北京科技大学蔡开科讲座资料 连铸坯圆坯质量控制

连铸坯（圆坯）质量控制

蔡开科秦哲孙彦辉北京科技大学冶金与生态工程学院2009.12目录1.连铸坯质量概念2.连铸坯（圆坯）凝固特点3.圆坯洁净度控制4.圆坯表面纵裂纹控制5.圆坯内部质量控制6.圆坯形状缺陷控制7.结语1.连铸坯质量概念连铸坯质量概念：◆铸坯洁净度（夹杂物数量、类型、尺寸、分布）◆铸坯表面质量（表面裂纹、夹渣、气孔）◆铸坯内部质量（内部裂纹、夹杂物，中心疏松、缩孔、偏析）◆铸坯形状缺陷（鼓肚、脱方、椭圆）缺陷的控制策略图从生产流程来看，控制铸坯质量战略原则：从冶金传输观点，控制铸坯质量：传输现象与应力应变行为对铸坯质量的影响连铸坯凝固成型过程化学方法传输行为应力应变流体流动溶质分配凝固热量传递热应力应变机械应力应变外加场铸坯的洁净度夹杂物的上浮铸坯表面缺陷表面纵裂纹表面横裂纹表面夹渣皮下气泡角部裂纹铸坯内部缺陷偏析铸坯内裂纹疏松铸坯形状缺陷聚变鼓肚连铸质量控制方法2.连铸坯（圆坯）凝固的基本特点（1）连铸坯凝固过程实质上是动态热量传递过程钢水从液态转变为固体放出热量：钢水→固体+Q放出热量包括：过热凝固潜热物理显热连铸凝固过程示意图以20钢为例，钢水凝固冷却到室温放出热量是：过热25.2kJ/kg潜热328kJ/kg显热958kJ/kg总热量中大约1/3从液体→固体放出，其余2/3是完全凝固后放出的钢水在连铸机内凝固是一个热量释放和传递的过程，铸坯边运行，边放热边凝固，形成了很长的液相穴（10~20几米），在液相穴长度上布置了三个冷却区：一次冷却区：钢水在结晶器中形成足够厚的均匀坯壳，以保证铸坯出结晶器不拉漏二次冷却区：喷水加速铸坯内部热量的传递，使其完全凝固三次冷却区：铸坯向空气中辐射传热使铸坯温度均匀化以20钢为例，经经过钢水凝凝固热平衡衡计算，得得出以下概概念：1）钢水从从结晶器→→二冷区→→辐射区大大约有40%热量放出来来，铸坯才才能完全凝凝固。这部部分热量放放出的速度度决定连铸铸机生产率率和铸坯质质量；2）铸坯切切割后大约约还有60%热量放出来来，为了利利用这部分分热量，以以节约能源源，成功开开发了：铸坯热装热热送工艺：：铸坯入加加热炉温度度越高，则则节能越多多。铸坯500℃热装入炉节节能0.25××106kJ/t，800℃热装，节能能为0.514×106kJ/t；直接轧制工工艺：直接接轧制比铸铸坯冷装加加热轧制节节能80~85％，大大缩缩短生产周周期。如薄薄板坯连铸铸连轧工艺艺（CSP、FTSC）（2）连铸坯凝凝固是沿液液相穴在凝凝固温度内内把液体转转变为固体体的加工过过程由图可知：：ZST-ZDT是裂纹敏感感温度区，，是铸坯产产生内裂纹纹的根源。。内部裂纹形形成机理模模式图带液芯的铸铸坯，以一一个固定速速度在连铸铸机内沿弧弧形轨道运运动。沿液液相穴固/液界面把热热量放出传传给外界。。可看成是是在凝固温温度区间（（TL-Ts）把液体转转变为固体体加工过程程。然而在在固液界面面的临界高高温强度为为1~3N/mm2，临界塑性性应变为0.2~0.4%。当凝固坯坯在铸机运运行过程中中，受到外外部应力作作用（如热热应力、鼓鼓肚力、弯弯曲力、矫矫直力…）超过了上上述的临界界值，在铸铸坯固/液界面就产产生裂纹,直到凝固壳壳能抵抗外外力为止。。在固液界面面由于溶质质元素富集集（S、P），在树枝枝间周围包包裹硫化物物薄膜，增增加了晶界界脆性，受受外力作用用沿晶界断断裂一直到到能抵抗塑塑性变形为为止。