連鑄工藝、設(shè)備-09連鑄坯質(zhì)量控制

1、 第九章 連鑄坯質(zhì)量控制所謂連鑄坯質(zhì)量是指得到合格產(chǎn)品所允許的鑄坯缺陷的嚴重程度評價連鑄坯質(zhì)量應(yīng)從以下幾方面考慮A.連鑄坯的純凈度：指鋼中夾雜物的含量、形態(tài)和分布。 鑄坯的純凈度主要決定于鋼水進入結(jié)晶器之前的處理過程，也就是說要把鋼水搞“干凈“些，必須在鋼水進入結(jié)晶器之前各工序下功夫，如選擇合適的爐外精煉，鋼包中間包結(jié)晶器的保護澆注等。B.連鑄坯的表面質(zhì)量：指連鑄坯表面是否存在裂紋、夾渣及皮下氣泡等缺陷。連鑄坯的表面缺陷主要決定于鋼水在結(jié)晶器的凝固過程。它是與結(jié)晶器內(nèi)坯殼的形成、結(jié)晶器振動、保護渣性能、浸入式水口設(shè)計及鋼液面穩(wěn)定性等因素有關(guān)的，必須嚴格控制影響表面質(zhì)量的各參數(shù)在合理的目標(biāo)值以內(nèi)

2、，以生產(chǎn)無缺陷的鑄坯，這是熱送和直接軋制的前提。C.連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量：指連鑄坯是否具有正確的凝固結(jié)構(gòu)，等軸晶與柱狀晶的比例，以及裂紋、偏析、疏松等缺陷的程度。鑄坯內(nèi)部質(zhì)量主要決定于鑄坯在二冷區(qū)的凝固冷卻過程和鑄坯的支撐系統(tǒng)的精度。合理的二冷水量分布、支撐輥的嚴格對中、防止鑄坯鼓肚變形等，是提高內(nèi)部質(zhì)量的關(guān)鍵。 D.連鑄坯的外觀形狀：指連鑄坯的形狀是否規(guī)矩，尺寸誤差是否符合規(guī)定要求。 鑄坯的外觀形狀與結(jié)晶器內(nèi)腔尺寸和表面狀態(tài)及冷卻的均勻性有關(guān)。連鑄坯質(zhì)量控制示意圖：91 鑄坯純凈度一.鑄坯純凈度與產(chǎn)品質(zhì)量連鑄坯的純凈度是指鋼中夾雜物的數(shù)量、形態(tài)和分布。1.連鑄坯中夾雜物特點： 來源廣泛，組成復(fù)雜

3、； 結(jié)晶器液相穴內(nèi)夾雜物上浮困難。2.鋼中夾雜物分類： 超顯微夾雜，均勻分布在鋼中； 顯微夾雜，其尺寸小于50m，它與鋼中溶解O含量有關(guān)； 宏觀夾雜（大型夾雜），尺寸大于50m。這種夾雜顆粒大、數(shù)量少、在鋼中呈偶然性分布，對產(chǎn)品質(zhì)量危害最大。3.夾雜物與產(chǎn)品質(zhì)量夾雜物的形態(tài)和組成 沿軋制方向伸長的夾雜物能使鋼的橫向力學(xué)性能惡化。夾雜物大小超顯微夾雜物及大型夾雜物的危害大。大型夾雜物是鋼材分層的原因，使鋼材質(zhì)量顯著下降。夾雜物的聚集狀態(tài)即使存在著小的夾雜物聚集，也有可能使鋼材產(chǎn)生分層。夾雜物的存在部位鋼材表面附近的夾雜物不僅影響鋼材表面質(zhì)量，而且影響加工時應(yīng)力的大小。一般來說，在鋼材中間有夾雜物

4、時影響較小。夾雜物的數(shù)量夾雜物的含量越高，對鋼材質(zhì)量的影響越大。大塊夾雜物使鋼材造成分層缺陷，嚴重開裂缺陷，結(jié)疤缺陷和表面缺陷等。例如，夾雜物是深沖薄板鋼沖裂廢品的主要原因； 連鑄坯軋制長條和中厚板產(chǎn)品，夾雜物是產(chǎn)生內(nèi)部缺陷（如裂紋）的潛在危險。氧化鋁簇狀夾雜物可導(dǎo)致汽車和電器產(chǎn)品用薄鋼板表面缺陷，也能引起DI罐用薄鋼板裂紋，還可造成輪胎子午線等線材斷線，以及使軸承鋼等棒鋼的疲勞性能惡化。二連鑄坯夾雜物1.連鑄坯夾雜物的形成特征一是連鑄坯由于鋼液凝固速度快，其夾雜物聚集長大機會少，因而尺寸較小，不易從鋼液中上浮；其二是多了一個中間包，鋼液和大氣、熔渣、耐火材料接觸時間長易被污染；同時在鋼液進入

5、結(jié)晶器后，在鋼液流股影響下，夾雜物難以從鋼液分離；其三是連鑄坯僅靠切頭切尾難以解決夾雜物問題。2.連鑄坯中夾雜物的類型和來源類型：取決于澆注鋼種和脫氧方法。在連鑄坯中較常見的夾雜物有Al2O3和以SiO2為主并含有MnO和CaO的硅酸鹽，以及以Al2O3為主并含有SiO2、CaO 和CaS等的鋁酸鹽。此外還有硫化物如FeS、MnS等。來源：出鋼過程鋼液氧化產(chǎn)物占10%,脫氧產(chǎn)物占15%，熔渣卷入占5%，注流的二次氧化占40%，耐火材料的沖刷約占20%，中間包渣約占10%?？梢?，鑄坯中基本上是外來夾雜物，主要來自于鋼液澆注過程中的二次氧化。3.影響夾雜物的因素A.機型對鑄坯中夾雜物的影響在工藝條

