连铸工艺、设备-09连铸坯质量控制

1、 第九章 连铸坯质量控制所谓连铸坯质量是指得到合格产品所允许的铸坯缺陷的严重程度评价连铸坯质量应从以下几方面考虑A.连铸坯的纯净度：指钢中夹杂物的含量、形态和分布。 铸坯的纯净度主要决定于钢水进入结晶器之前的处理过程，也就是说要把钢水搞“干净“些，必须在钢水进入结晶器之前各工序下功夫，如选择合适的炉外精炼，钢包中间包结晶器的保护浇注等。B.连铸坯的表面质量：指连铸坯表面是否存在裂纹、夹渣及皮下气泡等缺陷。连铸坯的表面缺陷主要决定于钢水在结晶器的凝固过程。它是与结晶器内坯壳的形成、结晶器振动、保护渣性能、浸入式水口设计及钢液面稳定性等因素有关的，必须严格控制影响表面质量的各参数在合理的目标值以内

2、，以生产无缺陷的铸坯，这是热送和直接轧制的前提。C.连铸坯的内部质量：指连铸坯是否具有正确的凝固结构，等轴晶与柱状晶的比例，以及裂纹、偏析、疏松等缺陷的程度。铸坯内部质量主要决定于铸坯在二冷区的凝固冷却过程和铸坯的支撑系统的精度。合理的二冷水量分布、支撑辊的严格对中、防止铸坯鼓肚变形等，是提高内部质量的关键。 D.连铸坯的外观形状：指连铸坯的形状是否规矩，尺寸误差是否符合规定要求。 铸坯的外观形状与结晶器内腔尺寸和表面状态及冷却的均匀性有关。连铸坯质量控制示意图：91 铸坯纯净度一.铸坯纯净度与产品质量连铸坯的纯净度是指钢中夹杂物的数量、形态和分布。1.连铸坯中夹杂物特点： 来源广泛，组成复杂

3、； 结晶器液相穴内夹杂物上浮困难。2.钢中夹杂物分类： 超显微夹杂，均匀分布在钢中； 显微夹杂，其尺寸小于50m，它与钢中溶解O含量有关； 宏观夹杂（大型夹杂），尺寸大于50m。这种夹杂颗粒大、数量少、在钢中呈偶然性分布，对产品质量危害最大。3.夹杂物与产品质量夹杂物的形态和组成 沿轧制方向伸长的夹杂物能使钢的横向力学性能恶化。夹杂物大小超显微夹杂物及大型夹杂物的危害大。大型夹杂物是钢材分层的原因，使钢材质量显著下降。夹杂物的聚集状态即使存在着小的夹杂物聚集，也有可能使钢材产生分层。夹杂物的存在部位钢材表面附近的夹杂物不仅影响钢材表面质量，而且影响加工时应力的大小。一般来说，在钢材中间有夹杂物

4、时影响较小。夹杂物的数量夹杂物的含量越高，对钢材质量的影响越大。大块夹杂物使钢材造成分层缺陷，严重开裂缺陷，结疤缺陷和表面缺陷等。例如，夹杂物是深冲薄板钢冲裂废品的主要原因； 连铸坯轧制长条和中厚板产品，夹杂物是产生内部缺陷（如裂纹）的潜在危险。氧化铝簇状夹杂物可导致汽车和电器产品用薄钢板表面缺陷，也能引起DI罐用薄钢板裂纹，还可造成轮胎子午线等线材断线，以及使轴承钢等棒钢的疲劳性能恶化。二连铸坯夹杂物1.连铸坯夹杂物的形成特征一是连铸坯由于钢液凝固速度快，其夹杂物聚集长大机会少，因而尺寸较小，不易从钢液中上浮；其二是多了一个中间包，钢液和大气、熔渣、耐火材料接触时间长易被污染；同时在钢液进入

5、结晶器后，在钢液流股影响下，夹杂物难以从钢液分离；其三是连铸坯仅靠切头切尾难以解决夹杂物问题。2.连铸坯中夹杂物的类型和来源类型：取决于浇注钢种和脱氧方法。在连铸坯中较常见的夹杂物有Al2O3和以SiO2为主并含有MnO和CaO的硅酸盐，以及以Al2O3为主并含有SiO2、CaO 和CaS等的铝酸盐。此外还有硫化物如FeS、MnS等。来源：出钢过程钢液氧化产物占10%,脱氧产物占15%，熔渣卷入占5%，注流的二次氧化占40%，耐火材料的冲刷约占20%，中间包渣约占10%。可见，铸坯中基本上是外来夹杂物，主要来自于钢液浇注过程中的二次氧化。3.影响夹杂物的因素A.机型对铸坯中夹杂物的影响在工艺条

