角部较深的纵向划痕增大了角部热阻，还加大了初生坯壳与铜壁的粘结，使拉应力更集中在粘结的较薄的坯壳上。当拉应力超出此处坯壳所受高温抗拉强度时，为坯壳被撕裂出现角部纵裂创造了条件。

3.10 浇钢操作对角部产生纵裂的影响

浇钢操作对结晶器传热均匀性影响很大，并带来坯壳生长的不均匀性。

3.10.1 结晶器液面波动的影响

法国Solmer工厂试验表明，液面波动大于10mm，纵裂纹发生几率占30%。液面波动由±5mm增加至±20mm，纵裂指数由0增加至2.0。结晶器液面波动小，角部纵裂显著减少，此时液态保护渣能够均匀流入坯壳与铜管的间隙，热流波动小，从而减少角部纵裂的发生。因此，液面波动应控制在±5mm，中间包浇钢工应避免操作随意性，同时炉与炉之间的温度波动也带来中间包液面波动并影响结晶器液面波动。

3.10.2 水口对中的影响

中间包长期使用，包壳底部向下凸出严重，致使水口座砖难以座正，水口对中精度偏差较大，浸入式水口与结晶器不对中产生偏流冲刷坯壳，造成结晶器内坯壳形成厚度不均匀，当偏向某角部时该处坯壳最薄，最易产生纵裂；还引起结晶器液面翻腾，保护渣不能形成均匀的渣膜，导致传热不良，引起裂纹发生。

3.11 结晶器润滑的影响

保护渣在结晶器和铸坯之间形成渣膜，起到润滑作用，可减少铸坯与结晶器之间的摩擦力，减少裂纹的产生。有液态渣膜存在的区域，铸坯与结晶器之间为液态摩擦；无液渣膜的区域，结晶器与铸坯之间的摩擦为固态摩擦。保护渣渣膜存在区域越大，铸坯液态润滑的范围扩大。若自动润滑系统因管道易堵塞后改为人工加菜子油润滑，中间包浇钢工对加油时间、数量、频率等控制不合适，润滑的连续性和均匀性的差异必定带来坯壳生长的不均匀，也是角部纵裂产生的原因之一。

4 连铸坯角部纵裂纹的控制及效果

通过对铸坯角部纵裂出现时的生产工艺等条件的长时间跟踪分析，认为铸坯产生角部纵裂是多种因素综合作用的结果。

4.1 加强二冷室的维护、清理工作，定期校检竖管

确保归并管对中，及时更换被堵喷嘴，确保喷嘴热态特性的最佳发挥，从而使高温铸坯在二冷区接受更均匀、充分的冷却，防止铸坯菱变的出现。

4.2 对变形的中间包底钢壳全部换新

确保定径水口对中（偏差≤±2mm），加强液面控制和结晶器铜壁润滑等规范操作并加强考核力度，杜绝中间包钢液面大起大落，保证结晶器钢液面波动不大于±5mm。最好采用铯137液面自动控制系统，保证结晶器液面波动范围在3mm之内。

4.3 根据结晶器寿命情况调整生产钢种

新结晶器倒锥度大，先拉普碳钢（坯壳收缩率大）；老结晶器铜管磨损后，锥度变小，再生产低合金钢（坯壳收缩率小）。同时严格对上线结晶器的检测，对因磨损或变形造成倒锥度不当的结晶器及时返修或报废。对每个结晶器建立档案，记录使用炉数、磨损情况及结晶器倒锥度变化情况，确定结晶器最佳寿命，保证在整个使用过程保持合适的倒锥度。

4.4 控制钢水中磷、硫含量

混铁炉铁水ω（S）≤0.040%，控制石灰中硫带入量，强化前期渣脱磷效果，确保钢中 ω（P+S)≤0.050%,同时对ω（Mn）/ω（S）是否达标进行严格考核，力争ω（Mn）/ω（S）>20。

4.5 加强中间包过热度管理

由原来单纯考核吹氩后温度达标率改为考核中间包钢水温度达标率，制定高温拒浇制度，确保钢水过热度不大于20℃，同时制定出不同钢水过热度下的指导性拉速，保证全和拉速的稳定。实行低温快注，缩短浇注周期，使浇注温度波动在较小范围，有利于拉速和结晶器液面稳定。同时激冷层增厚，出结晶器一般在10mm以上，坯壳厚度及强度增加，抗外力变形能力强，裂纹机率随之降低。

4.6 淘汰直角导流水套，选用不锈钢圆角水套改善铜管参数

新水套水缝在周边和高度方向都很均匀，定位精度高，保证了水流的均匀性；调整铜管锥度，用（0.5%～0.7%）/ m锥度铜管代替（0.4%～0.5%）/m的铜管，改善铜管工作时坯壳与铜壁的接触条件，减少坯壳与铜壁之间的气隙；同时调整了铜管圆角半径，用R6mm铜管代替R8mm铜管，减少了角部坯壳过早脱离铜壁而形成的气隙，改善了角部冷却条件，是四面、角部接受较均匀的冷却；加强铜管使用检查，对角部划痕铜管及时更换。

4.7 采用高速过滤器，净化二冷水质

使水质硬度由原来的4.6mmol/L降至0.016mmol/L左右，从而减少了结晶器铜管结垢，保证了结晶器的冷却效果而后均匀性，使坯壳增厚及应力分布均匀，纵裂纹产生机率明显降低。

