第一篇：連鑄坯橫裂的產生原因與控制措施

小方坯橫裂產生原因與控制措施 李聿軍1，邵三萍1，鄒節忠2

（1.江西九江鋼廠有限公司 煉鋼廠，江西 九江；2.萍鋼公司 技術中心，江西 萍鄉）

摘要

分析了煉鋼廠小方坯產生橫裂的主要原因。通過采取相應措施，使方坯橫裂水平降到較低水平。

關鍵詞 小方坯

橫裂

控制措施

CAUSES TO CC BILLET CROSS CRACKS AND COUNTER CONTROLLING MEASEURES

Li Yu-Jun1, Shao San-Ping1, Zou Jie-Zhong2

（1.The Steelmaking Plant of Jiujiang Iron&Steel company,Jiujiang ,China;2.Technical Center of

PX Steel,Co.Ltd,Pingxiang,China）

ABSTRACT

The main causes to the cross cracks on the surface of CC billet are discussed in the steelmaking plant of Jiujiang Iron & steel company.Counter measures have already been taken to reduce the rejected rate of the billet due to the cross cracks to a relatively lower level.KEY WORDS

CC billet cross cracks controlling measures

0 前言

江西九江鋼廠有限公司（以下簡稱九鋼）是萍鋼公司2006年9月份兼并重組的股份制企業。三煉鋼廠（原九鋼煉鋼廠）現有30t轉爐兩座，R6m 150×150三機三流小方坯連鑄機兩臺，主要鋼種為HRB335和HRB400，已形成年產100萬噸鋼生產能力。在九鋼重組前后前兩個月內，連鑄坯橫裂不斷，最嚴重的一個月由于橫裂導致的廢品率高達4.5kg/t（廢品率＝廢品量/合格坯產量），成為制約煉鋼廠連鑄質量提高的主要問題之一。為此，三煉鋼廠技術人員認真分析總結了連鑄坯橫裂產生的主要原因，并采取了一系列的預防控制措施，取得了顯著效果。鑄機主要技術參數

機型：全弧型 鑄機半徑： 6ｍ

主要生產斷面： 150mm×150mm 中間罐公稱容量： 12t 結晶器銅管長度：900mm 澆注方式：敞開澆注，加菜籽油潤滑 振幅： 2～6.5mm

工作拉速：平均拉速2.0m/min 振動方式：正弦振動 振頻：0一220次/min 流間距：1200mm 機流數：3機3流 二冷水控制方法：（靜態）比例控制法 2 橫裂產生原因 2.1 鋼水成分

三軋鋼廠（原九鋼軋鋼廠）為普通軋制線，沒有控軋控冷，因此煉鋼廠成分Mn按1.20%~1.60%控制，實際Mn控制在1.40%左右。較高的Mn含量增加了鑄坯的裂紋敏感性，使鋼的脆化溫度區間加寬[1]。2.2 結晶器的潤滑、倒錐度和振動參數

三煉鋼廠小方坯連鑄機采用定徑水口敞開澆注工藝。通過手動添加菜籽油保證鑄坯與結晶器之間的潤滑，由于潤滑相關制度未規范，銅管四周潤滑不能保證均勻，降低了潤滑效果，增加了鑄坯與銅管之間的摩擦，造成初生凝固坯殼撕裂。由于結晶器的強冷，在撕裂處漏出的鋼水立刻凝固，在鑄坯表面形成橫向折疊痕跡，嚴重時表現為橫裂[2]。

三煉鋼廠最初結晶器的倒錐度為1.0%/m。在生產中經常發現不脫模而致橫裂，這是因為倒錐度過大，造成結晶器銅管拉坯阻力增大，坯殼撕裂而致橫裂，嚴重時甚至拉斷。

三煉鋼廠結晶器振動采用正弦振動方式，振動頻率在0～220次/min，起始振頻80次/min。振動頻率與拉速關系如下：

f=aV

式中：a－振動系數

以往振動系數設為88，在拉速較低時，振動頻率較小，負滑脫時間較長，容易產生振痕。振痕深處樹枝晶粗大，溶質元素富集，鑄坯在矯直受到應力作用就成為裂紋的發源地[3]。2.3 二冷配水

三煉鋼廠二冷配水具有先天的缺陷。首先表現在二冷配水的控制方法比較簡單，二冷配水采用比水量方法，即冷卻水量Q=Kv(K為系數，v為拉速)，且最初二冷0段（足輥段）為手動配水。經常在拉速降低或中間包最后一爐出現橫裂，這是由于生產節奏協調或轉爐出現故障時，鋼水接不上造成中間包低液面拉坯，或者最后一爐液面逐漸降低，從而導致拉速降低。在拉速降低的情況下，由于冷卻水量的變化跟不上比拉速的變化，特別是二冷0段由于手動調水，更是滯后于拉速的變化。這種結果最終導致連鑄坯在矯直時的溫度落入鋼種的脆化溫度區間而產生橫裂。其次是二冷比水量過大，造成鑄坯矯直時溫度較低，在應力作用下產生裂紋。

另外，三煉鋼廠二冷水質難以得到保證，二冷水過濾器老化陳舊，經常在二冷水管道能發現雜質沉積，造成二冷段冷卻不均勻，加劇了橫裂的擴展。3 控制措施

根據三煉鋼廠橫裂產生的主要原因，制訂了以下措施來控制橫裂的產生： 1）調整結晶器的倒錐度。結晶器銅管的倒錐度由1.0%/m調低為0.8%/m后，效果較好。銅管不脫模現象大幅減少，拉坯順暢，拉斷現象減少。

2）規范結晶器潤滑操作。結晶器菜籽油要求從四面加入，少加、勤加，以結晶器上口火焰長度在10～60mm能看到鋼水液面為宜，火焰太長，顯黑色則油太多，火焰太短，能看到鋼水亮光則油太少應補加油。

