鑄坯質(zhì)量問(wèn)題一直是冶金工作者們研究的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)，很多疑難質(zhì)量問(wèn)題依然是今天的主要研究對(duì)象。其典型的連鑄板坯角橫裂紋缺陷，由于其形成機(jī)理復(fù)雜、影響因素眾多被公認(rèn)為是世界性難題，尤其是微合金化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用以后，板坯角橫裂紋的問(wèn)題更加突出。連鑄板坯角橫裂紋能夠引起軋后鋼板邊裂缺陷，嚴(yán)重的會(huì)造成鋼板報(bào)廢。經(jīng)過(guò)多年的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們對(duì)板坯角橫裂紋的發(fā)生機(jī)理基本達(dá)到共識(shí)，認(rèn)為其形成機(jī)理主要有三點(diǎn)：
1）鋼存在高溫脆性，在連鑄彎曲-矯直過(guò)程中由應(yīng)力引起拉裂；
2）連鑄坯較深的振痕，引起應(yīng)力集中；
3）結(jié)晶器內(nèi)坯殼因熱收縮而引起的內(nèi)熱裂。
根據(jù)上述的裂紋形成機(jī)理，各個(gè)鋼鐵企業(yè)采取相應(yīng)的控制策略，例如：通過(guò)調(diào)整鋼水成分以提高鋼的高溫延塑性，優(yōu)化連鑄二次冷區(qū)，提高鑄坯矯直溫度，優(yōu)化連鑄振動(dòng)和保護(hù)渣以減輕鑄坯振痕等。
由于鋼的連鑄涉及到設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)以及工藝穩(wěn)定、水質(zhì)、鋼水純凈度等各方面因素，過(guò)程非常復(fù)雜。各個(gè)鋼鐵企業(yè)的實(shí)踐也表明，單純的連鑄工藝優(yōu)化很難從根本上消除板坯角橫裂紋，必須要從工藝裝備上進(jìn)行創(chuàng)造性的改進(jìn)。
1 連鑄板坯倒角結(jié)晶器的功能結(jié)構(gòu)設(shè)想
控制連鑄板坯角橫裂紋缺陷遵循的理念主要是：改善鑄坯溫度（避開(kāi)鋼的高溫低塑性區(qū)）和減少鑄坯過(guò)程應(yīng)力，無(wú)論連鑄工藝上做哪些調(diào)整，基本都是圍繞這個(gè)理念展開(kāi)的。基于此，首鋼自主設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了窄面銅板帶有倒角的結(jié)晶器，力求從溫度和應(yīng)力兩方面改善鑄坯角部狀況。
國(guó)內(nèi)有的鋼廠曾經(jīng)使用帶倒角的結(jié)晶器，采用的倒角方式是在結(jié)晶器角部用絲扣嵌入一個(gè)具有一定角度的銅條，起到對(duì)鑄坯倒角的作用。這種倒角方式存在銅條冷卻條件差、角縫過(guò)大、倒角尺寸過(guò)小等問(wèn)題，實(shí)際應(yīng)用效果不理想。本文設(shè)計(jì)的新型倒角結(jié)晶器是倒角與窄面銅板為一整體，并對(duì)結(jié)晶器銅板水縫重新設(shè)計(jì)。
通過(guò)幾十組不同工況、不同倒角尺寸和水縫布置的仿真模擬計(jì)算，找到了倒角結(jié)晶器最優(yōu)的倒角形式和工藝窗口，從連鑄過(guò)程的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)來(lái)看，確實(shí)達(dá)到了預(yù)想的提高矯直溫度和分散角部應(yīng)力的效果。
2 連鑄板坯倒角結(jié)晶器的研發(fā)歷程
秦皇島首秦金屬材料有限公司投產(chǎn)以來(lái)，由于品種結(jié)構(gòu)的不斷升級(jí)，鑄坯角橫裂紋問(wèn)題始終是困擾生產(chǎn)的難題。從2009年5月開(kāi)始，科研人員在連鑄質(zhì)量攻關(guān)過(guò)程中提出了板坯倒角結(jié)晶器的理念和應(yīng)用構(gòu)想，迅速組織相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行國(guó)內(nèi)外技術(shù)文獻(xiàn)調(diào)研整理工作，總公司和首秦公司各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)高度重視該項(xiàng)目的研發(fā)工作，分別于2010、2011年作為公司重大科研任務(wù)大力推進(jìn)。
從項(xiàng)目立項(xiàng)開(kāi)始，開(kāi)發(fā)過(guò)程歷時(shí)7個(gè)月，共進(jìn)行了25次工業(yè)化試驗(yàn)，倒角形式設(shè)計(jì)先后修改了6次，試驗(yàn)涉及到的鋼種基本覆蓋了首秦全部鋼材品種，科研人員掌握了大量第一手實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，先后攻關(guān)克服了各種各樣的質(zhì)量問(wèn)題、操作問(wèn)題。項(xiàng)目于2010年5月開(kāi)發(fā)成功，并在首秦2號(hào)鑄機(jī)上實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定應(yīng)用。