6、件一定的情况下，夹杂物在铸坯内的数量和分布主要决定于铸机类型。就铸坯夹杂物分布而言，结晶器注流冲击影响到弧形连铸机铸坯内弧侧的弯曲区，固液界面容易捕捉上浮的夹杂物，在内弧表面10mm左右形成Al2O3的聚集，大颗粒夹杂在内弧侧1415厚度形成集聚，这是弧形连铸机的弱点。对于带垂直段的立弯式连铸机，结晶器注流冲击深度的影响区在直线部分，夹杂物在夜相穴内容易上浮，铸坯中夹杂物分布均匀。液相穴内夹杂物上浮示意图：带垂直段立弯式连铸机；弧形连铸机B.连铸操作对铸坯中夹杂物的影响连铸操作有正常浇注和非正常浇注两种情况。在正常浇注下，浇注过程比较稳定，铸坯中夹杂物多少主要由钢液的纯净度决定。而非正常浇注情

7、况下，如浇注初期，浇注末期和多炉连浇的换包期间，铸坯中夹杂物往往有所增加。这是因为在浇注初期钢液被耐火材料污染较严重；在浇注末期随着中间包液面的降低，因涡流作用会把中间包渣吸入到结晶器中。在换包期间由于上述原因也常使钢中夹杂物增多。因而采取相应措施（如提高耐火材料质量、避免下渣等）对于提高铸坯纯净度是必要的。C.在操作中，注温和拉速对铸坯中夹杂物也有一定影响当钢液温度降低时，夹杂物指数升高；随着拉速的提高，铸坯中夹杂物有增多的趋势。D.耐火材料质量对铸坯夹杂物的影响注连铸过程中由于钢液和耐火材料接触，钢液中的元素（锰和铝等）会与耐火材料中的氧化物发生作用生成夹杂物，当其不能上浮时就遗留在铸坯中

8、。连铸坯内夹杂物分布：弧形连铸机：1低温浇注；2高温浇注立弯式连铸机：1低温浇注；2高温浇注连铸机机型对大型夹杂物的影响：1弧形连铸机；2直结晶器弧形连铸机；3立式连铸机三.提高铸坯纯净度的措施1.无渣出钢。 转炉采用倒渣球，电炉采用偏心炉底出钢，防止出钢时渣大量下到钢包。2.钢包精炼。 根据钢种的需要选择合适的精炼处理方法，以均匀温度、微调成分、降低氧含量、去除气体夹杂物、改善夹杂物形态等。3.无氧化浇注技术。 从钢包中间包用长水口，中间包结晶器用浸入式水口（板坯、大方坯）或气体保护（小方坯），中间包采用覆盖剂，结晶器用保护渣。4.充分发挥中间包冶金净化器的作用。 中间包采用大容量、加挡墙和

9、坝等促进夹杂物上浮的有效措施。还有中 间包吹氩、使用过滤器、复合渣，以及使用碱性包衬等，都有利于中间包进一步净化钢液。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。6.充分发挥结晶器的钢液净化器和铸坯表面质量控制器的作用；7.采用电磁搅拌技术，控制注流的运动。92 铸坯表面质量板坯表面缺陷示意图：1表面纵裂纹；2表面横裂纹；3网状裂纹；4角部横裂纹；5边部横裂纹；6表面夹渣；7皮下针孔；8深振痕连铸坯表面缺陷：1角部横裂纹；2角部纵裂纹；3表面横裂纹；4宽面纵裂纹；5星状裂纹；6振动痕迹；7气孔；8大型夹杂物一.表面裂纹1.表面纵裂纹 产生原因表面纵裂是在结晶器弯月

10、面区初生坯壳厚度不均匀，作用于坯壳上的拉应力超过钢的高温允许强度和应变，在坯壳的薄弱处产生应力集中导致产生纵裂，出结晶器后在二冷区继续扩展。作用于坯壳上的应力：A. 由凝固壳温度不均匀而形成的热应力；B. 板坯宽度方向凝固壳收缩在钢水静压力作用下产生的鼓胀力；C. 坯壳与铜板不均匀接触而产生的摩擦力；D. 由于产生气隙，宽面凝固收缩受窄面的约束而使坯壳承受的弯曲应力。 其中A与B为最大。影响纵裂的因素A. 钢中碳含量大约在钢中C= 0.10%0.12左右时板坯纵裂最严重。这是因为钢凝固处于包晶区（L+），在固相线温度以下2050钢的线收缩最大，此时结晶器弯月面刚凝固的坯壳随温度下降发生FeFe

11、 转变，伴随着较大的收缩，坯壳与铜板脱离形成气隙，导出热流最小坯壳最薄，在表面会形成凹陷。凹陷部位冷却和凝固速度比其它部位慢，组织粗化，对裂纹敏感性强，在热应力和钢水静压力作用下，在凹陷薄弱处造成应力集中而产生裂纹。B. 钢中S+P+As含量高，板坯纵裂发生几率增大。C. 保护渣的影响渣子熔化速度过快或过慢，使液渣层过厚或过薄；或者渣子粘度不合适，流入坯壳与铜板之间渣膜厚度不均匀，致使结晶器导热不均而导致局部区域坯壳厚度不均，使热应力和弯曲应力局部增大而促使纵裂纹发生。D.铸坯的宽度板坯越宽，由于钢水静压力阻碍坯壳收缩的应力就越大，产生裂纹的可能性也就越大。E. 结晶器液面波动的影响 浇注板坯

