第八章连铸坯的质量控制

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第八章连铸坯的质量控制
3.4 液面结壳
l 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。
结壳厚度与其在液面上的停留时间有关，有 的可达300mm厚。 l 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。
l 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。
l 连铸坯质量控制战略：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 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 程。
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二、铸坯的洁净度
l 连铸坯洁净度评价包括： 钢中总氧量； 钢中微观夹杂物量（＜50μm）； 钢中大颗粒夹杂物量（＞50μm）。
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4.2 内部缺陷形成原因
l 内部缺陷主要包括内部裂纹、中 心偏析、中心疏松、非金属夹杂 物。
l 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。
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4.3 内部裂纹的主要种类
l 内部横向裂纹 l 内部纵向裂纹
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
对弧，并确保二冷区的均匀冷却
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5.2 圆柱坯变形
l 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 严重。
l 椭圆变形原因：
（1）圆形结晶器内腔变形
（2）二冷区冷却不均匀
l 影响因素： 1、结晶器振动不良； 2、辊子偏心； 3、铸坯导向系统不对正； 4、铸坯角部冷却过强。
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l 预防措施： 1、提高结晶器振动频率，保证振动精度 和稳定性； 2、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； 4、铸坯角部适当弱冷。
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l 预防措施： 1、降低钢水中硫磷含量； 2、适当降低浇铸温度和浇铸速度； 3、控制结晶器的液面波动； 4、检查冷却水； 5、选择合适黏度的保护渣。
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3.3.3 表面横向裂纹
l 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。
l 表面质量是影响金属收得率和成 本的重要因素；
l 表面质量是铸坯热送和直接轧制 的前提条件。
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3.2 表面缺陷的形成
l 表面缺陷主要包括：表面裂纹、 表面夹渣、深振痕、表面气泡 和皮下气泡、气孔等。
l 原因：主要是受结晶器内钢液 凝固（即一次冷却）所控制。
•3.6 表面气泡（和皮下气泡）
l 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 CO、H2、N2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。
l 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。
l 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。
第八章连铸坯的质量控 制
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2020/11/27
第八章连铸坯的质量控制
内容
l 概述 l 铸坯的洁净度 l 铸坯表面质量及控制 l 铸坯内部质量及控制 l 连铸坯形状缺陷及控制
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第八章连铸坯的质量控制
一、概述
l 连铸坯的质量概念包括：铸坯洁净度（钢 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， 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 坯断面形状。
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4.3.2 内部纵向裂纹
l 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；
板坯宽面、窄面鼓肚
l 主要影响因素：
1、浇铸速度过快；
2、浇铸温度过高；
3、钢水含硫量过大；
4、结晶器锥度太小；
5、铸流不对正。
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l 耐火材料质量。钢液中的Mn、Al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 点渣层会残留在铸坯中。
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l 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
第八章连铸坯的质量控制
影响连铸坯洁净度的因素
l 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。
l 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 增加（初期钢水被耐火材料污染较严重;末期涡 流作用会把液面较低的中间包渣吸入结晶器;换 包期间夹杂物易增多）。
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•3.5 深振痕
l 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。 较深（大于0.5mm）时，振痕谷部会 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 渣性能及结晶器液面波动状态等因素 有关。
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•3.5 凹坑和重皮
l 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 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。
l 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。
l 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，即形成重皮。 否则导致漏钢事故的发生。
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连铸夹杂物形成的显著特征
l 连铸凝固速度快，夹杂物长大机会少， 尺寸小，不易上浮；
l 连铸多了中间包，钢液和大气、熔渣、 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 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。
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5.1 菱形变形
l 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。
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l 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
减少内部裂纹的措施
l 采用多点矫直技术以弥补单点矫直的 不足
l 二冷区采用合适的夹辊辊距，支撑辊 准确对弧
l 二冷区水量、水压分配适当，保持铸 坯表面温度均匀
l 最好采用液压控制机构控制压下量
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4.3.3 中心偏析
l 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。
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5.3.1 定义
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带液心的铸坯在运行 过程中，于两支撑辊 之间，高温坯壳中钢 液静压力作用下，发 生鼓胀成凸面的现象， 称之为鼓肚变形。板 坯宽面中心凸起的厚 度与边缘厚度之差叫 鼓肚量，用以衡量铸 坯彭肚变形程度。
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5.3.2 影响鼓肚量大小的因素
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影响因素
l 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。
l 拉坯速度。拉速增大，偏析严重。 l 含碳量。中碳钢偏析最轻，低碳钢和高
碳钢较为严重。 l 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。
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l 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。
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五、连铸坯形状缺陷及控制
l 菱形变形 l 圆柱坯变形 l 鼓肚变形
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3.3 表面裂纹的主要种类
l 星状裂纹 l 表面纵、横裂纹 l 角部纵裂纹
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3.3.1 星状裂纹
l 多发生在板坯上下宽面，深度在1-3mm l 原因：结晶器铜壁内腔的磨损导致低熔
点Cu渗入钢液。
l 预防措施：结晶器内壁镀Cr（不适合做 较厚的镀层）或Ni（适于做较厚的镀 层），能有效的隔绝Cu渗入钢液。
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来自百度文库
3.3.4 角部纵向裂纹
l 发生在距角部30-50mm的宽面上，常出 现在方坯中。
l 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 壳收缩量不一致，进入二冷区后会进一步 扩大。
l 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。
四、铸坯内部质量及控制
l 定义 l 内部缺陷的形成原因 l 内部裂纹的主要种类 l 减少内部裂纹的措施
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4.1 定义
l 铸坯的内部质量是指铸坯是否具 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）、 偏析程度，内部裂纹、夹杂物含 量及分布状况等。
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3.3.2 表面纵向裂纹
l 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
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。
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第八章连铸坯的质量控制
l 影响因素： 1、钢水成分，硫、磷的含量过高； 2、浇铸温度高； 3、浇铸速度大； 4、板坯宽度过大； 5、保护渣粘度不合理； 6、结晶器液面波动过大； 7、铸坯横向冷却不均匀。
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•3.7 表面（皮下）夹渣
l 表面夹渣多为Si-Mn系夹渣，会造成 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 降低的主要原因。
l 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 态。
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（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
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l 应对圆柱坯变形的措施： （1）及时更换变形的结晶器 （2）连铸机要严格对弧 （3）二冷区均匀冷却 （4）可适当降低拉速
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5.3 鼓肚变形
l 定义 l 影响鼓肚量大小的因素 l 减少鼓肚的措施
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内裂纹形成的三个阶段
l 拉伸力作用到凝固界面 l 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
的空隙中
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4.3.1 内部横向裂纹
l 形成原因：坯壳受挤压发生变形 l 主要影响因素：
1、铸坯所受弯曲力和矫直力过大； 2、支撑辊对正不良； 3、辊子偏心； 4、钢水含硫量过大。
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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第八章连铸坯的质量控制
l 机械因素主要是铸坯“鼓肚”。发生 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 素富集的不纯钢液，被吸向心部形成 中心偏析带。
l 铸坯横断面的尺寸与形状 l 钢水静压力大小 l 支撑辊的间距 l 凝固的坯壳厚度 l 钢的高温弹性模数 l 坯壳的温度 l 拉坯速度
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2020/11/27
第八章连铸坯的质量控制
（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
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第八章连铸坯的质量控制
三、铸坯表面质量及控制
l 控制表面质量的必要性 l 表面缺陷的形成 l 表面裂纹的主要种类 l 液面结壳 l 凹坑和重皮
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第八章连铸坯的质量控制
3.1 控制表面质量的必要性
l 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；