广西柳州钢铁集团有限公司 广西柳州 545000
摘要：2018年11月份开始，柳钢转炉厂板坯5#机在生产Q235系列钢种时，铸坯表面纵裂纹异常增多，且因纵裂改让步材率也增多，极大的影响了车间的质量指标。本文通过对普碳包晶钢的理化指标的优化，最终将板坯5#机生产普碳钢时的表面裂纹率控制在1%以下。
关键词：结晶器保护渣；板坯；表面纵裂纹
1 前言
连铸板坯纵裂纹是影响连铸机产量和连铸坯质量的重要缺陷，轻者要进行精整清理，重者会导致拉漏废品，不但影响了铸机的作业率，而且还影响了红坯热送率，增加了生产成本。本文针对板坯5#生产的Q235系列普碳包晶钢结晶器保护渣各项理化指标的分析，并提出了改进优化的目标，最终降低了纵裂纹发生的几率，提高了铸坯的质量，降低了生产成本。
2 纵裂纹的生成机理
表面纵裂纹是指沿拉坯方向在铸坯表面发生的裂纹，是由于在结晶器弯月面区域初生坯壳厚度不均匀，作用于坯壳上的应力超过钢的高温允许强度和应变，在坯壳的薄弱处产生应力集中导致纵裂产生，出结晶器后在二冷区继续扩展。
通常，结晶器铜板与铸坯坯壳之间形成的渣膜由三层构成[1] 即：靠近坯壳侧为液态，靠近铜板侧为玻璃相，中间层为结晶相。渣膜的层状结构及其厚度分布对于控制钢水凝固传热率和传热均匀性，改善铸坯润滑，防止连铸过程拉漏[2]，以及提高铸坯质量有显著影响。
基于以上理论，解决板坯表面纵裂纹问题应从坯壳强度、结晶器坯壳传热状况、二冷传热状况和铸流设备状况方向入手。Q235系列钢种成分C范围0.12~0.15%，碳含量在0.09~0.15%范围时为包晶钢，初生坯壳在凝固过程中发生L+δ→γ的包晶反应，坯壳体积收缩大，产生较大的收缩应力，更容易导致裂纹产生。
2.1保护渣熔化过程和机理
保护渣在钢水面上形成了所谓粉渣层-烧结层-液渣层的三层结构。
保护渣熔化过程为：
（1）试样中有机物氧化（脱水和汽化）；
（2）碳质料的燃烧损失，时间较长，说明了渣粒烧结和熔化过程的延缓程度，与渣内所含碳粒类型和数量有关；
（3）熔化突然加快，取决于基料化学成分、矿物性质和粒度；
（4）熔融。
保护渣烧结层的形成机理为：首先是粉渣固相之间进行直接反应，而反应温度远低于反应物的熔点或它们的低共熔点。如果保护渣中存在着一些助熔剂，如碱金属的碳酸盐、氧化物、氟化物和玻璃质等，它们开始形成液相的温度远低于主要组成物质的低共熔温度，这些少量液相会在反应中起极大的作用。虽然液相不多，但对粉渣的固结起重要作用。液相将固体颗粒表面润湿，靠表面张力作用使粉渣颗粒靠近、拉紧、并重新排列。
固相化学反应的机理是离子在晶格中的扩散作用。这个作用对于一定的物质仅仅在一定的温度水平下才有可能，CaO+SiO2固相反应的开始温度为500～700 ℃[4]，但显微观察发现450～500 ℃一部分粒子已呈熔融状态，随温度上升这种熔融液渣增多并浸润在基体粒子之间，不久基体粒子互相凝聚收缩。这与渣中添加的助熔剂有关。
随着温度接近保护渣熔点，烧结相逐步熔成一个个小液珠，小液珠相互接触就有可能集聚成大液珠。两个小液珠合并成一个大液珠时的吉布斯自由能变化只是由表面吉布斯自由能引起，即：ΔG=σss.ΔA。式中σss是液滴与固相渣间界面张力，ΔA是大液珠与2小液珠表面积之差，因ΔA＜0，所以聚合过程是自发的，σss越大聚合过程越容易进行，聚合的推动力是σss与液珠表面能之差，σss越大和表面能越小，则液珠越容易聚合。有些研究者认为，稳定的烧结层是保证熔渣层厚度的先决条件。只有液珠状的过渡层，才能以较快速度补充熔渣层[3]。
