连铸坯凝固及其控制
第三章 连铸坯的凝固与传热
2、坯壳及气隙的形成
注入结晶器的钢液除受结晶器壁的强制冷却外，还通过钢 液面辐射传热及拉坯方向的传导传热，使钢液形成一定厚度的 坯壳。其传出热量的比值大约为30:0.15:0.03。因此，结晶器 内钢水可近似地看作向结晶器壁的单向传热，其散热量的波动
与坯壳表面和结晶器壁的接触状况有关。
钢水热量传出途径：钢水→坯壳→气隙→结晶器铜壁→铜 板与冷却水界面→冷却水。
取24~26 mm/min1/2 ； 板坯取17~22 mm/min1/2 ； 圆坯
取20~25 mm/min1/2 。 小方坯出结晶器下口坯壳厚度8~10 mm，板坯、大方坯大于 15mm。
5、影响结晶器凝固传热的因素
研究指出：气隙热阻占总热阻的 70~90% ，因此改善结 晶器传热最重要的是减小气隙热阻。气隙的形成与演变决定 于凝固壳的收缩、坯壳高温强度、结晶器润滑和结晶器几何 形状等因素。
喷水冷 却 凝固壳
辐射冷 却
铸坯热送热装和连铸连轧等工艺。
连铸机冷却区示意图
2、连铸坯的凝固是沿液相穴在凝固温度区间 将液体转变为固体的加工过程
连铸坯可看成是液相穴很长的钢锭（板坯可达30m)，以一定速度
在铸机内运动并凝固，也可看成是在凝固温度区间(TL → TS)把液体转
变为固体的加工过程。 在固—液交界面附近，存在一个凝固脆化区，此处强度、塑性接
从结晶器内凝固传热考虑，应避免高温钢水浇注。
6、确保坯壳出结晶器下口有足够厚度及均匀生 长的措施
① 浇注温度不能过高，保持低温浇注； ② 水口与结晶器严格对中； ③ 结晶器冷却水的水质、流速、水量达到要求，均匀冷却； ④ 合理的结晶器锥度；
⑤ 结晶器液面保持稳定；
⑥ 选择性能良好的结晶器保护渣，以形成均匀的保护渣膜等； ⑦ 合适的浇注速度。
连铸工艺设备03连铸坯凝固与传热
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可见，最大的热阻是来自于坯壳与结晶器 壁之间的气隙。气隙热阻占总热阻84％以 上。因此坯壳的生长决定于气隙形成动力 学，而气隙的大小是决定于坯壳的收缩和 坯壳抵抗钢水鼓胀的能力。结晶器断面气 隙的形成是不均匀的，由于角部是二维传 热，冷却最快收缩最早，产生气隙后向中 心面扩展，结晶器宽面气隙宽度比角部小， 角部坯壳厚度最薄，常常会出现角部裂纹， 甚至造成漏钢。
在液相穴下部液体的流动主要是坯壳的收 缩和晶体下沉所引起的自然对流，或者是 由于铸坯鼓肚所引起的液体流动。
液相穴内液体流动对铸坯结构、夹杂物分 布、溶质元素的偏析和坯壳的生长有重要 作用。
11
四.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
1.从受力的方面看，铸坯承受热应力和机械应 力的作用，使坯壳发生不同程度的变形；
阻，热流下降，导致铜壁温度升高，加速 了水的沸腾。所以，结晶器必须使用软水。 要求其总盐含量≯400mg∕l，硫酸盐≯150 mg∕l，氯化物≯50mg∕l，硅酸盐 ≯40mg∕l，悬浮质点＜50mg∕l，质点尺 寸≯0.2mm，碳酸盐硬度≯1～2°Dh, pH 值为7～8。
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C.结晶器润滑的影响 结晶器润滑可以减小拉坯阻力，并可由于
下过程： ⑴钢水向坯壳的对流传热； ⑵凝固坯壳中的传导传热； ⑶凝固坯壳与结晶器壁传热； ⑷结晶器壁传导传热； ⑸冷却水与结晶器壁的强制对流传热，热量
被通过水缝中高速度流动的冷却水带走。
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结晶器内钢水热量传给冷却水的总热阻可表示为：
式中
11em1eCu1
h h1 m h0 Cu hW
h—总的传热系数；
一.结晶器内坯壳的形成 1.坯壳表面与铜壁之间的接触状况 ⑴钢液弯月面区； ⑵坯壳与铜壁紧密接触区； ⑶坯壳收缩与铜壁脱开产生的气隙区。
连铸坯的质量控制概述
5.1 菱形变形
定义：大、小方坯的一对角小于 90°，另一对角大于90°, 也叫脱方。两对角线长度 之差称为脱方量。
应对菱形变形的措施： （1）控制好钢液成分 （2）一冷最好用软水冷却 （3）保持结晶器内腔为正方形，以保证
凝固坯壳形状规正 （4）结晶器锥度恰当 （5）结晶器以下的600mm距离要严格
二冷区水量、水压分配适当，保持铸 坯表面温度均匀
最好采用液压控制机构控制压下量
4.3.3 中心偏析
连铸坯的中心部位形成的元素富集的偏析带。 形成原因：冶金因素和机械因素。
冶金因素影响的形成阶段----①柱状晶的生长； ②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； ③优先生长的柱状晶在铸坯中心相遇，形成 “晶桥”； ④“晶桥”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。