6、件一定的情況下，夾雜物在鑄坯內(nèi)的數(shù)量和分布主要決定于鑄機類型。就鑄坯夾雜物分布而言，結(jié)晶器注流沖擊影響到弧形連鑄機鑄坯內(nèi)弧側(cè)的彎曲區(qū)，固液界面容易捕捉上浮的夾雜物，在內(nèi)弧表面10mm左右形成Al2O3的聚集，大顆粒夾雜在內(nèi)弧側(cè)1415厚度形成集聚，這是弧形連鑄機的弱點。對于帶垂直段的立彎式連鑄機，結(jié)晶器注流沖擊深度的影響區(qū)在直線部分，夾雜物在夜相穴內(nèi)容易上浮，鑄坯中夾雜物分布均勻。液相穴內(nèi)夾雜物上浮示意圖：帶垂直段立彎式連鑄機；弧形連鑄機B.連鑄操作對鑄坯中夾雜物的影響連鑄操作有正常澆注和非正常澆注兩種情況。在正常澆注下，澆注過程比較穩(wěn)定，鑄坯中夾雜物多少主要由鋼液的純凈度決定。而非正常澆注情

7、況下，如澆注初期，澆注末期和多爐連澆的換包期間，鑄坯中夾雜物往往有所增加。這是因為在澆注初期鋼液被耐火材料污染較嚴重；在澆注末期隨著中間包液面的降低，因渦流作用會把中間包渣吸入到結(jié)晶器中。在換包期間由于上述原因也常使鋼中夾雜物增多。因而采取相應(yīng)措施（如提高耐火材料質(zhì)量、避免下渣等）對于提高鑄坯純凈度是必要的。C.在操作中，注溫和拉速對鑄坯中夾雜物也有一定影響當(dāng)鋼液溫度降低時，夾雜物指數(shù)升高；隨著拉速的提高，鑄坯中夾雜物有增多的趨勢。D.耐火材料質(zhì)量對鑄坯夾雜物的影響注連鑄過程中由于鋼液和耐火材料接觸，鋼液中的元素（錳和鋁等）會與耐火材料中的氧化物發(fā)生作用生成夾雜物，當(dāng)其不能上浮時就遺留在鑄坯中

8、。連鑄坯內(nèi)夾雜物分布：弧形連鑄機：1低溫澆注；2高溫澆注立彎式連鑄機：1低溫澆注；2高溫澆注連鑄機機型對大型夾雜物的影響：1弧形連鑄機；2直結(jié)晶器弧形連鑄機；3立式連鑄機三.提高鑄坯純凈度的措施1.無渣出鋼。 轉(zhuǎn)爐采用倒渣球，電爐采用偏心爐底出鋼，防止出鋼時渣大量下到鋼包。2.鋼包精煉。 根據(jù)鋼種的需要選擇合適的精煉處理方法，以均勻溫度、微調(diào)成分、降低氧含量、去除氣體夾雜物、改善夾雜物形態(tài)等。3.無氧化澆注技術(shù)。 從鋼包中間包用長水口，中間包結(jié)晶器用浸入式水口（板坯、大方坯）或氣體保護（小方坯），中間包采用覆蓋劑，結(jié)晶器用保護渣。4.充分發(fā)揮中間包冶金凈化器的作用。 中間包采用大容量、加擋墻和

9、壩等促進夾雜物上浮的有效措施。還有中 間包吹氬、使用過濾器、復(fù)合渣，以及使用堿性包襯等，都有利于中間包進一步凈化鋼液。5.連鑄系統(tǒng)選用耐火度高，融損小，高質(zhì)量的耐火材料，以減少鋼中外來夾雜物。6.充分發(fā)揮結(jié)晶器的鋼液凈化器和鑄坯表面質(zhì)量控制器的作用；7.采用電磁攪拌技術(shù)，控制注流的運動。92 鑄坯表面質(zhì)量板坯表面缺陷示意圖：1表面縱裂紋；2表面橫裂紋；3網(wǎng)狀裂紋；4角部橫裂紋；5邊部橫裂紋；6表面夾渣；7皮下針孔；8深振痕連鑄坯表面缺陷：1角部橫裂紋；2角部縱裂紋；3表面橫裂紋；4寬面縱裂紋；5星狀裂紋；6振動痕跡；7氣孔；8大型夾雜物一.表面裂紋1.表面縱裂紋 產(chǎn)生原因表面縱裂是在結(jié)晶器彎月

10、面區(qū)初生坯殼厚度不均勻，作用于坯殼上的拉應(yīng)力超過鋼的高溫允許強度和應(yīng)變，在坯殼的薄弱處產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致產(chǎn)生縱裂，出結(jié)晶器后在二冷區(qū)繼續(xù)擴展。作用于坯殼上的應(yīng)力：A. 由凝固殼溫度不均勻而形成的熱應(yīng)力；B. 板坯寬度方向凝固殼收縮在鋼水靜壓力作用下產(chǎn)生的鼓脹力；C. 坯殼與銅板不均勻接觸而產(chǎn)生的摩擦力；D. 由于產(chǎn)生氣隙，寬面凝固收縮受窄面的約束而使坯殼承受的彎曲應(yīng)力。 其中A與B為最大。影響縱裂的因素A. 鋼中碳含量大約在鋼中C= 0.10%0.12左右時板坯縱裂最嚴重。這是因為鋼凝固處于包晶區(qū)（L+），在固相線溫度以下2050鋼的線收縮最大，此時結(jié)晶器彎月面剛凝固的坯殼隨溫度下降發(fā)生FeFe

11、 轉(zhuǎn)變，伴隨著較大的收縮，坯殼與銅板脫離形成氣隙，導(dǎo)出熱流最小坯殼最薄，在表面會形成凹陷。凹陷部位冷卻和凝固速度比其它部位慢，組織粗化，對裂紋敏感性強，在熱應(yīng)力和鋼水靜壓力作用下，在凹陷薄弱處造成應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋。B. 鋼中S+P+As含量高，板坯縱裂發(fā)生幾率增大。C. 保護渣的影響渣子熔化速度過快或過慢，使液渣層過厚或過??；或者渣子粘度不合適，流入坯殼與銅板之間渣膜厚度不均勻，致使結(jié)晶器導(dǎo)熱不均而導(dǎo)致局部區(qū)域坯殼厚度不均，使熱應(yīng)力和彎曲應(yīng)力局部增大而促使縱裂紋發(fā)生。D.鑄坯的寬度板坯越寬，由于鋼水靜壓力阻礙坯殼收縮的應(yīng)力就越大，產(chǎn)生裂紋的可能性也就越大。E. 結(jié)晶器液面波動的影響 澆注板坯

