连铸坯质量及控制技术课件

1、连铸坯质量及控制技术1 连铸技术发展2 连铸工艺原理3 连铸设备4 连铸坯质量概述 5 提高连铸机生产率技术6 结语目 录生产过程对环境更加友好21世纪钢铁工业发展趋势产品更加纯洁化生产工艺更加高效低耗1 连铸技术发展浇 铸 方 式 模铸：传统生产主要采用模铸，分上注法和下注法。目前仅部分高合金钢或超大锭还采用连铸：将金属液连续地通过结晶器发生连续凝固得到固态钢坯的生产技术。最早在有色合金中使用，提出结晶器负滑脱振动技术解决铸坯与结晶器的粘连问题后，1951年开始进行钢铁的连铸生产。发达国家八十年代初连铸比超过模铸比，目前连铸比已普遍达到90%以上薄板坯连铸连轧（1）19世纪中叶H.Besse

2、mer提出了连续浇注金属的构想；（2）1933年，现代连铸的奠基人S.Junghans提出并发展了结晶器振动装 置，奠定了连铸的工业应用的基础；（3）本世纪30年代，连铸成功应用于有色金属；（4）1950年，S.Junghans和Mannesmann公司合作，建成 世界上第一台工业连铸机；（5）50年代，工业应用时期；到50年代末，有连铸机30台，产量110t，连铸比0.34%.（6）60年代，稳步发展时期；到60年代末，有连铸机200余台，产量4000万t.（7）70年代，迅猛发展时期；1981年连铸比33.8%.（8）80年代，完全成熟时期；1990年连铸比64.1%；（9）90年代，近终

3、型连铸技术时代连铸技术的发展历史 高效凝固优化成型化学冶金物理冶金节能连续铸钢的特点连铸的优越性提高钢材质量，连铸产品的均一性好，质量好；简化生产工序，缩短流程。降低建设投资约40%，减少占地面积约30%，节约劳动力约70%提高金属收得率。无集中缩孔故无需切头去尾，理论收得率为100%，模铸从钢水到成坯的收得率大约8488，连铸为9596，比模铸提高10%以上降低能耗：连铸节能主要是省去了开坯工序，以及提高成材率。生产一吨钢坯比模铸可以节能6271046kJ，相当于21.435.7kg标准煤。加上综合成材率的提高，可以节能约130kg标准煤，节能1/4至1/2；生产过程机械化、自动化程度明显提

4、高；连铸明显简化生产工序模铸与连铸工序比较工艺过程炼钢铸锭均热初轧开坯连铸钢坯清理加热轧制轧钢燃料消耗109J/t1模铸钢锭冷装轧制ICCCROOOOOOO2.012模铸钢锭开坯后直接轧制ICDROOOOO0.923连铸坯冷装炉轧制CCCCROOOOO1.344连铸坯热送轧制CCHCROOOO0.8785连铸坯直接热装炉轧制CCDHCROOOO0.3346连铸坯直接轧制CCDROO角部补热O炼钢轧钢不同生产流程的轧钢能耗比较连续铸钢过程基本特点如下 （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2 连铸工艺原理连铸凝

5、固过程示意图凝固示意图以20钢为例，钢水凝固冷却到室温放出热量是：过热 25.2 kJ/kg潜热 328 kJ/kg显热 958 kJ/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，经过钢水凝固热平衡计算，得出以下概念： 1） 钢水从结晶器二冷区辐射

6、区大约有40%热量放出来，铸坯才能完全凝固。这部分热量放出的速度决定连铸机生产率和铸坯质量；2） 铸坯切割后大约还有60%热量放出来，为了利用这部分热量，以节约能源，成功开发了：铸坯热装热送工艺：铸坯入加热炉温度越高，则节能越多。铸坯500热装入炉节能0.25106 kJ/t，800热装，节能为0.514106 kJ/t；直接轧制工艺：直接轧制比铸坯冷装加热轧制节能8085，大大缩短生产周期。如薄板坯连铸连轧工艺（CSP 、FTSC）（2）连铸坯凝固是沿液相穴在凝固温度内把液体转变为固体的加工过程图 连铸坯凝固示意图 如图4所示，带液芯的铸坯，以一个固定速度在连铸机内沿弧形轨道运动。沿液相穴固