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提高铸坯洁净度的措施： （1）无渣出钢 （2）选择合适的精炼处理方式 （3）采用无氧化浇铸技术 （4）充分发挥中间包冶金净化的作用 （5）选用优质耐火材料 （6）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
三、铸坯表面质量及控制
控制表面质量的必要性 表面缺陷的形成 表面裂纹的主要种类 液面结壳 凹坑和重皮
碳钢较为严重。 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。
预防措施： 1、液相穴末端采用收缩辊缝； 2、改善铸坯导向支撑系统； 3、更换弯曲辊子； 4、调整浇铸温度和速度； 5、维持正确的结晶器锥度； 6、检查喷水冷却系统； 7、降低钢水硫含量。
连铸圆坯质量控制
连铸圆坯质量控制连铸坯质量检验及控制一、连铸坯的内部结构（凝固组织）的一般特征及检验。
连铸坯的检验方法连铸坯的内部结构：经过酸浸（酸洗）或硫印的方法在连铸坯横断面或纵断面上用肉眼或低倍放大镜看到内部组织结果。
硫印硫印是用感光相纸显示试样上硫偏析（合金中各组成元素在结晶时分布不均匀的现象称为偏析）的方法，主要用于钢铁行业铸坯质量的检验。
从铸坯上取纵向或横向试样，试验面加工的光洁度不应低于6。
使用反差大的溴化银表面相纸，把与试样大小相同的相纸放入稀硫酸中浸泡1-2分钟后取出，将相纸对准检查面轻轻覆盖好，将试样与相纸间气泡赶净，待接触2-5分钟后取下，将相纸在流水中冲洗，然后定影烘干，即完成一张硫印。
印基本原理：硫酸与试样上的硫化物(FeS、MnS)发生反应，生成硫化氢气体，硫化氢气体再与感光相纸上的溴化银作用，生成硫化银沉淀在相纸相应的位置上，形成黑色或褐色斑点。
用硫印试验，可显示钢锭、连铸坯中心裂纹、偏析线、低倍结构和夹杂分布等。
酸洗用酸液洗去基体表面锈蚀物和轧皮的过程。
用酸浸或硫印法所显示的组织结构属于宏观结构，是连铸坯和金属材料检验中最为常见的检验技术。
连铸坯的内部结构连铸坯自表面至中心都是由边缘等轴晶区（激冷区）、柱状晶区和中心等轴晶，区三部分组成。
温度梯度较大时，固液两相区（图1）小，有利于柱状晶的生长，而凝固速度较快，则易于生成枝晶间距小的铸造组织，所以连铸坯具有较发达的柱状晶组织，并具有较小的枝晶间距。
（图1）枝晶间距是指相邻同次枝晶间的垂直距离，它是树枝晶组织细化程度的表征。
枝晶间距越小，组织就越细密，分布于其间的元素偏析范围也就越小，故越容易通过热处理而均匀化。
通常采用的有一次枝晶（柱状晶主干）间距d1，和二次分枝间距d2两种。
连铸坯宏观组织的好坏可以用等轴晶所占的比例多少来衡量，轴晶结构致密，加工性能能好。
柱状晶具有明显的方向性，加工性能差，容易导致中心偏析，中心疏松和中心裂纹等缺陷。
连铸坯的凝固结构及其控制
进入结晶器的钢液在结晶器内凝固，形成坯 壳，出结晶器下口的坯壳厚度应足以承受钢液 静压力的作用
第二阶段
第一阶段
带液芯的铸坯进入二次冷却区继续冷却、坯壳 均匀稳定生长。
坯壳加速生长。根据凝固条件计算三个阶段的凝 固系数（mm.min-0.5）分别为20，25，27～30。
第三阶段——凝固末期
√ 连铸坯从边缘到中心组成： 细小等轴晶带 柱状晶带和
中心等轴晶带组成
√ 出结晶器的铸坯，其液相穴很长。进入二次冷却区后，由于冷却的不均匀，致使铸坯在传热快 的局部区域柱状晶优先发展，当两边的柱状晶相连时，或由于等轴晶下落被柱状晶捕捉，就会出 现“搭桥”现象。
这时液相穴的钢水被“凝固桥”隔开，桥下残余钢液因凝固产生的收缩，得不到桥上钢液的补充，形 成疏松和缩孔，并伴随有严重的偏析。
√ 从铸坯纵断面中心来看，这种“搭桥”是有规律的：每隔5～10cm就会出现一个“凝固桥”及 伴随的疏松和缩孔。
从钢的性能角度看，希望得到等轴晶的凝固结构。等轴晶组织致密，强度、塑性、韧性较 高，加工性能良好，成分、结构均匀，无明显的方向异性。而柱状晶的过分发达影响加工性能 和力学性能。柱状晶有如下特点：
1）柱状晶的主干较纯，而枝间偏析严重; 2）由于杂质（S、P夹杂物）的沉积，在柱状晶交界面构成了薄弱面，是裂纹易扩展的部位，加工时 易开裂; 3）柱状晶过分发达时形成穿晶结构，出现中心疏松，降低钢的致密度。
注意
因此除了某些特殊用途的钢如电工钢、汽轮机叶片等为改善导磁性、耐磨 耐蚀性能而要求柱状晶结构外，对于绝大多数钢种都应尽量控制柱状晶的发展， 扩大等轴晶宽度。
加入形核剂
√ 结晶器内加入形核剂，可以增加结晶器晶核核心数量，扩大等轴晶区。常用的形核剂有 Al2O3，ZrO2，TiO2，V2O5，AlN，ZrN等。
3连铸坯的凝固
结晶器设计参数对传热旳影响
• A 结晶器锥度旳影响 • 为了使坯壳与结晶器铜壁保持良好旳接触，以减小
保护渣在结晶器内预防钢液二次氧化旳作用，主要靠保护渣液渣层来 实现。一般结晶器内液渣层厚度在8~15mm范围内，在液面稳定，水 口插入深度合理旳情况下，均能起到很好隔绝空气旳作用。
3、吸收溶解从钢水中上浮到钢渣界面旳夹杂物，净化钢液
