1 纵向角部裂纹影响因素的探究

        1.1 钢种的影响

        裂纹和凹陷现象在钢筋中尤为明显。对2018财年该厂3号连铸机由于裂纹和凹陷缺陷而遭到下道工序拒收的铸坯进行分类，发现螺纹钢铸坯的废品率是低碳钢铸坯的10倍，两类钢种在结晶器内的传热方式有所不同。这两类钢种2017年12月-2018年1月在3号连铸机结晶器内（相同的流）带走的热量数据显示，螺纹钢带出的热量比低碳钢高出近50%，这种在结晶器中的强大传热能力，加上钢水直接转化为面心立方结构（FCC）的奥氏体，而不是体心立方（BCC）δ铁素体，这意味着螺纹钢钢水将迅速凝固并更快速地离开结晶器壁。

        1.2 结晶器设计的影响

        该厂3台连铸机于2016-2018年生产的小方坯被下道工序拒收的统计数据显示，仅3号连铸机生产的小方坯发生因裂纹和漏钢被拒收的情况。1号连铸机和2号连铸机的结晶器采用的是抛物线型管，而3号连铸机结晶器采用的是漏斗式凸型管，这两种管的主要差别是漏斗式凸型管的锥度要小得多。抛物线型管在结晶器上半部分有较大的锥度，而下部锥度较小，在铸坯角部与结晶器管间留下较大的气隙，增加了缺陷形成的几率。抛物线型管的锥度使用锥度仪测量，漏斗型管则是根据漏斗尺寸和用锥度仪测量的线性锥度计算周向锥度。

        3台连铸机生产的钢种分别为：2号连铸机100%生产螺纹钢筋小方坯，1号和3号连铸机约60%为螺纹钢筋小方坯。

        1.3 连铸拉速的影响

        当连铸机以较低的拉速生产时，小方坯出现缺陷的几率大。缺陷几率随连铸拉速的分布结果表明，随着拉速的增加，缺陷的发生几率减少。

        1.4 中间包浇铸炉次的影响

        研究发现，铸坯的缺陷主要发生在中间包的第一炉钢。第一炉和顺序炉的铸坯缺陷相对分布结果表明，中间包第一炉钢更容易产生缺陷，是顺序炉次的25倍。此外，中间包第一炉浇铸的前几根小方坯比后面浇铸的小方坯更容易产生缺陷。中间包第一炉浇铸前几分钟和后几分钟的主要区别是拉速较低和结晶器冷却水（MCW）温度较低。连铸开浇通常拉速较低，以避免早期粘连，在启动第一炉浇铸时，因为在停顿期间热交换器已经冷却了一冷水，此时的结晶器冷却水通常处于环境温度。从中间包第一炉开始整个浇次趋势为，开始时连铸机拉速约3.1m/min，浇铸15min后增加到3.4m/min左右。MCW进口温度在开始时为22.5℃，在浇铸第一个小时结束时升至26.5℃。前一个中间包浇次结束时温度为30℃，结晶器冷却水通过热交换器而迅速冷却下来。

        连铸机启动时，结晶器冷却水温度较低，会导致传热增加，再加上此时拉速较低，意味着固态坯壳更多地凝固和收缩，产生更多的气隙，从而导致缺陷的形成。

        1.5 环境温度的影响

        冬季似乎加剧了铸坯裂纹问题。图2显示了2016-2018年3号连铸机生产的小方坯被拒收的情况以及当月最低环境温度的平均值。中间包第一炉结晶器冷却水入口温度最低值也按照月份进行统计和绘制。较低的环境温度对结晶器冷却水进口温度的影响是明显的，在冬季，中间包第一炉生产中的结晶器进水温度约为10℃。这些统计趋势描述了冬季和缺陷之间的相关关系，较低的冷却水温度会增加结晶器传热，从而增加弯月面处的钢水凝固和固态坯壳的收缩，导致更多的气隙形成，从而造成铸坯产生缺陷。

        1.6 钢水过热度的影响

        过热度高的炉次存在更多的缺陷。螺纹钢筋的液相线温度为1505℃，若中间包内钢水温度为1560℃，意味着过热度为55℃。过高的钢水过热度会导致新形成的弯月面固态坯壳温度偏高。在接近凝固点的温度，钢的强度与形成的固态坯壳温度高度相关。因此，固态坯壳温度较高会降低其强度，从而使其在较小的应力下屈弯。故而，过高的钢水过热度会导致更多的缺陷。

        2 试验和结果

        2.1 增加连铸机启动拉速

        较高的连铸拉速意味着在弯月面处有较少的钢水凝固，因此，凝固壳较少地收缩和较少地形成气隙。为此，决定提高3号连铸机的开浇拉速。连铸机启动时的喷嘴直径决定了开浇拉速。连铸机在低拉速下启动而不漏钢，这是一个需要平衡的过程。3号连铸机自2008年开始使用15mm喷嘴，开始浇铸的拉速为2.6m/min。2013年12月，更换为16mm喷嘴，拉速为2.8m/min，试验是成功的。在2014年1月增加连铸拉速，结果发现，随着拉速的增加，缺陷的产生并没有减少。2017年2月，喷嘴尺寸增加到16.5mm，拉速为3.1m/min，缺陷的产生并没有停止。于是，在2018年4月再次尝试将喷嘴尺寸增加到17mm，开始时的拉速为3.3m/min，试验效果良好。

        3号连铸机中间包第一炉浇铸试验结果（2014年1月-2019年4月）显示，随着喷嘴尺寸的增大，一炉钢的浇铸时间逐渐下降。

        2.2 降低第一炉钢水过热度

        该厂决定尝试降低中间包第一炉钢水过热度，为此，使钢包钢水温度稳步降低。从2015年1月到2019年4月，3号连铸机生产螺纹钢筋，测量了中间包钢水温度（首次测温在开浇后15min）。中间包钢水温度从2015年1月的1570℃下降到2019年4月的1550℃左右，下降约20℃。

        2.3 降低结晶器冷却水流量

        降低结晶器冷却水流量，将减少带走的热量，因此，在2018年进行了减少冷却水流量的试验。在该厂的3号连铸机上，生产小方坯的冷却水流量通常保持在2200-2400lpm，尝试使用更低的流量，最低为1800lpm。减少结晶器冷却水流量的试验结果为，在1800-2000lpm范围内，缺陷最少出现。因此，这一减少结晶器冷却水流量的方法从2018年4月开始在连铸机上实施。

        2.4 试验结果

        2014-2020财年（截至2020年1月），该厂3号连铸机生产的小方坯因LCCr而被拒收的统计结果显示，虽然开浇拉速从2.6m/min增加到2.8m/min，后来又增加到3.1m/min，但是直到开浇拉速增加到3.3m/min（2019财年开始），缺陷才能得到有效控制。此外，中间包钢水过热度降低20℃和结晶器冷却水流量的降低也有助于控制缺陷。

        （信息来源：冶金信息网）