鑄坯質量問題一直是冶金工作者們研究的熱點和焦點，很多疑難質量問題依然是今天的主要研究對象。其典型的連鑄板坯角橫裂紋缺陷，由于其形成機理復雜、影響因素眾多被公認為是世界性難題，尤其是微合金化技術得到廣泛應用以后，板坯角橫裂紋的問題更加突出。連鑄板坯角橫裂紋能夠引起軋后鋼板邊裂缺陷，嚴重的會造成鋼板報廢。經過多年的研究，國內外學者們對板坯角橫裂紋的發(fā)生機理基本達到共識，認為其形成機理主要有三點：
1）鋼存在高溫脆性，在連鑄彎曲-矯直過程中由應力引起拉裂；
2）連鑄坯較深的振痕，引起應力集中；
3）結晶器內坯殼因熱收縮而引起的內熱裂。
根據上述的裂紋形成機理，各個鋼鐵企業(yè)采取相應的控制策略，例如：通過調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)化連鑄振動和保護渣以減輕鑄坯振痕等。
由于鋼的連鑄涉及到設備的運行和維護以及工藝穩(wěn)定、水質、鋼水純凈度等各方面因素，過程非常復雜。各個鋼鐵企業(yè)的實踐也表明，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行創(chuàng)造性的改進。
1 連鑄板坯倒角結晶器的功能結構設想
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（避開鋼的高溫低塑性區(qū)）和減少鑄坯過程應力，無論連鑄工藝上做哪些調整，基本都是圍繞這個理念展開的。基于此，首鋼自主設計和開發(fā)了窄面銅板帶有倒角的結晶器，力求從溫度和應力兩方面改善鑄坯角部狀況。
國內有的鋼廠曾經使用帶倒角的結晶器，采用的倒角方式是在結晶器角部用絲扣嵌入一個具有一定角度的銅條，起到對鑄坯倒角的作用。這種倒角方式存在銅條冷卻條件差、角縫過大、倒角尺寸過小等問題，實際應用效果不理想。本文設計的新型倒角結晶器是倒角與窄面銅板為一整體，并對結晶器銅板水縫重新設計。
通過幾十組不同工況、不同倒角尺寸和水縫布置的仿真模擬計算，找到了倒角結晶器最優(yōu)的倒角形式和工藝窗口，從連鑄過程的溫度場和應力場來看，確實達到了預想的提高矯直溫度和分散角部應力的效果。
2 連鑄板坯倒角結晶器的研發(fā)歷程
秦皇島首秦金屬材料有限公司投產以來，由于品種結構的不斷升級，鑄坯角橫裂紋問題始終是困擾生產的難題。從2009年5月開始，科研人員在連鑄質量攻關過程中提出了板坯倒角結晶器的理念和應用構想，迅速組織相關技術人員進行國內外技術文獻調研整理工作，總公司和首秦公司各級領導高度重視該項目的研發(fā)工作，分別于2010、2011年作為公司重大科研任務大力推進。
從項目立項開始，開發(fā)過程歷時7個月，共進行了25次工業(yè)化試驗，倒角形式設計先后修改了6次，試驗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驗數據，積累了豐富的實踐經驗，先后攻關克服了各種各樣的質量問題、操作問題。項目于2010年5月開發(fā)成功，并在首秦2號鑄機上實現了穩(wěn)定應用。
　3 倒角結晶器的應用情況
首秦連鑄機應用倒角結晶器以來，倒角鑄坯角橫裂紋發(fā)生率由10.6%降低至1.60%，顯著改善了鑄坯質量。
使用倒角結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。通過連鑄坯在線的實物可以看出鑄坯角部發(fā)紅，溫度較高。
倒角結晶器投產以來生產的鋼種包含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題是冶金界公認的難題，2009年底首秦生產的中碳含鈮鋼直角連鑄坯角橫裂紋發(fā)生率很高，導致鋼坯切損量很大，也嚴重影響了鋼板的成材率。倒角結晶器成功應用以后，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。倒角結晶器應用以來，生產的中碳含鈮鋼種包括D36、Q345ZNb、Q370qD、S355N-Z25等。
4 倒角結晶器在消除管線鋼板折疊缺陷的應用
高級別管線鋼是首秦公司的重點品種，在天氣寒冷季節(jié)，管線鋼鋼板的邊部頻發(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)生向內的卷曲，造成折疊缺陷。
為了解決管線鋼鋼板邊部折疊的問題，先后進行了多次管線鋼鋼坯翻轉軋制和切角軋制對比試驗，結果發(fā)現鋼坯切角后對控制折疊缺陷的發(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題。但實現鋼坯塊塊切角也不現實，這對鋼坯的物流管理帶來極大困難，也大大增加了生產成本，倒角結晶器使用后則完全解決了這個問題。
倒角結晶器應用后共生產管線鋼12.3萬t，鋼種主要為X70、X80和X65。經過檢驗，鋼板邊部基本沒有折疊缺陷，表明使用倒角結晶器對消除鋼板折疊缺陷效果非常明顯，這是因為倒角鑄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部溫度的不均勻性。
采用倒角結晶器生產的連鑄坯，解決了管線鋼鋼板邊部折疊缺陷，同時鋼板邊部質量的改善，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備的問題，確保了生產物流的順暢。
此外，軋制鋼板切邊量隨倒角結晶器鋼坯的使用逐漸減小，可提高鋼板的成材率，具有很大的經濟效益。
5 結論
1）倒角結晶器開發(fā)項目率先在首秦公司研制成功，并在多個鋼種上實現了成熟應用，可以給行業(yè)帶來巨大社會效益和經濟效益。
2）首秦連鑄板坯倒角結晶器正式投產以來，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量的作用。
3）連鑄板坯倒角結晶器對消除冬季管線鋼鋼板邊部折疊缺陷有著重要作用，應用倒角結晶器后管線鋼鋼板徹底杜絕了折疊缺陷的發(fā)生，取得了可觀的經濟效益，確保了首秦管線鋼的正常生產。