12、越宽，液面波动增大，发生纵裂纹趋势越严重。而结晶器液面的稳定性是受钢水流量、水口堵塞、水口结构、插入深度以及由钢水再循环引起的弯月面产生的波浪有关的，这是一个复杂的体系。例如，水口插入深度太浅，液面波动大，容易发生纵裂纹，尤其是浇注宽板铸坯时，纵裂纹更为严重。插入太深，热中心下移，纵裂纹也增多。防止纵裂产生的措施A. 稳定的结晶器液面。液面波动由5mm增加到20mm，纵裂指数由0增加到2.0。B. 合适的浸入式水口插入深度和出口倾角。出口倾角太小，流股碰点在窄面上端，引起液面紊流，液渣不能均匀流入坯壳，会导致宽面纵裂。出口倾角太大，流股靠近窄面下端，角部冲刷严重，容易引起角部纵裂。浸入式水口插

13、入深度和倾角应由模型试验决定，一般是倾角向下1535,插入深度在12525mm。C. 合适的结晶器锥度。 合适的倒最度，可使坯壳表面与铜壁接触良好，冷却均匀，可避免产生裂纹和发生漏钢。最好采用多锥度、钻石型或抛物线形结晶器。D. 浸入式水口与结晶器对中，以防止钢流热中心位移而冲刷坯壳。E. 合适的钢水过热度。 钢水过热度提高10，在结晶器内高温钢水流动会吃掉凝固壳约2mm。F.结晶器、足辊、二冷零段要准确对弧。G.合适的保护渣性能。 在保护渣各项特性中，粘度对产生表面纵裂影响最大。渣高粘度使纵裂增加，渣低粘度产生纵裂少，因此要控制渣子的粘度与渣子溶融时间合适的比例。H.钢的化学成分应控制在合适

14、的范围。 对于钢中裂纹敏感的元素要严加控制，避免铸坯出现纵裂纹。I.采用热顶结晶器。即在弯月面区域75mm的铜板内镶入不锈钢、镀Cr、Ni或碳铬化合物的隔热材料，使结晶器的热流密度可以减少5070，延缓了坯壳的收缩，减轻了凹陷深度从而减少了裂纹的发生率。带不锈钢插件的热顶结晶器1镀镍层；2不锈钢插件；3铜基板带陶瓷插件的热顶结晶器：1浸入式水口；2保护渣；3陶瓷结晶器；4铜结晶器；5坯壳2.角部纵裂纹铸坯的角部是二维传热，因而角部钢水凝固速度较其它部位要快，初生坯壳收缩较早，从凝固一开始就形成了不均匀气隙，热阻增加，影响坯壳均匀生长，其薄弱处承受不住应力作用而形成角部纵裂纹。角部纵裂纹产生的关

15、键在结晶器的窄面，要有合适的锥度和形状。3.表面横裂纹表面横裂纹通常是隐藏看不见的。它是位于铸坯内弧表面振痕的波谷处。金相检查指出，深度可达7mm、宽度0.2mm。裂纹位于铁素体网状区，而网状在好是出生奥氏体晶界。当奥氏体晶界质点粗大，呈稀疏分布，板坯横裂纹产生的废品减少；当奥氏体晶界质点细小，呈密实分布，板坯横裂纹产生的废品增加。因此控制沉淀在奥氏体晶界质点的粗大或控制质点（如AlN、TiN、MnS）不在晶界析出，可以降低对裂纹的敏感性。影响横裂纹的因素A. 钢种 一般的CMn钢（Mn1）、CMnNb（V）钢连铸坯容易产生横裂纹。因为在较高温度下（10501100），Nb（CN）已开始在晶界

16、沉淀，降低了晶界的结合力，导致沿沉淀物周围的空洞生长，促使晶界裂纹的扩展，同时使钢的脆化温度区间加宽，对裂纹敏感性增加。 钢中含Al量增加，板坯横向裂纹废品增加。因为Al促使晶界质点呈细密分布，另外AlN在奥氏体晶界析出，降低了晶界内聚力，增加了转变的脆性，使900700钢延性大大降低，对裂纹敏感性增加。 因此随钢中Al、Nb、V增加，在A3转变温度以上就有氮化物和CN化物沉淀，扩大了降低钢延性温度的范围。B.连铸二冷强度对质点的析出有重要影响。二冷采用弱冷却（0.6Lkg钢），沿奥氏体晶界AlN析出减少了，铸坯保持较高温度（950）矫直，可避免横裂的产生。C.铸坯在矫直时内弧受到张力外弧受到