要求保护渣具有良好旳吸收熔解夹杂物旳能力。经过以为，粘度低 夹杂物熔解速度增长，液渣旳高碱度、低SiO2、Al2O3、高Na2O、 CaF2有利于提升夹杂物旳熔解度。
3连铸坯旳凝固
连铸坯凝固过程旳特点 ：与模铸比较， 连铸凝固过程旳特点是：(1)连铸坯凝固是 热量传递过程。钢水浇入结晶器边传热、 边凝固、边运营，形成了液相穴相当长旳 连铸坯(板坯长20多米)，为加速凝固，在连 铸机内布置了3个冷却区：一次冷却区：钢 水在结晶器内形成足够厚且均匀旳坯壳， 确保出结晶器不拉漏。
• 在结晶器旳角部 旳传热为二维， 开始凝固最快， 最早收缩，最早 形成气隙。角部 区域坯壳最薄， 这也是产生角部 裂纹和发生漏钢 旳单薄环节。
5
4
3
2
1
结晶器旳散热
主冷却水
背板
1500
1000 °C
500 200
0铸坯壳铜板Fra bibliotek缝隙钢液
25
50
mm
结晶器壁温度分布
坯壳旳生长规律
• 被拉出结晶器旳铸坯其坯壳必须有足够 旳厚度，以防在失去铜壁支撑后变形或 漏钢。一般而言，小方坯要求出结晶器 下口处坯壳厚度应不小于8-15mm，板 坯要求厚度应为15-20mm。坯壳厚度旳 生长规律服从凝固平方根定律：
第六章_连铸坯质量及控制解读
基本分布在方坯厚度的1/4处并垂直于铸坯表面，可能延伸到断 面中央附近，产生的主要原因：由于坯壳再二冷下段，铸坯表面 温度回升引起。
带液相弯曲的弧形/立弯连铸机矫直时仅在铸坯内部受张应力作 用一侧发生的裂纹。 拉辊压力过大造成的与拉辊压下方向平行的一种中心裂纹。
内 部 缺 陷
断面 中心 星状
断面裂纹 中心星 状裂纹
B类：氧化铝类
夹杂物分类
C类：硅酸盐类 D类：钙铝酸盐类 DS（E）类：氮化物类
形 状 缺 陷
菱形 变形 鼓肚 变形
结晶器锥度不当、坯壳冷却不均匀、厚度差别大，使坯壳在结晶器和二冷区布均匀收缩 造成。 坯壳受钢水静压力的作用而鼓胀成为凸面的现象。
6.4.3表面缺陷
连铸坯表面质量的好坏决定了铸坯在热加 工前是否需要精整，影响金属收得率和成 本，还是铸坯热送和直接轧制的前提条件。 连铸坯表面质量和钢液在结晶器中的凝固 密切相关，从根本上说，控制铸坯表面质 量就是控制结晶器中的坯壳的形成问题。
表 表面夹渣 面 皮下夹杂 钢水纯净度、保护渣的化学组成、物理性能、液面的波动情况。 缺 气孔 在钢水的凝固过程中，钢中存在C、H、O等元素在凝固界面富集， 陷 气泡 CO、H2分压大于钢水静压和大气压力之和而产生气泡。 表面增 其也是一种偏析。在最终凝固结构中溶质浓度分布不均匀，最先凝固部分溶质 碳偏析 含量较低，而后凝固部分溶质含量较高，这种成分不均匀的现象称偏析。 凹坑 重皮 由于坯壳和结晶器壁间周期性接触和收缩而产生的皱纹，严重的如山谷状的凹 陷，称为凹坑。钢水在凹陷部位渗漏出来，再在结晶器壁重新凝固，称重皮。
2．钢含碳量：低碳钢和高碳钢有较大的柱 状晶区；含碳量为0.18~0.45%的钢种有较 大的等轴晶区。 3．铸机机型（弧形）：内弧侧柱状晶长度 大于外弧侧柱状晶的长度。 4．铸坯断面：铸坯断面增大到一定程度后， 等轴晶率显著提高。
连铸坯的凝固及其控制 ppt课件
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2.5.3.2连铸板坯的形状缺陷及中心内裂
连铸生产的产品包括：圆钢坯、方坯、板坯以及 各种近终形产品（薄带、异型坯等）。采用连铸 坯取代模铸作轧材，从工艺角度来讲，明显提高 了钢材的收得率，因为连铸工艺完全消除了浇注 系统及冒口切损问题，使得成材率提高约 10%~15%。
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铸件宏观组织分布示意图
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一、拉速控制
在保证铸坯质量和安全生产的前提下，拉速主要 受铸坯凝固速度的制约。
500 500 315 约5500
Danieli Somitomo VAI 1)
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鞍钢第三炼钢连轧厂工艺流程
转炉 LF炉 RH炉
中包
结晶器
连铸机
步进梁式 加热炉
粗轧机
保温罩 飞 剪
精轧机组
层流冷却 卷取 机
除
除
鳞
鳞
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2.5.2 连铸坯的凝固
要获得性能优良的铸件，首先就要在工艺上进行 控制获得高质量的铸件，同样的道理，连铸坯质 量也是科技工作者研究的重要课题。
连续铸造
2.5 连铸坯的凝固
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1
2.5.1 连铸 (continuous casting)
连铸，使金属液由中间包经浸入式水口不断地通 过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连 续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的一 种铸造工艺。