7、/液界面把热量放出传给外界。可看成是在凝固温度区间（TL-Ts）把液体转变为固体加工过程。然而在固液界面的临界高温强度为13 N/mm2，临界塑性应变为0.20.4%。当凝固坯在铸机运行过程中，受到外部应力作用（如热应力、鼓肚力、弯曲力、矫直力）超过了上述的临界值，在铸坯固/液界面就产生裂纹直到凝固壳能抵抗外力为止。 （3）连铸机凝固是分阶段的凝固过程 从结晶器弯月面凝固终点的很长的液相穴上，铸坯凝固分为三个阶段：钢水在结晶器形成初生坯壳在二冷区接受喷水冷却，使坯壳稳定生长液相穴末端的凝固坯壳加速生长由于铸坯分阶段凝固，故可以在结晶器、二冷区和凝固末端采用不同的技术措施来改善铸坯质量。如电磁搅

8、拌（EMS）可以安在结晶器、二冷区和凝固末端的不同区域，以获得不同的冶金效果。 （4）在连铸机内运行的已凝固坯壳的冷却可看成是经历“形变热处理”过程 带液芯坯壳在连铸机运行过程中，坯壳承受：外力作用（如拉应力、机械力、鼓肚力）使坯壳发生变形坯壳温度变化，发生了的反复相变，相当于“热处理”，影响铸坯质量上述四个方面现象是相互联系和相互制约的。只有深入认识其规律性，才能在设备和工艺上制定正确的对策，使连铸机达到生产效率高和铸坯质量好的目的。连铸机的机型（1） 按外形分类；3 连铸设备（2）按铸坯断面分类机型最大断面mmmm最小断面mmmm经常浇注断面mmmm板坯300264031025001302

9、50180700300200大方坯600600200200250250450450240280400560小方坯16016055559090150150圆坯450100200300异性坯工字型460460120中空坯450/6100椭圆型120140（3）按钢液压头分类机型H/D结晶器型式铸机型式高头50直型立式或立弯式标准头4050直型或弧型带直线段的弧型或弧型低头2040弧型弧型或椭圆型超低头20弧型椭圆型（1）立式连铸机 结晶器、二冷段、拉坯和剪切沿垂直方向排列 无弯曲变形、裂纹少 占地面积少 夹杂物容易上浮 二冷均匀、简单机型的特点不能延长冶金长度、生产率低钢液静压大，容易产生鼓肚（2

10、）立弯式连铸机结晶器下有垂直段，钢水完全凝固或接近完全凝固时定点弯曲进入圆弧段。机身高度比立式低，钢水静压小；有垂直段，夹杂物容易上浮且分布均匀；水平出坯，可以适当加长机身，提高拉速；二次冷却结构较简单同弧形连铸机相比，占地面积相当，厂房高度高，投资较大；铸坯在一点弯曲，一点矫直，容易形成裂纹；要求全凝固矫直，限制了生产率。（3）多点弯曲立弯式连铸机 有垂直段，夹杂物容易上浮，具有立弯 式连铸机的优点； 多点弯曲。减小应力集中，裂纹少； 可在未完全凝固进入弧形段，故可以 提 高生产率，增大拉速。 分为弧形结晶器和直结晶器两种 机身高度为立式连铸机的1/21/3, 占地面积和立弯式相同，基建费用

11、低； 钢液静压小，铸坯质量好（鼓肚、裂纹 少）； 加长机身容易，可高速浇铸，生产率高；（4）弧形连铸机机器设备占地面积较立式大；内弧夹杂物容易集聚；弧形结晶器加工较复杂；直结晶器在出口处为弧形和直线切点，容易漏钢。（5）椭圆型连铸机（超低头连铸机） 机身高度低，厂房高度降低； 多次变形，每次变形量不大，铸坯质 量好； 钢液静压小，坯壳鼓肚量小，质量好。结晶器内夹杂物不能上浮分离，且内弧集聚；多半径，连铸机的对弧、安装、调整困难，设备较复杂。连铸机的主要设备（1）钢包及支撑装置 钢包：钢液的载体耐腐蚀、保温性好钢液容易控制，控制可靠 钢包回转台钢包(ladle)用于盛放钢液并进行精炼和浇铸的容器

12、，一般应与炼钢炉出钢量匹配，钢包通过滑动水口开启关闭来调节钢液注流 承托钢包采用钢包回转台或钢包支架，现还配备吹氩、调温、倾翻倒渣、加盖保温等功能（2）中间包及其支撑装置 中间包 储存钢液（换钢包） 分配钢液 （分流） 保温，均匀成分 保护作用，减少对坯壳的冲击 中间包冶金 挡墙、吹气、过滤及加热 中间包小车中间包(tundish)起减压、稳流、去渣、贮钢、分流等作用，容量是钢包的2040%，其结构应具有较小的散热面积和良好的保温性能，断面形状多为矩形、椭圆等，设有包盖以保温并防止烘烤钢包底，包盖上开有注入孔和塞棒孔。塞棒与水口配合控制注流，浸入式水口加保护渣进行保护浇注。钢液在中间包中停留时

