铸坯质量分析

铸坯质量分析概述连铸方坯的缺陷一般可分为表面缺陷、内部缺陷和形状缺陷。表面缺陷包括：表面裂纹（含横向、纵向、角部和面部裂纹）、气泡、夹渣、双浇、翻皮、振痕异常、渗漏、冷溅，擦伤等。内部缺陷包括：内裂、非金属夹杂物、中心偏析和中心疏松等。形状缺陷包括：菱形变形又称“脱方”、纵向和横向凹陷等。概述•引起表面裂纹的主要原因是：铸温过高，拉速过快，结晶器变形，一次冷却过快且不均匀。其次的原因是二次冷却过分剧烈，二次冷却喷嘴位置不正，铸坯矫直时温度过低等。另外，当钢水脱氧不完全或钢水中含有氢气时会形成皮下气泡；钢水温度过低，拉速太慢，结晶器保护渣不良，钢水飞溅等还会相应引起其它一些表面缺陷。•引起内裂的主要原因是铸坯在二次冷却区时所承受的热应力和机械应力过大；另外，拉速过快会引起中心缩孔。•引起脱方的主要原因是结晶器变形、铸温过高、拉速过快、支撑不当等。•可以这样认为：表面缺陷起源于结晶器，内部缺陷起源于二冷区。因此，维护好结晶器、稳定结晶器内的各项操作、向结晶器内提供合适的钢水是避免产生表面缺陷的必要条件；而维护好二次冷却设备、稳定二次冷却操作是避免产生内部缺陷的重要途径。概述•影响连铸坯缺陷的因素可以归纳为三个方面：钢水、工艺、设备。钢水条件主要指钢水脱氧情况、碳含量、锰硅比、锰硫比和杂质元素含量等；操作工艺主要指钢水温度、拉速、保护浇铸方式，冷却水量及分布、钢水吹氩搅拌、喂丝等；设备状况主要指结晶器和二次冷却装置等主要在线设备的运行状况。连铸过程充其量是一个保持过程，不可能修正炼钢及设备的问题，因此，有了“炼钢是其础，设备是保证”，才可能有“以连铸为中心”。形状缺陷•菱形变形（“脱方”）•在方（矩形）坯的截面中，如果一条对角线大于另一条对角线称之为菱形变形又称“脱方”，菱形变形不仅仅是产生简单的形状缺陷，影响下道轧制工序中轧机的咬入，而且会伴生一系表面及内部缺陷，如：沿钝角侧对角线方向的内裂；在钝角部位的角部纵向裂纹；甚至还会发生漏钢等影响浇铸的事故。•各种原因造成的结晶器内凝壳不均匀是产生菱形变形的主要原因。在实际生产中常见的原因有：结晶器磨损、变形、和内表面不平整；结晶器铜管的菱形变形或组装结晶器铜板在安装中已发生偏斜；由于水垢造成冷却不均匀；因定径水口安装偏斜或浸入式水口不对中造成的注流偏斜及局部冲刷凝壳。而二次冷却不均匀加剧了菱形变形。造成二次冷却不均匀的因素有：个别喷嘴的堵塞；喷嘴安装不对中；四侧的水量不均匀；喷嘴喷射角度过大，造成角部过冷；以及足辊间距过大，无法对出结晶器下口的铸坯进行适当的校正等。纵向凹陷•在方坯角部附近，平行于角部，有连续的或断续的凹陷称之为纵向凹陷。纵向凹陷通常是由于菱形变形所引起的，纵向凹陷通常伴生纵向裂纹，严重的会导致漏钢•铸坯在结晶器中冷却不均匀，局部收缩是造成纵向凹陷的主要原因。在实际生产中常见的导致因素：菱形变形伴生的缺陷；结晶器与二次冷却装置对弧不准；二次冷却局部过冷（特别是二次冷却装置的上部）；拉矫辊上有金属异物粘附等横向凹陷•局部的表面凹陷，垂直于轴线，沿铸坯表面间隔分布被称为横向凹陷。在横向凹陷部位有时伴有横向裂纹出现，严重的会导致渗漏及漏钢•凝壳与结晶器接触不良和磨擦阻力是产生横向凹陷的原因。常见的是因为结晶器内润滑不当及结晶器内液面波动过快、过大所造成的。•局部的横向凹陷是由于操作不当所引起的；连续的横向凹陷则与保护渣性状有关表面缺陷•表面纵向裂纹•在铸坯表面，沿铸坯轴向扩展的裂缝，称之为表面纵向裂纹。发生在铸坯角部及靠近角部的称之为表面纵向角裂。表面纵向角部裂纹有时与纵向凹陷及菱形变形同时发生。•表面纵向裂纹起源于结晶器内，凝壳不均匀，抗张应力集中在某一薄弱部位，则造成了纵裂。表面横向裂纹•在铸坯表面，沿振动波纹的波谷处发生的横向开裂称为表面横向裂纹。对发生在铸坯角部的横向开裂，称之为表面横向角裂。表面横裂有时发生在横向凹陷中，表面横裂与角裂往往同时发生。•振动异常是表面横向裂纹产生的最常见的原因。可能的原因还有低温矫直和二次冷却过度。表面龟裂•表面龟裂一般指在铸坯表面的星状裂纹。该缺陷一般覆盖在氧化铁皮下。表面龟裂的铸坯在轧制时，裂纹会扩展。•结晶器内的凝壳与铜管内壁磨擦，把铜磨削下来，铜渗入铸坯表层，尤其沿晶界优先扩散渗入，使铸坯的表层的热态强度恶化而导致龟裂。