晶体周围包包围的液体体膜（C=0.4%，S=0.013%）板坯对角线线内裂图（3）连铸机凝凝固是分阶阶段的凝固固过程从结晶器弯弯月面→凝凝固终点的的很长的液液相穴上，，铸坯凝固固分为三个个阶段：钢水在结晶晶器形成初初生坯壳在二冷区接接受喷水冷冷却，使坯坯壳稳定生生长液相穴末端端的凝固坯坯壳加速生生长由凝固定律律求得K值分别是（（mm/min1/2）：Ⅰ:20,Ⅱ:25,Ⅲ:27～30由于铸坯分分阶段凝固固，故可以以在结晶器器、二冷区区和凝固末末端采用不不同的技术术措施来改改善铸坯质质量。如电电磁搅拌（（EMS）可以安在在结晶器、、二冷区和和凝固末端端的不同区区域，以获获得不同的的冶金效果果。（4）在连铸机机内运行的的已凝固坯坯壳的冷却却可看成是是经历“形形变热处理理”过程带液芯坯壳壳在连铸机机运行过程程中，坯壳壳承受：外力作用（（如拉应力力、机械力力、鼓肚力力…）使坯壳发发生变形坯壳温度变变化，发生生了δ→γ→αα的反复相变变，相当于于“热处理理”，影响响铸坯质量量奥氏体晶界界第二相质质点AlN、Nb（CN）析出上述几个方方面现象是是相互联系系和相互制制约的，只只有深入认认识其规律律性，才能能在设备和和工艺上制制定正确的的对策，使使连铸机达达到生产效效率高和铸铸坯质量好好的目的。。与方、板坯坯相比较，，圆坯凝固固特点是：：（1）圆坯无角角部优先凝凝固。凝固固坯壳收缩缩较均匀，，鼓肚少有有发生。（2）圆坯传热热面积比方方坯要小些些。直径同同方坯边长长相等的圆圆坯其表面面积比方坯坯小25%，其结晶器器热流强度度要大些。。方坯：结晶晶器热流40~50cal/cm2·s（1.67~2.08MW/m2）圆坯：结晶晶器热流50~60cal/cm2·s（2.08~2.5MW/m2）同样条件下下，圆坯热热流比方坯坯高20~25%Φ178mm圆坯结晶器器热流分布布由热流分布布图可知：：弯月面下50mm热流很低弯月面下70~110mm热流升高达达到2~4MW/m2弯月面下＞＞110mm后热流突然然降低，平平均为1.5MW/m2说明坯壳收收缩形成气气隙而热流流降低，圆坯表面面形成凹陷陷，敏感性性增加了凹凹陷处形成成表面纵裂裂纹，严重重时会漏钢钢。（3）拉速要高高些圆坯直径等等于方坯边边长，则圆圆坯比表面面积仅是方方坯的75~80%，在相同的工工艺条件下下，拉速可可适当提高高些。例如：如Φ330mm的圆坯拉速速为0.95m/min，300×330mm方坯拉速为为0.75m/min。圆坯直径与与拉速关系系图（4）圆坯结晶晶器流场。。直筒水口口流股热中中心下移，，对保护渣渣熔化、液液渣层厚度度及夹杂物物上浮等有有不利影响响。（5）二冷区冷冷却均匀性性更为重要要圆周尽可能能均匀冷却却，促进坯坯壳均匀生生长；最小的圆周周表面温度度回升和热热循环，消消除热应力力；矫直时圆坯坯温度应大大于950℃（钢种）；；非稳定浇注注时，保持持合适的冷冷却速度。。（6）圆坯内弧弧区有夹杂杂物聚集带带，造成径径向30mm处有夹杂物物峰值（Φ177mm）177mm圆坯中上侧侧和下侧铸铸坯中夹杂杂物（7）圆坯中心心疏松比方方坯、板坯坯更为严重重些3.圆坯洁净度度控制1)铸坯夹杂物物分类脱氧产物Si-K钢：MnO·SiO2Al-K钢：Al2O3、Al2O3·MgO钙-K钢：CaO·Al2O3、CaO-Al2O3-X二次氧化物物Al-K钢：Al2O3Si-Al-K钢：SiO2··MnO··Al2O3（SiO2+MnO＞60%）凝固再生夹夹杂物凝固过程Si、Mn、O、S偏析作用形形成氧化物物和硫化物物项目脱氧产物二次氧化产物1来源内生夹杂物外来夹杂物2平衡氧源元素-溶解[O]-夹杂物平衡。