连铸坯缺陷

连铸坯缺陷

已轧成的钢材质量多数情况由最初的铸坯质量决定。本文研究了连铸坯一系列缺陷的形式、影响缺陷形成和发展的因素，以及它们在热轧过程中的转化。

铸坯断面的畸变或它周边个别区段几何形状的变化（图1）可能是铸坯受裂纹损伤的间接标志。除此之外，铸坯断面的畸变，即使它们不伴有裂纹，也会在后续加工中造成一系列困难。

图1 连铸坯形状的畸变缺陷

缺陷名称

缺陷形式

定量估计

导致缺陷形成和发展的因素

菱 变

100)(5.0100)(2121⨯+⨯⨯+A

a

D D D D

结晶器工作空间不适当的形状；

不适当的二次冷却； 金属流向结晶器的偏心浇注； 在结晶器中不均匀润滑。

椭圆度

)

(5.0100

)(2121D D D D +⨯-

铸坯边的凸度（凹度）

100⨯L

b

结晶器工作空间不适当形状；

不适当的二次冷却； 支承系统损坏。

弯曲 （新月形）

100⨯L

C

拉校机不适当校正；

铸坯不适当的第三次冷却；

扭 曲

L

α

铸坯不适当的第三次冷却

菱变是坯壳渐增扭曲的结果，它起源于结晶器内且在离弯月面100~150mm 已显现。与结晶器壁未接触的钝角区中的坯壳比在已接触的锐角区中的以更低的速度凝固。这种情况在坯壳处于结晶器内的所有时间过程中都保持着。所以在其他条件相同情况下，结晶器越长，铸坯菱变越大。菱变在铸坯处于二冷区的头几分钟内显著增大。此后，当坯壳厚度沿横断面均匀之后，菱变扩大趋势被终止了。在弱二冷下，坯壳从结晶器出来之后，菱变扩大被减缓了。这样一来，在连铸坯中菱变的形成乃是在熔融金属液面附近形成的坯壳不均匀厚度自动

催化扩大的过程。

横截面形状的畸变是在浇注过程中由于在某一棱角区中形成坯壳的接触中断而使结晶器内散热中断情况下发生的。其起因可能是：不均匀的润滑，或由于结晶器工作空间不适当的形状导致坯壳和结晶器接触中断或由于坯壳扭曲（不均匀二次冷却、装备工艺轴线的偏移）引发的变形。

在近代连铸装置中，防止菱变发展的有效方法——在结晶器下安装支承辊（足辊），这些支承辊牢固地支撑结晶器机架。

在弧形和圆形的YHPC 上浇注的矩形坯的横断面，通常是梯形的，断面的畸变是在弯曲——浇铸过程中铸坯校直情况下发生的。

圆坯椭圆度形成的原因类似于菱变形成的原因，其差别在于圆坯的椭圆度上浇注过程中可以改变取向。这是由于圆坯中没有刚性棱角。圆坯断面同样可以在弯曲——在YHPC 上在线情况下发生。

铸坯界面的凹度（凸度）的原因乃是铸坯的不正确二次冷却工况和/或不恰当的支撑系统造成的。

弯曲（新月形弯曲）是在铸坯定尺切割之后冷却工况失调（铸坯第三次冷却）和拉校装置校正等工况下发生。铸坯的扭曲——由于拉校装置不正确调整所致。

在现代YHPC 上，在遵守浇铸工艺参数和相应的设备调整之后，畸变缺陷的发展不超过表1所列数据。

表1 铸坯形状畸变缺陷的量值

连铸坯的典型表面缺陷如图2所示。

圆形、方形、矩形截面的连铸坯主要的表面缺陷乃是一些裂纹，这些裂纹有“热的”（结晶的）和“冷的”区分。结晶裂纹不横穿枝晶轴；在裂纹的边缘或端部富集一些偏析物。冷

缺 陷

发展程度

菱 变

铸坯界面凸度（凹度） 弯曲（新月形）

扭 曲

1.5～

2.5% 1.5～2.0% ＜5mm/每米 ＜0.8°/米

图2 表面缺陷

1—横向角裂；2—纵向边裂；3—横向裂纹；4—纵裂；

5—网状和蜘蛛状裂纹；6—结晶器往复运动的振痕；7—气泡；8—保护渣型夹杂物

裂纹横穿枝晶轴。

铸坯表面上的裂纹，其各个枝晶通常从一点成“蜘蛛状”或“星状”发散，归入蜘蛛形裂纹，沿表面占优势的扩展的一簇网状形裂纹归入网状裂纹。同时，另外一些裂纹横穿枝晶轴，而称为冷裂纹。这涉及到沿褶皱凹陷分布的横裂纹。

晶带（注：我国习惯叫重接）——供给结晶器的金属中断形成的缺陷。

在去除氧化皮之后作铸坯检验时确定表面上缺陷的存在。为确定细小的缺陷需通过“螺旋分离器”清理表面——剥去厚达2mm的表层。连铸坯表面质量常常用热酸洗从表面切出的试样（“面皱”）的方法作检验。

表面缺陷的定量估计：

裂纹：

纵向的和侧面的——裂纹长度与铸坯长度之比，mm/m；

横向的——裂纹总量和铸坯表面积之比，条/m2；

横向角裂——裂纹总量与铸坯长度之比，条/m；

网状和蜘蛛状裂纹——裂纹总量与铸坯表面积之比，条/m2；

气泡——气泡总量与铸坯表面积之比，个/m2；

保护渣型夹杂物——夹杂物总量与铸坯表面积之比，个/m2。

影响表面缺陷发生和发展的因素列于表2。

表2 影响表面缺陷发展的因素

因素

裂纹结晶

器往

复运

动的

振痕

气泡

保护

渣性

夹杂物

晶带

（重接）角部

横向

纵向

边部

横向纵向

星形和

蛛蜘形

钢的成分☆☆☆☆☆☆

钢水温度☆☆☆☆☆☆中间罐钢液面☆

钢水注入结晶器☆☆☆☆结晶器中钢水的保护☆☆☆☆☆☆☆☆浇注速度☆☆

二次冷却工况☆☆☆☆☆

结晶器锥度☆☆☆☆

结晶器振动工况☆☆☆

结晶器运动轨迹的破坏☆☆

结晶器和支承系统不同☆☆

结晶器工作空间的几何形状

的破坏

☆☆☆☆

在校直区铸坯温度☆☆

结晶器内弯月面急剧振动☆☆铸坯拉坯故障☆为了确定缺陷的最大允许尺寸，研究了断面250×320mm和240×1710mm的连铸坯表面细小缺陷在轧制过程中的转化。在优质铸坯轧制（延伸率5.2）中，研究了如下缺陷的变化：保护渣性夹杂物；横向夹层；纵向夹层；飞边；浅的凹坑；深的凹坑；火焰清理；气泡。