连铸的设备以弧形连铸机钢坯连铸为例，主要有 钢包支承装置、盛钢桶(钢包)、中间罐、中间罐 车、结晶器(一次冷却装置)、结晶器振动装置、 铸坯导向和二次冷却装置、引锭杆、拉坯矫直装 置(拉矫机)、切割设备和铸坯运出装置(见辊道和 横向移送设备)等。
连铸坯质量控制简洁范本
连铸坯质量控制连铸坯质量控制1. 引言2. 连铸坯质量特点连铸坯的质量特点主要包括以下几个方面：2.1 凝固结构连铸坯是通过冷却凝固过程形成的，其凝固过程直接影响到坯体的凝固结构。
凝固结构的好坏会对后续的加工以及材料性能产生重要影响。
2.2 化学成分均匀性连铸坯的化学成分均匀性是其质量的重要指标之一。
成分不均匀容易导致后续钢材性能不稳定，从而影响到产品的质量。
2.3 表面缺陷由于连铸坯制造过程中的一些不可避免的因素，气体夹杂、氧化皮等，会在坯体表面形成一些缺陷。
这些表面缺陷会对后续产品的外观质量产生负面影响。
2.4 尺寸偏差连铸坯的尺寸偏差是指坯体的实际尺寸与标准尺寸之间的差异。
尺寸偏差会影响到钢材的加工工艺和成形质量。
3. 连铸坯质量控制因素及措施连铸坯质量的影响因素众多，包括原料质量、连铸工艺参数、设备状况等。
针对这些影响因素，可以采取以下控制措施来提高连铸坯的质量：3.1 原料质量控制通过严格控制原料的化学成分和物理性能，确保连铸坯的化学成分均匀性和机械性能达到要求。
3.2 连铸工艺参数控制连铸工艺参数的合理设置对坯体的凝固结构和表面质量具有决定性影响。
需要通过优化连铸工艺参数，如冷却水流量、浇注速度等，来控制连铸坯的质量。
3.3 设备维护与改进连铸设备的状态对连铸坯质量也有重要影响。
定期进行设备维护和检修，及时处理设备故障，可以保证设备处于良好状态，进而提高连铸坯的质量。
3.4 检测手段与技术利用先进的检测手段和技术，如超声波检测、磁力检测等，可以对连铸坯进行质量检测，及时发现问题并采取相应措施。
4.连铸坯质量控制是钢铁生产中至关重要的环节。
通过对连铸坯质量特点的分析和影响因素的控制，可以采取相应的措施来提高连铸坯的质量。
这不仅对于保证下游产品质量，还对于提高工业生产效益和降低资源消耗具有重要意义。
开展连铸坯质量控制工作是必不可少的。
连铸坯初始凝固控制技术的发展
正弦
Vm
非正弦
t A1
A0
16
3.1 结晶器非正弦振动技术
• 保护渣消耗速率与振动模式的关系
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3.1 结晶器非正弦振动技术
• 非正弦振动与磨擦阻力的关系
• 非正弦振动与振痕深度的关系
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3 连铸坯初始凝固控制技术及原理
3.2 结晶器水平振动与垂直正弦振动控制技术 • 该控制技术原理图如下图所示，水平振幅在±0.01 mm内。
• 连铸坯的表面缺陷主要有以下几种: 深振痕、表面凹陷、 裂纹、表面夹渣等。
2.1 连铸坯的深振痕 • 连铸坯的振痕有凹陷形振痕、钩形振痕两种类型。
4
2 连铸初始凝固引起的铸坯质量问题
• 连铸坯深振痕的危害：皮下晶粒粗大、表面横裂的根源。
5
凹陷振痕 钩状振痕
2 连铸初始凝固引起的铸坯质量问题
• 钩状振痕的形成机理
拉坯方向
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4 结论
• 连铸坯的表面质量与结晶器内初始凝固区域钢液的凝固行 为密切相关，减轻初始凝固坯壳的弯曲变形程度、提高铸 坯初始凝固坯壳厚度的均匀性是提高铸坯表面质量的关键。
• 为减轻初始凝固坯壳弯曲变形程度，冶金工作者采用结晶 器宽面铜板水平振动、电磁软接触连铸等技术以降低结晶 器内保护渣通道的压力；为改善铸坯凝固坯壳厚度均匀性， 冶金工作者采气膜软接触、热顶、导热率低的结晶器等技 术实现结晶器的弱冷。
3.5 弱冷结晶器控制技术
3.5 弱冷结晶器控制技术
18.0 3.9
1
2
3
1-弯月面；2-凝固坯壳；3-镍基718合金结晶器
31
3.5 弱冷结晶器控制技术
高品质钢连铸板坯凝固冷却精益控制关键技术
高品质钢连铸板坯凝固冷却精益控制关键技术一、前言在钢铁行业中，连铸板坯的质量直接关系到后续热轧、冷轧和加工工艺的顺利进行，并最终影响到最终产品的质量和性能。
而连铸板坯的凝固冷却过程中，精益控制是确保产品质量的关键。
本文将从连铸板坯凝固冷却的关键技术出发，探讨高品质钢连铸板坯凝固冷却精益控制的重要性。
二、连铸板坯凝固冷却的关键技术1. 冷却速度控制连铸板坯的凝固冷却过程中，冷却速度直接影响到晶粒的形成和尺寸，进而影响到板坯的物理性能和表面质量。
为了确保板坯的高品质，需要精确控制冷却速度，避免过快或过慢的冷却导致晶粒粗化或组织不均匀。
2. 温度梯度控制温度梯度是指板坯内部或表面的温度变化梯度。
良好的温度梯度控制可以有效地控制板坯的结晶行为，避免出现织构不良或晶粒异常生长的现象，从而保证板坯的组织均匀和性能稳定。