17、压力，在矫直过程中，由于振痕的缺口效应而产生应力集中，再加上矫直温度在脆化温度700900之间，加速了振痕波谷处横裂纹的产生并沿奥氏体晶界扩展。D. 振痕对横裂纹的影响 振痕是与横裂纹共生的，要减少横裂纹就是要减少振痕深度。振痕的形成是由于结晶器振动，引起弯月面钢水周期性流动使坯壳发生折叠所致。振幅越大，振痕越深；负滑脱时间越长，振痕越深；振动频率越低，振痕越深。振痕深处树枝晶粗大，溶质元素富集，当铸坯受到应力作用就成为裂纹的发源地。减少横裂纹的措施A. 结晶器采用高频率（200400次min）小振幅（24mm）是减小振痕深度的有效办法。B. 二冷区采用平稳性冷却，矫直时铸坯表面温度高于质点沉

18、淀温度或高于转变温度，以避开低延性区。C. 降低钢中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化物质点变粗，以改善奥氏体晶粒热延性。D. 减小结晶器液面波动，采用低表面张力、润滑性能良好的保护渣。E. 细化奥氏体晶粒。横裂纹常沿着铸坯表皮层下的粗大奥氏体晶界分布，可以通过二次冷却使奥氏体晶粒细化，以减少对裂纹的敏感性。F.气水喷嘴参数要合理，板坯冷却均匀可降低裂纹的发生。G.采用多点矫直技术，连续矫直技术或压缩浇注技术等，均可避免产生横裂纹。4.铸坯表面网状（星形或晶界）裂纹产生原因A. 高温铸坯表面吸收了结晶器的铜，而Cu熔化为液体沿奥氏体晶界渗透所致。

19、但即使采用镀Cr、Ni结晶器后，这种裂纹还是存在。B. 铸坯表面Fe的选择性氧化，而使残余元素（如Cu、Sn等）残留在表面沿晶界渗透形成热脆裂纹。特点A. 表面裂纹区有Cu、Ni、Sn、Sb的富集。富集相成分（）：Cu85, Sn5，Ni4，Fe5，Sb1。这种富集相大约在1050熔化沿晶界渗透。B. Cu含量增加裂纹加重。因为Cu在铸坯表面的氧化铁皮下形成液相，沿晶界穿行而失去塑性。C. Al的作用。钢中Al含量增加，铸坯表面网状裂纹加重（AlN在晶界沉淀引起的）。D. 二冷水量。弱冷会导致铸坯表面温度高，氧化铁皮生成加速，促使残余元素（Cu、Sn）沿晶界富集形成裂纹。减少铸坯表面网状裂纹的

20、措施A. 结晶器镀Cr和Ni；B. 合适的二冷水量；C. 精选原料，控制钢中残余元素(Cu、Sn等)；D. 控制钢中Cu0.2；E. 控制钢中MnS40。5.纵向凹陷在方坯角部附近，平行于角部，有连续的或断续的凹陷称为纵向凹陷。纵向凹陷常伴有纵向裂纹，严重的会导致漏钢。产生原因：A.结晶器内冷却不均匀；B.结晶器与二次冷却装置对弧不准；C.二次冷却局部过冷（特别是上部）；D.拉矫辊上有金属异物粘附；E.产生菱形变形。二.铸坯表面夹渣1.对于敞开浇注由于浇注时二次氧化，在结晶器钢水面上生成浮渣。结晶器液面的波动，浮渣可能卷入到初生坯壳表面而残留下来形成夹渣。 对于硅镇静钢，铸坯表面夹渣与钢中Mn

21、Si比有关。根据钢中Si、Mn含量，可能形成的夹杂物： MnSi4，形成SiO2浮渣容易在结晶器弯月面处冷凝结壳； MnSi4，形成液态MnOSiO2流动性好，浮渣也呈液态。 因此，随钢中MnSi比减小，生成浮渣熔点升高，流动性不好，容易卷入坯壳。为保持流动性良好的浮渣，应保持钢水中MnSi36。 对于用Al脱氧钢，应限制加Al量（200gt）使钢中酸溶铝Al = 0.0050.007%，既可防止定径水口堵塞，也可防止因Al2O3析出使浮渣变粘，增加表面夹渣。2.对于保护浇注结晶器采用浸入式水口和保护渣浇注时，结晶器液面波动是弯月面卷渣的根源。 结晶器液面波动的原因A外部干扰。如水口扩大、堵塞

