第八章连铸坯的质量控制

1、l概述概述l铸坯的洁净度铸坯的洁净度l铸坯表面质量及控制铸坯表面质量及控制l铸坯内部质量及控制铸坯内部质量及控制l连铸坯形状缺陷及控制连铸坯形状缺陷及控制l连铸坯的质量概念包括：连铸坯的质量概念包括：铸坯洁净度（钢铸坯洁净度（钢中非金属夹杂物数量，类型，尺寸，分布，中非金属夹杂物数量，类型，尺寸，分布，形态）；铸坯表面质量（纵裂纹，横裂纹，形态）；铸坯表面质量（纵裂纹，横裂纹，星形裂纹，夹渣，气孔等）；铸坯内部质星形裂纹，夹渣，气孔等）；铸坯内部质量（中间裂纹，角部裂纹，偏析等）；铸量（中间裂纹，角部裂纹，偏析等）；铸坯断面形状。坯断面形状。l连铸坯质量控制战略：连铸坯质量控制战略：铸坯洁净度

2、决定于铸坯洁净度决定于钢水进入结晶器之前的各工序；铸坯表面钢水进入结晶器之前的各工序；铸坯表面质量决定于钢水在结晶器的凝固过程；铸质量决定于钢水在结晶器的凝固过程；铸坯内部质量决定于钢水在二冷区的凝固过坯内部质量决定于钢水在二冷区的凝固过程。程。 l连铸坯洁净度评价包括：连铸坯洁净度评价包括： 钢中总氧量；钢中总氧量； 钢中微观夹杂物量钢中微观夹杂物量（50m50m）；）； 钢中大颗粒夹杂物量钢中大颗粒夹杂物量（50m50m）。）。 l连铸凝固速度快，夹杂物长大机会少，连铸凝固速度快，夹杂物长大机会少，尺寸小，不易上浮；尺寸小，不易上浮；l连铸多了中间包，钢液和大气、熔渣、连铸多了中间包，钢液

3、和大气、熔渣、耐火材料接触时间长，易被污染；耐火材料接触时间长，易被污染；l模铸钢锭夹杂物多集中在头尾部，通过模铸钢锭夹杂物多集中在头尾部，通过切头尾可减轻夹杂物危害，而连铸仅靠切头尾可减轻夹杂物危害，而连铸仅靠切头尾难以解决问题。切头尾难以解决问题。l机型。夹杂物在弧形结晶器中易聚集到内弧侧。机型。夹杂物在弧形结晶器中易聚集到内弧侧。可以通过提高钢水净化技术来弥补。可以通过提高钢水净化技术来弥补。l连铸操作。正常浇铸时，主要由钢水洁净度决连铸操作。正常浇铸时，主要由钢水洁净度决定夹杂物的多少。非正常浇铸时，夹杂物有所定夹杂物的多少。非正常浇铸时，夹杂物有所增加（初期钢水被耐火材料污染较严重增

4、加（初期钢水被耐火材料污染较严重;末期涡末期涡流作用会把液面较低的中间包渣吸入结晶器流作用会把液面较低的中间包渣吸入结晶器;换换包期间夹杂物易增多）。包期间夹杂物易增多）。l耐火材料质量。钢液中的耐火材料质量。钢液中的Mn、Al等元素与耐火等元素与耐火材料中的氧化物发生反应形成不能上浮的低熔材料中的氧化物发生反应形成不能上浮的低熔点渣层会残留在铸坯中。点渣层会残留在铸坯中。l提高铸坯洁净度的措施：提高铸坯洁净度的措施：（1）无渣出钢）无渣出钢（2）选择合适的精炼处理方式）选择合适的精炼处理方式 （3）采用无氧化浇铸技术）采用无氧化浇铸技术 （4）充分发挥中间包冶金净化的作用）充分发挥中间包冶金

5、净化的作用 （5）选用优质耐火材料）选用优质耐火材料 （6）充分发挥结晶器的作用）充分发挥结晶器的作用 （7）采用电磁搅拌技术，控制铸流运动）采用电磁搅拌技术，控制铸流运动l控制表面质量的必要性控制表面质量的必要性l表面缺陷的形成表面缺陷的形成l表面裂纹的主要种类表面裂纹的主要种类l液面结壳液面结壳l凹坑和重皮凹坑和重皮l连铸坯表面质量的好坏决定了铸连铸坯表面质量的好坏决定了铸坯在热加工之前是否需要精整；坯在热加工之前是否需要精整；l表面质量是影响金属收得率和成表面质量是影响金属收得率和成本的重要因素；本的重要因素；l表面质量是铸坯热送和直接轧制表面质量是铸坯热送和直接轧制的前提条件。的前提条