如Al-K钢，Als＝0.05%,相平衡氧[O]=2~3ppmO2-元素-夹杂物平衡。空气中的氧可源源不断供给钢水进行氧化可把合金元素消耗殆尽。3夹杂物尺寸细小，一般<10μm>30~300μm,，甚至几百微米4夹杂物组成组成单一，如Al-K钢，Al2O3，Si-K钢MnO·SiO2组成复杂，是多种氧化物复合夹杂物5冷却速度冷却速度越快，生成夹杂物越细小影响不大6钢中分布细小弥散分布偶然性分布7危害程度较小较大脱氧产物与与二次氧化化夹杂物比比较采用示踪试试验，追踪踪铸坯中夹夹杂来源加示踪剂示示意图2)铸坯夹杂物物来源结晶器保护护渣中CeO和SrO变化(a)(b)渣中Ce2O、SrO升高，说明明钢包渣中中包渣下降降结晶器渣渣中。3)结晶器保护护渣示踪元元素变化从铸坯中探探针分析100个夹杂物，，夹杂物含含有示踪元元素Ce2O：0.14%，SrO：0.156%，ZrO2：0.25%，La2O3：0.41%，Na2O+K2O：1.64%。粗略计算指指出铸坯中中夹杂物各各自贡献：：外来夹杂物物(下渣+卷渣)：41%二次氧化：：39%脱氧产物：：20%防止浇注过过程下渣、、卷渣和二二次氧化物物是生产洁洁净钢的关关键操作。。4)铸坯中夹杂杂物钢包水口开开启方式与与钢中T[O]关系钢包自开比比烧氧打开开钢中T[O]要低10~15ppm。5)提高铸坯洁洁净度措施施钢包自开率率不同开浇方方式下沿板板坯长度上上的质量指指数变化无长水口：：坯子开浇浇后15m长不能做镀镀Sn板。长水口：在在钢液面开开浇，坯子子10m长不能做镀镀Sn板。长水口口+破渣器器插入入钢水水下开开浇，，坯子子长5m即可做做镀Sn板。长水口口操作作开浇头头坯厂名铸坯尺寸/mm钢种[N]/ppm头坯/正常坯T[O]/ppm头坯/正常坯MA/mg·(10kg)-1头坯/正常坯MI头坯/正常坯甲230×1300IF51.5/2166.8/26.25.0/1.7173.8/24.6(ppm)乙70×1350SPHD61/4870/3432/3.8012.9/8.2(个/mm2)丙250×1050硅钢63/52-23/1.07-丁150×15045#87.7/64.346.9/32.825/1016.7/8.2(个/mm2)注：MA大型夹夹杂物物；MI微观夹夹杂物物；正正常坯坯是拉拉速稳稳定时时的铸铸坯取取样。。中间包包操作作连浇坯坯厂名铸坯尺寸/mm钢种[N]/ppm连浇坯/正常坯T[O]/ppm连浇坯/正常坯MA/mg·(10kg)-1连浇坯/正常坯MI/个.mm-2连浇坯/正常坯甲230×1300IF23/2123/182.29/1.7046.2/24.6(ppm)乙70×1350SPHD-53/346.4/3.88.2/10.7(个/mm2)丙250×1050硅钢59/52-4.8/1.07-丁150×15045#72.9/64.346.8/32.715/108.5/8.2(个/mm2)注：MA大型夹夹杂物物；MI微观夹夹杂物物尾坯厂名铸坯尺寸/mm钢种[N]/ppm尾坯/正常坯T[O]/ppm尾坯/正常坯MA/mg·(10kg)-1尾坯/正常坯MI尾坯/正常坯甲230×1300IF26/2134/188.2/1.7047/24.6(ppm)乙70×1350SPHD-53/3411.4/3.89.74/8.2(个/mm2)丙250×1050硅钢62/52-/3238.4/1.07-丁150×15045#37/3254/64.315/108.2/8.28(个/mm2)由以上上三个个表可可以看看出：：头坯坯、连连浇坯坯、尾尾坯中中的T[O]、[N]、大型型夹杂杂、微微观夹夹杂都都明显显高于于正常常坯。。