[自然科学]连铸坯质量.ppt

江苏科技大学 前言 铁水预处理（普通、特殊） 炉外精炼 钢的连续铸造 金属熔铸工艺学 主讲 张小立 Email: 金属熔铸工艺学 June. 2009. 连续铸钢主要内容 一、概 述 二、连铸设备 三、基础理论 四、生产工艺 五、在线检测 六、工艺实践 金属熔铸工艺学 June. 2009. 连铸机设备 弧形连铸机规格和参数 设备: 钢包及钢包回转台 中间包及中间包车 结晶器和振动装置 冷却系统 拉坯校直装置 辅助装置 电磁搅拌装置 盛钢桶 中间包 (止塞杆) 结晶 器 火焰切割 長流嘴 浸入式 水口 模振 引拔 钢坯 金属熔铸工艺学 June. 2009. 连铸浇注系统 金属熔铸工艺学 June. 2009. 6 连铸过程质量控制 连铸坯质量是指合格产品所允许的铸坯缺陷程度。其含义是： 铸坯纯净度（钢中非金属夹杂物的数量、形态和分布）； 铸坯表面缺陷：裂纹、夹渣、气孔、深振痕以及表面凹坑和 重皮等； 铸坯的内部缺陷取决于铸坯中心致密度，包括各种内部裂纹 、中心偏析和中心疏松以及内部的宏观非金属夹杂物等； 铸坯的形状缺陷如鼓肚、脱方以及椭圆变形等。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 6.1 连铸坯质量标志 一、连铸坯质量特征 1、表面质量与传热条件和润滑条件以及结晶器振动有关； 2、连铸过程中，受热应力和机械力作用，易产生各种裂纹； 3、连铸过程中的冷却特点决定了铸坯的组织结构；（偏析和缩 松） 4、存在液心，夹杂物和气体不易上浮； 5、连铸坯质量纵向一致性 6、连铸过程可以控制，实现质量全程检测。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 二、连铸坯质量要求和工艺阶段的关系 金属熔铸工艺学 June. 2009. 1、铸坯纯净度主要决定于钢水进入结晶器之前处理过程。也 就是说要把钢水搞“干净”些，必须在钢水进入结晶器之前各 工序下功夫，如冶炼及合金化过程控制、选择合适的炉外精 炼、中间包冶金、保护浇注等。 2、铸坯的表面缺陷主要决定于钢水在结晶器的凝固过程。它 是与结晶器坯壳形成、结晶器液面波动、浸入式水口设计、 保护渣性能有关的。必须控制影响表面质量各参数在目标值 以内，以生产无缺陷铸坯，这是热送和直接扎制的前提。 3、铸坯的内部缺陷主要决定于在二次冷却区铸坯冷却过程和 铸坯支撑系统。合理的二次冷却水分布、支承辊的对中、防 止铸坯鼓肚等是提高铸坯内部质量的前担。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 6.2 连铸坯的纯净度 一、连铸过程夹杂物形成特征（相对模铸） 1、连铸过程中冷却速度快，夹杂物不易上浮； 2、中间包的存在； 3、连续过程难以用冒口或定向凝固的方式来集中除去夹 杂物。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 二、夹杂物的类型和来源 连铸坯中夹杂物特点是：1)夹杂物来源广泛，组成复杂。 2)结晶器液相穴内夹杂物上浮困难。 来源：脱氧和合金化；二次氧化；内衬熔蚀和卷渣 四大类夹杂物 （1）Al2O3单体 （2）以SiO2为主并含有Al2O3、MnO和CaO的硅酸盐； （3）以Al2O3为主并含有SiO2、CaO和CaS等的铝酸盐； （4）硫化物如MnS、FeS 金属熔铸工艺学 June. 2009. 1 空气二次氧化产物对钢中夹杂物（ 50m）有重要影响。 