13、间约810min广泛采用中间包冶金，包括多孔导流挡渣墙、中间包过滤器、加热、惰性气体喷吹、预熔型中间包渣、活性钙内壁、中间包喂丝等（3）结晶器及其振动装置 结晶器：在连铸生产中，高拉速条件下保证有均匀的坯壳厚度而不致拉漏。良好的导热性钢液和内壁不粘结有一定刚度结构简单，重量轻薄板坯连铸结晶器薄板坯连铸结晶器立弯式,德马克ISP漏斗形,西马克CSP凸透镜形,达涅利FTSR平板式,奥钢联Controll结晶器是连铸设备最重要的部件，钢液在其中冷却凝固成有一定坯壳厚度的带液芯铸坯，并能被连续地拉出而进入二冷区。结晶器应具有良好的导热性和刚性、耐磨性按外形可分为立式、立弯式、直弧形以及弧形。按结构可分

14、为管式和组合式，管式多用于小方坯连铸而组合式多用于大方坯、板坯、矩形坯结晶器参数结晶器长度：铸坯出结晶器下口时可得到的坯壳厚度对大截面铸坯要求大于15mm，而对小断面铸坯要求大于810mm，由此，根据大量实践结果，结晶器长度应为700900mm，为适应高拉速的需要，则可增大到900mm，也有采用1200mm结晶器锥度：结晶器铜板内腔应上大下小以保证凝固收缩需要，这就是结晶器锥度结晶器材质与寿命：多采用铜合金制作结晶器内壁，可镀一层合金镀层以提高寿命结晶器内壁润滑：润滑油润滑、保护渣润滑结晶器液面控制：同位素法居多结晶器振动结晶器振动在连铸过程中具有重要作用。结晶器的上下往复运动，实际上起到了脱

15、模的作用。坯壳与铜板间的粘附力因结晶器振动而减小；结晶器向下运动时，由于“负滑脱”作用而愈合坯壳表面裂痕，有利于获得良好的表面质量结晶器振动主要有正弦振动和非正弦振动两种方式正弦振动方式采用高频率、小振幅、较大的负滑脱量较为有利 振动装置 作用： 防止初生坯壳金额结晶器壁粘结 避免拉漏坯壳 改善表面质量 振动方式： 同步振动 负滑脱振动 正弦振动（4）二次冷却区 作用：继续冷却支撑导向 要求： 冷却效率高，传热快 均匀冷却，表面温度均匀 支撑导向部件有足够的强度和刚度 各段对中准确 快速更换二次冷却铸坯从结晶器出来到完全凝固这一过程称为二次冷却，连铸装置的这一区域称为二冷段或二冷区二冷区作用：

16、带液芯铸坯通过喷水或喷气水直接冷却而快速凝固；对未完全凝固的铸坯起到支撑导向作用；在上引锭杆时对引锭杆起到支撑导向作用；采用直结晶器的弧形连铸机，二冷区把直坯弯成弧形坯；对椭圆形连铸机，二冷区又是分段矫直区；采用多辊拉矫时，二冷区的部分夹辊又是驱动辊，起到拉坯作用二次冷却采用水喷雾冷却和气喷雾冷却两种方法，压力喷嘴的布置应保证均匀冷却，喷嘴数量沿铸坯长度方向由多到少（5）铸坯导向和拉坯矫直机 作用：拉坯矫直送引锭杆，调节拉速 引锭杆作用：开浇时的凝固底板传递拉坯力 引锭杆形式：挠性刚性拉坯矫直装置早期为单一拉坯辊和单一矫直辊装在一起，称为拉矫机；而目前多采用多辊拉矫机，驱动辊已延伸至弧形区和水