12、越寬，液面波動增大，發(fā)生縱裂紋趨勢越嚴重。而結(jié)晶器液面的穩(wěn)定性是受鋼水流量、水口堵塞、水口結(jié)構(gòu)、插入深度以及由鋼水再循環(huán)引起的彎月面產(chǎn)生的波浪有關(guān)的，這是一個復(fù)雜的體系。例如，水口插入深度太淺，液面波動大，容易發(fā)生縱裂紋，尤其是澆注寬板鑄坯時，縱裂紋更為嚴重。插入太深，熱中心下移，縱裂紋也增多。防止縱裂產(chǎn)生的措施A. 穩(wěn)定的結(jié)晶器液面。液面波動由5mm增加到20mm，縱裂指數(shù)由0增加到2.0。B. 合適的浸入式水口插入深度和出口傾角。出口傾角太小，流股碰點在窄面上端，引起液面紊流，液渣不能均勻流入坯殼，會導(dǎo)致寬面縱裂。出口傾角太大，流股靠近窄面下端，角部沖刷嚴重，容易引起角部縱裂。浸入式水口插

13、入深度和傾角應(yīng)由模型試驗決定，一般是傾角向下1535,插入深度在12525mm。C. 合適的結(jié)晶器錐度。 合適的倒最度，可使坯殼表面與銅壁接觸良好，冷卻均勻，可避免產(chǎn)生裂紋和發(fā)生漏鋼。最好采用多錐度、鉆石型或拋物線形結(jié)晶器。D. 浸入式水口與結(jié)晶器對中，以防止鋼流熱中心位移而沖刷坯殼。E. 合適的鋼水過熱度。 鋼水過熱度提高10，在結(jié)晶器內(nèi)高溫鋼水流動會吃掉凝固殼約2mm。F.結(jié)晶器、足輥、二冷零段要準確對弧。G.合適的保護渣性能。 在保護渣各項特性中，粘度對產(chǎn)生表面縱裂影響最大。渣高粘度使縱裂增加，渣低粘度產(chǎn)生縱裂少，因此要控制渣子的粘度與渣子溶融時間合適的比例。H.鋼的化學(xué)成分應(yīng)控制在合適

14、的范圍。 對于鋼中裂紋敏感的元素要嚴加控制，避免鑄坯出現(xiàn)縱裂紋。I.采用熱頂結(jié)晶器。即在彎月面區(qū)域75mm的銅板內(nèi)鑲?cè)氩讳P鋼、鍍Cr、Ni或碳鉻化合物的隔熱材料，使結(jié)晶器的熱流密度可以減少5070，延緩了坯殼的收縮，減輕了凹陷深度從而減少了裂紋的發(fā)生率。帶不銹鋼插件的熱頂結(jié)晶器1鍍鎳層；2不銹鋼插件；3銅基板帶陶瓷插件的熱頂結(jié)晶器：1浸入式水口；2保護渣；3陶瓷結(jié)晶器；4銅結(jié)晶器；5坯殼2.角部縱裂紋鑄坯的角部是二維傳熱，因而角部鋼水凝固速度較其它部位要快，初生坯殼收縮較早，從凝固一開始就形成了不均勻氣隙，熱阻增加，影響坯殼均勻生長，其薄弱處承受不住應(yīng)力作用而形成角部縱裂紋。角部縱裂紋產(chǎn)生的關(guān)

15、鍵在結(jié)晶器的窄面，要有合適的錐度和形狀。3.表面橫裂紋表面橫裂紋通常是隱藏看不見的。它是位于鑄坯內(nèi)弧表面振痕的波谷處。金相檢查指出，深度可達7mm、寬度0.2mm。裂紋位于鐵素體網(wǎng)狀區(qū)，而網(wǎng)狀在好是出生奧氏體晶界。當(dāng)奧氏體晶界質(zhì)點粗大，呈稀疏分布，板坯橫裂紋產(chǎn)生的廢品減少；當(dāng)奧氏體晶界質(zhì)點細小，呈密實分布，板坯橫裂紋產(chǎn)生的廢品增加。因此控制沉淀在奧氏體晶界質(zhì)點的粗大或控制質(zhì)點（如AlN、TiN、MnS）不在晶界析出，可以降低對裂紋的敏感性。影響橫裂紋的因素A. 鋼種 一般的CMn鋼（Mn1）、CMnNb（V）鋼連鑄坯容易產(chǎn)生橫裂紋。因為在較高溫度下（10501100），Nb（CN）已開始在晶界

16、沉淀，降低了晶界的結(jié)合力，導(dǎo)致沿沉淀物周圍的空洞生長，促使晶界裂紋的擴展，同時使鋼的脆化溫度區(qū)間加寬，對裂紋敏感性增加。 鋼中含Al量增加，板坯橫向裂紋廢品增加。因為Al促使晶界質(zhì)點呈細密分布，另外AlN在奧氏體晶界析出，降低了晶界內(nèi)聚力，增加了轉(zhuǎn)變的脆性，使900700鋼延性大大降低，對裂紋敏感性增加。 因此隨鋼中Al、Nb、V增加，在A3轉(zhuǎn)變溫度以上就有氮化物和CN化物沉淀，擴大了降低鋼延性溫度的范圍。B.連鑄二冷強度對質(zhì)點的析出有重要影響。二冷采用弱冷卻（0.6Lkg鋼），沿奧氏體晶界AlN析出減少了，鑄坯保持較高溫度（950）矯直，可避免橫裂的產(chǎn)生。C.鑄坯在矯直時內(nèi)弧受到張力外弧受到

