K520钢连铸坯表面角裂防止方法

在钢铁生产过程中，连铸坯的表面质量直接影响后续轧制工序的稳定性和最终产品的质量。特别是对于K520这类高强度、高碳当量的合金钢种，其凝固过程中热应力与组织应力的叠加效应显著，极易在铸坯角部产生表面裂纹，即角裂。这种缺陷不仅降低成材率，还可能引发轧制过程中的断裂事故，造成重大经济损失。因此，系统性地控制角裂的形成，已成为连铸工艺优化的关键课题。

角裂的形成机理复杂，主要与钢种特性、凝固过程中的热应力、机械应力以及冷却制度密切相关。K520钢由于碳含量较高，凝固区间较窄，初生坯壳在结晶器内形成时，角部冷却速率远高于中心区域，导致热应力集中。同时，角部处于二维传热状态，冷却不均匀性更为突出，坯壳在拉出结晶器后，若二次冷却强度不当，极易在角部产生拉应力，超过材料的抗拉强度时，便引发微裂纹。此外，钢中碳、锰、硅等元素形成的碳化物在晶界析出，进一步弱化晶界结合力，为裂纹扩展提供了路径。

为有效防止角裂，首要措施是优化结晶器冷却制度。结晶器是连铸过程中坯壳形成的初始阶段，其冷却均匀性直接决定角部组织的稳定性。采用“弱冷+均匀冷却”策略，可显著降低角部热应力。具体而言，应适当降低角部区域的冷却水流量或采用非对称配水方式，避免角部过冷。同时，结晶器铜板的角部设计应进行倒角或圆弧过渡处理，减少热流密度集中，从而缓解局部应力。此外，使用高导热性铜板材料并定期维护铜板表面状态，可确保热传导稳定，防止局部热点或冷点形成。

其次，二次冷却制度的精细化控制至关重要。二次冷却区是连铸坯继续凝固和强度增长的关键区域，冷却强度过高或分布不均会加剧角部应力。针对K520钢，应采用“阶梯式冷却”模式：在足辊段和第一段二冷区，采用弱冷或气雾冷却，控制角部温度下降速率；在中段适当增强冷却以补偿拉速波动；在矫直前确保铸坯角部温度高于脆性温度区间（通常为700–900℃），避免在低温高塑性区进行矫直作业。通过动态配水模型，结合钢种特性与拉速变化，实现冷却水量的实时调节，可有效减少角裂风险。

第三，工艺参数的系统优化不容忽视。拉速是影响角裂的核心变量之一。过高的拉速会缩短铸坯在结晶器内的停留时间，导致坯壳厚度不足，角部强度弱，易在后续冷却中开裂。建议根据钢种凝固特性设定合理拉速范围，并避免频繁波动。同时，中间包钢水过热度应控制在20–30℃之间，避免高温钢水加剧柱状晶生长，导致组织不均。此外，结晶器振动参数也需优化，采用非正弦振动模式，可减少振痕深度，降低应力集中点，从而间接抑制角裂萌生。

冶金控制同样重要。钢水洁净度直接影响裂纹敏感性。应加强脱氧、脱硫操作，降低夹杂物含量，特别是Al₂O₃、SiO₂等脆性夹杂物，防止其在晶界聚集。同时，控制钢中氮、氢含量，避免气体析出造成内应力。在成分设计上，可适当调整碳、锰比例，优化凝固区间，提升高温塑性。例如，将碳控制在0.48–0.52%，锰在1.2–1.5%之间，有助于改善铸坯角部的抗裂性能。

最后，在线监测与智能诊断系统的引入为角裂防控提供了新手段。通过红外测温、表面裂纹检测系统，可实时监控铸坯角部温度分布与表面状态。结合大数据分析与人工智能算法，建立角裂预测模型，提前预警高风险工况，指导操作人员调整参数，实现从“被动处理”到“主动预防”的转变。

综上所述，K520钢连铸坯表面角裂的防控是一项系统工程，需从结晶器设计、冷却制度、工艺参数、冶金控制及智能监控等多个维度协同推进。只有将各环节精细化、标准化，并结合实际生产数据持续优化，才能从根本上降低角裂发生率，提升铸坯表面质量与生产稳定性。未来，随着智能制造与材料科学的发展，连铸工艺将朝着更高效、更智能的方向迈进，为高端钢材的稳定生产提供坚实保障。