1、张凤心，教授级高级工程师，1997年毕业于鞍山钢铁学院冶金工程专业。E-mail：中薄板坯角部纵向边裂的原因与措施张凤心，杨轶龙，张勇，祁林，赵雷，王忠鹏（鞍钢股份有限公司炼钢总厂，辽宁 鞍山114021）摘要：分析了中薄板坯角部纵向边裂的影响因素，采取优化结晶器振动台控制系统和同步精度，优化结晶器锥度，提高结晶器整备精度，适当减小结晶器冷却水量，提高扇形段辊缝和接弧精度标准等措施后，中薄板坯角部纵向边裂发生率由3.5%降至1.0%，保证了中薄板坯产品的质量。关键词：中薄板坯；角部纵向边裂；结晶器；振幅；锥度；冷却水量中图分类号：TF777文献标识码：A文章编号：1006-4613（2023）
2、01-0063-05DOI：10.3969/j.issn.1006-4613.2023.01.0014Causes Leading to Longitudinal Edge Cracks at Corner ofMedium and Thin Slabs and Countermeasures for the CracksZHANG Fengxin，YANG Yilong，ZHANG Yong，QI Lin，ZHAO Lei，WANG Zhongpeng（General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.，Ltd.，Anshan 114021，Liaon
3、ing，China）Abstract：After analyzing the causes leading to the longitudinal edge cracks at the corner ofmedium and thin slabs,such measures as optimizing the control system and synchronization accu-racy of the crystallizer vibration table,optimizing the crystallizer taper,improving the stood-byaccurac
4、y of the crystallizer,appropriately reducing the cooling water volume for crystallizer,andimproving the standards for roll gaps and arc connection accuracy in terms of the sector segmentwere taken,the occurrence rate of longitudinal edge cracks was decreased to 1.0%from 3.5%,which ensured the qualit
5、y of medium and thin slabs.Key words：medium and thin slab;longitudinal edge cracks at corner of slab;crystallizer;oscillation amplitude;taper;cooling water volume鞍钢股份有限公司炼钢总厂（以下简称“炼钢总厂”）5#连铸机于2003年投产，年产能130万t，是奥钢联设计的连续弯曲、连续矫直、直弧形中薄板坯连铸机，投产后一直运行稳定。2021年3月，连铸机在生产过程中，铸坯频繁出现角部纵向边裂纹缺陷，发生率达3.5%，给后序热轧、冷轧生产
6、带来质量风险，金属收得率降低，生产成本提高，造成了较大的经济损失。因此，有必要深入分析铸坯角部纵向边裂纹的形成原因，检测并剖析铸机工艺、设备功能精度存在的问题，以制定并实施相应的改进措施，降低铸坯角部纵向边裂发生的频次，保证产品质量。1中薄板坯连铸机的技术参数中薄板坯连铸机的技术参数如表1所示。2板坯纵裂的宏观形貌和产生机理2.1宏观形貌铸坯在浇铸和凝固过程中，受一冷水和二冷水冷却，弯曲、拉矫机矫直、拉引，驱动辊夹持和钢水静压力等热应力和机械应力的作用，表面容易产生各种各样的裂纹缺陷。炼钢总厂中薄板坯角部纵向边裂纹沿浇铸方向分布，见图1所示。鞍 钢 技 术2023 年第 1 期ANGANG T