3. 结晶器设计与优化结晶器是连铸板坯凝固冷却的关键装置，其设计和优化对整个凝固过程至关重要。
合理的结晶器设计可以有效地控制板坯的凝固行为，确保板坯表面和内部的温度和结晶行为均匀稳定。
4. 液相区控制在板坯凝固过程中，液相区的存在对板坯的质量和性能有着重要影响。
精益控制液相区的形成和移动，可以有效地避免板坯表面和内部出现缺陷和损伤，确保板坯的质量。
5. 温度监测与控制系统温度监测与控制系统是实现连铸板坯凝固冷却精益控制的关键工具。
通过对板坯表面和内部温度的实时监测和控制，可以及时发现和解决凝固过程中的异常情况，确保板坯的质量和形态稳定。
三、高品质钢连铸板坯凝固冷却精益控制的重要性1. 保证产品质量精益控制连铸板坯的凝固冷却过程，可以有效地避免板坯表面和内部出现缺陷和损伤，保证产品的质量稳定。
2. 提高生产效率精益控制连铸板坯的凝固冷却过程，可以减少生产过程中的废品率和质量事故率，提高生产效率。
3. 降低生产成本精益控制连铸板坯的凝固冷却过程，可以减少能源和原材料的浪费，降低生产成本，提高企业的竞争力。
连铸坯的工艺和质量控制
连铸坯的工艺和质量控制碳含量小于或等于0.12%时，碳当量应采用CE（Pcm）公式计算：CE（Pcm）=C+Si/30+Mn/20+Cn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B当碳含量大于0.12%时，碳当量应采用CE（IIW）公式计算：C E(I I W)=C+M n/6+(C r+M o+V)/5+(N i+C u)/15各国碳当量计算公式文字1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入 1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
连铸坯质量控制
连铸坯质量控制连铸坯质量控制引言连铸坯质量是决定钢铁产品质量的重要因素之一。
在连铸过程中，通过控制连铸坯的凝固结晶形貌、尺寸尺寸以及内部缺陷等，可以保证最终钢铁产品的质量稳定性。
本文将介绍连铸坯质量控制的基本原则和常用技术手段。
1. 连铸坯凝固结晶形貌控制1.1 凝固路径设计连铸坯的凝固路径设计是影响凝固结晶形貌的关键因素。
凝固路径包括主要凝固温度区间、凝固速度以及凝固过程中应有的温度梯度等要点。
通过科学合理地设计凝固路径，可以控制连铸坯的凝固结晶形貌，提高产品的均匀性和致密性。
1.2 凝固浸没深度控制凝固浸没深度是指连铸坯在铸机中浸没的深度。
凝固浸没深度的调整可以通过调整浇注速度、浇注高度和结晶器深度等因素来实现。
恰当地控制凝固浸没深度可以优化凝固结构，减少坯壳厚度和缩孔等缺陷的发生。
2. 连铸坯尺寸控制2.1 坯型设计连铸坯的尺寸控制需要科学合理地设计坯型。
坯型设计要考虑连铸机的性能和工艺条件，以及产品需要达到的尺寸要求。
有效的坯型设计可以保证连铸坯尺寸的精确控制，减少修磨损失并提高铸坯产量。
2.2 坯型换边控制连铸坯在连铸过程中，由于挤压力和引拉力的作用，容易发生坯型换边的情况。
坯型换边会导致铸轧过程中尺寸控制困难，甚至导致产品尺寸不合格。
通过控制连铸机的工艺参数和优化设备结构，可以有效地控制坯型换边，提高铸坯质量。
3. 连铸坯内部缺陷控制3.1 结晶器设计结晶器是连铸过程中控制坯内部缺陷的关键设备。
结晶器的设计应考虑到坯内部的流动状态，并通过合理的传热和传质方式，控制连铸坯内的气体和夹杂物等缺陷。
合理的结晶器设计可以有效减少坯内部夹杂物和气体等缺陷的产生。
3.2 液相线保护措施液相线是连铸过程中凝固结构变化的关键位置。
液相线的形成过早或过晚都会导致内部缺陷的产生。
通过合理的冷却水设定和轧制工艺，可以保证液相线的稳定形成，有效控制坯内部缺陷。
结论连铸坯质量控制是保证钢铁产品质量稳定的关键环节。
连铸坯的凝固结构及控制
三、铸坯结构的控制
为扩大等轴晶带可采取以下措施：
(1)加速凝固工艺。 (2)喷吹金属粉粉剂。 (3)控制二冷区冷却水量。 (4)加入形核剂。 (5)电磁搅拌技术。
对形核剂要求是： 1)在钢液温度下为固态； 2)在钢液温度下不分解为元素而进入钢中； 3)能稳定地存在于凝固前沿而不上浮； 4)形核剂尽可能与钢液润湿，晶格彼此接近，使形核 剂与钢液间有粘附作用。
二、“小钢锭”结构
柱状晶开始时为均匀生长。但由于二冷区喷水冷却的不均匀 性，将会使冷却快的局部区域的柱状晶优先生长，当某一 局部区域两边相对生长的柱状晶相连接或等轴晶的下落被 柱状晶所捕集时，就会出现“搭”现象，形成“凝固 桥”，将液相穴内的钢液分隔开来。这祥，“桥”下面残 余钢液固收缩将得不到上面钢液的补充，凝固后就会形成 明显的疏松或缩孔，并伴随有严重前中心偏析。
一、连铸坯的凝固结构
一般情况下，连铸坯从表层到中心是由细小等 轴晶带、柱状晶带和中心等轴晶带所组成的。
连铸坯凝固结构示意图 1—中心等轴晶带；2—柱状晶带；
3—细小等轴晶带
(1)细小等轴晶带。表层细小等轴晶带也叫激冷层。它是表层钢液在 结晶器弯月面处冷却速度并在连续向下的运动中形成的。