17、平区，拉坯力已分散到多组辊上要求：足够拉坯力；较大范围内调节拉速；足够矫直力小方坯一般为单点矫直，大方坯和板坯采用带液芯多点矫直多辊拉矫机结构（6）切割装置 作用：定尺、切割。 方式：火焰、机械 火焰切割 设备轻，不受断面限制，切口齐，有金 属损耗； 机械切割： 切割速度快无金属损耗操作安全可靠设备投资大，重量较大。连铸操作工艺钢液温度控制：中间包钢液过热度必须严格控制，一般在520之间钢液成分控制：特别是杂质元素及夹杂物钢包浇铸：敞开式浇铸、保护浇铸中间包浇铸：流入中间包的钢水达到1/2高度时可开浇，有塞棒开浇和定径水口开浇两种方式连铸机启动控制、拉速控制、冷却水控制、二冷控制多炉连浇 铸坯

18、裂纹是影响连铸机产量和铸坯质量的主要缺陷。据统计铸坯各类缺陷中的50为裂纹。铸坯出现裂纹，重者会导致漏钢和废品，轻者需进行精整。 4、连铸坯质量概述 带液芯的铸坯在连铸机内运行和凝固过程中为什么会产生裂纹，这是一个复杂的问题。当外力作用于带液芯的坯壳上，究竟是否产生裂纹决定于钢的高温力学行为、凝固的冶金行为和铸机设备运行状态。就裂纹而言，可分为铸坯表面裂纹和铸坯内部裂纹两类。 图 铸坯表面裂纹类型 1横向角部裂纹 2纵向角部裂纹 3横裂纹 4宽面纵向裂纹 5星形裂纹 6深振痕表面裂纹 纵裂纹 横裂纹 网状裂纹 皮下针孔 表面裂纹是在结晶器弯月面区域，由于钢水坯壳铜板保护渣之间不均衡凝固产生的。

19、决定于钢水在结晶器中的凝固过程。它会导致轧制板材表面的微细裂纹，影响产品表面质量。(2)铸坯内部裂纹中间裂纹矫直裂纹角部裂纹中心线裂纹三角区裂纹皮下裂纹图 铸坯内部裂纹示意图1角裂；2中间裂纹；3矫直裂纹；4皮下裂纹；5中心线裂纹；6星状裂纹内部裂纹是带液芯的坯壳在二冷区凝固过程中产生的。它会影响中厚板的力学性能和使用性能。连铸坯裂纹的形成是一个非常复杂的过程，是传热，传质和应力相互作用的结果。为什么会产生裂纹产生裂纹外因:带液芯的高温铸坯在连铸机运行过程中，各种力作用于高温坯壳上产生变形，超过了钢的允许强度和应变产生裂纹的内因:钢对裂纹敏感性产生裂纹的条件:而连铸机设备和工艺因素图 产生裂纹

20、因素示意图高温带液芯铸坯在结晶器运行过程中是否产生裂纹，主要决定于： 1）外力作用 结晶器坯壳与铜板摩擦力 钢水静压力产生鼓肚 喷水冷却不均匀产生热应力 铸坯弯曲或矫直力 支承辊不对中产生的机械力 相变应力当这些力作用在高温铸坯表面或凝固前沿产生的应力或应变量超过钢的临或临时就产生裂纹，然后在二冷区裂纹进一步扩展。图 鼓肚现象2）钢的高温性能如图所示，钢可分为三个延性区： 区凝固脆性区（Tm-1350） 区高温塑性区（1300-1000） 区低温脆化区（900-600） 区使铸坯产生内裂纹，区使铸坯产生表面裂纹。3）工艺性能低过热度浇注杂质元素含量（S、P、Cu、Sn、Zn）合适的二冷水量和铸

21、坯表面温度分布坯壳与结晶器铜板良好的润滑性结晶器液面的稳定性结晶器内坯壳均匀生长4）设备性能结晶器锥度结晶器的振动（振动频率f，振幅S，负滑脱时间tN）气水喷雾冷却对弧准确，防止坯壳变形（对弧误差0.5mm）在线检测支承辊开口度(0.5mm)支承辊变形多点矫直或连续矫直多节辊压缩浇注下面是某厂板坯表面裂纹的实物照片表面纵向裂纹 角部纵裂纹 表面横裂纹角部横裂纹 表面星状裂纹管线钢铸坯皮下网状裂纹 翘皮缺陷宏观照片 板坯表面纵裂纹特征 表面纵裂纹可能发生在板坯宽面中心区域或宽面到棱边的任一位置产生。 以2501200mm（C=0.08%）板坯为例： 细小纵裂纹：宽度1-2mm，深度3-4mm，长