与脱氧产物比较，二次氧化有如下特点： 夹杂物尺寸：脱氧产物尺寸非常细小，如用铝脱氧生成的Al2O3 夹杂物尺寸10m，而二次氧化产物生成的夹杂物尺寸在100 200m。 夹杂物组成：脱氧产物组成比较单一，如Al、Si、Mn脱氧产物 为Al2O3、MnO、SiO2。二次氧化产物组成的特点是富集了弱脱氧 元素的氧化物。 冷却速度对夹杂物尺寸的控制：冷却速度越快，脱氧产物尺寸 就越小，而冷却速度对二次氧化生成影响不大。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 2 钢液与耐火材料的作用 浇注过程中，钢水与浇注系统（钢水包、中间包、塞棒、 水口等）的耐火材料接触时间最长，它们的相互作用包括 以下两个方面： 机械冲蚀：高温钢水使砖衬表面和砖缝发生软化，软化 层被钢水冲蚀而进入钢水中，成为外来夹杂物。 化学作用：钢水中的某些元素与耐火材料中氧化物发生 了化学反应，加速了耐火材料的熔损。这是二次氧化的另 一种形式。 金属熔铸工艺学 June. 2009. （1）钢水与中间包绝热板的相互作用 浇注铝镇静钢时，硅质绝热板与钢水发生以下反应： 耐火材料氧化物被 Al还原顺序为： FeO、MnO、SiO2 。 当钢中含 Al为 0.03%0.07%时，SiO2被 Al还原，生成 的 Al2O3与卷入钢液中炉渣质点的 CaO结合，同时吸收 脱氧产物 Al2O3，变成了富集 Al2O3的 CaOAl2O3，如 果残留在钢中便成为外来夹杂物。 金属熔铸工艺学 June. 2009. （2）钢水与水口材质的作用 使用石英质水口浇注高锰钢时，水口侵蚀速度为 610mm/h，浇普通 钢时水口侵蚀速度为 1.5mm/h，这是因为钢水与水口发生了如下反应 ： 用石英水口浇含 Al、Mn钢时，Mn是水口的腐蚀剂，生成的反应产物 在钢液和耐火材料之间形成过渡层，其厚度为 100300m，反应产 物中各组分别为：33%42%MnO、19%21%Al2O3、32% 37%SiO2、2%7%FeO，熔点为 1200左右。当过渡层生成到某尺 寸后就形成液滴，大部分液滴可从钢液中浮出，但有些液滴仍留在钢 中成为外来夹杂物。 由此可知，钢水与浇注系统耐火材料接触时间长，工作条件非常苛刻 ，为提高钢的纯净度，延长耐火材料使用寿命，必须选择抗侵蚀的耐 火材料。解决的方法是使用高 Al2O3和低 SiO2含量碱性耐火材料。 金属熔铸工艺学 June. 2009. （3）钢液与转炉渣的作用 转炉出钢时，高 FeO的炉渣被注流卷入钢包内部，悬浮的 渣滴与钢水中的 Al、 Si、Mn等元素发生化学反应，反应 产物大部分在吹氩搅拌时上浮分离，但一部分会带入结晶 器，成为铸坯外来夹杂物。渣中（ FeO）越高，铸坯夹杂 物就越严重。 浇注过程中，钢水包中的高（ FeO）的渣子，还会与包衬 材料发生作用，产生高（ FeO）的玻璃渣，附着在包衬表 面，它是氧的储存器。当下一炉钢水进入钢包时，包衬表 面的玻璃渣中的氧比钢水中的要高，氧要释放出来，氧化 钢中合金元素，这种二次氧化现象，严重时可导致成分出 格。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 三、夹杂物与产品质量 、夹杂物的形态和组成 、夹杂物的大小和聚集状态 、夹杂物的存在部位和数量 、夹杂对各类轧材的性能影响 金属熔铸工艺学 June. 2009. 