3）調整結晶器振動系數，結晶器振動系數調高到100，以減少結晶器振痕產生。

4)調整二冷比水量和0段水量。二冷采用弱冷，比水量由1.2L/kg調低到1.0L/kg。對于對裂紋敏感的20MnSiNb鋼種，比水量進一步調低為0.6~0.8L/kg。由于0段手動配水，因此特別注意調整0段配水量。中間包開澆、最后一爐以及拉速變化大爐次，均要求及時調整0段水量。比如，對于中間包最后一爐，液面逐漸下降，0段水由10～12m3/h調低到7～9m3/h，以確保鑄坯矯直前溫度大于950℃，避開HRB335和HRB400(20MnSiNb)的脆性溫度區間（700～950℃）。經過調整后，效果較好，不但開澆爐次、最后一爐和液面波動較大爐次的橫裂大幅減少，而且對裂紋敏感的20MnSiNb鋼種也很少產生橫裂，軋制時沒有產生爛鋼，軋制后性能良好。

2007年2月份對連鑄機改造時，又進一步將0段配水改為自動配水，避免手動配水的滯后。

5）控制好中間包液面高度和鋼水溫度，避免拉速波動過大。連鑄機長關注中間包液面和溫度趨勢。中間包盡量保持滿液面拉坯，原則上“低溫快拉”，以消除二冷配水方法的缺陷，減輕人工調整配水參數的壓力。若中間包液面有下降的趨勢，則及時調節二冷水流量。中間包溫度過高或過低均應向調度及時反饋，以便調度采取措施保證低過熱度。

6）改善水質。

7）加強紅坯熱檢。連鑄臺下班發現橫裂及時改成短尺軋制，避免由于橫裂造成整支報廢。4 效果

在找到連鑄坯橫裂發生的主要原因和采取相應控制措施后，三煉鋼廠自2006年11月份開展了減少鑄坯橫裂的專項攻關，橫裂廢品率由重組后的4.5%降低到2007年5月份的0.15%，取得了良好的效果。具體情況見圖1。

5橫裂廢品率(kg/t)4.53.8432100.6506年10月06年11月06年12月0.3207年1月0.4107年2月0.2807年3月0.1907年4月0.1507年5月時間圖1 每月橫裂廢品率情況 結束語

（1）高Mn或含Nb鋼連鑄坯容易產生橫裂。

（2）結晶器潤滑效果不均勻，倒錐度過大，振動頻率小對鑄坯表面質量影響較大。結晶器潤滑均勻，潤滑油少加勤加；合理的倒錐度和振動頻率可以使折疊或振痕變淺，保證鑄坯脫模效果，減少橫裂。

（3）對于高錳鋼或含Nb鋼二冷應采用弱冷制度，使鑄坯矯直前溫度避開脆性溫度范圍，減少橫裂發生幾率。

（4）通過對鑄坯產生原因進行分析和采取上述控制措施，三煉鋼廠鑄坯橫裂廢品率由4.5kg/t降低到0.15kg/t，效果顯著。6參考文獻

[1] 蔡開科等.連續鑄鋼原理與工藝.北京:冶金工業出版社.1994 [2] 蔡開科.連續鑄鋼500問[M].北京:冶金工業出版社,1994.李聿軍（1979-），男，江西豐城人，碩士研究生，工程師，2004年畢業于北京科技大學鋼鐵冶金專業，現為江西九江鋼廠有限公司煉鋼廠（萍鋼公司三煉鋼廠）技術主辦，從事煉鋼轉爐和連鑄技術管理工作。通訊地址：江西省九江市湖口縣金沙灣工業園江西九江鋼廠有限公司煉鋼廠，332500 聯系方式：***

第二篇：連鑄坯質量考核制度

連鑄鋼坯質量考核制度

為了加強連鑄坯質量管理，確保下道工序正常生產，結合實際生產需要，現制定連鑄坯質量考核制度：

1、鋼坯五大元素的控制，應嚴格按照公司內控標準執行，五大元素超出內控標準的，考核煉鋼廠1000元/項。

2、連鑄坯長度允許偏差為+80mm，超出該范圍考核煉鋼廠100元/根。

3、連鑄坯邊長允許偏差為±5mm,超出該范圍考核煉鋼廠100元/根。

4、連鑄坯兩對角線之差應≤10mm，超出該范圍則判定為脫方，脫方鋼坯考核煉鋼廠500元/根。

5、連鑄坯切斜應≤12mm，超出該范圍考核煉鋼廠200元/根。

6、連鑄坯鼓肚應≤5mm，超出該范圍考核煉鋼廠200元/根。

7、連鑄坯彎曲度不得大于20mm/m，總彎曲度不得大于總長度的2%，超出該范圍考核煉鋼廠200元/根。

8、連鑄坯表面不得有目視可見的重接、翻皮、結疤、夾雜，一經發現，考核煉鋼廠500元/根。

9、連鑄坯不得有深度或高度大于3mm的劃痕、壓痕、擦傷、氣孔、皺紋、冷濺、凸塊、凹坑（包括由于手工切割造成連鑄坯端部不平整、凸塊、凹坑、裂痕），一經發現，考核煉鋼廠200元/根。

10、連鑄坯端面不允許有中心偏析產生的黑點、縮孔、裂紋及皮下氣泡（允許有5個以下氣泡），一經發現，考核煉鋼廠500元/根。

11、連鑄坯應按爐組批發運并噴寫爐批號，隨爐號跟蹤卡一同發送到下道工序，此三項若不能按要求執行，考核煉鋼廠200元/項。

以上連鑄坯質量問題一經發現需及時整改，如流轉到下道工序則按照上述制度考核，同時按廢坯退回煉鋼;如發現弄虛作假，對責任單位考核2000元/次。

技術中心

2014年7月29日

第三篇：高品質連鑄坯生產工藝與裝備技術

高品質連鑄坯生產工藝與裝備技術

【摘要】 對生產這些高性能品種鋼的鑄坯母材質量及尺寸的要求也日益提高，集中體現為鑄坯表面的微缺陷化、鑄坯內部的高致密度與均質化以及斷面的大型化等特點。

研究背景

近十年來，隨著我國交通運輸、能源石化、海洋工程、重型機械、核電、軍工等國家重點行業與產業的快速發展，對高品質品種鋼的需求量大幅增加。與此同時，受用途和使用環境特殊性的影響，對鋼產品的質量、性能、尺寸規格等也提出了更高的要求。為此，對生產這些高性能品種鋼的鑄坯母材質量及尺寸的要求也日益提高，集中體現為鑄坯表面的微缺陷化、鑄坯內部的高致密度與均質化以及斷面的大型化等特點。

