引言：目前近年来，随着连铸技术的发展，连铸坯的热装，热送及热轧技术取得了很大的进步，产生了明显的经济效益，这一生产工艺对连铸坯的质量提出了更高的要求，本文对小方坯中常见的质量缺陷及其形成原因和控制措施进行了讨论。目前改进的方向是使连铸机的结构和辅助设备具有更高的综合性能，操作过程自动化、可控性和安全性达到更高水平。其目的在于进一步发挥连铸机的生产潜力和进一步提高铸坯的质量。九江萍钢钢铁有限公司炼钢厂方坯连铸机现拥有8机8流（R10）连铸机一座，7机7流（R10）连铸机一座，5机5流（R8）连铸机两座，不具备电磁搅拌功能，二冷模式为气雾冷却和全水冷却模式。主要生产150及170型方坯，预计2023年生产能力达到500万吨。为进一步提高生产率，各钢厂都在寻求高效率生产途径。但由于设备和工艺条件的不完善，特别是高拉速度下容易出现拉漏和铸坯质量缺陷。其中脱方是小方坯连铸中最常见的缺陷之一，直接影响轧机的咬入，严重的造成轧钢废品和质量事故。

正文：

1 目前方坯连铸坯质量现状

2023年1-10月份方坯连铸机烂钢累计69支，其中老区连铸普棒轧制线烂钢28支占比40.6%,高棒轧制线烂钢11支占比15.9%。新区方坯连铸高线轧制线烂钢5支占比7.2%，优特钢轧制线25支占比36.2%。轧钢轧制过程烂钢主要问题集中在老区普棒（2#机）和新区优钢线（5#机），质量问题较为突出，不仅影响铸坯的轧制生产时间和产量，更带来了巨大的安全生产风险。

目前九江萍钢钢铁有限公司炼钢厂方坯铸坯质量问题经分析主要影响是铸坯脱方导致内部裂纹，其次是钢水夹杂物含量高导致轧制过程出现问题，具体每月各轧制线烂钢数据如下：

2 连铸坯的内部裂纹产生原因分析

连铸坯裂纹的形成是一个非常复杂的过程，是传热、传质和应力相互作用的结果。带夜芯的高温铸坯在连铸机运行过程中，各个力作用于高温坯壳上产生变形，超过了钢的允许强度和应变式产生裂纹外因，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。高温带液芯铸坯在结晶器运行过程中是否产生裂纹，主要决定于以下所述因素。

2.1 外力作用

a 结晶器坯壳与铜板摩擦力

b 喷水冷却不均匀产生的热应力

c 铸坯弯曲或矫直力

d 相变应力

当这些力作用在高温铸坯表面或凝固前沿产生的应力或应变量超过钢的δ临或ε临就产生裂纹，然后在二冷区裂纹进一步扩展。

2.2 钢的高温性能

钢可分为三个延性区：

a 1区凝固脆性区(Tm-1350℃)

b 2区高温塑性区(1300-1000℃)

c 3区低温脆性区(900-600℃)

1区使坯壳产生内裂纹，3区使铸坯产生表面裂纹，将钢的高温性能控制在2区。

2.3 工艺因素的影响

2.3.1化学成分的影响

①钢的收缩量决定于钢的含碳量和温度，高温坯壳的线收缩对脱方有直接影响^[2]。实践表明当w（c）>0.2%时最容易脱方^[3]。

②钢中的磷含量高时，会减少铸坯在结晶器内的厚度，使弯月面下20~50mm处热流增加，容易产生间歇性沸腾，导致脱方。其中对高碳钢的影响大于低碳钢。

③钢中w（s）%<0.025%,w（Mn）/w（s）>30时，有利于减少脱方。

2.3.2 铸机对中及支撑的影响

生产过程中当注流结晶器偏斜时，使该区域的坯壳冲刷变薄，相对的区域则更厚，加剧坯壳的厚度不均匀性。而我们厂目前的水口对中制度不严密，存在偏流情况，加大了铸坯脱方的几率。

目前我厂方坯连铸机二冷段分为1-4区，各区1个支撑辊，针对支撑辊使用磨损情况测量，发现磨损程度超过3mm任在继续线上使用，导致铸坯支撑力不足情况，加大了外力的影响。

2.3.3 浇注温度和浇注速度的影响

拉速高是影响铸坯脱方的主要原因。拉速高，受钢水凝固速度和结晶器冷却的限制，出坯温度就高，脱方会显著增加。拉速过快容易引起结晶器内冷却水的间歇性沸腾，导致脱方形成。从我们厂目前的情况看，150²方坯的脱方情况明显多于170²方坯（前者比后者的拉速快）。浇注温高会加剧铸坯脱方，为此应采取有效措施，降低钢水的过热度。目前，钢水温度控制技术已趋于成熟，包括出钢温度控制、过程温降控制，只有确保低温才能实现高拉速。

2.3.4 二冷配水和水质的影响

   针对我厂生产过程连铸水质出现问题，浊度、硬度等指标偶尔出现超工艺要求范围，水中的油泥和杂物导致喷嘴堵塞情况较多，铸坯在二次冷却效果差。另外不同钢种生产过程对二冷配水的需求不一致，对于含铌钢种，对水量的分布存在不合理情况导致铸坯内部裂纹较多。

