摘  要： 本文简要介绍了太钢第一炼钢厂方坯连铸设备对铸坯质量的影响情况，认为设备问题是造成铸坯内部裂纹及夹杂的重要原因。

关键词： 连铸设备  方坯  质量

1、前言

太钢第一炼钢厂方坯连铸机于2000年3月份投产以来，主要生产了优碳钢45钢，优碳管坯钢STPT410A、管20，中碳冷墩钢ML30A、ML35和少量合结钢20CrMnTi、40Cr等钢种，生产铸坯的规格为175×215mm，220²mm、240²mm。生产过程中对铸坯取样进行低倍检验，发现铸坯存在较严重的裂纹及夹杂缺陷，为此在工艺上采取了大量措施，工艺改进后铸坯质量有所提高，但仍存在夹杂和内裂缺陷，并且在同一工艺状态下铸坯质量波动较大。分析认为连铸设备问题是造成铸坯内部质量缺陷的重要原因。

2、方坯连铸机的主要设备技术参数

    太钢第一炼钢厂方坯连铸机是一台合金钢连铸机，设计产品方案中包括合结钢、齿轮钢、弹簧钢、军工钢等钢种，连铸机的主要技术参数见表1：

表1   方坯连铸机的主要设备技术参数

3、铸坯内裂与夹杂的类型及形成原因

3.1、内裂的类型及形成原因

铸坯内裂有二类，一类是皮下角部裂纹，分布在铸坯皮下沿断面对角线方向和角部附近垂直于表面距离0～20mm范围内，另一类是中间裂纹。内裂是由于拉伸应力作用到凝固界面上，造成沿一次树枝晶或等轴晶的晶界开裂，然后浓化钢水填充到开裂缝隙中而形成的^[1]，内裂的出现是各种应力综合作用的结果，同时与影响铸坯高温强度的因素有密切关系。

3.2、夹杂的类型及形成原因

铸坯内部夹杂主要有二类，一类是球状的Al₂O₃-CaO-MgO-SiO₂系夹杂（如图1）；另一类是不规则的大型夹杂物，含有Na⁺、K⁺、Ti⁴⁺等成分（如图2），夹杂物

图1球状的Al₂O₃-CaO-MgO-SiO₂系夹杂         图2 不规则大型夹杂物（部分）

尺寸均大于50μm，是大颗粒非金属夹杂物。夹杂物主要分布在两个部位，距铸坯坯壳10mm以内的皮下和距铸坯内弧侧坯壳20～60mm的铸坯内，铸坯皮下主要是第二类夹杂，即不规则的大型夹杂物，铸坯内部两类夹杂均有存在。铸坯内部夹杂主要是由于钢中脱氧产物未及时上浮、中包涂料冲刷进入钢液、中包覆盖剂和结晶器保护渣卷入钢液造成。

4、工艺上采取的主要措施

4.1、强化了电炉、LF炉操作，严格控制钢水成分。电炉出钢终点碳控制≥0.10%，LF炉出钢钢中S≤0.015%，Mn/S＞25，Mn/Si＞2.5，对于管20、STPT410A等易裂钢种控制钢中碳成分，以避开包晶反应区；同时所有连铸钢种的LF出钢温度均降低了15～20℃。为保证钢水温度，成分均匀及钢中夹杂物及时上浮，强化了LF处理结束后钢水的软搅拌。

4.2、进行了中包涂料试验。确定了较合理的中包烘烤工艺，提高了连铸中包涂层的抗蚀损能力。

4.3、降低了中包钢水过热度，中包钢水过热度由20～60℃、平均45℃，降为18～37℃、平均27.6℃。

4.4、试验调整了结晶器及二冷段的冷却水量，二冷段比水量由0.57～1.0l/kg降为0.30～0.45l/kg，同时对二冷段各区冷却水比例和各区内、外弧、175×215mm断面内弧与二侧冷却水的分配比例以及水嘴型号、距离进行较合理的调整。