我國鋼鐵工業經過數十年的快速發展，整體技術與裝備水平均逐漸邁人世界先進行列。值得一提的是，經過近20年的引進、消化吸收與再創新，我國的連鑄技術與裝備水平更是獲得了長足的進步，實現了超過98%的連鑄比，是當前生產高品質品種鋼鑄坯母材最主要的工藝。受國家需求驅動，我國的品種鋼微合金化技術和大斷面連鑄坯生產技術與裝備更是得到了快速發展，合金體系涉及Nb、V、Ti、B、Ni等，已建成并投產的寬（特）厚板坯連鑄機生產線超過30條、大方坯連鑄機生產線20余條、?600mm以上大圓坯連鑄生產線20多條，產能超過1.2億噸，具備了生產高品質大規格品種鋼的能力。正是由于品種鋼微合金化技術進步以及上述寬／大斷面連鑄機的大規模投產及其技術進步，一定程度上緩解了我國長期以來依靠進口或使用鑄錠來滿足高品質品種鋼軋制需求的局面。

但與此同時，品種鋼連鑄生產過程面臨鑄坯裂紋頻發、內部質量不理想的困境，特別是隨著連鑄坯斷面的大型化，鑄坯缺陷所帶來的負面效應尤顯突出，已成為限制高品質品種鋼連鑄高效化生產的共性技術難題。

微合金品種鋼連鑄坯產生角部橫裂紋具有普遍性，開發有效且穩定的裂紋控制技術一直是國內外冶金工作者研究的熱點。目前，除了鋼水成分控制外，主要是圍繞連鑄工藝與裝備技術而展開，體現在以下幾個方面：1）優化連鑄坯二冷配水工藝，使連鑄坯通過鑄流矯直區時避開相應鋼種的第三脆性溫度區。該技術是目前控制微合金品種鋼連鑄板坯角部橫裂紋缺陷最常用的措施。其包括“熱行”和“冷行”兩條途徑，并以“熱行”路線最為普遍采用。然而，這兩條途徑均以降低連鑄機扇形段設備使用壽命為代價（“熱行”路線須大幅減少連鑄機矯直段前多個冷卻區的冷卻水量，常引發扇形段鑄輥表面保護渣與氧化鐵皮燒結物的黏結而降低鑄輥的使用壽命；“冷行”路線則將大幅增加鑄坯矯直應力，降低扇形段鑄輥軸承及軸承套的使用壽命），且無法從根本上消除連鑄坯角部橫裂紋產生。

2)使用大倒角結晶器技術。使用該技術可大幅提高鑄坯角部過矯直的溫度，實現鑄坯高塑性過矯直，從而有效控制微合金品種鋼連鑄坯角部裂紋產生。但該技術使用過程對連鑄生產工藝穩定性要求較高，同時也面臨倒角面附近區域易產生表面縱裂紋、結晶器銅板使用壽命低等問題。

3)實施鑄坯二冷足輥段與立彎段垂直區強冷卻控制技術，使連鑄坯表層生成一層具有較強抗裂紋能力的組織。但該技術需要在很小的控制窗口（足輥段與立彎段垂直區）內對鑄坯實施較大幅度的快速降溫與升溫控制。一方面，該控冷工藝實施復雜，且穩定性難以把握；另一方面，目前多數連鑄機的高溫區冷卻能力無法滿足鑄坯角部的降溫與升溫幅度。目前僅日本新日鐵住金與韓國浦項等國際先進鋼鐵企業成功應用該技術。

因此，結合微合金品種鋼凝固特點與連鑄坯鑄流溫度演工藝，使連鑄坯通過鑄流矯直區時避開相應鋼種的第三脆性溫度區。該技術是目前控制微合金品種鋼連鑄板坯角部橫裂紋缺陷最常用的措施。其包括“熱行”和“冷行”兩條途徑，并以“熱行”路線最為普遍采用。然而，這兩條途徑均以降低連鑄機扇形段設備使用壽命為代價（“熱行”路線須大幅減少連鑄機矯直段前多個冷卻區的冷卻水量，常引發扇形段鑄輥表面保護渣與氧化鐵皮燒結物的黏結而降低鑄輥的使用壽命；“冷行”路線則將大幅增加鑄坯矯直應力，降低扇形段鑄輥軸承及軸承套的使用壽命），且無法從根本上消除連鑄坯角部橫裂紋產生。

2)使用大倒角結晶器技術。使用該技術可大幅提高鑄坯角部過矯直的溫度，實現鑄坯高塑性過矯直，從而有效控制微合金品種鋼連鑄坯角部裂紋產生。但該技術使用過程對連鑄生產工藝穩定性要求較高，同時也面臨倒角面附近區域易產生表面縱裂紋、結晶器銅板使用壽命低等問題。

3)實施鑄坯二冷足輥段與立彎段垂直區強冷卻控制技術，使連鑄坯表層生成一層具有較強抗裂紋能力的組織。但該技術需要在很小的控制窗口（足輥段與立彎段垂直區）內對鑄坯實施較大幅度的快速降溫與升溫控制。一方面，該控冷工藝實施復雜，且穩定性難以把握；另一方面，目前多數連鑄機的高溫區冷卻能力無法滿足鑄坯角部的降溫與升溫幅度。目前僅日本新日鐵住金與韓國浦項等國際先進鋼鐵企業成功應用該技術。

因此，結合微合金品種鋼凝固特點與連鑄坯鑄流溫度演變規律，深入研究微合金品種鋼連鑄坯裂紋產生的本質原因，開發可實現鑄坯表層組織強化、從根本上消除裂紋產生的微合金品種鋼連鑄坯角部橫裂紋控制技術成為關鍵。

連鑄坯中心偏析與疏松是由于鑄坯凝固過程中鋼液選分結晶特性和凝固收縮特性所導致的固有缺陷，嚴重影響最終鋼產品的質量和使用壽命，制約著高端品種鋼的生產。在現有技術條件下，主要依靠優化連鑄坯二冷工藝并對連鑄坯施加外場作用（凝固末端壓下、末端電磁攪拌），以解決鑄坯內部偏析與疏松問題。這些技術對于較小斷面或常規斷面連鑄坯生產較為有效，而對于寬（特）厚板坯、大方（圓）坯等寬／大斷面連鑄坯而言，其澆鑄速度較低、冷卻強度較弱，鑄坯凝固速率大大降低，同時隨著斷面的增寬加厚，其內部冷卻條件明顯惡化，凝固組織中柱狀晶發達，枝晶間富含溶質偏析元素的殘余鋼液流動趨于平衡，導致鑄坯偏析、疏松和縮孔缺陷愈加嚴重。使用常規技術手段，尚無法有效實現寬／大斷面連鑄坯的高致密、均質化生產，具體原因主要體現在以下幾個方面。