四、影响纯净度的因素 、机型影响因素 最终连铸坯夹杂物数量和分布主要决定 于机型 就夹杂物数量而言：立式铸机为 0.43mg/10kg钢，立弯式为 4.6mg/10kg钢，弧形为17.5mg/10kg 钢。 就铸坯内夹杂物分布而言，立式和立 弯式铸机，铸坯横断面从内弧到外弧 夹杂物呈对称分布。 对弧形连铸机，在距内弧表面铸坯厚 度的1/41/5范围内有夹杂物集聚 金属熔铸工艺学 June. 2009. 2 解决夹杂物集聚的办法： 1)加大弧形半径，可以减轻夹杂物集聚。然而铸机造价加 大不可取。 2)采用炉外精炼、保护浇注等有效措施，尽可能把钢水中 夹杂物去除干净，减少夹杂物集聚几率。 3)建设带有垂直段的(23m)立弯式铸机 金属熔铸工艺学 June. 2009. 五、提高钢纯净度的措施 无渣出钢 选择合适的精炼处理方式 采用无氧化浇注技术 充分发挥中间罐冶金净化器的作用 选用优质耐火材料 充分发挥结晶器的作用 采用电磁搅拌技术，控制注流运动 金属熔铸工艺学 June. 2009. 夹杂物的控制方法 从炼钢精炼连铸生产洁净钢，主要控制对策是： （1）控制炼钢炉下渣量 挡渣法（偏心炉底出钢、气动法、挡渣球）； 扒渣法：目标是钢包渣层厚50m）去除， 采用中间包 控流技术； l小颗粒夹杂（200m易在冷轧板表面形成条状缺陷。 为解决水口堵塞问题，可采用： 钙处理改善钢水可浇性 钙质水口 无C质水口 目前还是广泛采用吹Ar来防止堵塞。生产洁净钢总的原则 是：钢水进入结晶器之前尽可能排除Al2O3。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 连铸坯表面质量的好坏决定了铸坯在热加工之前是否需要 精整，也是影响金属收得率和成本的重要因素，还是铸坯热 送和直接轧制的前提条件。 连铸坯表面缺陷形成的原因较为复杂，但总体来讲，主要 是受结晶器内钢液凝固所控制。 6.3 连铸坯表面质量及控制 金属熔铸工艺学 June. 2009. 一 铸坯的表面缺陷 金属熔铸工艺学 June. 2009. 铸坯的表面缺陷写真 金属熔铸工艺学 June. 2009. 连铸坯裂纹 铸坯裂纹是影响连铸机产量和铸坯质量的主要缺陷。据 统计铸坯各类缺陷中的50为裂纹。铸坯出现裂纹，重 者会导致漏钢和废品，轻者需进行精整。 连铸坯裂纹是最常见和数量最多的一种缺陷，也是危害 比较重的一类缺陷，其形成原因： 1）外因取决于铸坯形成过程中坯壳和液固界面的受力 情况（类型、方向、大小）； 2）内因取决于钢在高温下的机械性能（塑性、强度） 。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 二 钢的高温脆化理论 高温下的脆化理论： 高温脆性区：凝固温度附近，树枝晶之间发生P、S元素 的偏析； 中温脆性区：1200900，奥氏体晶界上Fe-Mn系硫 /氧化物析出或Cu、Sn元素富集； 低温脆性区：900600，相变，铁素体形成或 高熔点化合物沉积。一般认为表面横裂纹都在这个脆性区 发生。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 碳钢在高温下的脆性区与温度间的关系 金属熔铸工艺学 June. 2009. 三 铸坯表面纵裂纹 1 板坯表面纵裂纹特征 表面纵裂纹可能发生在板坯宽面中心区域或宽面到棱 边的任一位置产生。图21为板坯宽面中心区域的纵裂纹 和纵裂纹的显微形貌。以2501200mm（C=0.08%）板坯为 例： 细小纵裂纹：宽度1-2mm，深度3-4mm，长100mm左右。 