连铸坯质量及控制方法.doc

连铸坯质量及控制方法1、连铸坯质量的含义是什么？最终产品质量决定于所供给的铸坯质量。从广义来说，所谓连铸坯质量是指得到合格产品所允许的铸坯缺陷的严重程度。它的含义是：铸坯纯净度（夹杂物数量、形态、分布、气体等）。铸坯表面缺陷（裂纹、夹渣、气孔等）。铸坯内部缺陷（裂纹、偏析、夹杂等）。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。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。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。因此，为了获得良好的铸坯质量，可以根据钢种和产品的不同要求，在连铸的不同阶段如钢包、中间包、结晶器和二次冷却区采用不同的工艺技术，对铸坯质量进行有效控制。2、提高连铸钢种的纯净度有哪些措施？纯净度是指钢中非金属夹杂物的数量、形态和分布。要根据钢种和产品质量，把钢中夹杂物降到所要求的水平，应从以下五方面着手：尽可能降低钢中O含量；防止钢水与空气作用；减少钢水与耐火材料的相互作用；减少渣子卷入钢水内；改善钢水流动性促进钢水中夹杂物上浮。从工艺操作上，应采取以下措施：（1）无渣出钢：转炉采用挡渣球（或挡渣锥），防止钢渣大量下到钢包。（2）钢包精炼：根据钢种选择合适的精炼方法，以均匀温度、微调成分、降低氧含量、去除气体夹杂物等。（3）无氧化浇注：钢水经钢包精炼处理后，钢中总氧含量可由130ppm下降到20ppm以下。如钢包中间包注流不保护或保护不良，则中间包钢水中总氧量又上升到60100ppm范围，恢复到接近炉外精炼前的水平，使炉外精炼的效果前功尽弃。（4）中间包冶金：中间包采用大容量，加挡墙和坝等是促进夹杂物上浮的有效措施。（5）浸入式水口+保护渣：保护渣应能充分吸收夹杂物。浸入式水口材料、水口形状和插入深度应有利于夹杂物上浮分离。3、提高连铸坯表面质量有哪些措施？铸坯表面缺陷主要是指夹渣 、裂纹等。如表面缺陷严重，在热加工之前必须进行精整，否则会影响金属收得率和成本。生产表面无缺陷铸坯是热送热装的前提条件。铸坯表面缺陷形状各异，形成原因是复杂的。从总体上说，铸坯表面缺陷主要受结晶器钢水凝固过程的控制。为保证表面质量，在操作上必须注意以下几点：（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：液面波动范围，mm 皮下夹渣深度，mm202404407当皮下夹渣深度2mm，铸坯在加热时可消除，夹渣深度在25mm时铸坯必须进行表面清理。钢液面波动在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。（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。（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。4、提高连铸坯内部质量应采取哪些措施？铸坯内部质量是指低倍结构、成分偏析、中心疏松、中心偏析和裂纹等。铸坯经过热加工后，有的缺陷可以消失、有的变形、有的则原封不动的留下来，对产品性能带来不同程度的危害。铸坯内部缺陷的产生，涉及到铸坯凝固传热、传质和应力的作用，生成机理是极其复杂的。但总的来说，铸坯内部缺陷是受二次冷却区铸坯凝固过程控制的。改善铸坯内部质量的措施有：（1）控制铸坯结构：首要的是要扩大铸坯中心等轴晶区，抑制柱状晶生长。这样可减轻中心偏析和中心疏松。为此采用钢水低过热度浇注、电磁搅拌等技术都是有效的扩大等轴晶区的办法。