1)由于鑄坯加厚引起的變形抗力與變形量增大，鑄坯增寬引起的溶質非均勻擴散與分布趨勢加劇，傳統的輕壓下工藝已無法有效、穩定控制液芯變形，從而無法實現凝固末端擠壓排除富集溶質的鋼液和有效補償凝固收縮的目的。

2)近年來研究者提出了以日本住友金屬CPSS等為代表的大壓下技術，即通過增大凝固終點的壓下量達到消除中心偏析與疏松、提高鑄坯致密度的目的。然而，在大壓下量實施過程中，兩相區坯殼變形、凝固傳熱、溶質微觀偏析、溶質宏觀擴散、裂紋擴展等行為更加復雜多變，各行為之間的相互影響作用愈加突顯，目前現有研究方法與傳統輕壓下工藝理論已難以指導壓下參數設計，只能依靠反復的工業試驗進行不斷的優化和調試，從而嚴重制約壓下工藝的實施效果和穩定性。

3)連鑄坯凝固末端電磁攪拌技術。該技術實施需依靠準確的攪拌工藝為基礎。目前由于對大斷面連鑄坯凝固行為認識不充分，無法準確描述非穩定凝固條件下的鑄坯兩相區凝固、流動和溶質傳輸行為。與此同時，隨著坯殼厚度的增加，目前電磁攪拌能力與攪拌模式不足以驅動鋼液的流動，從而嚴重影響連鑄坯偏析和疏松的控制效果與穩定性。

為此，針對當前鋼產品結構不斷升級、產品質量要求不斷提高的形勢，開發高致密度、均質化的寬（特）厚板坯、大斷面方（圓）坯連鑄生產新工藝與裝備技術顯得十分重要而迫切。

東北大學朱苗勇教授及其研究團隊長期圍繞高品質連鑄坯生產工藝與裝備技術開展研究，先后承擔和完成了國家杰出青年科學基金、國家科技支撐計劃、國家技術創新計劃以及企業重大合作開發等數十項課題，授權國家發明專利30余項，獲省部級科技獎勵7項。在連鑄坯裂紋控制方面，研究團隊通過近年的研究，揭示了產生微合金品種鋼連鑄坯表面裂紋的本質機理，開發形成了有效消除微合金品種鋼連鑄坯角部裂紋的全曲面錐度結晶器與鑄坯二冷高溫區表層組織控冷相結合的裂紋控制裝備與工藝技術。在連鑄坯偏析與疏松控制方面，研究團隊自2003年起就從事鑄坯凝固末端壓下工藝與裝備技術研發工作，提出了確定壓下工藝關鍵參數的理論模型，開發了核心工藝控制模型與系統，并率先實現了板坯、大方坯凝固末端工藝控制技術的國產化研發與應用，并在寶鋼梅山、攀鋼、天鋼、湘鋼、漣鋼、首鋼、邢鋼等十余家企業推廣應用。目前，針對高品質大斷面連鑄坯生產，研究團隊進行了鑄坯凝固末端重壓下技術研究與開發，并率先在大方坯連鑄機實施了應用，取得了良好的應用效果。關鍵共性技術內容

2.1 微合金鋼連鑄坯表面質量控制工藝與裝備技術

微合金品種鋼連鑄坯凝固過程中，鋼中的Nb、V、Ti以及B等微合金元素極易與鋼中的C、N等元素結合，生成碳化物、氮化物以及碳氮化物。受傳統連鑄生產過程鑄坯初凝行為及控冷工藝的限制，這些微合金碳氮化物主要以鏈狀形式于鑄坯角部表層組織晶界大量析出，從而極大弱化了其晶界的強度；與此同時，鑄坯在后續凝固過程中，同樣受不合理冷卻模式的影響，膜狀或網狀先共析鐵素體優先在鑄坯角部奧氏體晶界生成。受奧氏體與鐵素體軟硬相間應力分配作用（鐵素體強度僅約為奧氏體強度1/4），鑄坯在彎曲和矯直過程的應力極易在晶界鐵素體組織內集中。受這些因素共同作用，微合金品種鋼的連鑄坯角部頻繁發生微橫裂紋缺陷。基于該本質機理，要控制裂紋的產生，關鍵是要消除微合金碳氮化物以及先共析鐵素體膜在奧氏體晶界的形成。為此，需進行如下關鍵技術研究。

1)不同微合金種類及成分下碳氮化物析出行為研究。不同種類微合金元素與鋼中C、N元素的結合能力不同，且析出物的晶界與晶內析出溫度、析出種類均不盡相同。需根據鋼中微合金元素的種類、鋼的成分，建立不同成分體系及含量下微合金碳氮化物在不同鋼組織相（奧氏體與鐵素體）及位置（晶內、晶界）的析出熱力學與動力學模型，明確與成分體系相對應的微合金元素碳氮化物在不同鋼組織相及其不同位置的析出溫度區及析出控制動力學條件。

2)初凝坯殼角部快冷卻細晶化控制技術開發。研究結晶器內初凝坯殼凝固熱／力學行為，設計最佳的全曲面錐度結晶器銅板補償量與冷卻結構，并揭示不同錐度補償量和冷卻結構下坯殼角部熱歷程與晶粒生長規律，為開發有效實施結晶器內鑄坯角部超快冷卻、細化晶粒的全曲面錐度結晶器技術與工藝提供設計參數指導，確保鑄坯角部一次凝固形成細小的奧氏體晶粒，并大幅降低鑄坯角部溫度，也減輕了連鑄二冷高溫區為強化鑄坯表層的組織而進行控冷的負擔。同時，通過鑄坯角部在初凝期的快速冷卻，抑制微合金碳氮化物在其奧氏體晶界生成。