宽大纵裂纹：宽度10-20mm，深度20-30mm，长度有 几米，严重时会贯穿板坯而报废 金属熔铸工艺学 June. 2009. 铸坯表面纵裂纹 图2-1 板坯表面纵裂纹形貌 金属熔铸工艺学 June. 2009. 综合分析表明纵裂纹有以下特征： （1） 产生纵裂纹的表面常伴有凹陷（depression），纵 裂纹的严重性与表面凹陷相对应。 （2） 裂纹沿树枝晶干方向扩展。 （3） 裂纹内发现有硅、钙、铝等元素的夹杂物。 （4） 在裂纹周围发现有P，S，Mn的偏析 （5） 在裂纹边缘出现有一定的脱碳层，说明裂纹是在高 温下形成扩展的。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 板坯横断面低倍检验指出，纵裂纹起源于激冷层薄弱处（约2-3mm）。 结晶器的模拟试验指出，纵裂纹起源于结晶的弯月面区（几十毫米到 150mm）周边坯壳厚度薄弱处。这说明纵裂纹起源于结晶器的弯月面区初 生凝固壳厚度的不均匀性。由于受力的作用： （1）板坯凝固壳四周温度不均匀而产生的收缩力。 （2）板坯收缩由钢水静压力产生的鼓胀力。 （3）宽度收缩受侧面约束产生的弯曲应力。 这些力的的综合作用在坯壳上，当张应力超过钢的高温允许的强度，则 就在坯壳薄弱处萌生裂纹，出结晶器后在二冷区继续扩展。 2 表面纵裂纹产生的原因 金属熔铸工艺学 June. 2009. （1）包晶相变（L+）收缩特征，气隙过早形成，导致坯 壳生长不均匀。 （2）工艺因素影响结晶的坯壳生长不均匀。 显然要防止产生纵裂纹，就是要使结晶的弯月面初生坯 壳厚度均匀，避免坯壳产生应力梯度。要做到这点，对于包 晶相变的收缩特征是由Fe-C相图决定的，人为无法改变，而 重要的是准确控制影响结晶的初生坯壳生长的工艺因素，来 防止产生纵裂纹。 在结晶器弯月面区坯壳厚度生长不均匀的主要原因是： 金属熔铸工艺学 June. 2009. 3 影响表面纵裂纹产生的因素 （1） 钢水成分 S0.015%，纵裂纹增加（图2-2）； Mn/S升高，纵裂纹降低（图2-3）； C=0.120.15%，纵裂纹产生严重（图2-4） 图2-2 钢中S与裂纹指数的关系 金属熔铸工艺学 June. 2009. 图2-4 含碳量对板坯宽面纵裂纹的影响 图2-3 Mn/S对纵裂的影响 金属熔铸工艺学 June. 2009. （2） 拉速 拉速增加，纵裂纹指数增加（图2-5）； 拉速增加，渣膜厚度减少（图2-6）。 图2-5 拉速对纵裂纹的影响 图2-6 拉速对渣膜厚度的影响 金属熔铸工艺学 June. 2009. （3） 保护渣 液渣层厚度60Cal/cm2s（2.1MW/ M2 ）, 纵裂纹增加； 中碳钢（0.11%C），结晶器热 流41Cal/cm2s(1.7MW/M2),纵 裂纹增加。 图2-10 铸坯热流对纵裂指数的影响 金属熔铸工艺学 June. 2009. （6） 结晶器的锥度 结晶器锥度对纵裂纹的影响 如图2-17; 锥度0.8%/m，窄面凹入 无角部纵裂。 板坯角部纵裂纹与出结 晶器宽面鼓肚有关。宽面鼓 肚而窄面随之收缩（凹入） ，则无角部纵裂纹，而窄面 凸出则有角部纵裂纹。 强化足辊宽面冷却，减 弱窄面冷却可消除角部纵裂 纹。 图2-17 结晶器锥度和钢成分对皮下内裂的影响 （断面尺寸240x240mm,拉速0.7m/min） 金属熔铸工艺学 June. 2009. （7） 结晶器振动 振痕浅，无角部纵裂纹； 振痕深，角部纵裂纹增加； 负滑脱时间值增大，板坯表面纵裂升高；0.20.3s， 纵裂降低。 （8） 结晶器钢液流动 水口对中，防止产生偏流；水口材质浸蚀，出口流股不 对称，造成偏流。 水口插入深度合适 金属熔铸工艺学 June. 2009. （9） 结晶器变形 对于小方坯常出现角部纵裂纹（靠近角部棱边或离开角部10- 15mm）,它是与凝固前沿热撕裂有关的。它的产生决定于： 方坯菱变； 结晶器圆角半径R(R大，纵裂沿棱角；R小，纵裂离开角部)； 结晶器变形与磨损。 保持结晶器合适锥度，较大的圆角半径（R6-8mm），准确 对弧和支承，防止结晶器磨损，均匀的冷却等可消除小方坯 角部纵裂。 （10）出结晶器下口的冷却 足辊和零段二冷水过强，板坯宽面纵裂加剧，如水流密度由 110 l/m2.min 降到60 l/m2.min，纵裂指数由2降到零。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 防止纵裂纹产生的根本措施，就是使结晶器弯月面区域坯壳生长厚度 均匀。 （1） 结晶器初始坯壳均匀生长 热顶结晶器（弯月面区热流减少5060） 波浪结晶器（弯月面区热流减少1725） 结晶器弱冷 合适结晶器锥度 对于板坯：为补偿结晶器宽面凝固壳收缩， 窄面给出线性锥度如图所示，应满足： 对于方坯：管式结晶器由单锥度（0.6%/m,0.75%/m）多锥度（结 晶器上部1.42.3/m，结晶器下部0.60.8/m） 抛物线锥度 演变。 控制结晶器窄面热流与宽面热流比值为0.80.9，以减少纵裂纹。 调节结晶器水量和进出水温度，控制结晶器弯月面铜板温度为恒定 值。 4 防止表面纵裂纹措施 金属熔铸工艺学 June. 2009. （2） 结晶器钢水流动的合理性 液面波动35mm 浸入式水口对中，防止偏流 合理的浸入式水口设计（合适的出口直径，倾角） 合适的水口插入深度 （3） 结晶器振动 合适的负滑脱时间tN 合适的频率和振幅 防止振动偏差(纵向，横向30 残余元素Cu、As、Zn控制1.3%， 在振痕波谷处就产生裂纹。 图33 钢高温延性示意图 金属熔铸工艺学 June. 2009. （1） 钢成分 C0.100.15%，坯壳厚度不均 匀性强，振痕深，表面易产生凹 陷或横裂纹；生产实践表明，C 0.150.18%或0.150.20%时，振 痕浅了，铸坯边部横裂减少； 降低钢中N，防止氮化物沉淀； （2） 结晶器振动特点 振痕深度增加，横裂纹增加（ 图3-4）； 振动频率f增加,振痕变浅，横裂 纹减少（图3-5）； 负滑脱时间增加，振痕深度增加 （图3-6），方坯tN=0.120.15s， 板坯tN=0.20s。 图3-4 振痕深度与横裂纹产生几率的关系 3 影响产生横裂纹因素 金属熔铸工艺学 June. 2009. 图3-5 振动频率与振痕深度的关系 图3-6 负滑脱与振痕深度的关系 金属熔铸工艺学 June. 2009. （3） 结晶器液面波动 结晶器液面波动增加，横裂纹加重（图3-7） （4） 保护渣性能 保护渣耗量增加，横裂纹减少（图3-8）； 图3-7 结晶器液面波动与角裂发生率的关系 图3-8 保护渣消耗量与角裂发生率的关系 金属熔铸工艺学 June. 2009. （5） 合适二冷强度 调整二冷水分布，在矫直 前铸坯温度900，避开 脆性区（图3-9）； 合适二冷水量并降低铸坯 横向中心与边部温度差， 尤其是避免角部温度过低 。 图3-9 矫直温度与横裂纹关系 金属熔铸工艺学 June. 2009. 4 防止横裂纹措施 （1） 采用高频率,小振幅结晶器振动 负滑脱时间t N与拉速v成正比,与频率和振幅f成反比.