（2）合理的二次冷却制度：在二次冷却区铸坯表面温度分布均匀，在矫直点表面温度大于900，尽可能不带液芯矫直。为此采用计算机控制二次冷却水量分布、气水喷雾冷却等。（3）控制二次冷却区铸坯受力与变形：在二次冷却区凝固壳的受力与变形是产生裂纹的根源。为此采用多点弯曲矫直、对弧准确、辊缝对中、压缩浇铸技术等。（4）控制液相穴钢水流动，以促进夹杂物上浮和改善其分布。如结晶器采用电磁搅拌技术、改进浸入式水口设计等。5、连铸坯缺陷有哪几种类型？连铸坯缺陷可分为以下三类：表面缺陷：包括表面纵裂纹、表面横裂纹、皮下夹渣、皮下气孔、表面凹陷等；内部缺陷：包括中间裂纹、皮下裂纹、压下裂纹、夹杂、中心裂纹和偏析等；形状缺陷：方坯菱变（脱方）和板坯鼓肚。6、连铸坯表面纵裂产生的原因及其防止方法有哪些？连铸坯表面纵裂纹，会影响轧制产品质量。如长300mm，深2.5mm的纵裂纹在轧制板材上留下1125mm分层缺陷,纵裂纹严重时会造成拉漏和废品。铸坯表面纵裂的形成机理：由金相检验可知，裂纹处局部有MnS析出，表层处裂纹沿初生枝晶延伸，深处沿奥氏体晶界延伸。从板坯横断面低倍检验可知，C=0.10%0.16%的钢，纵裂纹起源于凝固壳激冷层厚度的不均匀性，在激冷层的薄弱点，裂纹深度为0.52.5mm。这说明表面纵裂在结晶器弯月面区初生坯壳厚度不均匀，作用于坯壳上的拉应力超过钢的高温允许强度和应变，在坯壳的薄弱处产生应力集中导致产生纵裂，并在结晶器后二冷区继续扩展。从理论上分析，作用于坯壳上的应力有：由凝固壳温度不均匀而形成的热应力f ；由于板坯宽度方向凝固收缩在钢水静压力作用下产生的鼓胀力p；坯壳与铜板不均匀接触而产生的磨擦力f ；由于产生气隙，宽面凝固收缩受窄面的约束而使坯壳承受的弯曲应力b 。一般说来，在板坯宽面中心区域t 、b最大。试验表明，宽度比为7的1890mm宽的板坯纵裂发生率是宽度为1520mm的2倍。钢的化学成分，特别是含碳量对连铸坯纵裂有较大的影响。大量的生产统计指出，当钢中C=0.120.17%时连铸坯纵裂最严重。拉速越高，纵裂趋向加重。（参见98）保护渣熔化速度过快或过慢，使渣层过厚或过薄；或者渣子粘度不合适，流入坯壳与铜板之间渣厚度不均匀，致使结晶器导热不均，使t 和b局部增大而促使纵裂纹发生。结晶器浇注液面波动增大，浇注板坯越宽，发生裂纹趋势越严重。结晶器液面波动大于10mm，发生纵裂的概率占30%；浸入式水口插入深度变化大于40mm，发生纵裂的概率占20%。纵裂产生的原因可归纳为： 水口与结晶器不对中而产生偏流冲刷凝固壳。钢中C在0.120.17%，发生纵裂倾向增加。 保护渣熔化性能不良、液渣层过厚或过薄导致渣膜厚薄不均，使局部凝固壳过薄。液渣层10mm，纵裂纹明显增加。 结晶器液面波动。液面波动10mm，纵裂发生几率30%。 钢中S+P含量。钢中S0.02%，P0.017%，钢的高温强度和塑性明显降低，发生纵裂趋向增大。总之，纵裂纹的形成是多种因素综合作用的结果。然而纵裂纹形成的基本条件是：初生坯壳厚度不均匀，在坯壳薄弱处产生局部应力集中，沿树枝晶元素（C、Mn、S、P）和局部偏析，裂纹的开口和扩展总是在偏析严重之处。防止纵裂发生的措施是：水口与结晶器要对中，以防止钢流冲刷坯壳；结晶器液面波动稳定在10mm。液面波动由5mm增加到20mm，纵裂指数由0增加到2.0；合适的浸入式水口插入深度。 合适的结晶器锥度。 结晶器与二次冷却区上部对弧要准。 合适的保护渣性能。合适的钢水过热度：钢水过热度提高10，在结晶器内高温钢水流动会吃掉凝固壳2mm；7、连铸坯表面横裂产生的原因及其防止方法有哪些？横裂纹是位于铸坯内弧表面振痕的波谷处，通常是隐藏看不见的。经酸洗检查指出，裂纹深度可达7mm，宽度0.2mm。