17、壓力，在矯直過程中，由于振痕的缺口效應(yīng)而產(chǎn)生應(yīng)力集中，再加上矯直溫度在脆化溫度700900之間，加速了振痕波谷處橫裂紋的產(chǎn)生并沿奧氏體晶界擴展。D. 振痕對橫裂紋的影響 振痕是與橫裂紋共生的，要減少橫裂紋就是要減少振痕深度。振痕的形成是由于結(jié)晶器振動，引起彎月面鋼水周期性流動使坯殼發(fā)生折疊所致。振幅越大，振痕越深；負滑脫時間越長，振痕越深；振動頻率越低，振痕越深。振痕深處樹枝晶粗大，溶質(zhì)元素富集，當(dāng)鑄坯受到應(yīng)力作用就成為裂紋的發(fā)源地。減少橫裂紋的措施A. 結(jié)晶器采用高頻率（200400次min）小振幅（24mm）是減小振痕深度的有效辦法。B. 二冷區(qū)采用平穩(wěn)性冷卻，矯直時鑄坯表面溫度高于質(zhì)點沉

18、淀溫度或高于轉(zhuǎn)變溫度，以避開低延性區(qū)。C. 降低鋼中S、O、N含量，或加入Ti、Zr、Ca以抑制CN化物和硫化物在晶界析出，或使CN化物質(zhì)點變粗，以改善奧氏體晶粒熱延性。D. 減小結(jié)晶器液面波動，采用低表面張力、潤滑性能良好的保護渣。E. 細化奧氏體晶粒。橫裂紋常沿著鑄坯表皮層下的粗大奧氏體晶界分布，可以通過二次冷卻使奧氏體晶粒細化，以減少對裂紋的敏感性。F.氣水噴嘴參數(shù)要合理，板坯冷卻均勻可降低裂紋的發(fā)生。G.采用多點矯直技術(shù)，連續(xù)矯直技術(shù)或壓縮澆注技術(shù)等，均可避免產(chǎn)生橫裂紋。4.鑄坯表面網(wǎng)狀（星形或晶界）裂紋產(chǎn)生原因A. 高溫鑄坯表面吸收了結(jié)晶器的銅，而Cu熔化為液體沿奧氏體晶界滲透所致。

19、但即使采用鍍Cr、Ni結(jié)晶器后，這種裂紋還是存在。B. 鑄坯表面Fe的選擇性氧化，而使殘余元素（如Cu、Sn等）殘留在表面沿晶界滲透形成熱脆裂紋。特點A. 表面裂紋區(qū)有Cu、Ni、Sn、Sb的富集。富集相成分（）：Cu85, Sn5，Ni4，F(xiàn)e5，Sb1。這種富集相大約在1050熔化沿晶界滲透。B. Cu含量增加裂紋加重。因為Cu在鑄坯表面的氧化鐵皮下形成液相，沿晶界穿行而失去塑性。C. Al的作用。鋼中Al含量增加，鑄坯表面網(wǎng)狀裂紋加重（AlN在晶界沉淀引起的）。D. 二冷水量。弱冷會導(dǎo)致鑄坯表面溫度高，氧化鐵皮生成加速，促使殘余元素（Cu、Sn）沿晶界富集形成裂紋。減少鑄坯表面網(wǎng)狀裂紋的

20、措施A. 結(jié)晶器鍍Cr和Ni；B. 合適的二冷水量；C. 精選原料，控制鋼中殘余元素(Cu、Sn等)；D. 控制鋼中Cu0.2；E. 控制鋼中MnS40。5.縱向凹陷在方坯角部附近，平行于角部，有連續(xù)的或斷續(xù)的凹陷稱為縱向凹陷?？v向凹陷常伴有縱向裂紋，嚴重的會導(dǎo)致漏鋼。產(chǎn)生原因：A.結(jié)晶器內(nèi)冷卻不均勻；B.結(jié)晶器與二次冷卻裝置對弧不準；C.二次冷卻局部過冷（特別是上部）；D.拉矯輥上有金屬異物粘附；E.產(chǎn)生菱形變形。二.鑄坯表面夾渣1.對于敞開澆注由于澆注時二次氧化，在結(jié)晶器鋼水面上生成浮渣。結(jié)晶器液面的波動，浮渣可能卷入到初生坯殼表面而殘留下來形成夾渣。 對于硅鎮(zhèn)靜鋼，鑄坯表面夾渣與鋼中Mn

21、Si比有關(guān)。根據(jù)鋼中Si、Mn含量，可能形成的夾雜物： MnSi4，形成SiO2浮渣容易在結(jié)晶器彎月面處冷凝結(jié)殼； MnSi4，形成液態(tài)MnOSiO2流動性好，浮渣也呈液態(tài)。 因此，隨鋼中MnSi比減小，生成浮渣熔點升高，流動性不好，容易卷入坯殼。為保持流動性良好的浮渣，應(yīng)保持鋼水中MnSi36。 對于用Al脫氧鋼，應(yīng)限制加Al量（200gt）使鋼中酸溶鋁Al = 0.0050.007%，既可防止定徑水口堵塞，也可防止因Al2O3析出使浮渣變粘，增加表面夾渣。2.對于保護澆注結(jié)晶器采用浸入式水口和保護渣澆注時，結(jié)晶器液面波動是彎月面卷渣的根源。 結(jié)晶器液面波動的原因A外部干擾。如水口擴大、堵塞