为 防止横裂纹,就要减浅振痕,则必须降低,要降低,则必须采用 高频率 (100400min-1),小振幅(5mm)的结晶器振动机构。 （2） 合适的二次冷却水量 根据钢种不同,二冷配水量分布应使铸坯表面温度分布 均匀,应尽量减少铸坯表面和边部温度差。采用动态二冷配 水模型。 （3） 合适保护渣性 保护渣用量和粘度,既要满足减浅振痕,又要防止坯壳粘 结.最少为 0.3kg/m2。 金属熔铸工艺学 June. 2009. （4） 合适铸坯轿直温度，以避开脆性区。 （5） 矫直辊水平度管理（图3-10） 矫直辊水平度异常时，铸坯矫直应变比正常大（正常1.19 ，异常为2.69），使横裂多且深，所以应把辊水平度控 制在2mm以内。 图3-10 轿直辊水平度对铸坯横裂的影响 金属熔铸工艺学 June. 2009. 五 铸坯表面星形裂纹 1 铸坯表面星形（网状）裂纹特征 裂纹位于铸坯表面被FeO覆盖，经酸洗后才能发现。表面裂 纹分布无方向性，形貌呈网状（图4-1），裂纹深度可达1- 4mm，有的甚至达20mm。 金相观察表明，裂纹沿初生奥氏体晶界扩展。裂纹中充满 FeO，轧制成品板材表面裂纹走向不规则，成弥散分布，细 若发丝，深度很浅，最深 达1.1mm。必须进行人工修复。 图4-1 铸坯表面的网状裂纹 金属熔铸工艺学 June. 2009. 金属熔铸工艺学 June. 2009. 2 铸坯表面星形裂纹产生原因 铸坯表面星形裂纹沿一次晶界分布，裂纹边界有脱C现象，说 明是在结晶器内高温下（1400C）坯壳奥氏体转变之前形成的 。 对于铸坯表面星状裂纹形成的原因，有不同的观点，大致有以 下看法： （1） 铜渗透和铜富集 铜渗透 结晶器下部。铜板渣层破裂，发生固/固摩擦接触，Cu局部粘 附在坯壳上，Cu熔点是1040，Cu熔化沿奥氏体晶界渗透， 晶 界破坯而失去塑性，产生热脆现象。在裂纹里发现有铜（ Cu=1.6%），也证明了这点。 铜富集 钢中含有Cu=0.050.2%，高温铸坯由于Fe氧化，在FeO皮下 形成含Cu的富集相 (70% Cu，15%Ni，10%Sn，5% Fe)熔点低， 形成液相沿晶界穿行，在高温时(11001200)具有最大的裂纹 敏感性。 金属熔铸工艺学 June. 2009. （2） 奥氏体晶界沾污 结晶器弯月面初生坯壳,由于转变收缩鼓胀坯壳弯曲 在张力和钢水静压力作用下奥氏体晶界裂开,固/液界面富集 溶质的液体进入裂纹,加上晶界析出物,污染了晶界成为晶界薄 弱点,是产生星状裂纹的起点. 铸坯在运行过程中,进一步受到张力作用(如鼓肚不对中不 均匀冷却), 裂纹进一步扩展. （3） 表面凹陷和不规则褶皱（振痕） 板坯表面有凹陷和不规则振痕，清理后，发现有的分布细小裂 纹，裂纹深度2mm，发现含有SiAlCaNa的氧化物。在轧 材表面会遗传有像头发丝细小裂纹，有时还会发现有Al2O3、 SiO2、NaK类似于保护渣。 采用与防止纵向裂纹产生的措施，尤其是控制结晶器振动（高 频率，小振幅）和低粘度碱性保护渣，使星形裂纹明显减少。 金属熔铸工艺学 June. 2009. （4） H2过饱和析出 试验指出，表面网状裂纹也有不含Cu也不含保护渣，当钢水中 H5.5ppm出现网状裂纹废品，当H10ppm，网状裂纹废品增 加 在结晶器的弯月面区，结晶速度很快（冷却速度100/s）， 凝固初生坯壳H过饱和，当坯壳温度降低时，原子H从固体析出 ，向晶间的微孔隙扩散变成H2，造成附加应力，再加钢水静压 力和收缩力，超过了一定温度下钢的允许强度，则沿晶界断裂， 形成网状裂纹。 