因此此，提提高非非稳态态浇注注时铸铸坯的的洁净净度水水平达达到稳稳态浇浇注水水平，，对于于提高高整体体铸坯坯质量量的水水平，，保持持产品品质量量的稳稳定性性是非非常重重要的的。浇注过过程把把非稳稳态浇浇注铸铸坯质质量提提高到到稳态态浇注注水平平这是是提高高铸坯体质质量水水平的的关键键，为为此：：(1)防止二二次氧氧化保护浇浇注(∆[N]<3ppm)；碱性包包衬；；碱性覆覆盖剂剂；中间包包密封封充Ar。(2)防止浇浇注过过程下下渣出钢挡挡渣操操作；；钢包→→中间间包下下渣（（如AMEPA系统下下渣探探测器器）；；中间包包→结结晶器器下渣渣如中中间包包恒重重操作作、中中间包包液位位高度度监测测报警警、人人工测测量中中包液液面高高度等等；提高钢钢包自自开率率和钢钢包长长水口口操作作水平平。(3)防止结结晶器器卷渣渣结晶器器液面面控制制(<±±3mm)；结晶器器钢水水流动动的稳稳定性性(SEN设计)；合适的的保护护渣(4)提高非非稳态态浇注注的操操作水水平加强结结晶器器液面面波动动的监监控；；加强浇浇注过过程中中包钢钢水重重量和和中间间包恒恒重浇浇注的的监控控；加强长长水口口、SEN保护浇浇注的的效果果监控控；坚强管管理、、提高高操作作水平平。总之，，在炼炼钢-精炼-连铸工工艺流流程生生产洁洁净钢钢要控控制好好四点点：第一：：转炉炉降低低终点点[O]溶，这是是产生生夹杂杂物的的源头头；第二：：精炼炼要促促使原原生的的脱氧氧产物物大量量上浮浮；第三：：连铸铸要减减轻或或杜绝绝钢水水二次次氧化化，防防止生生成新新的夹夹杂物物；第四：：再污污染，，浇注注过程程要防防止经经炉外外精炼炼的““干净净”钢钢水受受外来来夹渣渣再污污染。。4.圆坯表表面纵纵裂纹纹控制制圆坯表表面缺缺陷表面裂裂纹（（纵裂裂纹、、横裂裂纹，，网状状裂纹纹）；；表面卷卷渣；；圆坯皮皮下气气孔；；这些缺缺陷的的形成成是与与方坯坯、板板坯相相同，，下面面重点点讲圆圆坯表表面纵纵裂纹纹。表面纵纵裂纹纹是圆圆坯常常见的的缺陷陷，圆圆坯纵纵裂纹纹的特特点：：坯壳在在弯月月面下下50~100mm区域坯坯壳厚厚度生生长不不均匀匀坯壳周周向在在收缩缩力的的作用用下，，在坯坯壳的的薄弱弱处产产生向向圆心心的凹凹陷，，严重重时萌萌生纵纵裂纹纹凹陷处处常伴伴有保保护渣渣出现现圆周上上只有有一处处纵裂裂纹所以，，弯月月面的的坯壳壳均匀匀生长长，抑抑制凹凹陷的的产生生，是是防止止纵裂裂纹产产生的的关键键。（1）圆坯坯表面面纵裂裂纹特特征如图所所示，，Φ190mm沿轴向向圆坯坯表面面几十十到100mm长纵裂裂纹，，裂纹纹深1~3mm,裂纹处处常伴伴有凹凹陷（2）为什什么会会产生生纵裂裂纹如图所所示，，拉速速1.3m/min，距离离结晶晶器弯弯月面面下240mm处圆坯坯横断断面照照片。。图中中产生生裂纹纹处坯坯壳厚厚度14mm，是坯坯壳的的薄弱弱处。。坯壳横横截面面形貌貌由图可可知：：包晶晶钢高高的热热收缩缩性表表现为为Φ330mm圆周坯坯壳生生长不不均匀匀导致致纵裂裂纹。。Φ250mm圆坯低低倍照照片由图可可知，，结晶晶器弯弯月面面区初初生坯坯壳是是极不不均匀匀的，，坯壳壳薄弱弱处就就会成成为裂裂纹源源。