　3 倒角結(jié)晶器的應(yīng)用情況
首秦連鑄機(jī)應(yīng)用倒角結(jié)晶器以來(lái)，倒角鑄坯角橫裂紋發(fā)生率由10.6%降低至1.60%，顯著改善了鑄坯質(zhì)量。
使用倒角結(jié)晶器后連鑄坯角部溫度比直角鑄坯明顯升高，倒角坯矯直區(qū)角部溫度在920-900℃之間，高于鋼的第三脆性溫度區(qū)的高溫段，有利于控制鑄坯角橫裂紋。通過(guò)連鑄坯在線(xiàn)的實(shí)物可以看出鑄坯角部發(fā)紅，溫度較高。
倒角結(jié)晶器投產(chǎn)以來(lái)生產(chǎn)的鋼種包含A/B船板、S235J2、Q235B/C、Q245H/R、Q345B/D、D32、S355J2、S355N等，基本完全消除角橫裂紋缺陷。
中碳含鈮鋼連鑄坯的角橫裂紋問(wèn)題是冶金界公認(rèn)的難題，2009年底首秦生產(chǎn)的中碳含鈮鋼直角連鑄坯角橫裂紋發(fā)生率很高，導(dǎo)致鋼坯切損量很大，也嚴(yán)重影響了鋼板的成材率。倒角結(jié)晶器成功應(yīng)用以后，不僅大大降低了鑄坯角橫裂紋發(fā)生率，也使未能徹底消除的裂紋缺陷尺寸變小，降低鑄坯切角比率。倒角結(jié)晶器應(yīng)用以來(lái)，生產(chǎn)的中碳含鈮鋼種包括D36、Q345ZNb、Q370qD、S355N-Z25等。
4 倒角結(jié)晶器在消除管線(xiàn)鋼板折疊缺陷的應(yīng)用
高級(jí)別管線(xiàn)鋼是首秦公司的重點(diǎn)品種，在天氣寒冷季節(jié)，管線(xiàn)鋼鋼板的邊部頻發(fā)邊部卷邊折疊缺陷，增加了鋼板修磨量，降低了鋼板成材率。造成這種鋼板折疊缺陷的主要原因是由于冬季寒冷的天氣加重了鋼板邊部和寬面各位置溫度的不均勻性，使鋼板邊部溫度很低，在軋制過(guò)程中鋼板邊角部的延伸率要低于寬面中間的位置，角部發(fā)生向內(nèi)的卷曲，造成折疊缺陷。
為了解決管線(xiàn)鋼鋼板邊部折疊的問(wèn)題，先后進(jìn)行了多次管線(xiàn)鋼鋼坯翻轉(zhuǎn)軋制和切角軋制對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鋼坯切角后對(duì)控制折疊缺陷的發(fā)生起到了很好的效果，即將鋼坯棱角切掉就能解決鋼板折疊的問(wèn)題。但實(shí)現(xiàn)鋼坯塊塊切角也不現(xiàn)實(shí)，這對(duì)鋼坯的物流管理帶來(lái)極大困難，也大大增加了生產(chǎn)成本，倒角結(jié)晶器使用后則完全解決了這個(gè)問(wèn)題。
倒角結(jié)晶器應(yīng)用后共生產(chǎn)管線(xiàn)鋼12.3萬(wàn)t，鋼種主要為X70、X80和X65。經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，鋼板邊部基本沒(méi)有折疊缺陷，表明使用倒角結(jié)晶器對(duì)消除鋼板折疊缺陷效果非常明顯，這是因?yàn)榈菇氰T坯的角部溫度要高于直角鑄坯，有助于緩解鋼板邊部與寬面內(nèi)部溫度的不均勻性。
采用倒角結(jié)晶器生產(chǎn)的連鑄坯，解決了管線(xiàn)鋼鋼板邊部折疊缺陷，同時(shí)鋼板邊部質(zhì)量的改善，使得鋼板不必再塊塊翻板檢查，解決了因翻板造成表面氧化鐵皮影響探傷設(shè)備的問(wèn)題，確保了生產(chǎn)物流的順暢。
此外，軋制鋼板切邊量隨倒角結(jié)晶器鋼坯的使用逐漸減小，可提高鋼板的成材率，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益。
5 結(jié)論
1）倒角結(jié)晶器開(kāi)發(fā)項(xiàng)目率先在首秦公司研制成功，并在多個(gè)鋼種上實(shí)現(xiàn)了成熟應(yīng)用，可以給行業(yè)帶來(lái)巨大社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
2）首秦連鑄板坯倒角結(jié)晶器正式投產(chǎn)以來(lái)，鑄坯角橫裂紋綜合發(fā)生率降低至1.60%，具有顯著改善鑄坯質(zhì)量的作用。
3）連鑄板坯倒角結(jié)晶器對(duì)消除冬季管線(xiàn)鋼鋼板邊部折疊缺陷有著重要作用，應(yīng)用倒角結(jié)晶器后管線(xiàn)鋼鋼板徹底杜絕了折疊缺陷的發(fā)生，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，確保了首秦管線(xiàn)鋼的正常生產(chǎn)。