(2)柱状晶带。激冷层形成过程中的收缩，使坯壳与结晶器壁间产 生了气隙，增加了热阻，降低下传热速度，不再生成新的晶核， 而表现为已有晶核的继续长大。此时，钢液的过热热量和结晶潜 热主要通过凝固层传出，产生了向结晶器壁的定向传热。
浇注温度、冷却条件等对柱状晶生长均有影响。浇注温度高，柱 状晶带就宽；二冷区冷却强度加大，将增加温度梯度，也促进柱 状晶发展；铸坯断面加大，则减小温度梯度，从而减小柱状晶的 宽度。
(3)中心等轴晶带。此时心部传热的单向性已很不明显，并且此时 传热的途径长，传热受到限制，晶粒长大缓慢，故形成晶粒比激 冷层粗大的等轴晶。
1连铸坯的凝固及其控制汇总
3
315
VAI
合计
36
54
约5500
1)
鞍钢第三炼钢连轧厂工艺流程
转炉 LF炉 RH炉
中包
结晶器
连铸机
步进梁式 加热炉
粗轧机
保温罩 飞 剪
精轧机组
层流冷却 卷取 机
除
除
鳞
鳞
1.2 连铸坯的凝固
➢ 要获得性能优良的铸件，首先就要在工艺上进行 控制获得高质量的铸件，同样的道理，连铸坯质 量也是科技工作者研究的重要课题。
➢ 连铸生产的产品包括：圆钢坯、方坯、板坯以及 各种近终形产品（薄带、异型坯等）。采用连铸 坯取代模铸作轧材，从工艺角度来讲，明显提高 了钢材的收得率，因为连铸工艺完全消除了浇注 系统及冒口切损问题，使得成材率提高约 10%~15%。
铸件宏观组织分布示意图
一、拉速控制
➢ 在保证铸坯质量和安全生产的前提下，拉速主要 受铸坯凝固速度的制约。
连续铸造简图
核心设备：结晶器，二冷设备
钢包 中间包
结晶器 二冷段
空冷段 矫直段
一机四流、一机两流 连铸小方坯
连续铸钢的发展
➢ 连续铸钢技术经历了20世纪40年代的试验开发， 50年代开始步入工业生产阶段，60年代出现弧形 连铸机，经过70年代的大发展，80年代日趋成熟 和90年代的一场新的变革，直到今天，经历了70 年的发展历程。众多专家学者致力于连铸技术及 连铸坯质量的研究。当前，连续铸钢已向薄板坯 连铸连轧、异形坯连铸和高速连铸等高效节能的 高附加值产品的方向发展。
I II
I III
I II
θ
连铸坯及其结晶器的纵剖面温度显示
思考题
➢ 1板坯纵裂是怎样形成的？怎样预防？ ➢ 2什么是脱方缺陷，会带来什么影响，怎样
连铸坯质量及控制方法
连铸坯质量及控制方法1、连铸坯质量的含义是什么？最终产品质量决定于所供给的铸坯质量。
从广义来说，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。
它的含义是：——铸坯纯净度（夹杂物数量、形态、分布、气体等）。
——铸坯表面缺陷（裂纹、夹渣、气孔等）。
——铸坯内部缺陷（裂纹、偏析、夹杂等）。
铸坯纯净度主要决定于钢水进入结晶器之前处理过程。
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，如冶炼及合金化过程控制、选择合适的炉外精炼、中间包冶金、保护浇注等。
铸坯的表面缺陷主要决定于钢水在结晶器的凝固过程。
它是与结晶器坯壳形成、结晶器液面波动、浸入式水口设计、保护渣性能有关的。
必须控制影响表面质量各参数在目标值以内，以生产无缺陷铸坯，这是热送和直接扎制的前提。
铸坯的内部缺陷主要决定于在二次冷却区铸坯冷却过程和铸坯支撑系统。
合理的二次冷却水分布、支承辊的对中、防止铸坯鼓肚等是提高铸坯内部质量的前担。
因此，为了获得良好的铸坯质量，可以根据钢种和产品的不同要求，在连铸的不同阶段如钢包、中间包、结晶器和二次冷却区采用不同的工艺技术，对铸坯质量进行有效控制。
2、提高连铸钢种的纯净度有哪些措施？纯净度是指钢中非金属夹杂物的数量、形态和分布。
要根据钢种和产品质量，把钢中夹杂物降到所要求的水平，应从以下五方面着手：——尽可能降低钢中[O]含量；——防止钢水与空气作用；——减少钢水与耐火材料的相互作用；——减少渣子卷入钢水内；——改善钢水流动性促进钢水中夹杂物上浮。
从工艺操作上，应采取以下措施：（1）无渣出钢：转炉采用挡渣球（或挡渣锥），防止钢渣大量下到钢包。
（2）钢包精炼：根据钢种选择合适的精炼方法，以均匀温度、微调成分、降低氧含量、去除气体夹杂物等。
（3）无氧化浇注：钢水经钢包精炼处理后，钢中总氧含量可由130ppm下降到20ppm以下。
如钢包→中间包注流不保护或保护不良，则中间包钢水中总氧量又上升到60～100ppm范围，恢复到接近炉外精炼前的水平，使炉外精炼的效果前功尽弃。
连铸坯质量及其控制基础知识培训课件
合理设计浇注系统，确保钢 水在浇注过程中的流动稳定 性和均匀性。采用先进的浇 注技术和设备，如电磁搅拌、 保护浇注等，减少夹杂物和 气体的卷入，提高连铸坯的 致密性和均匀性。
精确控制连铸坯的冷却速度 和温度梯度，避免过快或过 慢的冷却导致裂纹、变形等 缺陷的产生。采用先进的温 度监测和控制系统，实现连 铸坯的精确温度控制，确保 坯料的质量稳定性。
03
优点
射线检测技术能够直观显示连铸坯内 部的缺陷，检测结果具有较高的可靠 性和精度，被广泛应用于连铸坯的内 部质量检测。
04
连铸坯常见缺陷与防止措施
裂纹缺陷与防止措施