6、件。l表面缺陷主要包括：表面裂纹、表面缺陷主要包括：表面裂纹、表面夹渣、深振痕、表面气泡表面夹渣、深振痕、表面气泡和皮下气泡、气孔等。和皮下气泡、气孔等。l原因：主要是受结晶器内钢液原因：主要是受结晶器内钢液凝固（即一次冷却）所控制。凝固（即一次冷却）所控制。l星状裂纹星状裂纹l表面纵、横裂纹表面纵、横裂纹l角部纵裂纹角部纵裂纹l多发生在板坯上下宽面，深度在多发生在板坯上下宽面，深度在1-3mml原因：结晶器铜壁内腔的磨损导致低熔原因：结晶器铜壁内腔的磨损导致低熔 点点Cu渗入钢液。渗入钢液。l预防措施：结晶器内壁镀预防措施：结晶器内壁镀Cr（不适合做（不适合做较厚的镀层）或较厚的镀层）或Ni

7、（适于做较厚的镀（适于做较厚的镀层），能有效的隔绝层），能有效的隔绝Cu渗入钢液。渗入钢液。l多发生在板坯宽面中央部位。多发生在板坯宽面中央部位。l原因：初生坯壳厚度不均匀，在坯壳原因：初生坯壳厚度不均匀，在坯壳薄的地方应力集中，当应力超过坯壳薄的地方应力集中，当应力超过坯壳的抗拉强度时会产生裂纹。的抗拉强度时会产生裂纹。l影响因素：影响因素： 1、钢水成分，硫、磷的含量过高；、钢水成分，硫、磷的含量过高； 2、浇铸温度高；、浇铸温度高； 3、浇铸速度大；、浇铸速度大； 4、板坯宽度过大；、板坯宽度过大； 5、保护渣粘度不合理；、保护渣粘度不合理； 6、结晶器液面波动过大；、结晶器液面波动过大

8、； 7、铸坯横向冷却不均匀。、铸坯横向冷却不均匀。l预防措施：预防措施： 1、降低钢水中硫磷含量；、降低钢水中硫磷含量； 2、适当降低浇铸温度和浇铸速度；、适当降低浇铸温度和浇铸速度； 3、控制结晶器的液面波动；、控制结晶器的液面波动； 4、检查冷却水；、检查冷却水； 5、选择合适黏度的保护渣。、选择合适黏度的保护渣。l原因：多发生在高碳钢中，当钢坯处于原因：多发生在高碳钢中，当钢坯处于 高温脆性区时对其进行矫直所致。高温脆性区时对其进行矫直所致。 l影响因素：影响因素： 1、结晶器振动不良；、结晶器振动不良； 2、辊子偏心；、辊子偏心； 3、铸坯导向系统不对正；、铸坯导向系统不对正； 4、铸

9、坯角部冷却过强。、铸坯角部冷却过强。l预防措施：预防措施： 1、提高结晶器振动频率，保证振动精度、提高结晶器振动频率，保证振动精度 和稳定性；和稳定性； 2、降低矫直温度，避开高温脆性区；、降低矫直温度，避开高温脆性区； 3、保证铸坯导向系统的稳定运行；、保证铸坯导向系统的稳定运行； 4、铸坯角部适当弱冷。、铸坯角部适当弱冷。l发生在距角部发生在距角部30-50mm的宽面上，常出的宽面上，常出 现在方坯中。现在方坯中。l发生几率随拉速的增加而增加。发生几率随拉速的增加而增加。l原因：结晶器窄边锥度与宽边方向上的坯原因：结晶器窄边锥度与宽边方向上的坯壳收缩量不一致，进入二冷区后会进一步壳收缩量不

10、一致，进入二冷区后会进一步扩大。扩大。 l预防措施：增加结晶器窄边锥度，使其与预防措施：增加结晶器窄边锥度，使其与宽边方向上的坯壳收缩量保持一致。宽边方向上的坯壳收缩量保持一致。l液面结壳是指在结晶器内钢水表面之上，保液面结壳是指在结晶器内钢水表面之上，保护渣层下边漂浮着浮冰似的钢壳。护渣层下边漂浮着浮冰似的钢壳。 结壳厚度与其在液面上的停留时间有关，有结壳厚度与其在液面上的停留时间有关，有的可达的可达300mm厚。厚。l产生原因：液面附近温度低，钢水不活动。产生原因：液面附近温度低，钢水不活动。l可以合理设计浸入式水口侧孔角度改善。可以合理设计浸入式水口侧孔角度改善。l判断标准：常用振痕的不