裂纹位于铁素体网状区，而网状区正好是初生奥氏体晶界。在奥氏体晶界有AlN或Nb（CN）质点沉淀。当奥氏体晶界质点粗大，呈稀疏分布，铸坯横裂纹产生的废品增加。因此控制沉淀在奥氏体晶界质点的粗大或控制质点（如AlN、TiN、MnS）不在晶界析出，可降低对裂纹的敏感性。横裂产生的原因：振痕太深是横裂纹的发源地。钢中AI、Nb含量增加，促使质点（AIN）在晶界沉淀，诱发横裂纹。铸坯在脆性温度900700矫直。二次冷却太强。防止横裂发生的措施： 结晶器采用高频率（200-400次/min）、小振幅（24mm）是减少振痕深度的有效办法；振痕与横裂纹共生，要减少横裂纹就要减少振痕深度。振幅越大，振痕越深；负滑脱时间越长，振痕越深；振动频率越低，振痕越深。振痕深处树枝晶粒粗大，溶质元素富集，当铸坯受到应力作用就成为裂纹的发源地。 二冷区采用弱冷，矫直时铸坯表面温度（9001050）高于质点沉淀温度或高于转变温度，以避开低延性区； 降低钢中S、O、N含量，或加入Ti、Zr、Ca以抑制C-N化合物和硫化物在晶界析出，或使C-N化合物质点变粗，以改善奥氏体晶粒热延性； 减少结晶器液面波动，采用低表面张力、润滑性能良好的保护渣； 细化奥氏体晶粒。横裂纹常沿着铸坯表皮层下的粗大奥氏体晶界分布，可以通过二冷使奥氏体晶粒细化，以减少对裂纹的敏感性。8、连铸坯角部纵裂纹形成原因及防止措施有哪些？角部纵裂纹可能位于宽面与窄面交界棱边附近，有的离棱边1015mm，有的刚好位于棱边上，严重时会造成漏钢。形成的原因：对于方坯：可能是沿结晶器高度水缝厚度不均匀，造成结晶器角部冷却不良；结晶器锥度太小，结晶器圆角半径太小。对于板坯，可能是由于：窄面支撑不当造成窄面鼓肚。窄面有612mm的鼓肚伴随有角部纵裂导致漏钢。（2）锥度不合适。（3）窄面冷却水不足。改进方法：对于方坯 控制好结晶器几何形状防止变形。合适的圆角半径。装配结晶器时，保持冷却水缝厚度一致，使冷却均匀。合适的冷却水量。水口与结晶器对中，不要偏流。9、连铸坯角部横裂纹形成原因及防止措施有哪些？这是一种位于铸坯角部的细小横裂纹。其产生的原因可能是： 结晶器锥度太大。结晶器表面划伤。结晶器出口与零段对弧不准。改进方法：调整结晶器锥度，严格对弧，调整二次冷却使矫直时铸坯角部温度不能小800。10、连铸坯的皮下气泡是如何形成的？在位于铸坯表皮以下，有直径和长度各在1毫米和10毫米以上的向柱状晶方向生长的大气泡。这些气泡如裸露在外面的叫表面气泡，没有裸露的叫皮下气泡，比气泡小呈密集的小孔叫皮下针孔。在加热炉内，铸坯的表面气泡或皮下气泡内表面被氧化而形成脱碳层，轧制后不能焊合而形成表面缺陷。埋藏浅的气泡可用砂轮、风铲和火焰清理等办法清除。埋藏深的气泡很难发现，会使产品产生裂纹。钢水脱氧不足是产生气泡的主要原因，如采用强化脱氧，以降低钢中氧含量，会使钢水中的铝含量达到0.010.015，从而使气泡消除。另外，钢水中的气体含量（尤其是氢）也是生成气泡的一个重要原因。因此加入钢水中的一切材料应干燥，钢包、中间包应按标准烘烤，注流采用保护浇注，这些措施对减少气泡的效果是明显的。11、什么叫连铸坯表面折叠缺陷？在铸坯表面有横向的折叠痕迹，严重时伴随有横向裂纹。形成原因：（1）结晶器内悬挂使凝固壳撕裂，由于结晶器的强冷，在撕裂处漏出的钢水立刻凝固在表面形成折叠痕迹；（2）结晶器振动参数调整不当；（3）结晶器出口与二次冷却段对弧不良；（4）结晶器润滑不良，坯壳与铜壁粘结。12、连铸坯内部裂纹有哪几种，如何防止？从结晶器拉出来的带液芯的铸坯，在弯曲、矫直或辊子压力的作用下，在正在凝固的，非常脆弱的固液交界面产生的裂纹，叫内部裂纹。这种裂纹可通过铸坯试样的酸浸和硫印试验显示，严重的用肉眼就可观察到。