横断面面上热热流分分布右图为为Φ178mm圆坯结晶器器弯月月面下下155mm处横断断面上上热流流分布布。由图可可知，，结晶晶器圆圆周方方向导导出热热流不不均匀匀就会会导致致坯壳壳生长长不均均匀。。圆坯表表面纵纵裂纹纹来源源于结结晶器器弯月月面区区凝固固坯壳壳生长长不均均匀，，在坯坯壳薄薄弱点点，正正处于于凝固固脆性性温度度区，，在外外力作作用（（收缩缩力、、钢水水静压压力、、摩擦擦力））下超超过钢钢的允允许强强度（（1~3N/mm2)和允许许应变变（ε=0.2-0.4%）萌生生裂纹纹，出出二冷冷区继继续扩扩展。。（3）影响响纵裂裂纹形形成因因素结晶器器弯月月面区区坯壳壳厚度度生长长不均均匀性性是产产生表表面纵纵裂纹纹根本本原因因，其其影响响因素素如下下：[S]>0.015%，纵裂裂纹增增加；；A:钢水成成份：：Mn/S对纵裂裂的影影响Mn/S升高，，纵裂裂纹降降低；；含碳量量对板板坯宽宽面纵纵裂纹纹的影影响[C]=0.12~0.15%时，纵纵裂纹纹产生生严重重由图知知：低低碳钢钢比亚亚包晶晶钢摩摩擦力力高约约15~20%，因中中碳包包晶钢钢收缩缩，表表现为为有较较均匀匀的渣渣膜改改善润润滑钢中碳碳含量量与摩摩擦力力的关关系Cu+As含量的的总量量大于于0.10％时，，纵裂裂指数数明显显升高高拉速增增加，，渣膜膜厚度度减少少拉速对对纵裂裂纹的的影响响拉速对对渣膜膜厚度度的影影响拉速增增加，，纵裂裂纹指指数增增加B:拉速C:保护渣渣液渣层层厚度度<10mm（薄板板坯<6mm），纵纵裂纹纹增加加。液渣层层厚度度对纵纵裂纹纹的影影响(a)常规板板坯(b)薄板坯坯由图知知：B渣和C渣平均均摩擦擦指数数基本本相同同，但但C渣波动动大，，这与与渣子子碱度度和粘粘度有有关。。B和C渣同样样速度度加入入，C渣由于于较低低粘度度，消消耗较较快，，摩擦擦力波波动大大。保护渣渣性能能对结结晶器器摩擦擦力的的影响响为什么么摩擦擦力波波动呢呢？由图可可知：：加入渣渣粉时时刻摩摩擦力力出现现峰值值只要加加入渣渣后，，摩擦擦力就就急剧剧降低低这说明明液渣渣是不不断消消耗的的，液液渣厚厚度减减少，，渗漏漏到坯坯壳与与铜壁壁间渣渣膜减减少，，当加加入新新渣，，润滑滑恢复复，摩摩擦力力降低低，这这种摩摩擦力力突变变不稳稳定状状态，，可能能是促促进坯坯壳应应力发发展，，坯壳壳产生生缺陷陷。所以，，在加加保护护渣时时应该该每次次量少少、勤勤加D:结晶器器液面面波动动液面波波动<±5mm，纵裂裂纹最最少，，图（（a）；液面波波动对对纵裂裂纹影影响如如图（（b）。图(a)结晶器器液面面波动动幅度度对纵纵裂纹纹的影影响图图(b)液面波波动幅幅度对对纵裂裂纹的的影响响结晶器器液面面波动动在±5mm范围内内内时时，板板坯纵纵裂明明显减减少；；而液液面波波动大大于±10mm时，板板坯纵纵裂明明显增增加钢液面面波动动如果果控制制在±3mm范围内内，就就能减减少纵纵裂纹纹的发发生E:结晶器器热流流和冷冷却如图所所示，，90××1000mm板坯结结晶器器弯月月面以以下45mm热流与与纵裂裂纹指指数关关系。。◆低碳碳钢（（0.05%C），结结晶器器热流流>60Cal/cm2·s（2.1MW/M2）,纵裂纹纹增加加；◆中碳碳钢（（0.11%C），结结晶器器热流流>41Cal/cm2·s(1.7MW/M2),纵裂纹纹增加加。铸坯热热流对对纵裂裂指数数的影影响结晶器器弱冷冷，有有利于于减少少纵裂裂纹。。