横向裂纹：横向裂纹是指与连铸坯宽度方向垂直的裂纹。为防止横向裂纹，需要 • 严格控制钢水成分，避免硫、磷等有害元素的偏高。
• 确保结晶器冷却均匀，避免局部过热。
• 促进钢水充分除气，减少气体夹杂。
夹杂缺陷与防止措施
非金属夹杂：非金属夹杂物如氧化铝、硫化物等，常由 于钢水纯净度不够或耐火材料侵蚀导致。为减少非金属 夹杂，需要 • 使用优质耐火材料，并严格控制其侵蚀。
• 优化炼钢工艺，确保合金元素的准确加入。
• 加强钢水的预处理，提高钢水纯净度。
金属夹杂：金属夹杂如锰铝榴石等，主要由炼钢过程中 的合金加入不当或炉渣带入引起。为预防金属夹杂，应 • 控制炉渣的生成与带入，保持钢水的纯净。
气孔缺陷与防止措施
皮下气孔：皮下气孔主要位于连铸坯表皮以下，常由于钢 水脱氧不足或保护浇注不当导致。为预防皮下气孔，应
• 加强钢水脱氧，确保钢水中氧含量达标。
• 保证中间包到结晶器的钢流封闭，防止空气吸入。
内部气孔：内部气孔分布在连铸坯整个断面。为减少内部 气孔，可采取以下措施 • 控制钢水氢含量，避免氢致气孔。
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（2）使钢液面不受空气二次氧化；
（3）吸收钢液中上浮的夹杂物;
（4）润滑运动的铸坯，在结晶器与坯壳之间起着 良好的润滑作用，从而减少拉坯阻力，防止“粘 结”现象的发生。
（5）均匀和调节凝固坯壳向结晶器的传热，使坯 壳均匀生长，形成足够厚度的坯壳，防止裂纹的 产生。
2.5.3 连铸坯的形状缺陷
铸件宏观组织分布示意图
一、拉速控制
在保证铸坯质量和安全生产的前提下，拉速主要 受铸坯凝固速度的制约。 其关系式为:s＝K t1/2
式中s为钢凝固层厚度(毫米)，s为凝固时间（分） 一定的s值应保证硬壳不破裂和安全生产,K值为 23～32,视钢种、断面、钢水温度和拉速变化而定。 以普通碳钢为例，拉坯速度：板坯0.5～1.8米/分， 大方坯0.6～1.5米/分，小方坯1.5～3.5米/分，CSP 4.5~6米/分。
到2.5以上就可以满足要求。
目前全球已有包括生产和少数在建项目的薄板坯 连铸连轧生产线统计结果。
工艺 CSP (其中ISP)
生产线 数 /条 26
(5)
铸机流 数 /条 42
(7) 5 4 3 54
生产能力/ 万t﹒a-1 4200
(765) 500 500 315 约5500
技术供应 厂商 SMSDemag
Ab
K b t Cy j (y j 1 y j )
Af
K f t Cy j (y j 1 y j )
Au
K u t Cz k (z k 1 z k )
Ad
K d t Cz k (z k 1 z k )
根据结晶器的传热特点，建立了小方坯及其结晶器的计算模 型。由对称性，选取结晶器的四分之一进行计算。
锐角
多
低
厚
浅
脱方是角部冷却不均匀造成的，与结晶器壁厚、 钢水成分（含碳量）、冷却水流速、冷却水水质 及结晶器内腔形状有关。
漏钢：小方坯偏离角漏钢有两种类型。一种是单 独由鼓肚引起；另一种是鼓肚为主，脱方为辅引 起的。前一种产生在刚出结晶器时，后一种产生 在二冷区以后乃至拉矫辊以前的任何地点。
2.5.3.2连铸板坯的形状缺陷及中心内裂
X
Y
Z
(j-1, j, k)
(i, i-1, k)
(i, j, k)
(i, i+1, k)
(j+1, j, k) (i, j, k+1)
1 p p p p p p p Ti ,pj , k Ti , j , k A l (Ti 1, j , k Ti , j , k ) Ar (Ti 1, j , k Ti , j , k ) A b (Ti , j 1, k Ti , j , k )
FTSR 4 QSP 3 CONROLL 3 合计 36
Danieli Somitomo VAI 1)
鞍钢第三炼钢连轧厂工艺流程
转炉 LF炉 RH炉
中包
连铸机 步进梁式 加热炉 粗轧机 保温罩 飞 剪
结晶器
精轧机组
层流冷却
卷取 机
除 鳞
除 鳞
2.5.2 连铸坯的凝固
要获得性能优良的铸件，首先就要在工艺上进行 控制获得高质量的铸件，同样的道理，连铸坯质 量也是科技工作者研究的重要课题。 连铸生产的产品包括：圆钢坯、方坯、板坯以及 各种近终形产品（薄带、异型坯等）。采用连铸 坯取代模铸作轧材，从工艺角度来讲，明显提高 了钢材的收得率，因为连铸工艺完全消除了浇注 系统及冒口切损问题，使得成材率提高约 10%~15%。
板坯偏离角皮下裂纹的产生与板坯窄面凸出有关。
板坯窄面凸出与偏离角皮下或在使用过 程中锥度丧失有关（即窄面凸出）。 防止窄面凸出的措施有： （1）增加窄面铜板锥度； （2）将足辊移到结晶器锥度线以内，并将窄面足 辊由3增至4个； （3）窄面采用抛物线型锥度。 还有的可根据所生产钢种对宽面和窄面的冷却强 度进行控制、对液面稳定性进行控制。
优化铸造工艺。
开始 几何模型建立，初始 化信息输入 网格划分，单元信息输 入 工艺参数
钢锭凝固温
度场数值模
拟。模拟分 为前处理、 计算体和后 处理三大部
前 处 理 preprocessing
计算体 computation
