冶金专业毕业论文

1、毕业课题课题名称：浅议连铸坯质量控制专业班级 指导教师2014年3月9 日目录1摘要21 .连铸坯纯净度与产品质量31.1 纯净度与质量的关系31.2 提高纯净度的措施32 .连铸坯的表面质量42.1 表面裂纹42.2 表面夹渣52.3 皮下气泡与气孔63 .连铸坯内部质量63.1 中心偏析63.2 中心疏松73.3 内部裂纹74 .连铸坯的外观形状84.1 鼓肚变形84.2 菱形变形84.3 圆铸坯变形9连铸坯质量决定着最终产品的质量。从广义来说所谓连铸坯 质量是得到合格产品所允许的连铸坯缺陷的严重程度，连铸坯存 在的缺陷在允许范围以内，叫合格产品。连铸坯质量是从以下几 个方面进行评价的：(

2、1)连铸坯的纯净度：指钢中夹杂物的含量，形态和分布。(2)连铸坯的表面质量：主要是指连铸坯表面是否存在裂纹、 夹渣及皮下气泡等缺陷。连铸坯这些表面缺陷主要是钢液在结晶 器内坯壳形成生长过程中产生的，与浇注温度、拉坯速度、保护 渣性能、浸入式水口的设计，结晶式的内腔形状、水缝均匀情况, 结晶器振动以及结晶器液面的稳定因素有关。(3)连铸坯的内部质量：是指连铸坯是否具有正确的凝固结构, 以及裂纹、偏析、疏松等缺陷程度。二冷区冷却水的合理分配、 支撑系统的严格对中是保证铸坯质量的关键。(4)连铸坯的外观形状：是指连铸坯的几何尺寸是否符合规定 的要求。与结晶器内腔尺寸和表面状态及冷却的均匀程度有关。本

3、文从以上四个方面对实际生产中连铸坯的质量控制采取的 措施进行说明。1 .连铸坯纯净度度与产品质宣11纯净度与质的关系纯净度是指钢中非金属夹杂物的数量、形态和分布。与模铸相比，连铸的工序环节 多，浇注时间长，因而夹杂物的来源范闱广，组成也较为复杂：夹杂物从结晶器液相穴 内上浮比较困难，尤其是高拉速的小方坯夹杂物更难于排除。夹杂物的存在破坏了钢基 体的连续性和致密性。大于50pm的大型夹杂物往往伴有裂纹出现，造成连铸坯低倍结 构不合格，板材分层，并损坏冷轧钢板的表而等，对钢危害很大。夹杂物的大小、形态 和分布对钢质量的影响也不同，如果夹杂物细小，呈球形，弥散分布，对钢质量的影响 比集中存在要小些：

4、当夹杂物大，呈偶然性分布，数量虽少对钢质量的危害也较大。例如：从深冲钢板冲裂废品的检验中发现，裂纹处存在着100300Pm不规则的 CaO-Al2O3和Al2O3的大型夹杂物。再如，由于连铸坯皮下有人2。3夹杂物的存在，轧成的汽车薄板表而出现黑线缺陷, 导致薄板表而涂层不良。还有用于包装的镀锡板，除要求高的冷成型性能外，对夹杂物的尺寸和数量也有相 应要求。国外生产厂家指出，对于厚度为0.3mm的薄钢板，在1m2面积内，粒径小于 50Pm的夹杂物应少于5个，才能达到废品率在。于5%以下,即深冲2000个DI罐，平 不到1个废品。可见减少连铸坯夹杂物数量对提高深冲薄板钢质量的重要性。对于极细的钢丝

5、（如直径为O.O1O.25mm的轮胎钢丝）和极薄钢板（如厚度为 0.025mm的镀锡板）中，其所含夹杂物尺寸的要求就可想而知了。此外，夹杂物的尺 寸和数量对钢质量的影响还与铸坯的比表面积有关。一般板坯和方坯单位长度的表面积 （S）与体积（V）之比在0.20.8.随着薄板与薄带技术的发展，S/V可达1050,若 在钢中的夹杂物含量相同情况下，对薄板薄带钢而言，就意味着夹杂物更接近铸坯表面, 对生产薄板材质量的危害也越大。所以降低钢中夹杂物就更为重要了。1.2提高纯净度的措施提高钢的纯净度就应在钢液进入结晶器之前，从各工序着手尽量减少对钢液的污 染，并最大限度促使夹杂物从钢液中排除。为此应采取以下