22、或塞棒失灵；B结晶器液体流动的搅动。如水口形状、插入深度、吹氩量等引起液面不稳定；C拉速突然变化。 防止结晶器卷渣的措施A.保持结晶器液面的稳定性，控制液面波动尽可能小（5mm）；B.浸入式水口合适的插入深度，插入深度12525mm为宜；C.浸入式水口出口倾角应使出口流股不搅动弯月面渣层为原则；D.中间包塞棒合适的Ar气流量，防止气泡上浮增强钢渣界面的搅动；E.合适的保护渣粘度、渣中Al2O3含量（渣中Al2O320，液渣就不能吸收上浮的Al2O3使粘度增加）和液渣层厚度。 三.铸坯皮下气孔泡与气孔在铸坯表皮下存在有直径约1mm、长度为10mm左右，沿柱状晶生长方向分布的气泡，称为皮下气泡。这

23、些气泡若裸露于铸坯表面称为表面气泡；小而密集的小孔叫皮下气孔，也叫皮下针孔。钢水中氧、氢含量高是形成气泡的重要原因。产生原因：1.脱氧不良是造成皮下气孔的重要原因之一，钢中溶解Al0.008%就可防止CO的生成。2.用油做润滑剂或保护渣、钢包、中间包覆盖剂，绝热板干燥不良会导致H2逸出生成皮下气孔。3.对于含Ti不锈钢，钢中的TiN与保护渣中的Fe2O3会发生以下反应： 6TiN+4Fe2O3=6TiO2+8Fe3N2 TiN+CaO+2FeO+2MnO=CaOTiO2+2Fe2Mn12N2 上述反应释放出来的N2可能在凝固坯壳处形成气孔。另外生成的TiO2和CaOTiO2大大增加了渣子粘度，

24、可能会在结晶器钢水面上形成渣、钢和气体组成的硬壳，对不锈钢铸坯表面质量带来极大的危害。因此对含Ti不锈钢，应尽量降低钢中的N和O含量，降低保护渣的碱度以及采用最佳几何形状的浸入式水口（如出口倾角向上15）是有益的。4.中间包塞棒吹Ar流量太大或拉速过快，会引起结晶器液面“钢水沸腾”，增加了弯月面的搅动，导致卷渣或弯月面的钩形凝固壳会捕捉小于2mm的Ar气泡，造成冷轧板的分层缺陷。 93 铸坯内部质量铸坯内部质量主要是指低倍结构（柱状晶与等轴晶比例）、中心偏析、内部裂纹和夹杂物水平。内部缺陷：1内部角裂；2皮下气泡；3中心疏松；4三角区裂纹；5中间裂纹铸坯内部缺陷示意图：1内部角裂；2侧面中间裂

25、纹；3中心线裂纹；4中心线偏析；5疏松；6中间裂纹；7非金属夹杂物；8皮下鬼线；9缩孔；10中心星状裂纹、对角线裂纹；11针孔；12半宏观偏析一.铸坯凝固结构由激冷层、柱状晶和等轴晶区组成。连铸坯低倍结构特点：1.连铸坯相当于高宽比相当大的钢锭凝固，边运行边凝固，液相穴很长，钢水补缩不好，易产生中心疏松和缩孔。2.钢水分阶段凝固。结晶器形成初生坯壳，二冷区喷水冷却完全凝固。二冷区坯壳温度梯度大，柱状晶发达，但凝固速度快，晶粒较细。连铸坯低倍结构控制的主要任务是：控制柱状晶与等轴晶的比例，获得没有内部缺陷和致密的凝固组织。铸坯中心低倍结构形成示意图：1柱状晶生长；2自由等轴晶生长；3等轴晶凝固；

26、4流动的两相区；5在刚性的两相区内钢水的渗透；6“通道”的形成二.铸坯中心偏析偏析是凝固过程中溶质元素在固相和液相中再分配的结果，表现为铸坯中元素分布的不均匀性，恶化机械性能，降低韧性。中心偏析还往往伴有中心裂纹、中心疏松，进一步降低了铸坯的内部致密性和轧材的机械性能。连铸坯的宏观偏析主要表现为中心偏析。1.连铸坯中心偏析形成原因 “凝固桥”理论铸坯凝固过程中由于冷却不均匀，柱状晶发达，凝固过程发生“搭桥”现象，凝固桥的形成阻止了液体的补缩，形成缩孔和疏松，导致中心偏析。 鼓肚理论铸坯凝固过程中坯壳的鼓胀，造成树枝晶间富集溶质液体的流动；或者凝固末期由于铸坯收缩使凝固末端富集溶质液体流动导致中

27、心偏析。凝固时树枝晶间富集溶质残余母液的流动是造成中心偏析的主要原因。铸坯中心偏析：“V”偏析形成：2.防止铸坯中心偏析的措施 减少易偏析元素含量。如采用铁水预处理或钢包脱硫把钢中硫降到小于0.01%以下。 防止铸坯鼓肚。如二冷区夹辊严格对弧，减少凝固终点区域的辊距，采用多节辊防止夹辊变形，加强二冷以增强坯壳的刚度等。 控制浇注温度，减小钢水过热度。 采用电磁搅拌，消除搭桥增加中心等轴晶区，中心偏析明显改善甚至消失。 采用强冷技术。在凝固末端设置强冷区，强冷区长度和冷却水量是可调的。强冷可压实铸坯芯部，防止坯壳鼓胀，增加等轴晶区，中心偏析大大改善，消除了V形偏析和疏松。 采用轻压下技术 在铸坯