22、100mm左 右。 宽大纵裂纹：宽度10-20mm，深度20-30mm，长度有几米，严重时会贯穿板坯而报废铸坯表面纵裂纹形成以及防止 综合分析表明纵裂纹有以下特征：（1） 产生纵裂纹的表面常伴有凹陷，纵裂纹的严重性与 表面凹陷相对应。（2） 裂纹沿树枝晶干方向扩展。（3） 裂纹内发现有硅、钙、铝等元素的夹杂物。（4） 在裂纹周围发现有P，S，Mn的偏析（5） 在裂纹边缘出现有一定的脱碳层，说明裂纹是在高 温下形成扩展的。 铸坯表面裂纹与中厚板表面缺陷关系： 板坯表面裂纹15mm深，当压缩比4.26.8，产品裂纹深度为2mm。1000块板坯轧制统计： 轧制厚度 裂纹指数 40mm 11.25 图

23、2-1 板坯表面纵裂纹形貌 板坯横断面低倍检验指出，纵裂纹起源于激冷层薄弱处（约2- 3mm）。 结晶器的模拟试验指出，纵裂纹起源于结晶的弯月面区（几十毫 米到150mm）周边坯壳厚度薄弱处。这说明纵裂纹起源于结晶器 的弯月面区初生凝固壳厚度的不均匀性。由于受力的作用： （1）板坯凝固壳四周温度不均匀而产生的收缩力。 （2）板坯收缩由钢水静压力产生的鼓胀力。 （3）宽度收缩受侧面约束产生的弯曲应力。 这些力的的综合作用在坯壳上，当张应力超过钢的高温允许的强度，则就在坯壳薄弱处萌生裂纹，出结晶器后在二冷区继续扩展。 表面纵裂纹产生的原因在结晶器弯月面区坯壳厚度生长不均匀的主要原因是：（1）包晶相

24、变（L+）收缩特征，气隙过早形成， 导致坯壳生长不均匀。（2）工艺因素影响结晶的坯壳生长不均匀。 显然要防止产生纵裂纹，就是要使结晶的弯月面初生坯壳厚度均匀，避免坯壳产生应力梯度。要做到这点，对于包晶相变的收缩特征是由Fe-C相图决定的，人为无法改变，而重要的是准确控制影响结晶的初生坯壳生长的工艺因素，来防止产生纵裂纹。 影响表面纵裂纹产生的因素（1） 钢水成分 图2 钢中S与裂纹指数的关系 ；图4 含碳量对板坯宽面纵裂纹的影响包晶相变钢转变，收缩大，气隙过早形成，坯壳折皱，结晶器热流不稳定，坯壳厚度生长不均匀性加重。图3 Mn/S对纵裂的影响 （2） 拉速拉速增加，纵裂纹指数增加； 拉速增加

25、，渣膜厚度减少。 图 拉速对纵裂纹的影响 图 拉速对渣膜厚度的影响2 铸坯表面纵裂纹（3） 保护渣 液渣层厚度10mm，纵裂纹增加。 高凝固温度和高结晶器温度的保护渣，减少结晶器弯月面传热可使纵裂发生率减少50%。 图 液渣层厚度对纵裂纹的影响（4） 结晶器液面波动 液面波动60Cal/cm2s（2.1MW/ M2）, 纵裂纹增加；中碳钢（0.11%C），结晶器热流41Cal/cm2s(1.7MW/M2),纵裂纹增加。图 铸坯热流对纵裂指数的影响 2501400mm板坯由图可知：结晶器的宽面铜板平均热流为1.4- 1.6MW/m2 ，侧面平均热流为1.1-.3MW/ m2，板坯表面纵裂纹发生率

26、最小。 图 宽面铜板热流与裂纹的关系 图 侧面铜板热流与裂纹的关系 由图可知，对称铜板热流差值控制在0.05MW/ m2时，板坯表面纵裂纹发生率较小。这说明对称铜板导出热量相同凝固坯壳厚度生长均匀。图 宽面铜板热流差值与裂纹的关系 图 侧面铜板差值与裂纹的关系 侧边铜板热流与宽边铜板热流之比为0.8-0.9时板坯表面纵裂纹最小。如比值太小，说明侧面铜板热流过低，凝固坯壳厚度较薄，钢水静压力作用使侧面鼓胀，加大了宽面坯壳变形，在薄弱处产生微裂纹。如比值过大，说明侧边热流过高，侧边凝固坯壳生长过厚，当宽面鼓胀时，侧边不能随之收缩而导致宽面坯壳薄弱处应力集中产生微细裂纹。 图 侧面热流与宽面热流比值