6、措施：无渣出钢。转炉应挡渣出钢；电炉采用偏心炉底出钢，阻止钢渣进入盛钢桶。根据钢种的需要选择合适的精炼处理方式，以纯净钢液，改善夹杂物的形态。采用无氧化浇注技术。经过精炼处理后的钢液氧含量已降到20X10-6以下；在盛 钢桶一中间罐一结晶器均采用保护浇注：中间罐使用双层渣覆盖剂，钢液与空气隔绝, 避免钢液的二次氧化。充分发挥中间罐冶金净化器的作用。采用吹Ar搅拌，改善钢液流动状况，消除中 间罐死区：加大中间罐容量和加深熔池深度，延长钢液在中间罐停留时间，促进夹杂物 上浮，进一步净化钢液。（5）连铸系统选用耐火度高，融损小，高质量的耐火材料，以减少钢中外来夹杂物。充分发挥结晶器的钢液净化器和铸坯

7、表面质量控制器的作用。选用的浸入式水口 应有合理的开口形状和角度，控制注流的运动，促进夹杂物的上浮分离；并辅以性能良 好的保护渣，吸收溶解上浮夹杂净化钢液。另外，还可以向结晶器内喂入包芯合金线，实现结晶器内微合金化，这不仅提高了 合金的吸收率，而且能精确控制钢液成分，调整凝固结构，改善夹杂物形态，有利于钢 的质量。采用电磁搅拌技术，控制注流的运动。计算指出，在静止状态下，大于1mm的 渣粒上浮速度约100200cm/s：而注流向下流动速度为6010cm/s；可见结晶器液相 穴内注流流股冲击区域夹杂物上浮是有困难的：有部分夹杂物很可能被凝固的树枝晶所 捕集。实际上在铸坯表而以下1020cm处往往

8、夹杂物含量较高。安装电磁制动器可以 抑制注流的运动，促进夹杂物上浮，提高钢液的纯净度。2 .连铸坯的表面质*连铸坯表而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。连铸坯表而缺陷形成的 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。2.1 表面裂纹表面裂纹就其出现的方向和部位，可以分为面部纵裂纹与横裂纹；角部纵裂纹与 横裂纹：星状裂纹等。2.1.1 纵向裂纹纵向裂纹在板坯多出现在宽而的中央部位，方坯多发生在棱角处。表而纵裂纹直 接影响钢材质量。若铸坯表而存在深度为2.5mm,长度为300mm的裂纹，轧成板材 后

9、就会形成1125mm的分层缺陷。严重的裂纹深度达10mm以上，将造成漏钢事故或 废品。其实早在结晶器内坯壳表而就存在细小裂纹，铸坯进入二冷区后，微小裂纹继续 扩展形成明显裂纹。由于结晶器弯月而区初生坯壳厚度不均匀，其承受的应力超过了坯 壳高温强度，在薄弱处产生应力集中致使纵向裂纹。坯壳厚度不均匀还会使小方坯发生 菱变，圆坯表而产生凹陷，这些均是形成纵裂纹的决定因素。影响坯壳生长不均匀的原因很多，但关键仍然是弯月面初生坯壳生长的均 匀性，为此应采用以下措施：结晶器采用合理的倒锥度。坯壳表面与器壁接触良好，冷却均匀，可以避免产生 裂纹和发生拉漏。选用性能良好的保护渣。在保护渣的特性中粘度对铸坯表面

10、裂纹影响最大，高粘 度保护渣使纵裂纹增加。浸入式水口的出口倾角和插入深度要合适，安装要对中，以减轻注流对铸坯坯壳 的冲刷，使其生长均匀，可防止纵裂纹的产生。根据所浇钢种确定合理的浇注温度及拉坯速度。保持结晶器液而稳定。钢的化学成分应控制在合适的范围。2.1.2 角部裂纹角部纵裂纹常常发生在铸坯角部1075mm处，有的发生在棱角上，板坯的宽面与 窄面交界棱角附近部位，由于角部是二维传热，因而结晶器角部钢水凝固速度较其他部 位要快，初生坯壳收缩较早，形成了角部不均匀气隙，热阻增加，影响坯壳生长，其薄 .资料.弱处承受不住应力作用而形成角部纵裂纹。角部纵裂纹产生关键在结晶器。通过试验指出，倘若将结晶