渣圈渣条过多，是保护渣过度烧结的结果，保护渣的融速过快、熔点过低，必然会导致烧结层过于发达，从而导致渣圈渣条的增多。针对这个问题，我们通过与保护渣厂家的技术员交流，确定了通过提高保护渣熔点、降低保护渣融速的方案来降低保护渣烧结层厚度，从而达到减少使用过程中渣圈渣条过厚的缺点。
2．2保护渣成分对连铸坯裂纹产生的影响
连铸保护渣的理化性能和其在结晶器内的行为直接影响到连铸坯的质量，以适应于连铸坯的保护渣应具有良好的传热能力、良好的绝热保温能力及足够的液渣层厚度等。性能好的保护渣，连铸坯与结晶器润滑良好，能减小坯壳与铜壁间的摩擦力，又能均匀地填充气 隙改善传热，促使坯壳均匀生长[4]。渣粘度对连铸坯裂纹的影响最大，粘度过大，渣液流动性不好，不能均匀地填充气隙；
保护渣对铸坯表面质量的影响很大，保护渣匹配与否直接造成铸坯夹杂、凹坑、表面裂纹甚至漏钢。保护渣在生产中需达到均匀流入、吸附夹杂、减少散热、提高润滑等多种效果，因此要求它具有良好的铺展性、透气性、保温性及与钢种相匹配的熔点、熔速和黏度。结晶器内渣膜构成见图1。
.png)
图1 结晶器内渣膜构成
优化后的保护渣渣圈渣条情况较优化前大为减少，渣条的厚度约为5~8 mm，宽度也较窄，最宽处约为40 mm，而且渣条较松，容易操作工挑出[5]。
在使用优化后的结晶器保护渣后，板坯5#机2019年3月~2019年5月生产SS400系列钢种时，裂纹率见表1
.png)
表1 板坯5#机2019年3月~2019年5月裂纹率
3.结论
通过上述对普碳包晶钢保护渣在板坯5#机的改进与优化分析可以发现：
1、保护渣必须具有良好的润滑性能，以减少结晶器内坯壳与结晶器壁之间的摩擦力，从而减少铸坯表面纵裂纹的产生。
2、高碱度的保护渣可以使保护渣的结晶温度升高，从而使结晶器热流减少，从而保证结晶器内初生坯壳的均匀性，减少纵裂纹发生的几率。
3、保护渣应具有均匀传热的作用，尤其是在结晶器的上部横断面方向更为重要，必须使结晶器上部结晶器壁与坯壳之间的渣膜保持均匀，保护渣粘度与拉速匹配。渣圈渣条过多够厚会阻碍液渣的均匀流入，从而影响弯月面处初生坯壳与结晶器铜板之间的传热均匀性，导致铸坯表面纵裂纹的产生。
4、结晶器保护渣合理的熔点、融速可以有效的控制渣圈渣条的厚度。
参考文献：
[1] 申俊峰，庞智杰.结晶器保护渣渣膜的研究[J].炼钢，1998，14（4）：31-33.
[2] Masayuki Kawamoto，Keiji Nakajima.Development of MildCooling Mold Powder for Peritectic Steel Slab [J].CAMP-ISIJ，1993，6：283.
[3] Hiroyuki Shibata，Toshihiko Emi，Yoshio Waseda，et al.Thermal Diffusivities of Continuous Casting Mold Fluxes forSteel in the Glassy and Crystalline States [J].Tetsu-to-Hagane，1996，82（6）：46-50.
[4] 江中块等，结晶器---板坯连铸机的心脏，CCCC’04钢铁年会论文集，2004
[5] 卢盛意.连铸坯质量.冶金工业出版社，2003