内部裂纹可分为以下几种：（1）矫直裂纹，是带液芯的铸坯在进行矫直时，受到的变形超过了所允许的变形率造成的，这种裂纹，可采用多点弯曲矫直和压缩浇铸技术来消除。（2）压下裂纹，是由于拉辊压力过大，在凝固的铸坯固液两相区产生的。这种裂纹，可采用油压控制拉辊机构或设置限位垫块等措施，就可防止。（3）中间裂纹，主要是由于铸坯通过二次冷却区时冷却不均匀，温度回升大而产生的热应力造成的。另外，铸坯壳鼓肚或对弧不正造成的外力，作用于正在凝固的固液界面，也可产生这种裂纹。（4）角部裂纹，是由于结晶器冷却不均匀所产生的变形应力，作用在铸坯角部附近而产生的。如尽量使结晶器内均匀冷却，就可防止这种裂纹。（5）皮下裂纹，离铸坯表面310mm范围内的细小裂纹，主要是由于铸坯表层温度反复变化而发生多次相变，裂纹沿两种组织交界面扩展而形成的。（6）中心线裂纹，在板坯横断面中心可风的缝隙，并伴随有S、P的正偏析，它是由凝固末期铸坯鼓肚造成的。（7）星状裂纹，方坯横断面中心裂纹呈放射状。铸坯在二次冷却区冷却太强，随后温度回升而引起凝固层鼓胀，使铸坯中心粘稠区受到拉应力而破坏所致。（8）对角线裂纹，方坯横断面沿对角线方向产生的裂纹。这是二次冷却不均匀，使铸坯发生扭曲（菱变）所致。防止铸坯菱变可消除这种裂纹。13、什么叫连铸坯中心疏松？如将连铸坯沿中心线剖开，就会发现其中心附近有许多细小的空隙，我们把这些小孔隙叫中心疏松。在铸坯轧制时，当压缩比为35时，中心疏松就可焊合，对成品性能并无危害。但对用于穿无缝管的铸坯，中心疏松是很有害的，可能会造成钢管内表面缺陷。铸坯中心疏松严重时还会伴随着严重的中心偏析，对产品性能的危害较大。中心疏松的产生可以看成是铸坯两面的柱状晶向中心生长，碰到一起造成了“搭桥”，阻止了桥上面的钢水向桥下面钢液凝固收缩的补充，当桥下面钢水全部凝固后，就留下了许多小孔隙。采用扩大铸坯等轴晶的各种措施，均可减轻中心疏松。14、什么叫连铸坯中心偏析？所谓偏析是指铸坯中化学成分的差异。在铸坯横断面试样上，每隔一定距离，从表面向中心取样进行化学分析，发现中心的碳、硫、磷等元素的含量高于其他部位。这种现象叫中心偏析。中心偏析是和中心疏松、缩孔密切相关的。中心偏析会降低钢的机械性能和耐腐蚀性能，在制造线材时经常会发生拉拔断线，严重危害产品质量。中心偏析的产生是由于铸坯在凝固过程中，特别是在凝固末期尚未凝固的钢液的流动造成的。为防止中心偏析，从冶金考虑，就是设法扩大铸坯中心的等轴晶区，如采用低温浇注、电磁搅拌等。从连铸设备上考虑，就是设法避免凝固坯壳的变形，控制好夹辊的间距，辊子严格对中等，这是防止铸坯鼓肚，消除中心偏析的有效措施。15、连铸坯中非金属夹杂物有哪些类型？连铸坯中非金属夹杂物，按其生成方式可分为内生夹杂和外来夹杂。内生夹杂，主要是指出钢时，加入的铁合金的脱氧产物和浇注过程中钢水和空气的二次氧化产物。外来夹杂，主要是指冶炼和浇注过程中带入的夹杂物。如钢包、中间包耐火材料的侵蚀物，卷入的包渣和保护渣等。按夹杂物组成，可分为氧化铝系、硅酸盐系、铝酸盐系和硫化物等四大类。按夹杂物粒度大小，可分为微细夹杂和大型夹杂两种。一般认为，夹杂物粒度小于50微米叫微细夹杂，粒度大于50微米叫大型夹杂。连铸中最后凝固的夹杂物的数量、分布和粒度是受中间包内钢水的纯净度、结晶器内注流的冲击深度、以及注流的运动状态等制约的。对弧形连铸机来说，在离内弧面仅四分之一厚度处夹杂物有集聚现象。这是一个严重的缺点。为了克服这个缺点，对一些重要的钢种，人们主张采用立弯式连铸机来浇注。16、怎样减少连铸坯中的非金属夹杂物？钢中有非金属夹杂物，就会破坏钢的连续性和致密性，对钢的性能有很大危害。为提高钢的质量，要求生产的钢越干净越好。