3)鑄坯二冷高溫區表層組織強化控冷裝備與工藝技術開發。基于全曲面錐度結晶器技術，揭示鑄坯二冷足輥段與立彎段溫度演變規律，開發確保鑄坯角部局部快速冷卻、大回溫強化鑄坯二冷高溫區表層組織的智能控冷噴淋裝置與配水工藝，實現鑄坯表層組織的進一步細化。與此同時，通過鑄坯高溫區角部局部快速冷卻，進一步抑制鑄坯晶界碳氮化物與先共析鐵素體膜生成，有效實現鑄坯角部表層組織自身強化。

4)微合金品種鋼鑄坯表面裂紋控制技術的工業實施。結合企業微合金品種鋼成分體系、連鑄機裝備特點、鑄坯在鑄流內的溫度演變規律，開發長壽命、可在線調寬、穩定化的全曲面錐度結晶器及其角部快速冷卻工藝、鑄坯鑄流高溫區角部表層組織強化的智能控冷裝備與工藝，實現高品質微合金品種鋼的高效化、穩定化生產。2.2 高致密度、均質化寬／大斷面連鑄坯生產工藝與裝備

針對寬／大斷面連鑄坯生產，采用傳統動態二冷配水優化工藝、鑄坯凝固末端動態輕壓下技術，較難實現其高致密度、均質化生產。而解決該技術難題最為行之有效的方法是協同采用鑄坯凝固末端重壓下技術與鑄坯凝固末端電磁攪拌技術。然而，由于難以準確描述大壓下量實施過程中輥壓力、熱應力、矯直力、拉坯阻力等內外力共同作用下的凝固坯殼與兩相區的動態變形行為，及其與溶質宏微觀偏析、溶質宏觀擴散、裂紋擴展之間的相互作用關系，嚴重制約了凝固末端重壓下工藝的實施可靠性與穩定性。同時，由于暫無法準確描述非穩定凝固條件下的鑄坯兩相區凝固、流動和溶質傳輸行為，無法實現大斷面連鑄坯凝固末端電磁攪拌工藝的穩定投用。因此，需要從理論研究、工藝開發、裝備控制技術開發等幾方面開展研究工作，真正解決凝固末端重壓下工藝的關鍵技術難點，實現該工藝的穩定、有效投用。1)工藝理論研究方面：建立兩相區變形與溶質偏析宏微觀多尺度多場耦合計算模擬，實現坯殼變形、凝固傳熱、溶質宏觀傳輸、溶質微觀偏析與相變的順序耦合計算。全面考慮寬／大斷面連鑄坯生產過程傳熱、流動和凝固現象，進而研究連鑄工藝參數和外場（重壓下、電磁攪拌、鼓肚力等）作用下寬／大斷面連鑄坯坯殼與兩相區變形行為。與此同時，建立考慮固相演變移動、夾雜物析出與多元合金交互作用的微觀組織模型，揭示寬／大斷面連鑄坯凝固組織演變機理，全面解釋重壓下工藝與電磁攪拌工藝對寬／大斷面連鑄坯中心偏析與疏松的改善效果，以及凝固組織的均質化控制效果。

2)工藝控制技術開發方面：合理、有效的工藝控制技術是實施重壓下工藝的關鍵。在理論研究酌基礎上，針對寬（特）厚板坯／，大斷面方（圓）坯連鑄機的具體特點，系統研究并開發形成一系列適用于寬／大斷面連鑄坯的凝固末端壓下工藝控制技術模型，如基于扇形段／拉矯機壓力實時反饋的凝固末端檢測技術；消除寬／特厚板連鑄坯非均勻凝固導致橫截面距窄面1/8-1/4區域中心偏析與疏松的寬／特厚板壓下區間控制技術；基于凝固補縮原理與坯殼變形量在線檢測的壓下率／壓下量參數在線控制技術；確保鑄坯在拉坯方向與寬向上溫度的平滑、合理過渡的多維動態冷卻控制技術；用于有效混勻兩相區溶質偏析鋼液、提高等軸晶率的凝固末端電磁攪拌技術；為避免壓下工藝調整過程中鑄坯寬展不均而導致“楔型坯”的鑄坯寬度的均勻調控工藝等。

3)裝備控制技術開發方面：穩定、準確的裝備控制技術是實現凝固末端重壓下工藝的保障。針對寬（特）厚板、大斷面方（圓）坯連鑄機的具體特點，開發以熱坯作為量尺的輥縫在線標定技術，消除高溫與扇形段／拉矯機結構變形所引起的輥縫誤差，同時實現生產過程中輥縫的在線標定；開發有效控制鑄坯延展變形，提高表面壓下量向固液界面傳遞效率的“堆鋼”壓下控制技術，顯著提高工藝實施效果；開發漸變曲率凸型輥壓下技術，實現對鑄坯液芯的有效擠壓，在提高壓下效率的同時降低鑄坯表面裂紋發生率；基于全曲面錐度結晶器／全曲面斜倒角結晶器，降低壓下過程已凝固坯殼的變形抗力，保證液芯的有效壓下。研究技術路線與實施方案

3.1 微合金鋼連鑄坯表面裂紋控制研究

1)利用數值模擬計算與在線測溫相結合技術，研究鑄坯在結晶器內與二冷鑄流內的凝固熱／力學行為，為全曲面錐度結晶器技術開發與鑄坯二冷高溫區表層組織強化控冷裝備與工藝開發提供理論基礎。

2)建立不同類型析出物在不同鋼組織相及其位置的析出熱力學與動力學理論模型，并結合重熔凝固技術、透射電鏡等檢測手段，揭示鑄坯不同冷卻熱歷程下、不同鋼組織相及位置微合金碳氮化物析出行為規律，確定具體成分微合金品種鋼連鑄坯晶界析出控制的關鍵參數；基于鑄坯二冷溫度場演變規律，揭示連鑄坯角部不同熱歷程與微合金碳氮化物析出行為下組織晶內與晶界的相變行為及演變規律，綜合開發有效抑制晶界膜狀或網狀先共析鐵素體生成的連鑄二冷配水工藝提供依據。3)基于上述研究，結合現場實際工況，研究開發連鑄坯表層組織控制的微合金品種鋼角部橫裂紋控制的全曲面錐度結晶器工藝與裝備技術、鑄坯二冷高溫區表層組織強化控冷工藝與裝備技術，集成開發從根本上強化鑄坯表層組織的微合金品種鋼連鑄坯角部橫裂紋控制技術。