27、与裂纹关系 结晶器弱冷，有利于减少纵裂纹。某厂板坯结晶器水量减少（由100%降至87%），二冷强度由100%降至80%，纵裂指数由1.92降至0.51。 图 结晶器弱冷对小纵裂纹的影响 （6） 结晶器的锥度 结晶器锥度对纵裂纹的影响如图; 锥度0.8%/m，窄面凹入无角部纵裂。 板坯角部纵裂纹与出结晶器宽面鼓肚有关。宽面鼓肚而窄面随之收缩（凹入），则无角部纵裂纹，而窄面凸出则有角部纵裂纹。 强化足辊宽面冷却，减弱窄面冷却可消除角部纵裂纹。 图 结晶器锥度和钢成分对皮下内裂的影响（断面尺寸240 x240mm,拉速0.7m/min） （7） 结晶器振动 振痕浅，无角部纵裂纹； 振痕深，角部纵裂纹

28、增加； 负滑脱时间值增大，板坯表面纵裂升高；0.20.3s，纵裂降低。（8） 结晶器钢液流动 水口对中，防止产生偏流；水口材质浸蚀，出口流股不对称，造成偏流。水口插入深度合适（9） 结晶器变形 对于小方坯常出现角部纵裂纹（靠近角部棱边或离开角部10-15mm）,它是与凝固前沿热撕裂有关的。它的产生决定于：方坯菱变；结晶器圆角半径R(R大，纵裂沿棱角；R小，纵裂离开角部)；结晶器变形与磨损。 保持结晶器合适锥度，较大的圆角半径（R6-8mm），准确对弧和支承，防止结晶器磨损，均匀的冷却等可消除小方坯角部纵裂。（10）出结晶器下口的冷却 足辊和零段二冷水过强，板坯宽面纵裂加剧，如水流密度由110

29、l/m2.min 降到60 l/m2.min，纵裂指数由2降到零。防止纵裂纹产生的根本措施，就是使结晶器弯月面区域坯壳生长厚度均匀。（1） 结晶器初始坯壳均匀生长 热顶结晶器（弯月面区热流减少5060） 波浪结晶器（弯月面区热流减少1725） 结晶器弱冷 合适结晶器锥度对于板坯：为补偿结晶器宽面凝固壳收缩，窄面给出线性锥度如图所示，应满足：对于方坯：管式结晶器由单锥度（0.6%/m,0.75%/m）多锥度（结晶器上部1.42.3/m，结晶器下部0.60.8/m） 抛物线锥度演变。 控制结晶器窄面热流与宽面热流比值为0.80.9，以减少纵裂纹。调节结晶器水量和进出水温度，控制结晶器弯月面铜板温度

30、为恒定值。防止表面纵裂纹措施（2） 结晶器钢水流动的合理性 液面波动35mm 浸入式水口对中，防止偏流 合理的浸入式水口设计（合适的出口直径，倾角） 合适的水口插入深度（3） 结晶器振动 合适的负滑脱时间tN 合适的频率和振幅 防止振动偏差(纵向，横向0.2mm )（4） 合适的保护渣 对结晶器坯壳表面易产生凹陷（纵裂）和粘结的钢种，选用保护渣的原则是： 凹陷钢（包晶钢） 粘结钢 * 热流控制 * 摩擦力控制 * 固体渣层厚度 * 液渣膜厚度 * 较高熔点 * 低熔点 * 较高粘度 * 低粘度 * 较高结晶温度（高碱度） * 低碱度（玻璃性） 除设计合适的保护渣组成和熔化性能外，在生产上，根据

31、浇注钢种和拉速， 控制好： v（粘度拉速）0.20.4 Pasm/min 结晶器钢液面上液渣层厚度1015mm 均匀渣膜厚度（d = 0.95Vc-0.47） 合适渣子消耗（0.30.5kg/m2，或0.50.7kg/t） 合适的渣圈厚度（5） 出结晶器铸坯运行 结晶器与零段的支撑对弧准确 二次冷却均匀性（6） 调整钢水成分 钢中碳含量避开包晶区，C向下线或上线控制钢中S30 残余元素Cu、As、Zn控制1.3%，在振痕波谷处就产生裂纹。图 钢高温延性示意图 （1） 钢成分 C0.100.15%，坯壳厚度不均匀性强，振痕深，表面易产生凹陷或横裂纹；生产实践表明，C0.150.18%或0.150