但要生产出无夹杂物的钢是很困难的，只能是在生产过程中，尽量减少夹杂物对钢水的污染，把钢搞“干净”些。为减少铸坯中的夹杂物，最根本的途径，一是尽量减少外来夹杂物对钢水的污染，二是设法促使已存在于钢水中的夹杂物排出，以净化钢液。因此，必须在出炉到钢水进入结晶器之前，采取下列措施：控制好出钢时的脱氧操作；出钢时采用挡渣操作，防止钢包下渣；采用保护浇注，防止二次氧化；采用钢包处理或炉外精炼新技术；使用大容量深熔池的中间包，促使夹杂物上浮；采用性能适宜的保护渣；采用形状适宜的浸入式水口；采用高质量的耐火材料；对钢包、中间包要清扫干净等。只有这样，才能减少连铸坯中的非金属夹杂物。17、什么叫连铸坯皮下夹渣缺陷？铸坯表皮下210毫米处镶嵌的渣粒即连铸坯皮下夹渣，若不及时清除，往往会造成成品的表面缺陷。另外，渣子的导热性差，在夹渣处的凝固壳较薄，会引起拉漏事故。对小方坯连铸用油润滑的情况下，结晶器内钢液面上的浮渣会啮入铸坯表皮下并残留在铸坯上。夹渣的发生率与钢的成分有密切关系。如钢中锰/硅比减小，铸坯夹渣量就会增多；钢中铝含量增加，夹渣也会增多。如果采用保护浇注并及时捞渣等措施，可以减少表面夹渣。在采用保护渣浇注时，结晶器液面上未熔化的渣子，或浮在钢液面上的夹杂物，会由于钢液面的波动而被卷入到凝固壳表面造成夹渣。此时应采用液面自动控制装置，以保持浇注过程液面稳定，或使用熔化性能良好的保护渣，以保持渣子中Al2O3含量小于10%以下，这样便可防止渣子卷入。18、连铸坯中夹杂物分布有何特点？与钢锭相比，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。钢中夹杂物，尤其是大于50m的大颗粒夹杂对产品质量危害很大。如大颗粒氧化物夹杂是深冲薄板冲裂、冷拔钢丝断裂、中厚板探伤不合格的主要原因。Al2O3夹杂降低轴承钢疲劳寿命等。因此应根据产品用途，从冶炼、炉外精炼和连铸等工序，尽可能把钢水搞“干净”些。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7.5mg/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 范围内有夹杂物集聚，沿宽度方向夹杂物分面也不均匀，这是弧形连铸机的一个缺点。液相穴内夹杂物上浮被内弧侧捕捉而不能上浮到结晶器液面是造成内弧夹杂物集聚的原因。解决夹杂物集聚的办法： 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。 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。 建设带有垂直段的（23m）立弯式铸机，铸坯夹杂物无集聚，也降低了铸机造价。19、铸坯鼓肚产生的原因及防止方法有哪些？铸坯鼓肚是指铸坯表面的凝壳由于受到内部钢水静压力的作用而发生凸起变形的现象。它多发生于板坯宽面，是板坯连铸坯常见的形状缺陷之一。伴随铸坯的鼓肚，铸坯多出现表面纵裂、角部纵裂以及内部裂纹缺陷。根据造成铸坯鼓肚缺陷的原因，为防止产生鼓肚，在操作中应注意以下几点：钢水过热度适当：对于板坯连铸机应采取尽可能小的钢水过热度（5-20），较小的钢水过热度有利于促进坯壳的增长速度，缩短液相穴深度，减小钢水的静压力。对于过热度大的钢水，应采取低速度浇注的方法予以弥补；定期检查、维护二冷区的夹辊辊间距，避免辊间距增大，同时应及时更换掉那些发生变形的夹辊；保证二冷水的冷却强度和均匀性；控制拉矫机的合适压力，尤其对于带液芯拉矫时，应避免铸坯产生矫区鼓肚现象。为控制铸坯鼓肚，近年来大都采取了二冷区密排辊，通过多点矫直降低连铸机高度，减少钢水静压力等新技术，收到了良好