3.2 寬／大斷面連鑄坯偏析疏松控制研究

受連鑄坯生產過程高溫特點以及凝固復雜性限制，目前尚無法定量描述鑄坯凝固末端壓下過程中坯殼變形對溶質偏析元素再分配行為的影響規律，限制了工藝的應用效果。對于寬（特）厚板連鑄坯、大斷面方（圓）坯而言，受其斷面增加影響，鑄坯凝固末端施加較大壓下量（率）所引起的兩相區的坯殼變形、鋼液流動、溶質偏析和裂紋擴展等現象更為復雜，涉及現代冶金學、冶金反應工程學、材料力學、控制工程等多學科理論與研究方法，需要理論研究與模擬計算、高溫物理模擬研究與現場試驗研究緊密結合。

凝固末端重壓下工藝開發方面，以數值仿真為主要研究手段，并采用試驗研究和物理模擬方法對仿真結果進行校驗，準確描述超大規格連鑄坯凝固末端壓下過程鑄坯變形行為、溶質偏析行為以及內裂紋。產生與擴展規律，最終開發形成寬／大斷面連鑄坯凝固末端壓下工藝。物理模擬研究主要涉及鑄坯高溫物性參數測定，同時模擬具體條件下鑄坯凝固前沿冷速、溫度和受力條件，為數值仿真計算提供必要的建模數據和校驗數據。最終，結合現場試驗，全面驗證凝固末端重壓下工藝的合理性。

階段研究進展

在微合金品種鋼連鑄坯表面裂紋控制方面，現已成功開發出全曲面錐度結晶器技術、鑄坯二冷高溫區表層組織強化控冷裝備與工藝技術。部分技術先后在天鋼、寶鋼梅鋼、建龍鋼鐵等企業投入應用，穩定實現了含Nb與含B微合金品種鋼板坯表面無缺陷率達99%以上，效果顯著。在高致密度、均質化寬／大斷面連鑄坯生產技術方面，已開發形成寬厚板坯凝固末端非均勻壓下技術，并在鑄坯凝固末端重壓下工藝的核心工藝與裝備控制技術方面取得重要突破，順利開發出扇形段輥縫在線標定技術、基于拉矯機壓力實時反饋的凝固末端檢測技術、輥縫在線標定技術、“堆鋼”壓下控制技術、壓下率／壓下量參數在線控制技術、非均勻凝固末端壓下控制技術等重壓下關鍵技術。目前上述技術已經天鋼寬厚板連鑄機、大連特鋼大方坯連鑄機投用。所開發的寬厚板坯非均勻凝固末端壓下技術在天鋼投用后，有效解決了寬厚板連鑄坯橫向1/4區域偏析嚴重’的技術難題，生產高強船板鋼、合金結構鋼寬厚板連鑄坯中心偏析≤C級1.O比例達到96%以上，中心疏松≤1.0級比例達到100%。所開發的重壓下技術確保了大連特鋼軸承鋼GCr15、礦山鋼572C、礦山鋼LTB-6等高碳合金鋼連鑄坯及軋材質量改善明顯，其中軋制棒材中心疏松從2.0-2.5級降至1.5級以內。使用重壓下技術前后軋材低倍質量對比照片如圖1所示。

研究計劃

在上述原有相關技術研究與開發基礎上，計劃使用4年時間完成高品質連鑄坯生產工藝與裝備技術開發。

◆2014年，完成全曲面錐度結晶器現場檢驗并開發出鑄坯二冷高溫區表層組織強化控冷裝備與工藝技術，初步集成開發出有效控制微合金品種鋼板坯角部裂紋新技術；獲得重工藝、設備參數對鑄坯變形行為的影響，開發大斷面連鑄方坯凝固末端重壓下工藝方案并進行初步現場試驗研究。

◆2015年，微合金品種鋼鑄坯表面裂紋控制裝備與工藝集成技術在2家以上企業得到應用，解決全曲面錐度結晶器技術實際應用所面臨的多鋼種和在線調寬等問題，實現企業含Nb、B等寬厚板坯微合金鋼的角部橫裂紋率≤1.0%，表面無清理率≥99.5%；進一步完善大斷面方坯連鑄坯末端重壓下關鍵工藝與裝備控制技術，研究形成避免寬（特）厚板、大斷面方（圓）坯凝固末端壓下實施過程中內裂紋形成及擴展的重壓下限定準則，并在2家企業得到應用。

◆2016年，全面推廣微合金品種鋼表面質量控制技術；在寬／特厚板生產企業應用實施寬／特厚板連鑄坯凝固末端重壓下工藝方案，實現典型品種鋼連鑄坯偏析和疏松的有效控制。

◆2017年，進一步完善理論、工藝與控制技術研究體系，在國內3家以上企業推廣大斷面方坯、寬／特厚板坯凝固末端重壓下工藝與控制技術，全面提高鑄坯致密度與均質化。預期效果

通過上述高品質連鑄坯生產工藝與裝備技術開發，有望實現從根本上消除微合金品種鋼連鑄坯角部表面橫裂紋頻發現狀，實現我國微合金品種鋼連鑄坯的表面無缺陷化生產的目標。通過鑄坯凝固末端重壓下技術開發，有望最終開發形成具有自主知識產權的寬／大斷面連鑄坯凝固末端重壓下技術，全面實現高強工程機械用鋼、高強橋梁鋼、高強船板鋼、高級別管線鋼、新一代重軌鋼與火車車軸鋼等高附加值鋼種的高致密度、均質化連鑄坯生產，全面解決寬／大斷面連鑄坯中心偏析與疏松及內裂紋缺陷嚴重的共性技術難題。

第四篇：異形坯連鑄技術的最新進展

異形坯連鑄技術的最新進展

由于異形坯連鑄技術將煉鋼、精煉、異形坯連鑄機和軋機緊湊式布置，形成鋼梁生產新工藝(CBP)而迅速發展。該工藝將異形坯直接熱裝入加熱爐，與傳統方坯冷裝相比∶

(1)投資減少約30%；

(2)能耗降低50%~60%；

(3)從廢鋼到成品鋼梁生產總時間減少90%；

(4)生產率提高15%；

(5)金屬收得率提高1.5%；

(6)不需要中間倉庫；

(7)節約人工費用；

(8)降低操作和維修費用。

異形坯連鑄技術主要是鋼梁異形坯連鑄和緊湊式鋼梁生產線。1968年，加拿大阿爾戈馬

公司異形坯連鑄機投入商業性生產，美國紐柯-大和公司、日本東京鋼公司、共英鋼公司、盧森堡Thoringen鋼廠等也先后建成生產線。2002年，美國動力鋼公司新建電爐煉鋼車間(內設一臺150噸電爐，2臺鋼包爐，1臺三流鋼梁異形坯/大方坯連鑄機)投產，并與現有鋼梁軋機連接，形成年產能力120萬噸CBP生產線。美國紐柯公司最近也投產了一座CBP短流程廠。此外，美國Ameristeel廠和西班牙CELSA廠最近也投產了多功能組合式連鑄機(除鋼梁異形坯外，大方坯和小方坯兼用)。目前，全世界已建成CBP生產線約50條。