28、液相穴末端，即快要完全凝固之处，对铸坯进行轻微的压下（如2mm），要求其既不产生内裂，又可防止最后钢液凝固收缩或鼓肚造成的流动，以减轻中心偏析。强制冷却的连铸机：铸坯轻压下示意图：1大辊距，坯壳鼓胀严重，中心偏析严重；2小辊距，坯壳鼓胀轻微，中心偏析中等；3小辊间距加轻压下中心偏析消失三.铸坯中心致密度在连铸坯剖面上可看到不同程度的分散的小空隙，称为疏松。疏松有3种情况：一般疏松：分散在整个断面上的小空隙枝晶疏松：在树枝晶内的小空隙；中心疏松：沿铸坯轴心产生的小空隙。一般疏松和枝晶疏松在铸坯轧制时有可能焊合，而中心疏松则明显影响铸坯质量。铸坯中心致密度决定了中心疏松和偏析程度，而致密度主要决定

29、于柱状晶与等轴晶比例。1.影响铸坯中心致密度的主要因素 钢种低碳钢（0.100.20%）和高碳钢（0.500.70%）的柱状晶发达，中碳钢（0.200.50%）柱状晶较短。奥氏体不锈钢柱状晶发达，铁素体不锈钢有柱状晶和中心等轴晶。 冷却制度二冷区强冷，促进柱状晶的生长，以致形成搭桥造成严重的中心疏松和偏析。 浇注温度。高温浇注促进柱状晶生长。加速柱状晶向等轴晶的转化是改善中心致密度的有力措施。 2.防止措施 尽可能在低的过热度下浇注； 加速液相穴过热度的消除； 采用电磁搅拌技术。四.铸坯内部裂纹1.铸坯内部裂纹特征 角部裂纹角部裂纹是在结晶器弯月面以下250mm以内产生的，裂纹首先在固液交界面

30、形成然后扩展。铸坯角部为二维传热，凝固最快收缩最早，产生气隙，传热减慢坯壳较薄，在鼓肚或菱变造成的拉应力作用于坯壳薄弱处而产生裂纹，严重的角部裂纹还会产生漏钢。 中间裂纹位于铸坯表面和中心之间的某一位置上。产生原因： 由于二冷区冷却不均匀，坯壳反复回温（温度升高超过100m）；或者由于支撑辊对中不良（如开口度偏大，辊子变形）使坯壳鼓肚，在凝固前沿受到张应力作用，在固液交界面出现裂纹，并沿柱状晶薄弱处继续扩展直到坯壳高温强度能抵抗应力为止。在裂纹里吸入富集溶质S、P的液体，在硫印图上表现为裂纹黑线，裂纹里有链状硫化物。根据硫印图所显示的裂纹位置，可量出裂纹尖端至铸坯表面的距离e，即是产生裂纹那一

31、时刻坯壳凝固厚度： eKt12K（HV）12 H=（eK）2 V 式中 K铸机凝固系数； H结晶器液面到铸坯产生裂纹所在连铸机的距离。 把已知e、K、V值代入上式，就可求出H。这样就可知道铸坯在二冷区产生裂纹的位置，以进行检查维修。 压缩（矫直）裂纹带液芯的铸坯矫直时，拉矫辊压力过大，铸坯受压面的垂直方向变形超过允许变形而产生裂纹，裂纹集中在内弧侧柱状晶区，裂纹内充满残余母液。 皮下裂纹离铸坯表面不等（310mm）的细小裂纹，主要是由于铸坯表层温度反复回升所发生的多次相变，裂纹沿两种组织交界面扩展而形成的。 中心线裂纹 铸坯横断面中心区域可见的缝隙叫中心线裂纹，并伴随有S、P、C的正偏析。它是

32、由柱状晶搭桥或凝固末期铸坯鼓肚而产生的。 对角线裂纹它常发生在两个不同冷却面凝固组织交界面，小方坯的菱变、结晶器冷却不均匀及二冷不对称冷却都会导致此种裂纹的产生。 星状裂纹 方坯横断面中心裂纹呈放射状。凝固末期接近液相穴端部中心残余液体凝固要收缩，而周围的固体阻碍中心液体收缩产生拉应力，另外中心液体凝固放出潜热又使周围固体加热而膨胀，在两者的综合作用下使中心区受到破坏而导致放射性裂纹。2.铸坯凝固冷却过程中产生裂纹的条件 固液交界面所能承受的外力（如热应力、鼓肚力、矫直力、弯曲力等）和由此产生的缩性变形超过了所允许的高温强度和极限应变值，则形成树枝晶间裂纹。 铸坯凝固结构，即柱状晶和等轴晶比例