32、.20%时，振痕浅了，铸坯边部横裂减少； 降低钢中N，防止氮化物沉淀；（2） 结晶器振动特点 振痕深度增加，横裂纹增加； 振动频率f增加,振痕变浅，横裂纹减少； 负滑脱时间增加，振痕深度增加，方坯tN=0.120.15s，板坯tN=0.20s。 图 振痕深度与横裂纹产生几率的关系影响产生横裂纹因素图 振动频率与振痕深度的关系 图 负滑脱与振痕深度的关系 （3） 结晶器液面波动 结晶器液面波动增加，横裂纹加重。（4） 保护渣性能 保护渣耗量增加，横裂纹减少； 图 结晶器液面波动与角裂发生率的关系图 保护渣消耗量与角裂发生率的关系（5） 合适二冷强度 调整二冷水分布，在矫直前铸坯温度900，避开脆

33、性区； 合适二冷水量并降低铸坯横向中心与边部温度差，尤其是避免角部温度过低。 图 矫直温度与横裂纹关系 （1） 采用高频率,小振幅结晶器振动 负滑脱时间t N与拉速v成正比,与频率和振幅f成反比.为防止横裂纹,就要减浅振痕,则必须降低,要降低,则必须采用高频率 (100400min-1),小振幅(5mm)的结晶器振动机构。（2） 合适的二次冷却水量 根据钢种不同,二冷配水量分布应使铸坯表面温度分布均匀,应尽量减少铸坯表面和边部温度差。采用动态二冷配水模型。（3） 合适保护渣性 保护渣用量和粘度,既要满足减浅振痕,又要防止坯壳粘结.最少为 0.3kg/m2。 防止横裂纹措施（4） 合适铸坯轿直温

34、度，以避开脆性区。（5） 矫直辊水平度管理（图3-10） 矫直辊水平度异常时，铸坯矫直应变比正常大（正常1.19，异常为2.69），使横裂多且深，所以应把辊水平度控制在2mm以内。图 轿直辊水平度对铸坯横裂的影响铸坯表面星形（网状）裂纹特征 裂纹位于铸坯表面被FeO覆盖，经酸洗后才能发现。表面裂纹分布无方向性，形貌呈网状裂纹深度可达1-4mm，有的甚至达20mm。 金相观察表明，裂纹沿初生奥氏体晶界扩展。裂纹中充满FeO，轧制成品板材表面裂纹走向不规则，成弥散分布，细若发丝，深度很浅，最深 达1.1mm。必须进行人工修复。 图 铸坯表面的网状裂纹铸坯表面星形裂纹形成以及防止 铸坯表面星形裂纹沿

35、一次晶界分布，裂纹边界有脱C现象，说明是在结晶器内高温下（1400C）坯壳奥氏体转变之前形成的。对于铸坯表面星状裂纹形成的原因，有不同的观点，大致有以下看法：铸坯表面星形裂纹产生原因 （1） 铜渗透和铜富集铜渗透 结晶器下部。铜板渣层破裂，发生固/固摩擦接触，Cu局部粘附在坯壳上，Cu熔点是1040，Cu熔化沿奥氏体晶界渗透， 晶界破坯而失去塑性，产生热脆现象。在裂纹里发现有铜（Cu=1.6%），也证明了这点。铜富集 钢中含有Cu=0.050.2%，高温铸坯由于Fe氧化，在FeO皮下形成含Cu的富集相 (70% Cu，15%Ni，10%Sn，5% Fe)熔点低，形成液相沿晶界穿行，在高温时(1

36、1001200)具有最大的裂纹敏感性。 （2） 奥氏体晶界沾污 结晶器弯月面初生坯壳,由于转变收缩鼓胀坯壳弯曲在张力和钢水静压力作用下奥氏体晶界裂开,固/液界面富集溶质的液体进入裂纹,加上晶界析出物,污染了晶界成为晶界薄弱点,是产生星状裂纹的起点. 铸坯在运行过程中,进一步受到张力作用(如鼓肚不对中不均匀冷却), 裂纹进一步扩展.（3） 表面凹陷和不规则褶皱（振痕） 板坯表面有凹陷和不规则振痕，清理后，发现有的分布细小裂纹，裂纹深度2mm，发现含有SiAlCaNa的氧化物。在轧材表面会遗传有像头发丝细小裂纹，有时还会发现有Al2O3、SiO2、NaK类似于保护渣。 采用与防止纵向裂纹产生的措施