降低钢中H，降低S,提高Mn/S比，可使网状裂纹明显减少。 （5） 晶间硫化物脆性 树枝晶间富集S奥氏体晶界富集有（Fe,Mn）S(Mn 28-29%,Fe34 -35%,S 36%), 熔点980-1000，晶界形成硫化物液体薄膜， 在外 力作用下形成网状裂纹。 降低S，提高Mn/S比，延长加热时间，提高加热温度，使晶界 （Fe,Mn ）S 转变为MnS,轧制板材无裂纹。 铸坯表面星形裂纹形成机理是非常复杂的，可能不是单一因素 而是多种因素作用的结果。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 3 防止星形裂纹措施 （1）Cu-Ag, Cr-Zr-Cu结晶器铜板+镀Ni或镀Cr。 （2）针对钢成分对裂纹的敏感性，将C，S，Mn/S，N 含量控制在合理范围。 （3）浇注工艺参数的优化，合适的浇注温度，拉速，二 冷水量。 （4）合适的保护渣性能。 （5）连铸机设备状况（与防纵横裂纹措施相同）。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 六 保证表面质量的措施 1 结晶器液面的稳定性：钢液面波动会引起坯壳生长的不均 匀，渣子也会被卷入坯壳。试验指出：液面波动与铸坯皮 下夹渣深度的关系如下： 当皮下夹渣深度2mm，铸坯在加热时可消除，夹渣深度在2 5mm 时铸坯必须进行表面清理。钢液面波动10mm，可 消除皮下夹渣。因此，选择灵敏可靠的液面控制系统，保证 液面波动在允许范围内，是非常重要的。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 2 结晶器振动 铸坯表面薄弱点是弯月面坯壳形成的“振动痕迹”。振痕对 表面质量的危害是：振痕波谷处是横裂纹的发源地， 波谷处是气泡、渣粒聚集区。为此，采用高频率小振幅的 结晶器振动机构，可以减少振痕深度。 3 初生坯壳的均匀性： 结晶器弯月面初生坯壳不均匀会导致铸坯产生纵裂和凹陷 ，以致造成拉漏。坯壳生长的均匀性决定于钢成分、结晶 器冷却、钢液面稳定性和保护渣润滑性能。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 振幅与横裂纹的关系 金属熔铸工艺学 June. 2009. 4 结晶器钢液流动 结晶器由注流引起的强制流动，不应把液面上的渣子卷入 内部。浸入式水口插入深度小于50mm，液面上渣粉会卷入 凝固壳，形成皮下夹渣；浸入式水口插入深度170mm， 皮下夹渣也会增多。因此，浸入水口插入深度和出口倾角 是非常重要的参数。 5 保护渣性能：应有良好的吸收夹杂物能力和渣膜润滑能力 。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 结晶器冷却水流量和横裂纹 金属熔铸工艺学 June. 2009. 铸坯的内部质量是指铸坯是否具有正确的凝固结构、 偏析程度、内部裂纹、夹杂物含量及分布状况等。 凝固结构是铸坯的低倍组织，即钢液凝固过程中形成等 轴晶和柱状晶的比例。铸坯的内部质量与二冷区的冷却及支 撑系统密切相关。 6.4 连铸坯内部质量及控制 金属熔铸工艺学 June. 2009. 金属熔铸工艺学 June. 2009. 金属熔铸工艺学 June. 2009. 一 铸坯内部裂纹 内部裂纹，包括从铸坯皮下一直到接近铸坯中心的裂 纹，都是在凝固过程中产生的，故也称凝固裂纹；从 裂纹产生的原因分，可分为热应力裂纹、鼓肚裂纹、 弯曲矫直裂纹、压下裂纹和三角区裂纹，其生成过程 都经过拉伸应力作用到凝固界面上，造成沿一次树枝 晶或等轴晶界开裂；从应力方面分，可分为凝固过程 中产生的热应力和机械应力造成的内部裂纹。