中國異形坯連鑄以H型鋼生產線為主，其中馬鞍山鋼鐵公司和萊陽鋼鐵公司設備較先進。馬鞍山鋼鐵公司目前擁有大和中小型異形坯生產線兩條∶1998年投產的大型H型鋼機組，年產能為100萬噸高附加值H型鋼；2005年投產的中小型H型鋼機組，年產能為50萬噸高附加值H型鋼。其中耐火鋼用作高層住宅樓的鋼梁、火車用耐侯H型鋼，并且開發了符合美國API標準的SM490YB熱軋H型鋼，實現了海洋石油平臺用熱軋H型鋼的國產化，正在開發汽車大梁、建筑抗震以及輕型薄壁專用H型鋼。萊陽鋼鐵公司目前擁有大、中、小型三條型鋼生產線，主要設備從德國引進∶分別是在2005年、1998年和2002年投產。連鑄采用異形坯熱送熱裝技術，軋機采用CCS技術、XH軋制方法及CRS矯直機矯直技術，全線計算機控制，實現從裝料到成品發貨的全程自動化生產。

異形坯連鑄技術是連鑄領域的前沿技術，世界各國應為降低生產成本、提高產品競爭力而加快研究步伐。

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第五篇：瀝青路面裂縫產生的原因及控制措施

瀝青路面產生裂縫的原因及控制措施

? 裂縫主要形式及現象

公路瀝青路面的開裂表現形式是多種多樣的，主要有橫向、縱向、網狀和反射裂縫。

橫向裂縫現象為：裂縫與路中心線基本垂直，縫寬不一，縫長有的貫穿整個路幅，有的貫穿部分路幅，裂縫彎彎曲曲、有枝有叉。橫向裂縫中的唧漿導致裂縫兩側凹陷，橋頭跳車處的路面橫向裂縫，在路面積水的作用下加速跳車發展的速度，同時會對路基造成沖刷。

縱向裂縫現象為：裂縫走向基本與行車方向平行，裂縫長度和寬度不一。一般都發生在高填方的路基上。縱向裂縫容易形成沿行車方向呈臺階狀，影響行車舒適性。

網狀裂縫現象為：裂縫縱橫交錯，將面層分隔成若干多邊形的小塊，一般縫寬1mm以上，縫距40cm以下。網狀裂縫導致公路瀝青路面松散或坑槽，嚴重影響公路瀝青路面的綜合服務水平。

反射裂縫現象為：基層產生裂縫后，在溫度和行車荷載作用下，裂縫將逐漸反射到瀝青表面，路表面裂縫的位置形狀與基層裂縫基本相似。對于半剛性基層以橫向裂縫居多，對于柔性路面上加罩的瀝青結構層，裂縫形式不一，主要取決于下臥層

? 裂縫產生的原因分析

1.引起公路瀝青路面開裂的原因很多，大體可分為三大類: 1)由于行車荷載的作用而產生的結構性破壞裂縫。在車輪荷載的作用下，當路面結構層底部產生的拉應力大于其材料的抗拉強度時，產生的開裂稱之荷載型裂縫。

2)由于瀝青面層溫度變化而產生的溫度裂縫，包括低溫收縮裂縫和溫度疲勞裂縫，稱之非荷載裂縫

3)是經常出現在橋涵兩端的橫向裂縫，或在路段上出現較長的縱縫，主要是由填土固結沉陷或地基沉陷引起，稱為沉降裂縫。

2.盡管公路瀝青路面開裂的原因和裂縫的形式是多種多樣的，但其中的行車荷載作用、瀝青面層溫度變化是產生裂縫的主要原因。

2.1橫向裂縫

⑴瀝青面層的自身溫縮開裂；

⑵半剛性基層特別是水泥穩定碎石的開裂反射到瀝青面層；

⑶某些基層開挖溝槽埋設管線以及冰凍地區路基凍裂導致路面的橫裂；

⑷面層施工時，施工縫未處理好，接縫不緊密，結合不良。

⑸橋梁、涵洞或通道兩側的填土產生固結或地基沉降等。

2.2 縱向裂縫

⑴填方材料和填方的不均勻性，以及填方密實度達不到設計要求。經過一段時間的自然沉降，特別是經過雨水浸泡后，路基強度有所下降，沿邊坡部分路基承載力也下降，就會出現縱向裂縫。

⑵施工時，前后攤鋪幅相接處的冷接縫未按有關規范要求認真處理，結合不緊密而脫開；

⑶縱向溝槽回填土壓實質量差而發生沉陷；

⑷拓寬路段的新老路面交界處土層處理不徹底，沉降不均勻引起縱向開裂；

⑸邊坡值小于設計值，邊坡壓實不夠和邊溝過深使實際填土高度加大而滑坡等引起的縱向開裂。

2.3 網狀裂縫

⑴路基局部壓實度不足或基層材料局部松散不成板體，使路面的承載能力下降形成的裂縫；

⑵瀝青與瀝青混合料質量差。瀝青延度低，抗裂性差。瀝青混合料拌和時間過長，拌和溫度過高或在儲料倉倉儲時間過長，使瀝青變硬，對拉應變敏感而產生的裂縫；

⑶瀝青層厚度不足，層間粘結差，水分滲入，形成的裂縫；

⑷行車荷載重復作用下引起的疲勞裂縫。

⑸外界原因如污染、腐蝕等造成的局部網裂

2.4 反射裂縫

⑴在已開裂的舊瀝青、舊水泥混凝土路面層上加罩瀝青面層，由于溫度的變化（降低），老路面的裂縫繼續擴展，給也處于溫度收縮的新瀝青面層一個附加應力，使新鋪層在舊裂縫處斷開。

