連鑄工藝、設(shè)備--09連鑄坯質(zhì)量控制.ppt

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(yán)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(jìn)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(jìn)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(hù)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(hù)渣性能、浸入式水口設(shè)計(jì)及鋼液面穩(wěn)定性等因素有關(guān)的，必須嚴(yán)格控制影響表面質(zhì)量的各參數(shù)在合理

2、的目標(biāo)值以內(nèi)，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(yán)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

3、雜物特點(diǎn)： 來源廣泛，組成復(fù)雜； 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

4、響加工時應(yīng)力的大小。一般來說，在鋼材中間有夾雜物時影響較小。 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(yán)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(jī)會少，因而尺寸較小，不易從鋼液中上??； 其二是多了一個中間

5、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(jìn)入結(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%。可見，鑄坯中基本上是外來夾雜物，主要來自于鋼液澆注過

6、程中的二次氧化。,3.影響夾雜物的因素 A.機(jī)型對鑄坯中夾雜物的影響 在工藝條件一定的情況下，夾雜物在鑄坯內(nèi)的數(shù)量和分布主要決定于鑄機(jī)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(jī)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(jī)的弱點(diǎn)。 對于帶垂直段的立彎式連鑄機(jī)，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(jī)； 弧形連鑄機(jī),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

7、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?yàn)樵跐沧⒊跗阡撘罕荒突鸩牧衔廴据^嚴(yán)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

8、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。,連鑄坯內(nèi)夾雜物分布： 弧形連鑄機(jī)：1低溫澆注；2高溫澆注 立彎式連鑄機(jī)：1低溫澆注；2高溫澆注,連鑄機(jī)機(jī)型對大型夾雜物的影響： 1弧形連鑄機(jī)； 2直結(jié)晶器 弧形連鑄機(jī)； 3立式連鑄機(jī),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

9、方坯）或氣體保護(hù)（小方坯），中間包采用覆蓋劑，結(jié)晶器用保護(hù)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、加擋墻和壩等促進(jìn)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(jìn)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(yùn)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：

10、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(qiáng)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(kuò)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.

11、 鋼中碳含量 大約在鋼中C= 0.10%0.12左右時板坯縱裂最嚴(yán)重。這是因?yàn)殇撃烫幱诎^(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 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(qiáng)，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(hù)渣的影響 渣子熔化速度過快或過慢，使液渣層過厚或過薄；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

12、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 澆注板坯越寬，液面波動增大，發(fā)生縱裂紋趨勢越嚴(yán)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(yán)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

13、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(diǎn)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(yán)重，容易引起角部縱裂。浸入式水口插入深度和傾角應(yīng)由模型試驗(yàn)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。

14、 F.結(jié)晶器、足輥、二冷零段要準(zhǔn)確對弧。,G.合適的保護(hù)渣性能。 在保護(hù)渣各項(xiàng)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)控制在合適的范圍。 對于鋼中裂紋敏感的元素要嚴(yán)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

15、護(hù)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)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(dá)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(diǎn)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(diǎn)細(xì)小，呈密實(shí)分布，板坯橫裂紋產(chǎn)生的廢品增加。因

16、此控制沉淀在奧氏體晶界質(zhì)點(diǎn)的粗大或控制質(zhì)點(diǎn)（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?yàn)樵谳^高溫度下（10501100），Nb（CN）已開始在晶界沉淀，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(kuò)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?yàn)锳l促使晶界質(zhì)點(diǎn)呈細(xì)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

17、增加，在A3轉(zhuǎn)變溫度以上就有氮化物和CN化物沉淀，擴(kuò)大了降低鋼延性溫度的范圍。,B.連鑄二冷強(qiáng)度對質(zhì)點(diǎn)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(kuò)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(fù)滑脫時

18、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(diǎn)沉淀溫度或高于轉(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(diǎn)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(hù)渣。 E. 細(xì)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

19、二次冷卻使奧氏體晶粒細(xì)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(diǎn)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。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(diǎn) 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

20、透。 B. Cu含量增加裂紋加重。因?yàn)镃u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(yán)重的會導(dǎo)致漏鋼。

21、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(zhǔn)； 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MnSi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(diǎn)升高，流動性不好，容易卷入坯殼。為保持

22、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(hù)澆注 結(jié)晶器采用浸入式水口和保護(hù)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(kuò)大、堵塞或塞棒失靈； 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；

23、 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(qiáng)鋼渣界面的攪動； E.合適的保護(hù)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

24、潤滑劑或保護(hù)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(hù)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，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(hù)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

25、.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。

26、連鑄坯低倍結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 1.連鑄坯相當(dāng)于高寬比相當(dāng)大的鋼錠凝固，邊運(yùn)行邊凝固，液相穴很長，鋼水補(bǔ)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(dá)，但凝固速度快，晶粒較細(xì)。 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； 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

27、化機(jī)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(jìn)一步降低了鑄坯的內(nèi)部致密性和軋材的機(jī)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(dá)，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(bǔ)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。

28、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(yán)格對弧，減少凝固終點(diǎn)區(qū)域的輥距，采用多節(jié)輥防止夾輥?zhàn)冃?，加?qiáng)二冷以增強(qiáng)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(qiáng)冷技術(shù)。在凝固末端設(shè)置強(qiáng)冷區(qū)，強(qiáng)冷區(qū)長度和冷卻水量是可調(diào)的。 強(qiáng)冷可壓實(shí)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) 在鑄坯液相穴末端，即快要完全凝固之處，對鑄坯進(jìn)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。

29、,強(qiáng)制冷卻的連鑄機(jī)：,鑄坯輕壓下示意圖： 1大輥距，坯殼鼓脹 嚴(yán)重，中心偏析嚴(yán)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.