37、，尤其是控制结晶器振动（高频率，小振幅）和低粘度碱性保护渣，使星形裂纹明显减少（4） H2过饱和析出 试验指出，表面网状裂纹也有不含Cu也不含保护渣，当钢水中 H5.5ppm出现网状裂纹废品，当H10ppm，网状裂纹废品增加 在结晶器的弯月面区，结晶速度很快（冷却速度100/s），凝固初生坯壳H过饱和，当坯壳温度降低时，原子H从固体析出，向晶间的微孔隙扩散变成H2，造成附加应力，再加钢水静压力和收缩力，超过了一定温度下钢的允许强度，则沿晶界断裂，形成网状裂纹。 降低钢中H，降低S,提高Mn/S比，可使网状裂纹明显减少。（5） 晶间硫化物脆性树枝晶间富集S奥氏体晶界富集有（Fe,Mn）S(Mn

38、28-29%,Fe34-35%,S 36%), 熔点980-1000，晶界形成硫化物液体薄膜， 在外力作用下形成网状裂纹。 降低S，提高Mn/S比，延长加热时间，提高加热温度，使晶界（Fe,Mn ）S 转变为MnS,轧制板材无裂纹。 铸坯表面星形裂纹形成机理是非常复杂的，可能不是单一因素而是多种因素作用的结果。 （1）Cu-Ag, Cr-Zr-Cu结晶器铜板+镀Ni或镀Cr。 （2）针对钢成分对裂纹的敏感性，将C，S，Mn/S，N 含量控制在合理范围。 （3）浇注工艺参数的优化，合适的浇注温度，拉速，二 冷水量。 （4）合适的保护渣性能。 （5）连铸机设备状况（与防纵横裂纹措施相同）。 防止星

39、形裂纹措施连铸坯凝固结构控制 连铸坯低倍结构组成是由： 激冷细小等轴晶层(57mm) 柱状晶区 中心粗大等轴晶区 但是连铸坯低倍结构的特点是： 柱状晶发达甚至形成穿晶 连铸坯液相穴很长(几米20几米) 钢水补充不好,容易产生中心疏松和缩孔连铸坯内部中心缺陷控制 （1）控制柱状晶与等轴晶的比例,扩大中心等轴晶区,以获得没有内部缺陷(如疏松和缩孔)的致密凝固组织. （2）柱状晶使材料呈各向异性,使裂纹容易扩展;连铸坯凝固结构控制的任务是： 因此抑制铸坯柱状晶生长而扩大等轴晶区是改善连铸坯质量的一个重要任务.其技术措施: 控制钢水过热度,实行低温快拉 结晶器加入微型冷却剂（如铁屑，喂钢带） 强化凝固

40、工艺(如喷铁粉,喂包芯线) 水冷热交换水口技术，CRM-Tesside钢厂共同开发 采用电磁搅拌(M-EMS) 图 钢水过热度与等轴晶率关系图 热交换水口示意图图 结晶器电磁搅拌原理图连铸坯中心缺陷控制 铸坯中心致密度决定了中心疏松和缩孔的严重程度，而中心疏松和缩孔伴随有严重的中心偏析所谓铸坯中心偏析就是溶质元素在铸坯中心区域分布的不均匀性 中心疏松+偏析的危害: 管线钢氢脆 中厚板韧性恶化 高碳硬线脆断 使用过程中,工件产生裂纹的根源连铸坯中心缺陷控制图 搅拌对凝固组织的影响图 铸坯中心偏析图中心疏松+偏析形成原因： 凝固桥理论 富集溶质液体流动理论(如板坯鼓肚)为此,采用以下技术措施： 工

41、艺优化(拉速、钢水过热度、冷却水量)。为减轻中心疏松,宜采用低拉速、低过热度、弱冷却操作模式为了减轻或消除铸坯中心疏松和偏析,其办法是： 抑制柱状晶生长,扩大铸坯中心等轴晶带 抑制液相穴末端富集溶质液体的流动电磁搅拌(EMS) 对高碳钢C=0.84%,C偏析为 C/C0 无EMS 1.21 M-EMS 1.12 M+F-EMS 1.08轻压F凝固末端强冷降低易形成偏析元素的含量(如S、P、O)阻止液相穴内钢水流动 -合适的辊间距防止液相穴末端区域坯壳鼓肚 -防止支承辊变形 -加强二冷增强坯壳强度,坯壳温度不大于1100应当指出:高拉速与铸坯内部质量是有矛盾的,高拉速带来的问题：铸坯中心疏松缩孔加剧液相穴内夹杂物不易上浮 因此应当正确处理好连铸坯质