5 减少纵裂纹的措施

5.1 降低钢水过热度，稳定钢水衔接和拉速

通过大包在线烘烤、红包出钢、加强大包的周转，增加吹氩时间等措施稳定大包过程降温；降低出钢温度，降低氩后温度和平台温度。第一炉平台温度控制在1610～1625℃，连浇炉温度控制在1565～1585℃，使中间包温度稳定在1530～1550℃；钢水过热度小于40℃。

建立以连铸为中心的炉机匹配模式，将钢水“正点率”、镇静时间、中间包温度合格率纳入生产组织考核指标，稳定钢水的衔接。

加大大包水口孔径，确保换大包连浇时中间包液面高度变化不大、稳定拉速。

5.2 根据拉速和钢种选用合适的保护渣

1)通过对比实验，确定不同钢种、拉速和钢水过热度下的保护渣型号并严格执行。对第一炉钢水过热度较高且拉速慢的炉次，选用熔点稍高、熔速稍慢、黏度稍大保护渣，稳定渣的消耗量和渣层厚度。确定生产钢种的专用保护渣；加强保护渣的管理，对开过包的当班未用完的严禁第二次再使用。

2)通过培训提高中间包操作工和捞渣工的操作技能;通过实验对比,选用铸坯裂纹率较低的下水口；塞杆吹氩的控制阀设在中间包操作箱旁，由中间包操作工根据结晶器液面波动情况调整氩气量，确保保护渣铺展熔化均匀；铸机增加结晶液面控制区，确保液面波动范围小于±5mm；根据下水口受侵蚀情况调整水口的浸入深度，保证结晶器内钢水流场合理。

3)设立结晶器档案卡，引进精密的结晶器锥度仪，进行结晶器锥度的在线监控，要求生产班在浇注前认真测量结晶器上下口开度。当宽面上下口开度差距小于10mm时，必须更换结晶器。加强二冷水管理，更换过滤器的型号，对二冷水进行多重过滤，保证水质防止喷嘴堵塞现象。每次检修后必须对铸机状态进行确认后方可生产。

总之，铸坯表面纵裂纹产生的主要原因是保护渣性能和拉速、钢种匹配不良、钢水过热度高、结晶器锥度小、结晶器内钢水流场不理想、二冷效果不佳等。通过加强生产组织、降低钢水过热度、稳定钢水衔接、稳定拉速，根据钢种、拉速选择合适的保护渣，通过棒芯氩气量的调节来改善洁净器液面渣层的熔化性能，通过结晶器液面自动控制等措施，可以有效地控制铸坯表面纵裂纹。

6 结论

连铸坯在生产过程中受到各种应力作用，产生了应当铸坯不能承受这个应变时，就产生裂纹释放应力，钢的高温力学性和化学成分对钢的裂纹敏感性有很大影响。综合上述讨论，为减少连铸坯角部裂纹的产生可从下述几个方面采取适当措施：

(1)控制好结晶器的形状，防止变形，结晶器与夹辊要对正，采用立弯式结晶器促使夹杂上浮，结晶器采用电磁搅拌减少铸坯皮下夹杂物和气泡。

(2)选取合适的浇注温度。严格控制钢水过热度，使其不大于20℃为宜。

(3)采用性能优良的保护渣，测定其化学成分和各项物理性能指标；保护渣要有合理的液渣层厚度、合适的黏度、熔化速度和熔化温度。且要注意保护渣加入方法，确保保护渣获得比较稳定的三层结构:粉渣层、烧结层、液渣层。

(4)为降低夹辊不对中应变，应加强设备的维护，夹辊的对弧误差，尤其是在结晶器出口处。

(5)控制好钢的成分，最大限度地降低钢中的磷、硫等有害元素含量，适当提高锰含量，以提高钢的变形能力，使其承受更大的应变和应变速率。

(6)防止钢水二次氧化和夹杂物控制，减少其生成、对其进行改性、促其上浮。

连铸坯角部裂纹的产生根源于连铸工序，产生原因与钢水成分，温度，连铸拉速，保护渣，连铸设备等密切相关。通过对以上因素的控制，能有效地防止角部裂纹的出现，特别是有效地杜绝了角部裂纹集中大批量现象的出现。各种钢种的连铸坯都可能发生角部裂纹。对于裂纹敏感的钢种应采取有效措施，提高质量。

以上分析了连铸角部裂纹的分类、产生原因及影响因素，并提出了相应的解决措施。在今后的生产中我们应充分认识到裂纹对产品的危害性，提高质量意识，积极投入合理的控制措施，有效地防止连铸坯产生裂纹，生产出夹杂量低、颗粒细小、裂纹少、分布均匀的连铸坯，提高产品质量，提高连铸机的生产率，并为实现连铸坯的热送和连铸连轧工艺提供保证。在市场竞争的环境中，创造更多的经济效益。

参考文献

(1)曹广畴,《现代板坯连铸》，北京，冶金工业出版社，1994.11,75?80页

(2)李博知,《马钢板坯连铸表面夹杂与裂纹的分析及预防措施》,安徽马鞍山,马鞍山钢铁集团公司技术中心,2006.08

(3)《连续铸钢生产》,冶金工程教研室编,249?356页

(4)黄彦飞,丁立营,刘光峰,赵长忠,《小方坯角部纵裂纹漏钢的成因与控制》,山东,山东石衡特钢集团有限公司

(5)卢盛意,《连铸坯质量》,北京,冶金工业出版社,1994.2,75?106页

(6)廖明,周远华,优化冶金,《连铸工艺提高含Nb钢品种质量》,重钢股份公司钢研所

(7)卢盛意,《连铸坯质量》,北京,冶金工业出版社,1994.2,139?158页

(8)蔡开科,程士富,《连续铸钢原理与工艺》,北京,冶金工业出版社,1999.9,310?326页