11、器窄面铜板内壁纵向 加工成凹而，呈弧线状，这样在结晶器1/2高度上，角部坯壳被强制与结晶器壁接触, 由此热流增加了 70%,坯壳生长均匀，因而避免了铸坯凹陷和角部纵裂纹。另外，还发现当板坯宽面出现鼓肚变形时，若铸坯窄而能随之呈微凹时，则无角部 纵裂纹发生；这可能是由于窄而的凹下缓解了宽面凸起时对角部的拉应力。小方坯的菱变会引起角部纵裂纹。为此结晶器水缝内冷却水流分布要均匀，保持结 晶器内腔的正规形状、正确尺寸、合理倒锥度和圆角半径及规范的操作工艺，可以避免 角部裂纹的发生。2.1.3 横向裂纹横向裂纹多出现铸坯的内弧侧振痕波谷处，通常是隐避看不见的。经金相检查指出， 裂纹深7mm,宽0.2mm

12、,处于铁素体网状区，也正好是初生奥氏体晶界。晶界处还有 AIN或Nb (CN)的质点沉淀，因而降低了晶界的结合力，诱发了横裂纹的产生。当奥 氏体晶界沉淀质点粗大，呈稀疏分布，板坯横裂纹产生的废品减少。铸坯矫直时，内弧 侧受拉应力作用，由于振痕缺陷效应而产生应力集中，如果正值脆化温度区，促成了 振痕波谷处横裂纹的生成。当铸坯表面有星状龟裂纹时，由于受矫直应力的作用，以这 些细小的裂纹为缺口扩展成横裂纹：若细小龟裂纹处于角部，则会形成角部横裂纹。还 有，浇注高碳钢和高磷硫钢时，若结晶器润滑不好，摩擦力稍有增加也会导致坯壳产生 横裂纹。减少横裂纹可从以下几方而着手：结晶器采用高频率，小振幅振动；振动

13、频率在200400次，振幅24mm,是 减少振痕深度的有效办法。振痕与横裂纹往往是共生的，减小振痕深度可降低横裂纹的 发生。二冷区采用平稳的弱冷却，矫直时铸坯的表而温度要高于质点沉淀温度或高于Y 一。转变温度，避开低延性区。(3)降低钢中S、0、N的含量，或加入Ti、Zr、Ca等元素，抑制C-N化物和硫化物 在晶界的析出，或使C-N化物的质点变相，以改善奥氏体晶粒热延性。选用性能良好的保护渣；保持结晶器液面的稳定。横裂纹往往沿着铸坯表皮下粗大奥氏体晶界分布，因此可通过二次冷却使铸坯表 而层奥氏体晶粒细化，降低对裂纹的敏感性，从而减少横裂纹的形成。2.1.4 星状裂纹星状裂纹一般发生在晶间的细小

14、裂纹，呈星状或呈网状。通常是隐藏在氧化铁皮之 下难于发现，经酸洗或喷丸后才出现在铸坯表而。主要是由于铜向铸坯表面层晶界的渗 透，或者有AIN, BN或硫化物在晶界沉淀，这都降低了晶界的强度，引起晶界的脆化, 从而导致裂纹的形成。减少铸坯表而星状裂纹的措施：结晶器铜板表而应镀铭或镀银，减少铜的渗透。精选原料，降低Cu.Zn等元素的原始含量，以控制钢中残余成分(MCu)V0.20%。降低钢中硫含量，并控制川(Mn) <.)(S) >40,有可能消除星状裂纹。控制钢中的Al、N含量；选择合适的二次冷却制度。2.2 表面夹渣表面夹渣是指在铸坯表皮下2romm镶嵌有大块的渣子，因而也称皮下夹

15、渣。就 其夹渣的组成来看，钵-硅酸盐系夹杂物的外观颗粒大而浅；AbCh系夹杂物细小而深。 若不清除，会造成成品表而缺陷，增加制品的废品率。夹渣的导热性低于钢，致使夹渣 处坯壳生长缓慢，凝固壳薄弱，往往是拉漏的起因，一般渣子的熔点高易形成表而夹渣。保护渣浇注时，夹渣的根本原因是由于结晶器液面不稳定所致。因此水口出孔的形 状、尺寸的变化、插入深度、吹Ar气量的多少、塞棒失控以及拉速突然变化等均会引 起结晶器液面的波动，严重时导致夹渣：就其夹渣的内容来看，有未熔的粉状保护渣, 也有上浮未来得及被液渣吸收的AI2O3夹杂物，还有吸收溶解了的过量高熔点AI2O3等。皮下夹渣深度小于2mm,铸坯在加热过程