4.5、降低铸坯拉速，拉速由0.95～1.70m/min调整为0.80～1.20m/min，拉钢过程中拉速基本保持稳定。

4.6、进行了中包覆盖剂、结晶器保护渣的对比试验，调整了中包覆盖剂、保护渣的理化指标，以提高其适用性。

5、连铸设备对铸坯内裂和夹杂影响的分析

在加强设备检修和维护的同时，经过多次的工艺试验和改进，铸坯裂纹缺陷得到了控制，出现内裂缺陷的铸坯内裂的级别由1.0～2.5级降为1.0级以下，铸坯内部夹杂也有所减少，但未消除，而且发现随着设备状态的变化，铸坯质量波动较大，分析认为连铸设备对铸坯内裂和夹杂缺陷的产生有重要影响。

5.1、中间包的影响

连铸中包为T型包，正常情况下中包钢水容量为9～12吨，容量偏小，根据水模试验的结果^[2]，大包钢水进入中包后，钢水停留时间1、3流为383秒，2流为270秒，钢中夹杂来不及上浮。由于中包容量偏小，连铸拉钢过程中中包钢水液面波动较大，中包覆盖剂容易卷入钢水中不能及时上浮造成铸坯内部夹杂。中包冲击区小，浇钢过程中长水口距冲击区包壁很近，冲击区包壁被冲刷脱落，耐材进入钢水中。

5.2、结晶器的影响

一钢连铸采用多锥度弧型结晶器，结晶器铜管长度为850mm，生产过程中检查发现，结晶器制造精度未达到设计要求，设计要求结晶器水缝为3±0.1mm。实际铜管水套之间水缝分布不均匀，而且偏差较大，由于结晶器水缝不均匀，铸坯外形变差，铸坯出结晶器后在二冷段继续冷却过程中产生的应力不同使铸坯易产生内裂。同时由于水缝不均匀，造成保护渣在结晶器中不能均匀熔化、均匀的流入坯壳和结晶器内壁之间，容易造成铸坯卷渣。

结晶器设计无足辊，铸坯离开结晶器后没有足够的支撑而产生菱形变形，使铸坯存在不同程度的脱方现象，同时易产生内裂。

5.3、振动台的影响

连铸结晶器振动台形式设计采用的是板簧机构。生产过程中发现，板簧设计强度不够，使用一段时间后被拉长，同时发现振动台的稳定性差，使用一段时间后，三个振动台有不同程度的倾斜和位移，结晶器出现偏振，使铸坯产生内裂，同时造成铸机对弧困难。

5.4、二冷段的影响

一钢方坯连铸机二冷段分为五个区，其中0区采用水冷方式，其余各区采用气雾冷却方式，主要存在以下问题。

5.4.1、二冷段0区喷嘴设计为2排16个角喷方式，铸坯出结晶器后角部冷却强度大，铸坯靠近角部位置有时出现明显的凹陷，另外0区冷却水无法自动调节，拉钢过程中0区冷却水有时强、有时弱，容易使铸坯产生皮下角部裂纹。

5.4.2、二冷段结构复杂，1、2区采用密排辊，生产过程中难以保证对弧精度，另外二冷段喷嘴布置不合理，铸坯在此区内多次出现较大的回温，容易产生内裂。

5.5、铸机弧形半径的影响

对于合金钢大方坯铸机，弧形半径一般应为铸坯厚度的40～50倍。一钢方坯铸机铸坯规格包括240²mm，按此规格计算，铸机最小弧形半径应力9.6m，但实际铸机半径仅为9m。铸机的弧形半径偏小，本身就容易使铸坯出现内裂和夹杂缺陷。

6、结论

通过分析认为，一钢连铸方坯内裂和夹杂缺陷的产生不仅与钢水的质量、中包钢水过热度、比水量、拉速等工艺参数有关，而且与连铸机中包、结晶器、振动台、二冷段及铸机弧形半径有着重要关系。