33、。柱状晶发达促使裂纹的扩展。 残余杂质元素的含量。如S、P0.02产生裂纹的几率减少。产生裂纹因素示意图：3.防止铸坯内部裂纹的措施 采用多点矫直； 辊间距合适，对弧准确，如支撑辊间隙误差小于1mm，外弧对弧误差小于0.5mm； 尽可能不带液芯矫直或采用压缩浇注技术； 二冷区水量分配适当，铸坯表面温度分布均匀。矫直温度要避开钢的“脆性口袋”区，拉辊的压下量要合适。4.钢的高温延性曲线钢高温延性可分为三个区： 熔点脆化区（区）。当温度下降到液相线温度TL时，液相开始结晶。温度下降到固相线TS以上2030时（相当于凝固分率90），树枝晶彼此连接开始能传递微小的拉伸力的作用，表现有微弱强度（约13N

34、mm2）。把晶体强度等于零的温度叫零强度温度，即TFO = TS + (2030)。 钢的高温脆性曲线：钢延性与矫直点铸坯温度关系：铸坯表面温度变化；钢的脆性曲线；强度曲线当温度继续降低，固体强度缓慢增加，但表征钢的缩性的断面收缩率（以RA%表示）仍为零，凝固前沿处于极易脆断区。只有当低于TS以下3050时，固体延性开始上升。把延性等于零的温度叫零塑性（韧性）温度，即TZO= TS(3050)。 因此，固相线温度TS上下的零强度温度和零塑性温度是表征凝固界面抵抗裂纹的能力，TS和TZO之间温度区间的大小是衡量凝固前沿内裂纹倾向的尺度。 最大塑性区（区）。 温度在13001000，钢的高温强度和

35、塑性增加到最大值，这相当于常用的热加工区。视钢种不同，此温度范围略有变化，如CMn钢为1300900。1300900脆裂机理是：沿奥氏体晶界有过饱和的S、O化物沉淀如（Fe、Mn）S,（Fe、Mn）O，增加了晶界断裂的敏感性。 二次脆化区（区）此区相当于相变区。当温度小于1000900塑性下降，到700左右塑性最低（RA20。此区塑性是铸坯表面横裂纹的产生根源。5.脆裂机理沉淀在奥氏体晶界的Nb（CN）和AlN质点，是应力集中源，在外力作用下引起晶界滑移，形成孔洞，增加了晶界脆性，或者在相变时，在晶界产生的薄膜状的初生铁素体，由于Fe的强度比Fe的强度小几倍，使晶界集中不均匀变形而产生晶界脆裂

36、。晶界脆裂示意图：晶界沉淀物 AN、BN、 Nb(CN)、 (Fe,Mn)S,O；晶界滑移形成孔洞；晶界铁素体形成；晶界孔洞聚合6.铸坯形成裂纹的冶金学观点 晶界脆化理论在凝固前沿大约液相分率为10%时，富集溶质的液体薄膜（如硫化物）包围树枝晶，降低了固相线温度附近钢的延展性和强度，当受到外力作用时裂纹就沿晶界发生，致使凝固前沿产生裂纹。 柱状晶“切口效应”凝固前沿的柱状晶生长的根部，相当于一个“切口”产生应力集中而导致裂纹。 硫化物脆性 硫化物沿晶界分布形成所谓类硫化物，引起晶间脆性，成为裂纹优先扩展的地方。这就是已凝固坯壳产生裂纹的原因。 质点沉淀理论铸坯在冷却过程中，AlN，Nb(CN)

37、等质点在奥氏体晶界沉淀，增加了晶界脆性，加强了裂纹的敏感性。这是铸坯矫直产生裂纹的重要原因。94 铸坯形状缺陷 一.铸坯菱形变形（脱方）在小方坯横断面上两个对角线的长度不相等，即称为菱变。菱变大小用R表示： R（a1a2）0.5（a1 + a2）1001.产生原因引起方坯菱变的根本原因在于结晶器弯月面区域的初生坯壳厚度的不均匀性，进入二冷区进一步发展。2.影响因素C=0.080.12%，R24%，钢中含C量的增加菱变趋向缓和。MnS30有利于减少菱变。 结晶器几何形状； 结晶器内腔尺寸规矩，倒锥度合适。结晶器冷却；结晶器冷却水质差，杂质在铜壁冷面上沉淀，会导致局部导热不良而引起菱变。结晶器冷却