22、或塞棒失靈；B結(jié)晶器液體流動的攪動。如水口形狀、插入深度、吹氬量等引起液面不穩(wěn)定；C拉速突然變化。 防止結(jié)晶器卷渣的措施A.保持結(jié)晶器液面的穩(wěn)定性，控制液面波動盡可能?。?mm）；B.浸入式水口合適的插入深度，插入深度12525mm為宜；C.浸入式水口出口傾角應(yīng)使出口流股不攪動彎月面渣層為原則；D.中間包塞棒合適的Ar氣流量，防止氣泡上浮增強鋼渣界面的攪動；E.合適的保護渣粘度、渣中Al2O3含量（渣中Al2O320，液渣就不能吸收上浮的Al2O3使粘度增加）和液渣層厚度。 三.鑄坯皮下氣孔泡與氣孔在鑄坯表皮下存在有直徑約1mm、長度為10mm左右，沿柱狀晶生長方向分布的氣泡，稱為皮下氣泡。這

23、些氣泡若裸露于鑄坯表面稱為表面氣泡；小而密集的小孔叫皮下氣孔，也叫皮下針孔。鋼水中氧、氫含量高是形成氣泡的重要原因。產(chǎn)生原因：1.脫氧不良是造成皮下氣孔的重要原因之一，鋼中溶解Al0.008%就可防止CO的生成。2.用油做潤滑劑或保護渣、鋼包、中間包覆蓋劑，絕熱板干燥不良會導(dǎo)致H2逸出生成皮下氣孔。3.對于含Ti不銹鋼，鋼中的TiN與保護渣中的Fe2O3會發(fā)生以下反應(yīng)： 6TiN+4Fe2O3=6TiO2+8Fe3N2 TiN+CaO+2FeO+2MnO=CaOTiO2+2Fe2Mn12N2 上述反應(yīng)釋放出來的N2可能在凝固坯殼處形成氣孔。另外生成的TiO2和CaOTiO2大大增加了渣子粘度，

24、可能會在結(jié)晶器鋼水面上形成渣、鋼和氣體組成的硬殼，對不銹鋼鑄坯表面質(zhì)量帶來極大的危害。因此對含Ti不銹鋼，應(yīng)盡量降低鋼中的N和O含量，降低保護渣的堿度以及采用最佳幾何形狀的浸入式水口（如出口傾角向上15）是有益的。4.中間包塞棒吹A(chǔ)r流量太大或拉速過快，會引起結(jié)晶器液面“鋼水沸騰”，增加了彎月面的攪動，導(dǎo)致卷渣或彎月面的鉤形凝固殼會捕捉小于2mm的Ar氣泡，造成冷軋板的分層缺陷。 93 鑄坯內(nèi)部質(zhì)量鑄坯內(nèi)部質(zhì)量主要是指低倍結(jié)構(gòu)（柱狀晶與等軸晶比例）、中心偏析、內(nèi)部裂紋和夾雜物水平。內(nèi)部缺陷：1內(nèi)部角裂；2皮下氣泡；3中心疏松；4三角區(qū)裂紋；5中間裂紋鑄坯內(nèi)部缺陷示意圖：1內(nèi)部角裂；2側(cè)面中間裂

25、紋；3中心線裂紋；4中心線偏析；5疏松；6中間裂紋；7非金屬夾雜物；8皮下鬼線；9縮孔；10中心星狀裂紋、對角線裂紋；11針孔；12半宏觀偏析一.鑄坯凝固結(jié)構(gòu)由激冷層、柱狀晶和等軸晶區(qū)組成。連鑄坯低倍結(jié)構(gòu)特點：1.連鑄坯相當(dāng)于高寬比相當(dāng)大的鋼錠凝固，邊運行邊凝固，液相穴很長，鋼水補縮不好，易產(chǎn)生中心疏松和縮孔。2.鋼水分階段凝固。結(jié)晶器形成初生坯殼，二冷區(qū)噴水冷卻完全凝固。二冷區(qū)坯殼溫度梯度大，柱狀晶發(fā)達，但凝固速度快，晶粒較細。連鑄坯低倍結(jié)構(gòu)控制的主要任務(wù)是：控制柱狀晶與等軸晶的比例，獲得沒有內(nèi)部缺陷和致密的凝固組織。鑄坯中心低倍結(jié)構(gòu)形成示意圖：1柱狀晶生長；2自由等軸晶生長；3等軸晶凝固；

26、4流動的兩相區(qū)；5在剛性的兩相區(qū)內(nèi)鋼水的滲透；6“通道”的形成二.鑄坯中心偏析偏析是凝固過程中溶質(zhì)元素在固相和液相中再分配的結(jié)果，表現(xiàn)為鑄坯中元素分布的不均勻性，惡化機械性能，降低韌性。中心偏析還往往伴有中心裂紋、中心疏松，進一步降低了鑄坯的內(nèi)部致密性和軋材的機械性能。連鑄坯的宏觀偏析主要表現(xiàn)為中心偏析。1.連鑄坯中心偏析形成原因 “凝固橋”理論鑄坯凝固過程中由于冷卻不均勻，柱狀晶發(fā)達，凝固過程發(fā)生“搭橋”現(xiàn)象，凝固橋的形成阻止了液體的補縮，形成縮孔和疏松，導(dǎo)致中心偏析。 鼓肚理論鑄坯凝固過程中坯殼的鼓脹，造成樹枝晶間富集溶質(zhì)液體的流動；或者凝固末期由于鑄坯收縮使凝固末端富集溶質(zhì)液體流動導(dǎo)致中

27、心偏析。凝固時樹枝晶間富集溶質(zhì)殘余母液的流動是造成中心偏析的主要原因。鑄坯中心偏析：“V”偏析形成：2.防止鑄坯中心偏析的措施 減少易偏析元素含量。如采用鐵水預(yù)處理或鋼包脫硫把鋼中硫降到小于0.01%以下。 防止鑄坯鼓肚。如二冷區(qū)夾輥嚴格對弧，減少凝固終點區(qū)域的輥距，采用多節(jié)輥防止夾輥變形，加強二冷以增強坯殼的剛度等。 控制澆注溫度，減小鋼水過熱度。 采用電磁攪拌，消除搭橋增加中心等軸晶區(qū)，中心偏析明顯改善甚至消失。 采用強冷技術(shù)。在凝固末端設(shè)置強冷區(qū)，強冷區(qū)長度和冷卻水量是可調(diào)的。強冷可壓實鑄坯芯部，防止坯殼鼓脹，增加等軸晶區(qū)，中心偏析大大改善，消除了V形偏析和疏松。 采用輕壓下技術(shù) 在鑄坯