某厂厂板坯坯结晶晶器水水量减减少（（由100%降至87%），二二冷强强度由由100%降至80%，纵裂裂指数数由1.92降至0.51。结晶器器弱冷冷对小小纵裂裂纹的的影响响Φ178mm圆坯结结晶器器水量量由90m3/h减到72m3/h，进出出水温温度差差由7.5℃升高到到8.5℃，热流流下降降，，表面面纵裂裂纹有有减轻轻，同同时进进水温温度＞＞35℃℃为宜。。Φ175~220mm圆坯结结晶器器冷却却水量量96m3/h，结晶晶器进进出水水温度度差由由6℃升高到到8℃纵裂纹纹减轻轻。F:结晶器器的锥锥度某厂圆圆坯Φ115mm~200mm，结晶晶器由由单一一锥度度（0.6~0.9%/m）→多锥锥度，，圆坯坯变形形和纵纵裂纹纹消失失。曼纳斯斯曼圆圆坯连连铸机机：Φ175mm~220mm锥度1%/m，大直径径圆坯坯锥度为为1.2%/m，纵裂裂纹减减轻.结晶器器锥度度和钢钢成分分对纵纵裂的的影响响（断断面尺尺寸240x240mm,拉速0.7m/min）G:结晶器器铜管管与水水套对对中，，水缝缝均匀匀，有有利于于结晶晶器内内坯壳壳的均均匀生生长，，一般般控制制水流流速在在7~12m/s，水缝缝宽度度3.5~4mm为宜H:结晶器器钢液液流动动水口对对中，，防止止产生生偏流流；水水口材材质浸浸蚀，，造成成偏流流。水口插插入深深度合合适浸入深深度大大于120mm时，纵纵裂加加重J:出结晶晶器下下口的的冷却却和二二冷强强度足辊和和零段段二冷冷水过过强，，板坯坯宽面面纵裂裂加剧剧，如如水流流密度度由110l/m2.min降到到60l/m2.min，纵纵裂裂指指数数由由2降到零。。K:结晶器与与零段的的对中和和支承辊辊对弧精精度，对对防止纵纵裂纹的的扩展有有重要意意义L:结晶器铜铜管长度度铜管过长长，拉坯坯阻力增增加，铸铸坯常有有抖动现现象，致致使凝固固坯壳与与圆周产产生不均均匀接触触，热流流及坯壳壳厚度也也不均匀匀，造成成表面纵纵裂纹，，某厂把把圆坯结结晶器由由850mm缩短到700mm，且铜管管在水平平半径上上下对称称布置，，在其他他相同条条件下，，消除了了裂纹。。防止纵裂裂纹产生生的根本本措施，，就是使使结晶器器弯月面面区域坯坯壳生长长厚度均均匀。结晶器初初始坯壳壳均匀生生长热顶结晶晶器(弯月面区区热流减减少50~60％)波浪结晶晶器(弯月面区区热流减减少17~25％)结晶器弱弱冷合适结晶晶器锥度度（4）防止表表面纵裂裂纹措施施结晶器钢钢水流动动的合理理性液面波动动±3～±5mm浸入式水水口对中中，防止止偏流合理的浸浸入式水水口设计计（合适适的出口口直径））合适的水水口插入入深度结晶器振振动合适的负负滑脱时时间tN合适的频频率和振振幅防止振动动偏差(纵向，横横向<0.2mm)合适的保保护渣对结晶器器坯壳表表面易产产生凹陷陷（纵裂裂）和粘粘结的钢钢种，选选用保护护渣的原原则是：：凹陷钢（（包晶钢钢）粘粘结结钢*热流控制制*摩擦力控控制*固体渣层层厚度*液渣膜厚厚度*较高熔点点*低熔点*较高粘度度*低粘度*较高结晶晶温度（（高碱度度）*低碱度（（玻璃性性）除设计合合适的保保护渣组组成和熔熔化性能能外，在在生产上上，根据据浇注钢钢种和拉拉速，控控制好：：η·v（粘度·拉速）＝＝0.2～0.4Pa··s·m/min结晶器钢钢液面上上液渣层层厚度10～15mm均匀渣膜膜厚度（（d=0.95·Vc-0.47）合适渣子子消耗（（0.3～0.5kg/m2，或0.5～0.7kg/t）出结晶器器铸坯运运行结晶器与与零段的的支撑对对弧准确确二次冷却却均匀性性调整钢水水成分钢中S<0.015%，Mn/S>30残余元素素Cu+As+Zn控制<0.1%钢中碳含含量避开开包晶区区，C向下限或或上限控控制5.