30、70%）的柱狀晶發(fā)達(dá)，中碳鋼（0.200.50%）柱狀晶較短。奧氏體不銹鋼柱狀晶發(fā)達(dá)，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(qiáng)冷，促進(jìn)柱狀晶的生長，以致形成搭橋造成嚴(yán)重的中心疏松和偏析。 澆注溫度。 高溫澆注促進(jìn)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形成然后擴(kuò)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

31、拉應(yīng)力作用于坯殼薄弱處而產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)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?zhàn)幼冃危┦古鳉す亩?，在凝固前沿受到張?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(kuò)展直到坯殼高溫強(qiáng)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)生裂紋那一時刻坯殼凝固厚度： eKt12K（HV）12 H=（eK）2 V 式中 K鑄機(jī)凝固系數(shù)；

32、H結(jié)晶器液面到鑄坯產(chǎn)生裂紋所在連鑄機(jī)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(jìn)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(xì)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(kuò)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

33、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(qiáng)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。柱狀晶發(fā)達(dá)促使裂紋的擴(kuò)展。 殘余雜質(zhì)元素的含量。如S、P0.02產(chǎn)生裂紋的

34、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(diǎn)矯直； 輥間距合適，對弧準(zhǔn)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(diǎn)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(qiáng)度（約13Nmm2）。把晶體強(qiáng)度等于零的溫度叫零強(qiáng)度溫度，即TFO = TS

35、 + (2030)。,鋼的高溫脆性曲線：,鋼延性與矯直點(diǎn)鑄坯溫度關(guān)系： 鑄坯表面溫度變化； 鋼的脆性曲線； 強(qiáng)度曲線,當(dāng)溫度繼續(xù)降低，固體強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度和塑性增加到最大值，這相當(dāng)于常用的熱加工區(qū)。視鋼種不同

36、，此溫度范圍略有變化，如CMn鋼為1300900。 1300900脆裂機(jī)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(jī)理 沉淀在奧氏體晶界的Nb（CN）和AlN質(zhì)點(diǎn)，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(qiáng)度比Fe的強(qiáng)度小幾倍，使晶界集中不均勻變形而產(chǎn)生晶界脆裂。,晶界脆裂示意圖： 晶界沉淀物 AN、BN

37、、 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(diǎn) 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(qiáng)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(kuò)展的地方。這就是已凝固坯殼產(chǎn)生裂紋的原因。 質(zhì)點(diǎn)沉淀理論 鑄坯在冷卻過程中，AlN，Nb(CN)等質(zhì)點(diǎn)在奧氏體晶界沉淀，增加

38、了晶界脆性，加強(qiáng)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）100 1.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(jìn)入二冷區(qū)進(jìn)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)晶器冷卻水流速低，

39、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(zhǔn)確對弧。 結(jié)晶器采用軟水，窄水縫、高流速。 強(qiáng)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(jī)運(yùn)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(yán)重的中

40、心偏析和內(nèi)部裂紋，對鑄坯質(zhì)量帶來嚴(yán)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。,可

41、見，鼓肚量隨輥間距的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(jī)高度； 縮小輥間距。鑄機(jī)從上到下輥?zhàn)佑擅芟蚴璨贾茫?加大二冷強(qiáng)度。增加凝固殼厚度和高溫強(qiáng)度； 支撐輥嚴(yán)格對中； 防止支撐輥?zhàn)冃危绮捎枚喙?jié)輥； 加強(qiáng)輥?zhàn)又蜗到y(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(yán)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?zhàn)冃闻c圓形鑄坯的弧度不相符； 3.連鑄機(jī)下部對弧不準(zhǔn)； 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(jī)包括哪些設(shè)備

42、，有哪幾種機(jī)型，各有何特點(diǎn)？ 2.與傳統(tǒng)的模鑄相比，連鑄工藝有哪些優(yōu)越性？ 3.簡述弧形連鑄機(jī)的生產(chǎn)工藝流程。 4.什么是連鑄機(jī)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(jī)的流數(shù)、作業(yè)率、金屬收得率、澆注時間、準(zhǔn)備時間？ 7.什么是連鑄機(jī)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

43、檢查？ 14.簡述蝶形鋼包回轉(zhuǎn)臺的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 15.簡述中間包的作用、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(diǎn)？ 18.簡述浸入式水口的作用及材質(zhì)特點(diǎn)。 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(diǎn)。,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(fù)滑脫？,29.正弦振動與非正弦振動各有何特點(diǎn)？ 30.簡述結(jié)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(diǎn)。 32.連鑄坯的切割方式有哪幾種，各有什么特點(diǎn)？ 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(diǎn)？ 35.二次冷卻區(qū)用噴嘴有哪幾種類型，各有何特點(diǎn)，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(diǎn)矯直、多點(diǎn)矯直、多點(diǎn)彎曲？ 39.什么是連續(xù)矯直，其特點(diǎn)？ 40.什么是壓縮澆鑄，它有什么好處？ 41.拉矯機(jī)如何檢查？ 42.引錠裝置