7、ECHNOLOGY总第 439 期63-机型基本半径/m流数断面尺寸/mm定尺长度/mm浇铸速度/（mmin-1）直结晶器、连续弯曲、连续矫直51机1流厚度135/150宽度9001 5507 00015 5000.33.5冶金长度/m二次冷却方式23.848气雾冷却图1角部纵向边裂纹宏观形貌Fig.1 Macroscopic Morphology ofLongitudinal Edge Cracks at Corner of Slabs由图1看出，裂纹形态不规则，长短不一（20300 mm），较浅（12 mm）。2.2纵裂的产生机理连铸坯裂纹是影响产品质量的主要缺陷，裂纹的形成是一个极其复杂
8、的过程，是外力、设备状况和工艺条件等因素综合作用的结果1。连铸机运行过程中，高温铸坯坯壳受到各种力的作用易发生变形。超过钢的允许强度和应变是铸坯产生裂纹的外因，钢对裂纹敏感性是产生裂纹的内因，而连铸机设备和工艺因素是产生裂纹的条件。铸坯表面的纵裂纹均是在结晶器内部形成的，产生部位一般在结晶器钢水弯月面附近。坯壳在结晶器内产生微小裂缝，进入二冷区域后，裂缝扩展成为明显的纵裂纹。一般出现纵裂纹的原因是结晶器冷却不均匀，使得初生坯壳厚度不均匀，在坯壳薄的地方产生应力集中，当坯壳所受的应力超过了一次晶粒晶界的抗拉强度时便产生裂纹2。2.3板坯纵裂的影响因素2.3.1结晶器振幅大在铸机生产过程中，结晶器
9、随振动台上下反复运动，在铸坯表面会形成有规律间隔的凹陷，称之为“振痕”。生产实践表明，当“振痕”深度大于0.3 mm时，角部裂纹的发生率将增加，因此，减小振痕深度是减少铸坯表面裂纹的有效手段。结晶器振动的振幅越大，频率越低，负滑脱时间越长，振痕就会越深。反之，小振幅、高振频的结晶器振动有利于减小振痕的深度，从而减少裂纹缺陷的发生率3。2.3.2结晶器锥度过小钢水在结晶器内冷却凝固形成坯壳，在结晶器的振动下收缩，脱离结晶器铜板，产生气隙，由此造成导热性能下降，铸坯表面冷却不均。为减少气隙，加快坯壳成型稳定，结晶器的下口要比上口略小，结晶器锥度为（上口宽度-下口宽度）/下口宽度，锥度过小（1.0%
10、）时，坯壳与结晶器窄面气隙就会变大，影响铸坯对结晶器的传热，容易造成坯壳冷却不均，从而产生裂纹缺陷。2.3.3结晶器冷却不均结晶器冷却的目的是为了保证钢水流入结晶器后形成足够厚度且均匀的坯壳，能够承受住钢水静压力。浇铸过程中，结晶器冷却效果受到保护渣接触结晶器铜板表面产生的晶体应力、温度场和流场变化等多方面的影响，容易出现冷却不均情况，导致凝固和收缩不均，形成表面有缺陷的初生坯壳。2.3.4二冷水冷却不均二冷水冷却也是铸坯表面产生裂纹的较大因素，冷却不均匀或局部过冷都会增加铸坯凝固过程中的热应力，从而会加剧铸坯裂纹缺陷。与此同时，二冷水喷嘴、扇形段对弧精度、辊缝精度等都是控制铸坯裂纹的基础条件
11、。2.3.5其它原因（1）保护渣保护渣粘度太大或保护渣加入不均匀都会导致铸坯裂纹的产生。保护渣渗入过多，会使坯壳向结晶器的热量传递减少，在初生坯壳上形成热点，从而产生应力，当热点处的总应力超过坯壳的抗拉强度时，坯壳裂开，如果裂纹不能够通过枝晶熔化来愈合，则形成晶间裂纹。保护渣渗入过少，坯壳冷却加快，坯壳增厚，于是在较冷的地方和较热的地方形成温度梯度，且方向朝向较厚的坯壳，易出现湍流和液面波动，从而产生细小裂纹4。表1中薄板坯连铸机技术参数Table 1 Technical Parameters of Medium and Thin Slab Caster鞍钢技术 2023 年第 1 期张凤心等