⑵半剛性基層溫縮和干縮開裂引起的反射裂縫等。

? 裂縫形成后對道路的危害

由于環境溫度、交通荷載等因素的影響，瀝青路面初期產生的裂縫對瀝青路面使用性能常無明顯影響，但由于半剛性基層自身干縮和溫縮應變脹縮產生的拉應力超過半剛性基層自身的極限抗拉強度，使其從強度薄弱處產生斷裂，隨著路面使用時間的延長。已有的裂縫逐漸向上擴展到路表，橫向裂縫不斷增加。縫寬不斷增大，橫向裂縫再不斷附生縱向裂縫，最終形成大小不等獨立板塊，在表面水的作用下，致使裂縫附近基層的含水量加大，甚至飽和。其結果是路面強度明顯降低，在大量行車荷載反復作用下，產生沖刷、唧漿和沉陷等現象，聚終導致路面很快產生結構性破壞，使道路結構逐漸喪失承載能力。這些病害，如得不到及時治理，對社會車輛形成一種潛在的危害，也極大地縮短道路的服務壽命，給國家造成極大的經濟損失。

? 瀝青路面裂縫的預防和處理措施

延緩和減輕半剛性基層瀝青混凝土面層的荷載型裂縫和非荷載型裂縫，可采用兩大類方法：一是在施工期間就采用相應的預防裂縫或處理措施；二是在維修養護時選用合適的加鋪 層體系。通常在有條件時，為獲得最佳效果，可綜合運用這兩類方法。

1.1提高路基工作區的強度和穩定性

路基是路面的基礎，路基工作區又是路基經受行車荷載影響較大的深度區域，該深度區域具有足夠的強度和整體穩定性對保證路面結構的強度和穩定性極為重要，否則將產生不均勻沉降使路面發生開裂。因此，必須采取有效措施處理好影響路基工作區的穩定性和強度的關鍵環節，最大限度地減小路基完工后沉降量。

（1）路基工作區的強度主要是在填筑過程中形成的。必須嚴格控制路基的填筑工藝，確保路基強度。填筑材料首選石、礫、砂類土，其次選用含礫、砂低液限粘土，再次選用低液限粘土。粉質土和有機土不能用于填筑路基。

（2）壓實度是反映路基強度的重要指標，也是提高路基強度和穩定性的最經濟、最有效的技術措施，施工中必須嚴格檢測控制，使其達到規定值。填土層的厚度對壓實度有直接的影響，施工中要插桿掛線，每層的松鋪厚度不應大于30cm。檢測壓實度試坑要打到下一層頂面，凡是檢測結果達不到規定值的要加壓處理，或推除重填。

（3）降低地下水位是提高路基強度的重要措施。路面底以下80cm路床是路基的關鍵部位，它直接承受和吸收路面的擴散應力，要有足夠的強度和穩定性。當開挖后發現底下滲水，不論流量大小都要處理。填方地段要采用較好的材料填筑，土質差的地段要進行換填處理，確保其強度和穩定性.1.2基層應有合理厚度

當基層厚度增加時，其承載能力也迅速增加，試驗證明，半剛性基層厚度由10cm增加

到25cm時，其承載力提高為原來的3倍。

1.3修筑防裂路面

研究表明，面層反射裂縫明顯地受瀝青面層厚度的影響，厚度超過15cm的面層可以有效的防止受拉疲勞所產生的裂縫，還可以降低車輛荷載引起的剪應力。

1.4選擇防裂性能好的材料

（1）選用抗沖刷能力好，干縮、溫縮系數小、抗拉能力高的半剛性材料作基層，最好使用溫度膨脹系數低的骨料。

（2）選用松弛性能好的優質瀝青做面層，保證瀝青的針入度、延度等指標；在缺少優質瀝青的情況下，應采用某些添加劑或聚合物，以提高瀝青的低溫抗裂性能及高溫穩定性能。

（3）在穩定度滿足要求的前提下，選用針入度較大的瀝青作面層。

（4）采用密實型瀝青混凝土面層。空隙率對面層的疲勞壽命有很大影響，密實型瀝青混合料在使用中瀝青硬化緩慢，同時也延緩了裂縫的擴展。

（5）瀝青混合料的集料應選用表面粗糙、石質堅硬、耐磨性強、嵌擠作用好、與瀝青粘附性好的材料。如果集料呈酸性，則應填加一定數量的抗剝落劑或石灰粉，確保混合料的抗剝落性能，同時應盡量降低集料的含水量，盡可能使用人工砂代替原形顆粒的天然砂。

1.5設置應力吸收層

1.5.1在基層與面層之間鋪橡膠瀝青中間層、預制織物膜帶條、土工織物或土工格柵中間層、低粘度瀝青混凝土層等均勻應力吸收層。

1.5.2采用應力吸收薄膜，對減緩反射裂縫的產生與擴展有明顯的效果，可使裂縫處相對位移產生的應力傳到面層時大為減少，明顯降低應力強度因子。而吸收薄膜的彈性模量越低，防裂效果越好。可見應力薄膜應選用低模量高韌性、大變形率的材料為好。

1.5.3用土工格柵加筋瀝青路面的主要功能是控制車轍、反射裂縫和疲勞裂縫，不同類型的格柵性能顯著不同。

1.5.4橡膠瀝青吸收膜，是使用廢橡膠磨細的粉與熱瀝青攪拌后，施于面層中間，形成一薄膜或與砂石成一薄層。有試驗結果表明，此應力吸收層在面層中間效果最佳。

1.6施工時控制裂縫發生的措施

1.6.1在施工方面，控制半剛性基層碾壓時的含水量為最佳含水量的0.9倍，壓實度達到規范要求，碾壓完成后要及時保濕養護，防止基層干曬，養護結束后，立即噴灑瀝青乳液，做成透層或粘層，然后盡快鋪瀝青面層。

1.6.2制備瀝青混合料時控制好加熱時間和加熱溫度，不使瀝青老化、加強碾壓，使瀝青混合料達到規定的壓實度，也可減少反射裂縫。

1.6.3為了減少瀝青面層由于半剛性基層的收縮裂縫而產生反射裂縫或對應裂縫，應盡可能采取有效措施來減少半剛性基層本身的收縮裂縫。