16、中可以消除：皮下夹杂深度在25mm 时，热加工前铸坯必须进行表面精整。为消除铸坯表而夹渣，应该采取的措施为：要尽量减小结晶器液而波动，最好控制在小于，保持液面稳定；浸入式水口插入深度应控制在(125±25) mm的最佳位置：浸入式水口出孔的倾角要选择得当，以出口流股不致搅动弯月面渣层为原则：间罐塞棒的吹Ar气量要控制合适，防止气泡上浮时，对钢渣界而强烈搅动和翻 动：(5)选用性能良好的保护渣,并且3 (AL03)原始含量应小于10%,同时控制一定 厚度的液渣层。2.3 皮下气泡与气孔在铸坯表皮以下，直径约1mm,长度在10mm左右，沿柱状晶生长方向分布的气 泡称为皮下气泡：这些气泡若

17、裸露于铸坯表而称其为表面气泡：小而密集的小孔叫皮下 气孔，也叫皮下针孔：在加热炉内铸坯皮下气泡表而被氧化，轧制过程不能焊合，产品 形成裂纹：若埋藏较深的气泡，也会使轧后产品形成细小裂纹：钢液中氧、氢含量高也 是形成气泡的原因。为此要采取以下措施：强化脱氧，如钢中溶解a(AD >0.008%,可以消除CO气泡的生成。凡是入炉的一切材料，与钢液直接触所有耐火材料，如盛钢桶、中间罐等及保护 渣，覆盖剂等必须干燥，以减少氢的来源。如不锈钢中含氢量大于6义109铸坯的皮 下气泡数量骤然大增。采用全程保护浇注，若用油作润滑剂时应控制合适的给油量。选用合适的精炼方式降低钢中气体含量。中间罐塞棒的吹气量

18、不要过大，控制合适。3 .连铸坯内部质量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，即钢液凝固过程中所形成的等轴晶和 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是密切相关的。3.1 中心偏析钢液在凝固过程中，由于溶质元素在固液相中的再分配形成了铸坯化学成分的不 均匀性，中心部位3(C)、3 (P), G) (S)含量明显高于其他部位，这就是中心偏析, 中心偏析往往与中心疏松和缩孔相伴存在的，从而恶化了钢的力学性能，降低了钢的韧 性和耐蚀性，严重的影响产品质量。中心偏析是由于铸坯凝固末期，尚未凝固富集偏析元素的钢

19、液流动造成的。铸坯 的柱状晶比较发达，凝固过程常有“搭桥”发生。方坯的凝固末端液相穴窄尖，“搭桥” 后钢液补缩受阻，形成“小钢锭”结构。因而周期性，间断地出现了缩孔与偏析。板坯 的凝固末端液相穴宽平，尽管有柱状晶“搭桥”，钢液仍能进行补充；当板坯发生鼓肚 变形时，也会引起液相穴内富集溶质元素的钢液流动，从而形成中心偏析。为减小铸坯 的中心偏析，可采取以下措施：降低钢中易偏析元素3（P）、（，）（S）的含量。应采用铁水预处理工艺，或盛钢 桶脱硫，将3（S）量降到0.01%以下。控制低过热度的浇注，减小柱状晶带的宽度，从而达到控制铸坯的凝固结构。采用电磁搅拌技术，消除柱状晶''搭桥

20、"，增大中心等轴晶区宽度，达到减轻或 消除中心偏析，改善铸坯质量。防止铸坯发生鼓肚变形，为此二冷区夹辑要严格对弧；宽板坯的夹短最好采用 多节轻，避免夹混变形。在铸坯的凝固末端采用轻压下技术，来补偿铸坯最后凝固的收缩，从而抑制残 余钢水的流动，减轻或消除中心偏析。在铸坯的凝固末端设置强制冷却区。可以防止鼓肚，增加中心等轴晶区，中心偏析大为减轻，效果不亚于轻压下技术。强制冷却区长度与供水量可根据浇注需 要进行调节。3.2 中心疏松在铸坯的断面上分布有细微的孔隙，这些孔隙称为疏松。分散分布于整个断而的 孔隙称为一般疏松，在树枝晶间的小孔隙称为枝晶疏松；铸坯中心线部位的疏松即中心 疏松。一般

21、疏松和枝晶疏松在轧制过程中均能焊合：惟有中心疏松伴有明显的偏析，轧 制后，完全不能焊合。如不锈钢其断面压缩比虽达1:16,仍然不能消除中心疏松缺陷： 若中心疏松和中心偏析严重时，还会导致中心线裂纹：在方坯上还会产生中心星状裂纹。 中心疏松还影响着铸坯的致密度。根据钢种的需要控制合适的过热度和拉坯速度；二冷区采用弱冷却制度和电磁搅 拌技术，可以促进柱状晶向等轴晶转化,是减少中心疏松和改善铸坯致密度的有效措施， 从而提高铸坯质量。3.3 内部裂纹铸坯从皮下到中心出现的裂纹都是内部裂纹，由于是在凝固过程中产生的裂纹， 也叫凝固裂纹。从结晶器下口拉出带液心的铸坯，在弯曲、矫直和夹辐的压力作用下， 于凝