2.4 设备因素的影响

钢水从结晶器开始凝固，由于在结晶器内冷却不均匀，造成坯壳厚度不均匀。冷却强的角部形成锐角，冷却弱的角部形成钝角。在二次冷却时，即使四个面冷却强度均匀，但坯壳厚度的不均匀，四个面温度不同，冷却强度也不同，导致来铸坯不均匀收缩产生脱方。

结晶器是连铸的“心脏”，钢水如果在结晶器中冷却不均匀，出结晶器后就很容易产生脱方。若结晶器下口内弧两个角有明显的温度差异，一个角颜色亮，一个角颜色暗，则脱方已经形成。并将在二冷区加剧脱方。在结晶器内未形成脱方的铸坯，若在二冷却受到强烈的不均匀冷却也会形成脱方。主要的设备因素有：

①．结晶器倒锥度的减小，或成正锥度，使气隙过大，影响冷却效果，易造成脱方。锥度过大虽然能够有效地克服脱方，但却带来其它问题，如发生横裂、限制拉速提高等。应兼顾二者不同的工艺要求，结合我厂钢种在高温下收缩系数进行测定和研究设计出更为合理的锥度形式。目前铜管的锥度主要有：单锥度、双锥度、连续锥度、抛物线锥度等^[5]。

②．铜管磨损变形，内表面不平，镀层剥落，都会使局部气隙增大，造成脱方。正常情况下小方坯的脱方是和铜管使用次数成正比的。因此应严格铜管的报废制度。

③．水缝尺寸不均匀，造成水流速度不均匀，铜管四个面的热流密度就不同，导致坯壳冷却不均匀。坯子越小，水缝不均匀性带来的影响更大^[5]。（150＞170）

④．结晶器冷却水水质，是影响结晶器热变形的重要因素。沉积在结晶器钢管冷面上的水垢使热阻大为增加，加剧间歇性沸腾。实验表明，冷却水流速增加，可明显降低铜管冷面温度，消除间歇式沸腾。

⑤．结晶器振动不平稳会造成偏振，使铸坯在结晶器内受力不均匀，增加了气隙的不均匀程度，加剧脱方。

⑥．导向段足辊磨损、变形，使铸坯偏离弧线，也会使铸坯受力不均匀，增加气隙的不均匀程度。

⑦．脱方在二冷段的发展速度很快，若二冷段对弧不准、喷嘴堵塞等将使脱方更严重。

⑧．拉矫机压力过大，会造成铸坯呈矩形；拉矫辊不平也会带来脱方。

3 夹杂物对方坯连铸坯质量的影响

          图1                     图2                     图3                    图4

图1 样品1#样品根据夹杂物的尺寸和形貌，可判断是由于卷入了大型外来夹杂物，在轧制过程中夹杂物部分破碎导致出现轧制折叠现象。1#样品是卷入夹杂物造成的开裂。

图2样品经4%硝酸酒精腐蚀观察样品坯料薄厚不均，其基体组织中发现硫化物、氧化物夹杂分布在晶界上；裂纹及裂纹边缘处并未发现有明显的脱碳，基体魏氏组织严重。

图3样品上发现一条脱氧线，中间存在大量的氧化质点和C类夹杂物。

图4样品发现了大量A类夹杂物，尺寸较大，腐蚀之后发现有铁素体偏析带，偏析带区域有大量的A类夹杂物析出。

4 改善方坯连铸坯质量的措施和实施方法:

（1）根据钢种和低倍情况，及时调整结晶器水和二冷配水比各区梯度参数调整，制定合理冷却梯度，根据不同钢种进行调整配水方案，确保二次冷却效果。

（2）停机及时校正二冷段支撑和二冷工况情况，与连铸车间、动力沟通协调好连铸浊环水水质问题，减少水中的油泥和杂物，降低喷嘴堵塞的几率确保二冷工况，调整铸机校弧，保证铸机精度。

（3）严抓炉后操作，确保吹气、吹气时间和合金加入及增碳工艺操作符合工艺制度，确保钢水成分均匀，夹杂物上浮时间充足。

（4）异常坯料进行下线落垛进行二次检查确认，方可放入下道工序。生产过程加强铸坯红检，脱方及时采取降速、工艺操作调整等措施。

（5）协调合适的生产节奏和温度，减少中间包低液面浇铸导致铸坯夹杂增多和匹配合适的温度、拉速制度。

5 改善措施实施验证

通过我厂技术分析和措施制定实施，到2023年底烂钢出现频次是在逐步减少，11月份方坯4条轧制线累计烂钢支数4支，12月份方坯4条轧制线累计烂钢支数2支，我厂方坯铸坯质量得到有效控制，大幅度减少因铸坯质量影响轧制生产时间，提升产量的同时大大的减少生产过程安全风险。

参考文献：1、QC小组活动成员报告（连二）

          2、连铸坯裂纹控制（北京科技大学学院）

          3、连铸坯缺陷及其控制技术（钢铁研究总院  张兴中）

作者简介：蔡葵 1992年11月11日 男 江西省九江市 汉 本科 助理工程师 九江萍钢钢铁有限公司 研究方向:方坯质量控制