第05讲 连续铸造工艺过程的质量控制

轧材质量控制与深加工技术

第五讲连续铸造工艺过程的质量控制

(2008年03月10日15:30～17:15，逸夫教学楼102)

5.0 几个基本概念

铸坯质量的重要性：最终产品质量决定于所提供的铸坯质量

铸坯质量：得到合格产品所允许的铸坯缺陷的严重程度

连铸工艺过程质量控制的内容

铸坯纯净度{夹杂物含量、形态、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。

铸坯表面缺陷(裂纹、夹渣、皮下气泡等)

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，以生产无缺陷的铸坯，这是热送和直接轧制的前提。

铸坯内部缺陷(裂纹、偏析等)

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、支承辊的严格对中、防止铸坯鼓肚

变形等，是提高内部质量的关键。

图5-1 铸坯质量控制示意图

5.1 铸坯纯净度

5.1.1 铸坯纯净度与最终产品质量

钢的纯净度：指钢中夹杂物含量的水平，通常用钢的总氧量表示。

连铸坯中夹物的特点(与钢锭相比)：

1) 来源广泛，组成复杂；

2) 结晶器液相穴内夹杂物上浮困难。

钢中夹杂物的分类

1) 超显微夹杂，均匀分布在钢中；

2) 显微夹杂，其尺寸小于50 µm，它与钢中溶解[O]含量有关；

3) 宏观夹杂(大型夹杂)，尺寸大于50µm。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。

实例

1. 深冲薄板钢－冲裂废品：对裂纹部位检验指出：主要是不规则的

CaO-Al2O3和Al2O3夹杂物，尺寸在100-300µm。

2. 汽车薄钢板－涂层缺陷：如薄板表面有黑线、结疤等缺陷会导致表面涂

层不良。因此不允许板卷表面有长条状的黑线存在，而黑线主要来自于

铸坯表皮下的Al2O3。

3. 镀锡板－飞翅裂纹：除要求高的冷成型外，必须要求夹杂物数量少尺寸

小，否则在深冲过程中容易造成飞翅裂纹(flange crack)。国外厂家生产

经验指出，钢中大颗粒夹杂物(>50µm)应控制在10公斤钢几毫克的水

平，或者是1m2、0.3mm厚的薄板小于50µm夹杂物少于5个，才能

达到深冲2000个DI罐裂纹废品少于1个的目标。可见减少连铸坯中夹

杂物数量对提高深冲薄板质量是非常重要的。

4. 极细(如0.10～0.25mm轮胎钢丝)和极薄(如0.25mm镀锡板)产品：铸

坯中所允许最大夹杂物尺寸必须小于最终产品尺寸。而铸坯中夹杂物数

量和尺寸对产品质量影响也与铸坯的比表面积有关。传统的板坯和方

坯，单位长度的表面积(S)与体积(V)之比为0.2-0.8，随着薄板坯和薄带

连铸的发展，S/V值达到10-50，这就意味着钢中相同夹杂物含量的水

平，铸坯中夹杂物更接近于表面，这对生产薄板危害更大，因此降低钢

中夹杂物含量更为重要。

5. 轧制长材和中厚板产品：夹杂物是产生内部缺陷(如裂纹)的潜在危险，

也是超声波探伤报警不合格的原因。

5.1.2 连铸坯夹杂物

工艺条件一定时，夹杂物在铸坯内的数量和分布主要取决于铸机类型。

1. 弧形连铸机：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(图5-2)，在内

弧表面10mm左右形成Al2O3的聚集，大颗粒夹杂在内弧1/4-1/5厚度

形成集聚(图5-3)，这是弧形连铸机的弱点。

2. 对于带垂直段的立弯式铸机，结晶器注流冲击深度的影响区在直线部分

(图5-2)，夹杂物在液相穴内容易上浮，铸坯中夹杂物分布均匀(图5-3)。

对铸坯内夹杂物聚集机理指出，有利于液相穴内夹杂物上浮的有效垂直长度不小于2m 。为消除铸坯内夹杂物集聚，建设带垂直段(2-3m)立弯式连铸机又有新的发展趋势。

图5-2 液相穴内夹杂物容易上浮示意图

a - 带垂直段立弯式铸机；L CS -垂直段临界高度；

b - 弧形连铸机； L CC -弧形结晶器直线临界高度；

5.1.3 提高铸坯纯净度措施

要提高钢水纯净度，就必须在钢水进入结晶器之前各工序上下功夫， 工艺措施：

1) 无渣出钢：转炉采用挡渣球、电炉采用偏心炉底出钢，可阻止炼钢炉内渣子进入钢包，防止了悬浮渣滴与钢水中元素的相互作用。

2) 钢包精炼：扩大连铸品种和提高铸坯质量，只有与炉外精炼相配合才能达到。要根据连铸钢种和产品用途，选择合适的炉外精炼方法。

3) 无氧化浇注：钢包处理后，钢水中总[O]可达20ppm 以下。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。上述保护措施是必须的也是有效的(图5-4)。否则钢包处理效果前功尽弃。

4) 中间包冶金：随着对铸坯纯净度要求的提高，人们把中间包作为一个净化钢水的冶金反应器，充分发挥中间包去除夹杂物的能力。中间包钢水夹杂物上浮表现为钢中氧含量的降低。钢中氧含量[O]t ，可表示为：

f eff f t O V

t AK O O O ][exp()][]([][0+−−= (3-1) 式中： [O]0 － 钢水中原始含氧量，ppm ；

[O]f － 钢水最终氧含量，ppm ；

K eff — 有效传质系数，cm/s ；

A — 熔池表面积，m 2；

V — 熔池体积，m 3

由式3-2可知，统治中间包钢水夹杂物上浮的因素是；钢水搅拌强度(K eff 值大小)、中间包表面积与体积之比(A/V)和夹杂物上浮时间。