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 1 皮下裂纹 这是一种沿板坯宽边方向的内裂，其部位距表面210mm ，是细小的裂纹又称“鬼线”。这是由铸坯表面温度反复 变化而发生多次相变产生的热应力造成的。采用均匀的冷 却制度，使回升温度小于100/m；适当降低拉速和防止 铸坯鼓肚，对消除皮下裂纹都是有效的。 2 矫直裂纹 该裂纹是液心或刚刚凝固，在进行矫直时受到变形超过允许 的变形率引起的，均属固/液界面附近的晶间裂纹。或者说由 于矫直应力超过铸坯坯壳允许的应力。采用多点矫直或连续 矫直及轻压下技术可防止该裂纹产生。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 3 压下裂纹 由于拉辊压力过大，使正在凝固的铸坯在固液两相区产生 ，即拉辊压力过大造成的。采用油压控制拉辊机构和设置 限位垫块可消除此裂纹。 4 中间裂纹 铸坯通过二冷区时产生的，位于皮下20mm左右，中心附近 的裂纹，其方向重直于宽边。 产生原因 *由二冷区铸坯冷却不均匀造成回热产生的应力； *铸坯发生鼓肚造成的； *铸机不对中造成的； *弯曲不当（直结晶器弯曲段）产生的机械应力； *珠光体转变奥低体产生体积收缩与钢中碳含量和Mn/S比密切 相关； *钢水过热度过高引起的。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 4 减少铸坯内部裂纹的措施 （1）采用压缩浇铸技术，或者应用多点矫直技术 （2）二冷区采用合适夹辊辊距，支撑辊准确对弧 （3）二冷水分配适当，保持铸坯表面温度均匀 （4）合适拉辊压下量，最好采用液压控制机构 金属熔铸工艺学 June. 2009. 压缩浇注技术 压缩浇铸技术的应用是把矫直点前 的一定数量的自由辊设置成驱动辊 矫直点后的自由辊设置成一定数量 的制动辊，即当无板坯时，与拉坯 方向作反向转动，由于推坯力大于 制动mf2，使拉坯照常进行，这样在 矫直点处板坯内形成压力，这个压 力就是压缩浇铸力(F )，Fc = nfl m 。其在板坯断面上产生的 压应力必须抵消矫直时在板坯内产 生的拉应力如B，即： osB。从而 达到消除矫直内裂纹之目的。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 多点矫直技术 l一机架；2上辊压下装置；3一下辊； 4一铸坯；5驱动辊；6一自由辊 多点矫直变形率与 一点矫直相比大为 减小。一点矫直的 变形率等于多点矫 直各步矫直变形率 的总和。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 二 铸坯中心偏析 连铸方坯中心偏析是指铸坯 中心区域C，Mn，P和S等溶 质元素的不均匀分布，在铸 坯横剖面上表现为铸坯中心 处溶质元素的浓度出现峰值 ，而在两边浓度最低；在铸 坯纵剖面上则以形偏析、 形偏析、点状偏析、线状 偏析以及缩孔等表观形态存 在，溶质元素沿中心线呈近 似周期性波动。 金属熔铸工艺学 June. 2009. 改善措施 1、降低S、P含量；铁水预处理和炉外精炼 2、增加等轴晶带区域：低过热度浇注和电磁搅拌 3、防止树枝晶间液体流动： 防止鼓肚变形；轻压下技术；凝固末端设置强制