28、液相穴末端，即快要完全凝固之處，對鑄坯進行輕微的壓下（如2mm），要求其既不產(chǎn)生內(nèi)裂，又可防止最后鋼液凝固收縮或鼓肚造成的流動，以減輕中心偏析。強制冷卻的連鑄機：鑄坯輕壓下示意圖：1大輥距，坯殼鼓脹嚴重，中心偏析嚴重；2小輥距，坯殼鼓脹輕微，中心偏析中等；3小輥間距加輕壓下中心偏析消失三.鑄坯中心致密度在連鑄坯剖面上可看到不同程度的分散的小空隙，稱為疏松。疏松有3種情況：一般疏松：分散在整個斷面上的小空隙枝晶疏松：在樹枝晶內(nèi)的小空隙；中心疏松：沿鑄坯軸心產(chǎn)生的小空隙。一般疏松和枝晶疏松在鑄坯軋制時有可能焊合，而中心疏松則明顯影響鑄坯質(zhì)量。鑄坯中心致密度決定了中心疏松和偏析程度，而致密度主要決定

29、于柱狀晶與等軸晶比例。1.影響鑄坯中心致密度的主要因素 鋼種低碳鋼（0.100.20%）和高碳鋼（0.500.70%）的柱狀晶發(fā)達，中碳鋼（0.200.50%）柱狀晶較短。奧氏體不銹鋼柱狀晶發(fā)達，鐵素體不銹鋼有柱狀晶和中心等軸晶。 冷卻制度二冷區(qū)強冷，促進柱狀晶的生長，以致形成搭橋造成嚴重的中心疏松和偏析。 澆注溫度。高溫澆注促進柱狀晶生長。加速柱狀晶向等軸晶的轉(zhuǎn)化是改善中心致密度的有力措施。 2.防止措施 盡可能在低的過熱度下澆注； 加速液相穴過熱度的消除； 采用電磁攪拌技術(shù)。四.鑄坯內(nèi)部裂紋1.鑄坯內(nèi)部裂紋特征 角部裂紋角部裂紋是在結(jié)晶器彎月面以下250mm以內(nèi)產(chǎn)生的，裂紋首先在固液交界面

30、形成然后擴展。鑄坯角部為二維傳熱，凝固最快收縮最早，產(chǎn)生氣隙，傳熱減慢坯殼較薄，在鼓肚或菱變造成的拉應(yīng)力作用于坯殼薄弱處而產(chǎn)生裂紋，嚴重的角部裂紋還會產(chǎn)生漏鋼。 中間裂紋位于鑄坯表面和中心之間的某一位置上。產(chǎn)生原因： 由于二冷區(qū)冷卻不均勻，坯殼反復(fù)回溫（溫度升高超過100m）；或者由于支撐輥對中不良（如開口度偏大，輥子變形）使坯殼鼓肚，在凝固前沿受到張應(yīng)力作用，在固液交界面出現(xiàn)裂紋，并沿柱狀晶薄弱處繼續(xù)擴展直到坯殼高溫強度能抵抗應(yīng)力為止。在裂紋里吸入富集溶質(zhì)S、P的液體，在硫印圖上表現(xiàn)為裂紋黑線，裂紋里有鏈狀硫化物。根據(jù)硫印圖所顯示的裂紋位置，可量出裂紋尖端至鑄坯表面的距離e，即是產(chǎn)生裂紋那一

31、時刻坯殼凝固厚度： eKt12K（HV）12 H=（eK）2 V 式中 K鑄機凝固系數(shù)； H結(jié)晶器液面到鑄坯產(chǎn)生裂紋所在連鑄機的距離。 把已知e、K、V值代入上式，就可求出H。這樣就可知道鑄坯在二冷區(qū)產(chǎn)生裂紋的位置，以進行檢查維修。 壓縮（矯直）裂紋帶液芯的鑄坯矯直時，拉矯輥壓力過大，鑄坯受壓面的垂直方向變形超過允許變形而產(chǎn)生裂紋，裂紋集中在內(nèi)弧側(cè)柱狀晶區(qū)，裂紋內(nèi)充滿殘余母液。 皮下裂紋離鑄坯表面不等（310mm）的細小裂紋，主要是由于鑄坯表層溫度反復(fù)回升所發(fā)生的多次相變，裂紋沿兩種組織交界面擴展而形成的。 中心線裂紋 鑄坯橫斷面中心區(qū)域可見的縫隙叫中心線裂紋，并伴隨有S、P、C的正偏析。它是

32、由柱狀晶搭橋或凝固末期鑄坯鼓肚而產(chǎn)生的。 對角線裂紋它常發(fā)生在兩個不同冷卻面凝固組織交界面，小方坯的菱變、結(jié)晶器冷卻不均勻及二冷不對稱冷卻都會導(dǎo)致此種裂紋的產(chǎn)生。 星狀裂紋 方坯橫斷面中心裂紋呈放射狀。凝固末期接近液相穴端部中心殘余液體凝固要收縮，而周圍的固體阻礙中心液體收縮產(chǎn)生拉應(yīng)力，另外中心液體凝固放出潛熱又使周圍固體加熱而膨脹，在兩者的綜合作用下使中心區(qū)受到破壞而導(dǎo)致放射性裂紋。2.鑄坯凝固冷卻過程中產(chǎn)生裂紋的條件 固液交界面所能承受的外力（如熱應(yīng)力、鼓肚力、矯直力、彎曲力等）和由此產(chǎn)生的縮性變形超過了所允許的高溫強度和極限應(yīng)變值，則形成樹枝晶間裂紋。 鑄坯凝固結(jié)構(gòu)，即柱狀晶和等軸晶比例