11、规律性，粗大的夹判断标准：常用振痕的不规律性，粗大的夹杂和大孔洞等标志判断。杂和大孔洞等标志判断。l铸坯初始凝固所形成坯壳厚度的不均匀，铸坯初始凝固所形成坯壳厚度的不均匀，坯壳与器壁的摩擦导致铸坯表面形成皱坯壳与器壁的摩擦导致铸坯表面形成皱纹，严重的呈现为山谷状的凹陷，即凹纹，严重的呈现为山谷状的凹陷，即凹坑。铁素体钢发生凹坑的几率较大。坑。铁素体钢发生凹坑的几率较大。l形成凹坑之处的冷却速度较低，导致组形成凹坑之处的冷却速度较低，导致组织粗糙化，易造成显微偏析和裂纹。织粗糙化，易造成显微偏析和裂纹。l铸坯拉出的过程中，若横向凹陷处渗漏铸坯拉出的过程中，若横向凹陷处渗漏出来的钢水能够重新凝固，

12、即形成重皮。出来的钢水能够重新凝固，即形成重皮。否则导致漏钢事故的发生。否则导致漏钢事故的发生。l结晶器上下振动时，在铸坯表面形成结晶器上下振动时，在铸坯表面形成周期性的和拉坯方向垂直的振动痕迹。周期性的和拉坯方向垂直的振动痕迹。较深（大于较深（大于0.5mm）时，振痕谷部会）时，振痕谷部会形成缺陷，危害成品质量。形成缺陷，危害成品质量。l振痕深度与振动参数、含碳量、保护振痕深度与振动参数、含碳量、保护渣性能及结晶器液面波动状态等因素渣性能及结晶器液面波动状态等因素有关。有关。l形成原因：凝固过程中，钢中氧、氢、氮形成原因：凝固过程中，钢中氧、氢、氮和碳等元素在凝固界面富集，当其生成的和碳等元

13、素在凝固界面富集，当其生成的CO、H2、N2等气体的总压力大于钢水静等气体的总压力大于钢水静压力和大气压力之和时，即有气泡产生。压力和大气压力之和时，即有气泡产生。l漏出表面的称为表面气泡；潜伏在表面下漏出表面的称为表面气泡；潜伏在表面下边又靠近表面的称为皮下气泡。边又靠近表面的称为皮下气泡。l为了防止表面气泡的生成，首要条件是控为了防止表面气泡的生成，首要条件是控制钢中的总气体含量。制钢中的总气体含量。l表面夹渣多为表面夹渣多为Si-Mn系夹渣，会造成系夹渣，会造成表面条纹缺陷；皮下夹渣多为表面条纹缺陷；皮下夹渣多为Al2O3系细小夹渣，是深冲薄板钢表面质量系细小夹渣，是深冲薄板钢表面质量降

14、低的主要原因。降低的主要原因。l主要影响因素：钢水纯净度，保护渣主要影响因素：钢水纯净度，保护渣的化学组成、物理性能及液面波动状的化学组成、物理性能及液面波动状态。态。l定义定义l内部缺陷的形成原因内部缺陷的形成原因l内部裂纹的主要种类内部裂纹的主要种类l减少内部裂纹的措施减少内部裂纹的措施l铸坯的内部质量铸坯的内部质量是指铸坯是否具是指铸坯是否具有正确的凝固结构（凝固过程中有正确的凝固结构（凝固过程中形成的等轴晶和柱状晶的比例）、形成的等轴晶和柱状晶的比例）、偏析程度，内部裂纹、夹杂物含偏析程度，内部裂纹、夹杂物含量及分布状况等。量及分布状况等。l内部缺陷主要包括内部裂纹、中内部缺陷主要包括

15、内部裂纹、中心偏析、中心疏松、非金属夹杂心偏析、中心疏松、非金属夹杂物。物。l原因：内部缺陷的形成与二冷区原因：内部缺陷的形成与二冷区的冷却及支撑系统密切相关。的冷却及支撑系统密切相关。 l内部横向裂纹内部横向裂纹l内部纵向裂纹内部纵向裂纹l拉伸力作用到凝固界面拉伸力作用到凝固界面l造成柱状晶的晶间开裂造成柱状晶的晶间开裂l偏析元素富集的钢液填充到开裂偏析元素富集的钢液填充到开裂的空隙中的空隙中l形成原因：坯壳受挤压发生变形形成原因：坯壳受挤压发生变形l主要影响因素：主要影响因素： 1、铸坯所受弯曲力和矫直力过大；、铸坯所受弯曲力和矫直力过大； 2、支撑辊对正不良；、支撑辊对正不良； 3、辊子