铸坯（圆圆坯）内内部质量量控控制5.1圆坯低倍倍结构低倍结构构特点：：激冷层（（2~5mm）细小等等轴晶。。结晶晶器弯月月面温度度梯度（（G）和凝固固速度（（R）非常大大，故冷冷却速度度非常快快（100℃℃/s）。柱状晶发发达。Φ450mm圆坯低倍倍图为什么柱柱状会发发达呢？？结晶学上上择优生生长方向向。垂直直于等温温面的<100>方向优化化生长吞吞并其他他方向晶晶体。<100>方向柱状状晶生长长单方向传传热。垂直方向向传热3-6%;水平方向向传热95%以上。结晶器传传热示意意图柱状晶缺缺点：力学性能能各向异异性枝晶间偏偏析严重重形成带带状组织织热加工性性差，柱柱状晶界界面是裂裂纹优先先扩展地地方形成穿晶晶结构，，铸坯中中心疏松松、缩孔孔、偏析析严重而等轴晶晶结构刚刚好相反反：结构致密密，结合合牢固热加工性性能好钢材力学学性能呈呈各向同同性因此，希希望连铸铸坯为等等轴晶结结构，而而连铸工工艺的特特殊性，，却促成成柱状晶晶发达：：喷水冷却却，内外外温度梯梯度打有有利于柱柱状晶生生长；液相穴长长，补缩缩不好，，易形成成中心疏疏松，缩缩孔等；；柱状晶不不对称性性，内弧弧柱状晶晶发达，，而外弧弧柱状晶晶生长受受到抑制制内裂纹纹常集中中在内弧弧面；由于冷却却速度快快，树枝枝晶较细细。改善铸坯坯结构关关键是抑抑制柱状状晶生长长，促进进等轴晶晶生长，，其办法法包括：：（1）控制钢水水过热度度由图可知知：过热热度大于于10℃铸坯等轴轴晶率<20%,从理论上上讲，结结晶器钢钢水零过过热度凝凝固，铸铸坯等轴轴晶达到到60%以上。为为保持浇浇注顺利利，中间间包钢水水过热度度保持20~30℃。钢水过热热度对铸铸坯结构构影响1）结晶器器喂钢带带：220X1600mm板坯拉速速1m/min，Q235=20~30℃，喂钢带带2.5~3.0kg/t，中心等等轴晶区区达到60~80mm，疏松0.5~1.0级。2）结晶器器喂铁粉粉：140X140mm方坯，喂喂入1~1.5%铁粉，拉拉速提高高40~50％，铸坯坯等轴晶晶扩大，，中心疏疏松减少少。为降低结结晶器钢钢水的过过热度，，采用办办法：3）热交换换水口：：比利时ＣＣＲＭ开开发２２２０X２２０ｍｍｍ方坯坯，拉速速１.４～１.６ｍ/ｍｉｎ，，中包钢钢水过热热度１５５～２５５℃，经经热交换换水口，，钢水过过热度为为１～７７℃。高高碳钢晶晶界碳化化物大为为减少。。热交换水水口示意意图（2）促进柱柱状晶向向等轴晶晶过度柱状晶向向等轴晶晶过度的的条件CET：Ｇ：树枝枝晶尖端端温度梯梯度℃/ｍｍ；Ｒ：树枝枝晶生长长速度，，ｍｍ/ｍiｎ；有式可知知：G增加，温温度梯度度增大，，有利于于柱状晶晶生长；；G减少，温温度梯度度减少，，有利于于等轴晶晶生长。。R增大，有有利于等等轴晶生生长。由图可知知，采用用电磁搅搅拌（ＥＥＭＳ））是促进进柱状晶晶向等轴轴晶过渡渡的有效效办法。。（ａ）无无搅拌（（ｂ）有有搅拌EMS扩大等轴轴晶条件件为什么采采用ＥＭＭＳ能促促进柱状状晶向等等轴晶转转变呢？？（1）打碎树树枝晶，，增加形形成等轴轴晶核心心如图所示示，产生生的电磁磁力：式中：w：电磁频频率，HZ；r：介质电电导率，，Ω/m；R:液相穴半半径，m；Bo:磁场强度度，T。