38、水流速低，将出现间歇沸腾，导致局部过热导热不良而引起菱变。 二冷的均匀性；出结晶器后，铸坯的支承和喷水冷却对抑制菱变的发展有重要作用。 结晶器热变形。3防止措施 采用合适的单锥度、双锥度或抛物线型的结晶器。 增加出结晶器后铸坯4个角部的喷淋水量。 二冷区喷淋水覆盖铸坯面部，而角部不喷水。 结晶器以下600mm距离准确对弧。结晶器采用软水，窄水缝、高流速。 强化冷却，消除结晶器间歇性沸腾。中间包注流圆滑，与结晶器对中，以减少液面波动。二.鼓肚带液芯的铸坯在连铸机运行过程中，由于钢水静压力作用，铸坯宽面中心高温坯壳鼓胀成为凸面，称为鼓肚。板坯鼓肚会引起液相穴内富集溶质钢水产生流动，引起严重的中心偏

39、析和内部裂纹，对铸坯质量带来严重的危害。1.坯壳鼓肚量作用于坯壳上钢水静压力P可表示为： Ph式中 P钢水静压力； 钢水密度； h液相穴长度。铸坯鼓肚变形示意图：在两支撑辊之间在钢水静压力作用下高温坯壳产生的鼓胀，可以用弹性或塑性理论来描述坯壳的变形。根据平板弹性变形理论，导出坯壳的变形量（鼓肚量）： 12（12）PL4otne3式中 坯壳鼓肚量，mm； 决定于铸坯断面形状系数； 泊桑比； P钢水静压力，kgmm2； L两辊之间的距离，mm； o蠕变常数，mm2（minkg）； t蠕变时间（相当于铸坯经历两辊间距），s； n指数（O.25O.32）； e凝固坯壳厚度，mm。可见，鼓肚量随辊间距

40、的4次方而增加，随凝固壳厚度的3次方而减小。2. 防止铸坯鼓肚的措施 降低液相穴高度，即降低连铸机高度； 缩小辊间距。铸机从上到下辊子由密向疏布置； 加大二冷强度。增加凝固壳厚度和高温强度； 支撑辊严格对中； 防止支撑辊变形，如采用多节辊； 加强辊子支撑系统的维修。三.圆铸坯变形圆坯变形成椭圆形，或变成不规则多边形，圆坯直径越大，变成椭圆的倾向越严重。形成椭圆变形的原因：1.圆形结晶器内腔变形，或冷却不均匀；2.二冷区冷却不均匀，或支撑辊变形与圆形铸坯的弧度不相符；3.连铸机下部对弧不准；4.拉矫辊的夹紧力调整不当，过分压下。连铸习题1.连铸机包括哪些设备，有哪几种机型，各有何特点？2.与传统

41、的模铸相比，连铸工艺有哪些优越性？3.简述弧形连铸机的生产工艺流程。4.什么是连铸机的产量，其表示方法有哪几种？5.铸坯断面的选择原则是什么？6.什么是连铸机的流数、作业率、金属收得率、浇注时间、准备时间？7.什么是连铸机的弧形半径、冶金长度、铸坯液心长度，其表示方法？8.什么是拉坯速度，影响拉速的因素有哪些？9.简述钢包的作用及功能，钢包的容量如何确定？10.钢包滑动水口自动开浇的方法有哪些？11.钢包滑动水口损坏的原因是什么，其控制装置如何检查？12.钢包长水口的作用和材质是什么？13.简述钢包回转台的用途和分类，钢包回转台如何检查？14.简述蝶形钢包回转台的主要结构特点。15.简述中间包

42、的作用、结构和类型。16.简述中间包塞棒的类型，对中间包塞棒有何要求？17.中间包水口钢流控制有哪几种形式，各有何特点？18.简述浸入式水口的作用及材质特点。19.对浸入式水口结构有何要求，其损坏的原因有哪些？20.简述中间包车的作用、类型和结构特点。 21.中间包车如何检查？22.简述结晶器的作用、性能和类型。23.结晶器如何检查？24.结晶器的内腔为什么要有倒锥度，倒锥度一般为多少？25.结晶器材质如何选择，其寿命如何表示？26.简述结晶器漏钢检测装置的工作原理。27.简述结晶器液面的控制原理和方法。28.结晶器为什么要振动，什么是负滑脱？29.正弦振动与非正弦振动各有何特点？30.简述结

43、晶器振动装置在线振动状况的检测方法。31.简述引锭装置的作用、结构、装入结晶器的方式及特点。32.连铸坯的切割方式有哪几种，各有什么特点？33.二次冷却装置的作用是什么？34.二次冷却装置的结构有何特点？35.二次冷却区用喷嘴有哪几种类型，各有何特点，状态如何检查？36.二次冷却装置如何检查？37.拉坯矫直装置的作用是什么？38.什么是一点矫直、多点矫直、多点弯曲？39.什么是连续矫直，其特点？40.什么是压缩浇铸，它有什么好处？41.拉矫机如何检查？42.引锭装置如何检查？43.简述电磁搅拌的作用和原理。44.电磁搅拌器都安装在连铸机的哪几个部位，各起什么作用？46.什么是选分结晶，成分过冷？45.电磁搅拌器都安装在连铸机的哪几个部位，各起什么作用？47.成分过冷与温度过冷有何区别？48.成