33、。柱狀晶發(fā)達促使裂紋的擴展。 殘余雜質(zhì)元素的含量。如S、P0.02產(chǎn)生裂紋的幾率減少。產(chǎn)生裂紋因素示意圖：3.防止鑄坯內(nèi)部裂紋的措施 采用多點矯直； 輥間距合適，對弧準確，如支撐輥間隙誤差小于1mm，外弧對弧誤差小于0.5mm； 盡可能不帶液芯矯直或采用壓縮澆注技術(shù)； 二冷區(qū)水量分配適當(dāng)，鑄坯表面溫度分布均勻。矯直溫度要避開鋼的“脆性口袋”區(qū)，拉輥的壓下量要合適。4.鋼的高溫延性曲線鋼高溫延性可分為三個區(qū)： 熔點脆化區(qū)（區(qū)）。當(dāng)溫度下降到液相線溫度TL時，液相開始結(jié)晶。溫度下降到固相線TS以上2030時（相當(dāng)于凝固分率90），樹枝晶彼此連接開始能傳遞微小的拉伸力的作用，表現(xiàn)有微弱強度（約13N

34、mm2）。把晶體強度等于零的溫度叫零強度溫度，即TFO = TS + (2030)。 鋼的高溫脆性曲線：鋼延性與矯直點鑄坯溫度關(guān)系：鑄坯表面溫度變化；鋼的脆性曲線；強度曲線當(dāng)溫度繼續(xù)降低，固體強度緩慢增加，但表征鋼的縮性的斷面收縮率（以RA%表示）仍為零，凝固前沿處于極易脆斷區(qū)。只有當(dāng)?shù)陀赥S以下3050時，固體延性開始上升。把延性等于零的溫度叫零塑性（韌性）溫度，即TZO= TS(3050)。 因此，固相線溫度TS上下的零強度溫度和零塑性溫度是表征凝固界面抵抗裂紋的能力，TS和TZO之間溫度區(qū)間的大小是衡量凝固前沿內(nèi)裂紋傾向的尺度。 最大塑性區(qū)（區(qū)）。 溫度在13001000，鋼的高溫強度和

35、塑性增加到最大值，這相當(dāng)于常用的熱加工區(qū)。視鋼種不同，此溫度范圍略有變化，如CMn鋼為1300900。1300900脆裂機理是：沿奧氏體晶界有過飽和的S、O化物沉淀如（Fe、Mn）S,（Fe、Mn）O，增加了晶界斷裂的敏感性。 二次脆化區(qū)（區(qū)）此區(qū)相當(dāng)于相變區(qū)。當(dāng)溫度小于1000900塑性下降，到700左右塑性最低（RA20。此區(qū)塑性是鑄坯表面橫裂紋的產(chǎn)生根源。5.脆裂機理沉淀在奧氏體晶界的Nb（CN）和AlN質(zhì)點，是應(yīng)力集中源，在外力作用下引起晶界滑移，形成孔洞，增加了晶界脆性，或者在相變時，在晶界產(chǎn)生的薄膜狀的初生鐵素體，由于Fe的強度比Fe的強度小幾倍，使晶界集中不均勻變形而產(chǎn)生晶界脆裂

36、。晶界脆裂示意圖：晶界沉淀物 AN、BN、 Nb(CN)、 (Fe,Mn)S,O；晶界滑移形成孔洞；晶界鐵素體形成；晶界孔洞聚合6.鑄坯形成裂紋的冶金學(xué)觀點 晶界脆化理論在凝固前沿大約液相分率為10%時，富集溶質(zhì)的液體薄膜（如硫化物）包圍樹枝晶，降低了固相線溫度附近鋼的延展性和強度，當(dāng)受到外力作用時裂紋就沿晶界發(fā)生，致使凝固前沿產(chǎn)生裂紋。 柱狀晶“切口效應(yīng)”凝固前沿的柱狀晶生長的根部，相當(dāng)于一個“切口”產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致裂紋。 硫化物脆性 硫化物沿晶界分布形成所謂類硫化物，引起晶間脆性，成為裂紋優(yōu)先擴展的地方。這就是已凝固坯殼產(chǎn)生裂紋的原因。 質(zhì)點沉淀理論鑄坯在冷卻過程中，AlN，Nb(CN)

37、等質(zhì)點在奧氏體晶界沉淀，增加了晶界脆性，加強了裂紋的敏感性。這是鑄坯矯直產(chǎn)生裂紋的重要原因。94 鑄坯形狀缺陷 一.鑄坯菱形變形（脫方）在小方坯橫斷面上兩個對角線的長度不相等，即稱為菱變。菱變大小用R表示： R（a1a2）0.5（a1 + a2）1001.產(chǎn)生原因引起方坯菱變的根本原因在于結(jié)晶器彎月面區(qū)域的初生坯殼厚度的不均勻性，進入二冷區(qū)進一步發(fā)展。2.影響因素C=0.080.12%，R24%，鋼中含C量的增加菱變趨向緩和。MnS30有利于減少菱變。 結(jié)晶器幾何形狀； 結(jié)晶器內(nèi)腔尺寸規(guī)矩，倒錐度合適。結(jié)晶器冷卻；結(jié)晶器冷卻水質(zhì)差，雜質(zhì)在銅壁冷面上沉淀，會導(dǎo)致局部導(dǎo)熱不良而引起菱變。結(jié)晶器冷卻

38、水流速低，將出現(xiàn)間歇沸騰，導(dǎo)致局部過熱導(dǎo)熱不良而引起菱變。 二冷的均勻性；出結(jié)晶器后，鑄坯的支承和噴水冷卻對抑制菱變的發(fā)展有重要作用。 結(jié)晶器熱變形。3防止措施 采用合適的單錐度、雙錐度或拋物線型的結(jié)晶器。 增加出結(jié)晶器后鑄坯4個角部的噴淋水量。 二冷區(qū)噴淋水覆蓋鑄坯面部，而角部不噴水。 結(jié)晶器以下600mm距離準確對弧。結(jié)晶器采用軟水，窄水縫、高流速。 強化冷卻，消除結(jié)晶器間歇性沸騰。中間包注流圓滑，與結(jié)晶器對中，以減少液面波動。二.鼓肚帶液芯的鑄坯在連鑄機運行過程中，由于鋼水靜壓力作用，鑄坯寬面中心高溫坯殼鼓脹成為凸面，稱為鼓肚。板坯鼓肚會引起液相穴內(nèi)富集溶質(zhì)鋼水產(chǎn)生流動，引起嚴重的中心偏

