第八章-连铸坯的质量控制

连铸坯的质量控制内容概述铸坯的洁净度铸坯表面质量及控制铸坯内部质量及控制连铸坯形状缺陷及控制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。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。一、概述二、铸坯的洁净度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）。连铸夹杂物形成的显著特征连铸凝固速度快，夹杂物长大机会少，尺寸小，不易上浮；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；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。影响连铸坯洁净度的因素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。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）。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。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3.1控制表面质量的必要性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；表面质量是影响金属收得率和成本的重要因素；表面质量是铸坯热送和直接轧制的前提条件。3.2表面缺陷的形成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。原因：主要是受结晶器内钢液凝固（即一次冷却）所控制。3.3表面裂纹的主要种类星状裂纹表面纵、横裂纹角部纵裂纹3.3.1星状裂纹多发生在板坯上下宽面，深度在1-3mm原因：结晶器铜壁内腔的磨损导致低熔点Cu渗入钢液。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。3.3.2表面纵向裂纹多发生在板坯宽面中央部位。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。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。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。3.3.3表面横向裂纹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。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。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。3.3.4角部纵向裂纹发生在距角部30-50mm的宽面上，常出现在方坯中。发生几率随拉速的增加而增加。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。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。3.4液面结壳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。产生原因：液面附近温度低，钢水不活动。可以合理设计浸入式水口侧孔角度改善。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。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。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。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。3.5凹坑和重皮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。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。3.5深振痕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。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。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。3.6表面气泡（和皮下气泡）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。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。3.7表面（皮下）夹渣四、铸坯内部质量及控制定义内部缺陷的形成原因内部裂纹的主要种类减少内部裂纹的措施4.1定义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。4.2内部缺陷形成原因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。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。4.3内部裂纹的主要种类内部横向裂纹内部纵向裂纹内裂纹形成的三个阶段拉伸力作用到凝固界面造成柱状晶的晶间开裂偏析元素富集的钢液填充到开裂的空隙中4.3.1内部横向裂纹形成原因：坯壳受挤压发生变形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。4.3.2内部纵向裂纹包括中心线裂纹、三角区裂纹和角部裂纹形成原因：液相穴末端板坯鼓肚；板坯宽面、窄面鼓肚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。减少内部裂纹的措施采用多点矫直技术以弥补单点矫直的不足二冷区采用合适的夹辊辊距，支撑辊准确对弧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。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。影响因素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。拉坯速度。拉速增大，偏析严重。含碳量。中碳钢偏析最轻，低碳钢和高碳钢较为严重。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。五、连铸坯形状缺陷及控制菱形变形圆柱坯变形鼓肚变形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距离要严格对弧，并确保二冷区的均匀冷却5.2圆柱坯变形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。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（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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5.3鼓肚变形定义影响鼓肚量大小的因素减少鼓肚的措施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。5.3.1定义5.3.2影响鼓肚量大小的因素铸坯横断面的尺寸与形状钢水静压力大小支撑辊的间距凝固的坯壳厚度钢的高温弹性模数坯壳的温度拉坯速度5.3.3减小鼓肚的措施降低连铸机的高度二冷区采用小辊距、密排列；铸机从上到下辊距应由密到疏支撑辊要严格对中加大二冷区冷却强度防止支撑辊的变形，板坯的支撑辊最好选用多节辊