22、固前沿薄弱的固液界面上沿一次树枝晶或等轴晶界裂开，富集溶质元素的母液流入 缝隙中，因此这种裂纹往往伴有偏析线，也称其为“偏析条纹”。在热加工过程中“偏 析条纹”是不能消除的，在最终产品上必然留下条状缺陷，影响钢的力学性能，尤其是 对横向性能危害最大。3.3.1 皮下裂纹一般在距铸坯表面20mm以内，与表面相垂直的细小裂纹，都称其为皮下裂纹。 裂纹大都靠近角部，也有在菱变后沿断面对角线走向形成的。主要是由于铸坯表面层温 度反复变化导致相变，沿两相组织的交界面扩展而形成的裂纹。3.3.2 矫直裂纹带液心的铸坯进入矫直区，铸坯的内弧表而受张应力作用，矫直变形率超过了凝 固前沿固液界而的临界允许值，从

23、晶间裂开，形成裂纹。3.3.3 压下裂纹压下裂纹是与拉转压下方向相平行的一种中心裂纹。当压下力过大时，既使铸坯 完全凝固也有可能形成裂纹。3.3.4 中心裂纹在板坯横断面中心线上出现的裂纹，并伴有P、S元素的正偏析，也称其断而裂纹。 在加热过程中裂纹表面被氧化，将使板坯报废。这种缺陷很少出现，一旦出现危害极大。3.3.5 中心星状裂纹在方坯断而中心出现呈放射状的裂纹为中心星状裂纹，其形成原因主要是：由于 凝固末期液相穴内残余钢液凝固收缩，而周围的固体阻碍其收缩产生拉应力，中心钢液 凝固又放出潜热而加热周闱的固体而使其膨胀，在两者综合作用下，使中心区受到破坏 而导致放射性裂纹。为减少铸坯内部裂纹

24、应采取以下措施：对板坯连铸机可采用压缩浇铸技术，或者应用多点矫直技术、连续矫直技术均 能避免铸坯内部裂纹发生。二冷区夹掘掘距要合适，要准确对弧，支撑辑间隙误差要符合技术要求。二冷区冷却水分配要适当，保持铸坯表而温度均匀。拉辑的压下量要合适，最好用液压控制机构。4 .连铸坯形状缺陷4.1 鼓肚变形带液心的铸坯在运行过程中，于两支撑辑之间，高温坯壳在钢液静压力作用下， 发生鼓胀成凸而的现象，称之为鼓肚变形。板坯宽而中心凸起的厚度与边缘厚度之差叫 鼓肚量，用以衡量铸坯鼓肚变形程度。高碳钢在浇铸大、小方坯时，于结晶器下口侧面 有时也会产生鼓肚变形，同时还可能引起角部附近的皮下晶间裂纹。板坯鼓肚会引起液

25、 相穴内富集溶质元素钢液的流动，从而加重铸坯的中心偏析；也有可能形成内部裂纹， 给铸坯质量带来危害。鼓肚量的大小与钢液静压力、夹辑间距、冷却强度等因素有密切关系。铸坯液相 穴高度越高，钢液的静压力越大。例如浇铸200mm厚的板坯，拉坯速度在 立式连铸机最终凝固钢水静压力是弧形连铸机的1.5倍。鼓肚量随辑间距的4次方而增 加，随坯壳厚度的3次方而减小，即鼓肚量8 （程间距）3 （坯壳厚度）3。为减少鼓 肚应采取以下措施：降低连铸机的高度，也就是降低了液相穴高度，减小了钢液对坯壳的静压力： 二冷区夹程采用小限距密排列：铸机从上到下辑距应由密到疏布置： 支撑辑要严格对中：加大二冷区冷却强度，以增加坯壳厚度和坯壳的高温强度：防止支撑轮的变形，板坯的支撑掘最好选用多节程。4.2 菱形变形菱形变形也叫脱方。是大、小方坯特有的缺陷。菱形变形是指铸坯的一对角小于90°另一对角大于90 ：两对角线长度之差称为脱方量。用两对角线长度之差与对角 线平均长度之比的百分数来对角线平均长度衡量菱形变形程度。倘若脱方量小于3%时， 方坯的钝角处导出的热量少，角部温度高，坯壳较薄，在拉力的作用下会引起角部裂纹; 如果脱方量大于6%时，铸坯在加热炉内推钢会发生堆钢现象，或者轧制时咬入孔