韩志伟   冯科    王勇    毛敬华

（中冶赛迪工程技术股份有限公司, 炼钢设计室, 重庆 545000）

摘  要:  以柳钢四号板坯连铸机为分析对象，采用具有较强通用性的板坯连铸浇铸过程静态仿真软件CCPS OFFLINE分析了在浇铸Q235时产生内部裂纹的原因及防止对策。用该软件的二冷优化模块对其二次冷却水量进行了优化，并把优化后的水表在实际的浇钢过程中加以了应用。生产结果表明，二冷水量优化后对应的铸坯内部质量较之优化前有了明显的改善，说明通过板坯连铸凝固传热仿真计算获得的优化二冷水量具有较好的合理性和适用性。

关键词:  板坯连铸机   二次冷却  仿真软件  内部裂纹

1 引言

广西柳州钢铁（集团）公司转炉炼钢厂四号板坯连铸机自投产以来，生产一直比较顺利，但在生产Q235钢时，在铸坯内部产生纵裂纹和横裂纹，尤以纵裂为甚。从铸坯内部裂纹的形成机理^〔1〕(钢的连铸过程是选分结晶过程，凝固过程中固液两相区存在成分差异；同时由于凝固速度的快慢，导致先后凝固的铸坯成分差异，进而导致其性能的不同；另外，连铸过程的凝固过程是沿温度梯度最大方向为主进行的具有取向的树枝晶凝固过程，树枝晶沿温度梯度最大方向优先生长，相邻的树枝晶之间残余钢水中富集了低熔点杂质组元，该部分钢液量的多少决定了凝固两相区的凝固分率，残余钢液是凝固两相区抵抗变形最为薄弱的部位，是铸坯凝固裂纹的产生部位。当铸坯中鼓肚力、弯曲矫直力、辊子不对中应力等所产生的应变大于临界应变时，铸坯就会产生裂纹)进行分析，影响铸坯内部裂纹的主要因素为：

（1）机械设备方面：喷嘴发生赌塞、喷雾效果不好；扇形段对弧精度不够或辊缝设置不合理，导致铸坯产生较大的内部应力；夹辊布置不合理，铸坯鼓肚现象严重。

（2）连铸生产工艺参数；铸坯的规格、浇铸温度、拉速、结晶器及二次冷却区的冷却工艺参数等影响凝固坯壳的均匀性、坯壳的生长速度及铸坯的温度分布，进而影响铸坯凝固前言的应力应变状况。

（3）钢水化学成分：化学成分决定了钢种在两相区的高温力学性能，并且成分中的C、Mn、S等对钢的临界应变有显著的影响。

基于铸坯内部裂纹主要决定于二冷区凝固坯壳所承受的各种应力的相互作用^〔2〕，本文将从连铸机的二次冷却水系统方面，应用板坯连铸浇铸过程静态仿真软件CCPS OFFLINE对柳钢四号板坯连铸机的二冷水进行优化，以求最大程度地改善板坯地内部质量。

2 内部裂纹的分布特点

柳钢四号板坯连铸机主要生产的铸坯断面为220mm（厚）×1500mm（宽），正常拉速范围为0.8~1.1m/min，浇铸温度基本上控制在1545℃左右，Q235的化学成分见表1。在浇铸Q235钢时产生的内部纵裂发生于偏离铸坯中部25～50mm处（即距板坯表面约60～85mm处），内弧侧稍多于外弧侧，裂纹长度约35mm左右。内部横裂纹分布于偏离铸坯中心3～10mm，裂纹长度约5mm左右。

表1  钢种主要有成分

3 板坯连铸浇铸过程静态仿真分析

应用板坯连铸浇铸过程静态仿真软件CCPS OFFLINE对柳钢四号板坯连铸机目前生产Q235钢所采用的二冷水表进行了仿真分析研究，以考查该连铸机所用二冷制度的合理性。

如图1所示为拉速为1.0m/min时铸坯表面中心温度及坯壳厚度沿拉坯方向上的分布规律，不难看出，铸坯在二冷区的表面温度曲线变化较为平缓，但在进入矫直区的温度仅为896℃，正好处于钢种的脆性温度区间。在从内部纵裂纹产生的位置并结合图1可知，铸坯的凝固前沿在矫直区处的位置距铸坯表面约75～88mm，由此可解释为什么内部纵裂纹多发现于距板坯表面约60～85mm处，同时也可解释为什么内弧侧的裂纹多于外弧侧，因为在矫直区，内弧侧的铸坯附加了拉应力。

图1  铸坯表面中心温度纵向分布曲线