39、析和內(nèi)部裂紋，對鑄坯質(zhì)量帶來嚴重的危害。1.坯殼鼓肚量作用于坯殼上鋼水靜壓力P可表示為： Ph式中 P鋼水靜壓力； 鋼水密度； h液相穴長度。鑄坯鼓肚變形示意圖：在兩支撐輥之間在鋼水靜壓力作用下高溫坯殼產(chǎn)生的鼓脹，可以用彈性或塑性理論來描述坯殼的變形。根據(jù)平板彈性變形理論，導(dǎo)出坯殼的變形量（鼓肚量）： 12（12）PL4otne3式中 坯殼鼓肚量，mm； 決定于鑄坯斷面形狀系數(shù)； 泊桑比； P鋼水靜壓力，kgmm2； L兩輥之間的距離，mm； o蠕變常數(shù)，mm2（minkg）； t蠕變時間（相當(dāng)于鑄坯經(jīng)歷兩輥間距），s； n指數(shù)（O.25O.32）； e凝固坯殼厚度，mm?？梢?，鼓肚量隨輥間距

40、的4次方而增加，隨凝固殼厚度的3次方而減小。2. 防止鑄坯鼓肚的措施 降低液相穴高度，即降低連鑄機高度； 縮小輥間距。鑄機從上到下輥子由密向疏布置； 加大二冷強度。增加凝固殼厚度和高溫強度； 支撐輥嚴格對中； 防止支撐輥變形，如采用多節(jié)輥； 加強輥子支撐系統(tǒng)的維修。三.圓鑄坯變形圓坯變形成橢圓形，或變成不規(guī)則多邊形，圓坯直徑越大，變成橢圓的傾向越嚴重。形成橢圓變形的原因：1.圓形結(jié)晶器內(nèi)腔變形，或冷卻不均勻；2.二冷區(qū)冷卻不均勻，或支撐輥變形與圓形鑄坯的弧度不相符；3.連鑄機下部對弧不準；4.拉矯輥的夾緊力調(diào)整不當(dāng)，過分壓下。連鑄習(xí)題1.連鑄機包括哪些設(shè)備，有哪幾種機型，各有何特點？2.與傳統(tǒng)

41、的模鑄相比，連鑄工藝有哪些優(yōu)越性？3.簡述弧形連鑄機的生產(chǎn)工藝流程。4.什么是連鑄機的產(chǎn)量，其表示方法有哪幾種？5.鑄坯斷面的選擇原則是什么？6.什么是連鑄機的流數(shù)、作業(yè)率、金屬收得率、澆注時間、準備時間？7.什么是連鑄機的弧形半徑、冶金長度、鑄坯液心長度，其表示方法？8.什么是拉坯速度，影響拉速的因素有哪些？9.簡述鋼包的作用及功能，鋼包的容量如何確定？10.鋼包滑動水口自動開澆的方法有哪些？11.鋼包滑動水口損壞的原因是什么，其控制裝置如何檢查？12.鋼包長水口的作用和材質(zhì)是什么？13.簡述鋼包回轉(zhuǎn)臺的用途和分類，鋼包回轉(zhuǎn)臺如何檢查？14.簡述蝶形鋼包回轉(zhuǎn)臺的主要結(jié)構(gòu)特點。15.簡述中間包

42、的作用、結(jié)構(gòu)和類型。16.簡述中間包塞棒的類型，對中間包塞棒有何要求？17.中間包水口鋼流控制有哪幾種形式，各有何特點？18.簡述浸入式水口的作用及材質(zhì)特點。19.對浸入式水口結(jié)構(gòu)有何要求，其損壞的原因有哪些？20.簡述中間包車的作用、類型和結(jié)構(gòu)特點。 21.中間包車如何檢查？22.簡述結(jié)晶器的作用、性能和類型。23.結(jié)晶器如何檢查？24.結(jié)晶器的內(nèi)腔為什么要有倒錐度，倒錐度一般為多少？25.結(jié)晶器材質(zhì)如何選擇，其壽命如何表示？26.簡述結(jié)晶器漏鋼檢測裝置的工作原理。27.簡述結(jié)晶器液面的控制原理和方法。28.結(jié)晶器為什么要振動，什么是負滑脫？29.正弦振動與非正弦振動各有何特點？30.簡述結(jié)

43、晶器振動裝置在線振動狀況的檢測方法。31.簡述引錠裝置的作用、結(jié)構(gòu)、裝入結(jié)晶器的方式及特點。32.連鑄坯的切割方式有哪幾種，各有什么特點？33.二次冷卻裝置的作用是什么？34.二次冷卻裝置的結(jié)構(gòu)有何特點？35.二次冷卻區(qū)用噴嘴有哪幾種類型，各有何特點，狀態(tài)如何檢查？36.二次冷卻裝置如何檢查？37.拉坯矯直裝置的作用是什么？38.什么是一點矯直、多點矯直、多點彎曲？39.什么是連續(xù)矯直，其特點？40.什么是壓縮澆鑄，它有什么好處？41.拉矯機如何檢查？42.引錠裝置如何檢查？43.簡述電磁攪拌的作用和原理。44.電磁攪拌器都安裝在連鑄機的哪幾個部位，各起什么作用？46.什么是選分結(jié)晶，成分過冷？45.電磁攪拌器都安裝在連鑄機的哪幾個部位，各起什么作用？47.成分過冷與溫度過冷有何區(qū)別？48.成