潜热处理 计算温度场及其它参数
凝固进程动态显示 后 处 理 postprocessing 铸表面的温度分布 铸坯中心的温度分布
冷却水
结晶器 壁
气隙 保 坯壳 护渣
Tc Ti To 热流
Th
Tg
Tf
Ts
结晶器边界传热模型
1 热面温度与平均热流密度与距结晶器上口 距离的关系
2 拉速和碳含量对热流密度的影响
3 拉速和碳含量对结晶器出口处坯壳厚度 的影响
4 碳含量（钢种）对漏钢率的影响
5 连铸保护渣的选用
保护渣的冶金作用
二、冷却控制
连续铸钢的冷却区集中在结晶器、二冷段和后部 工序冷却（空冷）等三个部分。一般认为结晶器 段占冷却量的14～20％，二冷段占23～30％。冷 却强度过大和拉速不适应时，会造成铸坯内裂和 外裂纹。冷却强度过小和不均匀则易产生铸坯鼓 肚、漏钢等现象。冷却强度必须随钢种、铸坯温 度和拉速快慢进行控制调节。每公斤钢的冷却水 消耗量约1～2公斤。要求各断面部位冷却均匀， 冷却水要过滤净化，使水质洁净，导热均匀。
连续铸造电磁搅拌的形式
M-EMS: Mold Electromagnetic Stirring 结晶器电磁搅拌 S-EMS: Secondary EMS 二冷区电磁搅拌 F-EMS: Final EMS 凝固末端电磁搅拌
电磁铸造铸坯
电磁铸造的优点：
20MnSi小方坯 • 铸坯表面光洁 • 铸坯内部晶粒细化 • 强度和塑性提高3040%。
分。
结束
连铸凝固进程数值模拟的数学模型
1.连铸过程基本方程
三维直角坐标系下连铸过程的控制方程为
c T T T T T (k ) (k ) (k ) CVc q t x x y y z z z
2 单元传热模型及基本方程的差分化
(i, j, k-1)
(b)结晶器网格剖分及截面
(a)方坯及结晶器模型
小方坯连铸结晶器模型及其网格剖分
温度场数值模拟输出结果
(a) 结晶器出口处横截面温度场分布
(b) 弯月面处横截面温度分布
连铸钢坯结晶器的横剖面温度显示及等温线分布
I
II
I
III
I
II
θ
连铸坯及其结晶器的纵剖面温度显示
本章小结
6.1 模铸铸件（锭）的凝固
铝合金电磁铸造扁锭，断面尺寸520130mm
轻压下示意图
轻压下的作用
(1) 破碎“晶桥” (2) 补偿冷却收缩 (3) 减小“鼓肚”量
2.5.5 数值模拟技术在连铸中的应用
铸件凝固数值模拟：
结合计算机技术和数值计算方法来定量描述铸件的 凝固传热过程，从而揭示金属凝固的真实行为和 规律，为预测铸造应力、微观及宏观偏析、铸件 性能等提供必要的依据和分析计算的基础数据并
连续铸造
2.5 连铸坯的凝固
2.5.1 连铸 (continuous casting)
连铸，使金属液由中间包经浸入式水口不断地通 过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连 续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的一 种铸造工艺。
连铸的设备以弧形连铸机钢坯连铸为例，主要有 钢包支承装置、盛钢桶(钢包)、中间罐、中间罐 车、结晶器(一次冷却装置)、结晶器振动装置、 铸坯导向和二次冷却装置、引锭杆、拉坯矫直装 置(拉矫机)、切割设备和铸坯运出装置(见辊道和 横向移送设备)等。
中心内裂的产生与拉坯速度Vc有关：
Δv≤0.10m/min时，危险拉速Vc=0.87m/min Δv ≥0.30m/min时，危险拉速Vc=0.93m/min
要避开危险拉速范围，即应使在矫直点处，未凝钢 水层厚度大于6mm。
此外，矫直辊偏心或矫直辊间隙过大（间隙过大， 铸坯将产生鼓肚）也对中心内裂产生影响。
连续铸造简图
核心设备：结晶器，二冷设备
钢包
中间包
结晶器 二冷段
空冷段
矫直段
一机四流、一机两流 连铸小方坯
连续铸钢的发展
连续铸钢技术经历了20世纪40年代的试验开发， 50年代开始步入工业生产阶段，60年代出现弧形 连铸机，经过70年代的大发展，80年代日趋成熟 和90年代的一场新的变革，直到今天，经历了70 年的发展历程。众多专家学者致力于连铸技术及 连铸坯质量的研究。当前，连续铸钢已向薄板坯 连铸连轧、异形坯连铸和高速连铸等高效节能的 高附加值产品的方向发展。
2.5.3.1连铸小方坯的脱方和角裂
脱方：小方坯横截面上两个对角线长度不
相等时称脱方。脱方将对铸坯质量产生影 响。
a=b
a
a＜b
b b
a
小方坯脱方前后铸坯截面示意图
与脱方同时出现的现象
部位 钝角 热导 出 少 角部 温度 高 出结晶器时 裂纹（角裂） 坯壳厚度 倾向 薄 偏离角纵向凹 陷、内裂，对 角线内裂倾向 大 角部横裂倾向 大 折痕深 度 深
三、连铸结晶器内的传热与坯壳厚度
连铸过程中，熔融金属放出的总热量(Qsum)从结 晶器边界到冷却水的传输过程非常复杂，在熔融 金属与结晶器边界同时有几种传热方式，保护渣 和气隙形成边界热阻，阻碍熔融金属和结晶器边 界传热。
在稳定生产条件下，结晶器内部，熔融金属放出 的总热量Qsum 可以估算，这部分热量由冷却水带 走。
凝固速度可用平方根定律表示： s K t