12、:中薄板坯角部纵向边裂的原因与措施总第 439 期64-（2）钢水成分国内外冶金领域一般将碳含量为0.10%0.18%的中碳钢定义为裂纹敏感性钢。当碳含量在0.10%0.16%范围内，钢水的冷却凝固过程会发生包晶反应，即铁素体相和液态钢水反应形成奥氏体相4。铁素体密 度 为7.89 g/cm，奥 氏 体 密 度 为8.26 g/cm，因此，当铁素体向奥氏体转变时，将伴随着收缩。连铸生产中，这种大幅度的相变收缩会使坯壳内部产生较大的热应力，容易产生坯壳裂纹5。（3）应力作用在结晶器内部形成的初生坯壳会受到两个外力作用：一个是初生坯壳在冷却凝固时体积的变化产生的外来力；另一个是结晶器振动和拉坯时产
13、生的摩擦力，主要作用于初生坯壳和结晶器铜板之间。当结晶器中产生的热应力和切应力超过坯壳的抗拉强度时，坯壳将会沿着枝晶断裂，由于这种断裂是晶粒间的断裂，无法愈合6，最终形成裂纹。3采取的措施保证结晶器弯月面处的初生坯壳厚度均匀，避免坯壳产生应力集中，才能控制和减少铸坯裂纹的产生，也就是要准确控制影响结晶的初生坯壳生长的工艺参数和设备功能精度，来防止纵裂纹的产生。3.1优化结晶器振动台控制系统炼钢总厂中薄板坯连铸机结晶器振动的振幅和频率是按照控制系统模型随拉速自动调整的。使用专用的测振仪双点检测结晶器振动台，结果发现两侧振动台的振幅实测值（7.1 mm）与系统设定值（6.5 mm）存在偏差，因此对
14、结晶器振动台控制系统进行了优化。（1）使用千分表检测振动台3个位置的振幅值，与设定值比较，结果如表2所示。表2振幅实测值与设定值的对比Table 2 Comparison of Measured Valuesand Set Values of Oscillation Amplitudesmm从表2可以看出，振幅实测值与设定值存在偏差，最大偏差达到0.71 mm。（2）比例因数计算设定振幅值的差值：15.50-3.50=12 mm实际振幅值的差值：16.21-3.85=12.36 mm比例因数：12.36/12=1.03（3）优化参数修正值千分表测量振动台液压缸的 实 际 行 程 为19.20
15、mm，控制系统参数修正值等于原参数值乘以比例因数，即：19.201.03=19.776 mm参数修正值优化后输入振动台控制系统，测量实际振幅为6.5 mm，与设定值一致。3.2优化结晶器振动台同步精度炼钢总厂中薄板坯连铸机结晶器振动为正弦曲线控制，使用专用测振仪检测振动台时发现，两侧振动台振幅的正弦波曲线不同步，相位角存在偏差，最大达到8以上。分析原因认为是液压缸的伺服阀性能存在差异，为此检测、修复、校准伺服阀，使两侧振动台液压缸伺服阀的压力、流量等性能达到一致。左侧振动台伺服阀的压力和流量性能曲线如图2所示。实测右侧振动台伺服阀的压力和流量均与左侧保持同步。测量位置实测值振动台上位16.21
16、振动台中位9.88振动台下位3.85设定值偏差15.500.719.500.383.500.35（a）压力性能曲线；（b）流量性能曲线图2左侧振动台伺服阀压力和流量性能曲线Fig.2 Pressure and Flow Performance Curves of Servo Valves for Vibration Table on the Left鞍 钢 技 术2023 年第 1 期ANGANG TECHNOLOGY总第 439 期65-项目冷却水流量/（m3h-1）进回水温差/宽边外弧宽边内弧窄边左侧窄边右侧宽边外弧宽边内弧窄边左侧窄边右侧调整前277.54278.0621.1120.668.148.0813.0113.63调整后270.52271.2021.1321.0912.3112.3812.8613.62优化后两侧振动台振幅的正弦曲线见图3所示，由图3看出，两侧振动台曲线几乎完全重合。计算得知相位角偏差大幅度降低，在1.5以内。图3优化后两侧振动台振幅的正弦曲线Fig.3 Sine Curves of Oscillation Amplitudesof Vibration T