16、偏心；、辊子偏心； 4、钢水含硫量过大。、钢水含硫量过大。l包括中心线裂纹、三角区裂纹和角部裂纹包括中心线裂纹、三角区裂纹和角部裂纹 l形成原因：液相穴末端板坯鼓肚；形成原因：液相穴末端板坯鼓肚； 板坯宽面、窄面鼓肚板坯宽面、窄面鼓肚 l主要影响因素：主要影响因素： 1、浇铸速度过快；、浇铸速度过快； 2、浇铸温度过高；、浇铸温度过高； 3、钢水含硫量过大；、钢水含硫量过大； 4、结晶器锥度太小；、结晶器锥度太小； 5、铸流不对正。、铸流不对正。l采用多点矫直技术以弥补单点矫直的采用多点矫直技术以弥补单点矫直的不足不足l二冷区采用合适的夹辊辊距，支撑辊二冷区采用合适的夹辊辊距，支撑辊准确对弧准

17、确对弧 l二冷区水量、水压分配适当，保持铸二冷区水量、水压分配适当，保持铸坯表面温度均匀坯表面温度均匀 l最好采用液压控制机构控制压下量最好采用液压控制机构控制压下量l连铸坯的中心部位形成的元素富集的偏析带。连铸坯的中心部位形成的元素富集的偏析带。l形成原因：冶金因素和机械因素。形成原因：冶金因素和机械因素。 冶金因素影响的形成阶段冶金因素影响的形成阶段- 柱状晶的生长；柱状晶的生长； 由于某些工艺因素的影响使得柱状晶的生由于某些工艺因素的影响使得柱状晶的生长变得很不稳定；长变得很不稳定； 优先生长的柱状晶在铸坯中心相遇，形成优先生长的柱状晶在铸坯中心相遇，形成“晶桥晶桥”； “晶桥晶桥”形成

18、后上部钢水受阻不能对下部形成后上部钢水受阻不能对下部钢水的凝固收缩进行及时补充。钢水的凝固收缩进行及时补充。l机械因素主要是铸坯机械因素主要是铸坯“鼓肚鼓肚”。发生。发生鼓肚时，铸坯中心产生了相当于负压鼓肚时，铸坯中心产生了相当于负压的抽力作用，此时二相区内被偏析元的抽力作用，此时二相区内被偏析元素富集的不纯钢液，被吸向心部形成素富集的不纯钢液，被吸向心部形成中心偏析带。中心偏析带。l浇铸温度。温度高，柱状晶发达，偏析浇铸温度。温度高，柱状晶发达，偏析严重；温度低，等轴晶发达，偏析轻微。严重；温度低，等轴晶发达，偏析轻微。l拉坯速度。拉速增大，偏析严重。拉坯速度。拉速增大，偏析严重。l含碳量。

19、中碳钢偏析最轻，低碳钢和高含碳量。中碳钢偏析最轻，低碳钢和高碳钢较为严重。碳钢较为严重。l断面大小和形状。随断面增大偏析区宽断面大小和形状。随断面增大偏析区宽度减小；板坯较方坯的偏析程度轻。度减小；板坯较方坯的偏析程度轻。l预防措施：预防措施： 1、液相穴末端采用收缩辊缝；、液相穴末端采用收缩辊缝； 2、改善铸坯导向支撑系统；、改善铸坯导向支撑系统； 3、更换弯曲辊子；、更换弯曲辊子； 4、调整浇铸温度和速度；、调整浇铸温度和速度； 5、维持正确的结晶器锥度；、维持正确的结晶器锥度； 6、检查喷水冷却系统；、检查喷水冷却系统； 7、降低钢水硫含量。、降低钢水硫含量。l菱形变形菱形变形l圆柱坯变

20、形圆柱坯变形l鼓肚变形鼓肚变形l定义：大、小方坯的一对角小于定义：大、小方坯的一对角小于 9090，另一对角大于，另一对角大于9090, , 也叫脱方。两对角线长度也叫脱方。两对角线长度 之差称为脱方量。之差称为脱方量。l应对菱形变形的措施：应对菱形变形的措施：（1 1）控制好钢液成分）控制好钢液成分 （2 2）一冷最好用软水冷却）一冷最好用软水冷却（3 3）保持结晶器内腔为正方形，以保）保持结晶器内腔为正方形，以保证证 凝固坯壳形状规正凝固坯壳形状规正（4 4）结晶器锥度恰当）结晶器锥度恰当（5 5）结晶器以下的）结晶器以下的600mm600mm距离要严格距离要严格 对弧，并确保二冷区的均匀冷却对弧，并确保二冷区的均匀冷却l定义：圆坯变形成椭圆形或不规则多边定义：圆坯变形成椭圆形或不规则多边 形。圆坯直径越大，变成随圆的倾向越形。圆坯直径越大，变成随圆的倾向越严重。严重。 l椭圆变形原因：椭圆变形原因：（1）