EMS原理（2）加速钢钢水过热热度消失失电磁使钢钢水产生生旋转运运动，钢钢水与凝凝固壳对对流运动动，加速速了过热热度消失失，其传传热量：：Q=h△△θst式中：h：凝固前前沿对流流传热系系数；△θ：凝固前前沿温度度差（相相当于过过热度））；s：凝固前前沿面积积；t：搅拌时时间。液相穴内内凝固示示意图由图可知知：低过过热度，，等轴晶晶多；高高过热度度，等轴轴晶少。由图可知知：①不用EMS，由浇注注温度冷冷却到液液相温度度TL需14min；②用S-EMS由浇注温温度冷却却到液相相线温度度TL需10min；③用M-EMS由浇注温温度冷却却到液相相线温度度TL需1min，即到结结晶器出出口过热热度就消消失了。。大方坯凝凝固过程程温度演演变（300××400mm）（3）改善铸铸坯洁净净度和表表面质量量Ｍ-EMS效果示意意图5.2圆坯中心心缺陷（（疏松，，缩孔，，偏析））从低倍图图上看出出圆坯中中心缺陷陷有：疏疏松，缩缩孔，偏偏析。。中心缺陷陷区有疏疏松+缩孔→不不致密，，圆坯表表层和中中心密度度相差０.００３～～０.００５ｇｇ/ｃｍ３，用于穿穿无缝钢钢管式钢钢管内壁壁产生折折叠缺陷陷。铸坯中心心密度变变化由图知：：铸坯中中心疏松松+缩孔伴随随有严重重中心偏偏析铸坯中心心成分分分布圆坯中心心疏松缩缩孔大于于２ｍｍｍ２时，加热热时氧化化程度增增加，穿穿管时就就会形成成钢管内内壁形成成折叠，，裂纹等等缺陷。。中心缺陷陷形成理理论：（１）““凝固桥桥”理论论（Mini-ingot）如图所示示，凝固固桥的形形成：液相穴区区域柱状状晶不均均匀生长长；某些局部部区两边边柱状晶晶“搭桥桥”；桥下面钢钢水凝固固得不到到上面钢钢水均匀匀的补充充形成疏疏松；凝固收缩缩把周围围枝晶富富集溶质质母液抽抽吸到中中心，形形成中心心偏析；；高过热度度、高拉拉速、高高二冷强强度有利利于凝固固桥形成成。凝固桥形形成示意意图中心缺陷陷形成理理论：（２）铸铸坯中心心区母液液流动由铸坯中中心母液液流动示示意图可可知：1.柱状晶生生长；2.自由等轴轴晶生长长；3.等轴晶凝凝固；4.流动的两两相区；；5.在刚性的的两相区区的钢水水渗漏；；6.形成通道道；7.在中心线线两边通通道形成成；8.完全凝固固。1-柱状晶生生长2-自由等轴轴晶生长长3-等轴晶凝凝固4-流动的两两相区5-在刚性的的两相区区内钢水水的渗透透6-“通道”的的形成7-中心线上上“通道道”的形形成8-完全凝固固解决方法法（1）工艺参参数优化化中心偏析析与工艺艺参数的的关系F＝1.417-0.0552ΔΔT-1.77V2+1.928δw式中:F－铸坯中中心偏析析指数，，F值高表明明偏析小小，板坯坯质量好好。ΔT－钢水过过热度℃℃V－拉速m/minδw－比水量量l/kg由方程可可知，低低过热度度、低拉拉速和高高比水量量，铸坯坯中心偏偏析小，，铸坯内内部质量量好。（2）采用M-EMS和高效率率的凝固固末端F-EMS，增加中中心等轴轴晶区，，消除中中心缩松松。圆坯坯中心等等轴晶>30%,中心疏松松明显减减少。（a）9Cr不锈钢（（b）13Cr-5Ni不锈钢不锈钢圆圆坯低倍倍图F-EMS得到好的的效果：：①搅拌器器功率足足够大，，能使糊糊状区液液体搅动动起来；；②拉速二二冷要稳稳定；③安装位位置要合合适。固相率：：fs=0.3-0.8;凝固率：：fe=0.7-0.8;液相穴尾尾部中心心两相区区宽为40-55mm处。F-EMS安装位置置示意图图确定安装装位置方方法：①铸坯凝凝固数学学模型法法：确定定液相线线TL和固相线线Ts的区间，，以解决决两相区区的长度