气泡•沿柱状晶生长方向伸展，在铸坯表面附近的大气泡称之为气泡；而对比较小的气泡且密集的称之为气孔。根据气泡的位置，将露出表面的称之为表面气泡；对不露出表面的称之为皮下气泡•在实际生产中，常见的导致因素有：脱氧不足；钢水过热度大；二次氧化；保护渣水分超标；结晶器上口渗水；结晶器润滑油过量；中间包衬潮湿。夹渣•直径为2～3mm到10mm以上的脱氧产物和侵蚀的耐火材料卷入弯月面，在连铸坯表面形成的斑点称为夹渣。•结晶器弯月面的渣子熔点高，流动性差，与钢水的浸润性差时，便残留在铸坯表面形成夹渣。实际生产中常见的夹渣导致夹渣原因有：耐火材料质量差造成的侵蚀产物；浇铸过程中捞渣操作不及时；结晶器内液面不稳定，波动过大、过快，造成未熔解粉末的卷入；钢水Mn/Si比低造成钢水流动性差。拉速过慢或浇铸温度偏低也容易形成夹渣缺陷。双浇•因各种原因使钢液浇铸中断而在弯月面处产生凝壳，且不易与再浇铸的钢液相融，在铸坯四周产生的连续痕迹称之为“重接”或“双浇”。该缺陷与铸锭中的“冷隔”相似，如果操作不慎，会引起结晶器出口处的漏钢。•减少钢流中断时间是防止双浇的唯一措施。翻皮•凝壳在结晶器内发生轻微的破裂，会有少量钢水流出来，弥合裂口，铸坯表面好像贴了一层皮似的，称为翻皮或重皮。这种缺陷发展严重时会导致漏钢。•初始凝壳的反复撕裂－弥合，是造成翻皮的原因。常见的导致因素有：操作不当造成结晶器内润滑不足或短时间拉速过快造成的润滑不足；结晶器弯月面处的铜管内壁有变形、凹坑；烧氧造成的毛糙形成的挂钢；铸温过高，凝壳薄，易裂等。振痕异常•正常振痕呈波浪状等距离地分布在铸坯表面。如果振痕不是水平线，而是在离铸坯角部很部的距离处即变成模糊的变形曲线，再在靠近相对的角部重新变成水平线状，这就是异常振痕。•结晶器振动异常是造成振痕异常的根本原因。结晶器铜管内表面不平整，特别是弯月面处有沟槽以及结晶器内润滑不当造成振痕异常。渗漏•出现在铸坯表面的钢液称为渗漏。•渗漏是由于凝壳上的小裂缝被幸运地焊合，其可能发生在结晶器内或二次冷却装置上部。渗漏往往与其他一些缺陷及事故相关。发生渗漏时，如果不及时对结晶器或二次冷却适当加强冷却，那么将发生漏钢。擦伤•外来的金属异物粘附在导辊、拉矫辊等其他固定辊上引起的铸坯表面机械损伤称为擦伤。•停机检修时及时清理铸坯运动路径上的冷钢等异物；在浇注过程中，为减少钢水损失，可对造成擦伤部位前的铸坯进行适当强冷，减缓擦伤深度及宽度，但应在浇完该炉钢水后，马上停机清理。内部裂纹•各种应力作用的脆弱的凝固界面上产生的裂纹称之为内部裂纹。由于在凝固界面上成分富集的钢液流入裂纹部位，通过硫印和低倍酸浸才可显出的这些裂纹，所以也有的称之为偏析裂纹或偏析条纹。除了较大的裂纹，一般均可在随后的轧制过中焊合。按内部裂纹的出现部位及成因将之分为挤压裂纹、中间裂纹、角部裂纹和中心星状裂纹。•挤压裂纹是铸坯在带液相进行拉坯或矫直时，所承受的变形率超过了铸坯所允许的变形率，则形成裂纹。•稳定操作、减少漏钢后的强制拉坯；设置限位垫块，防止过压、可避免该裂纹发生。•中间裂纹是在铸坯外侧和中心之间的中间某一位置，在柱状晶间产生的裂纹，其位置一般在中间，故称为中间裂纹。内部裂纹•它是铸坯在凝固过程中过冷或不均匀二次冷却所产生的热应力作用在树枝晶间较弱的部位而产生的，故也称为冷却裂纹。•合理设置二次冷却的比水量及钢水的过热度是减少该裂纹的方法。•中间裂纹是由于菱形变形在铸坯角部附近形成的一种裂纹，一般处于对角线上，离表面很浅的地方，有时甚至沿对角线惯穿。防止菱形变形的发生是减少角部内裂纹的方法。•从铸坯中心呈星状扩展的径向裂纹称为中心星状裂纹。当钢中含氢偏高时，凝固末期氢气压力大于钢水静压力，阻碍了钢水补缩，而产生缩孔。因而该裂纹与中心偏析和中心疏松一起产生。二次冷却过激也是产生中心星状裂纹的原因之一。二次冷却的比水量和浇铸温度对轴心裂纹均有影响。非金属夹杂物•连铸坯内夹杂物的主要成因大致包括：脱氧产物、渣子卷入、耐材熔损、氧化产物、渣粉卷入等。抑制夹杂物的生成，促进夹杂物的分离，防止钢水受到污染，改变夹杂物形态等措施，是提高钢水质量、降低或减少铸坯非金属夹杂物的途径。针对小方坯连铸机而言，减少夹杂物的工作必须在钢不进入结晶器前完成，同时，还应谨慎的选用保护浇铸工艺。中心偏析与中心疏松•对连铸坯沿中心轴纵向剖开并抛光后，在轴心附近有细小空洞，称之为中心疏松。中间偏析与中心疏松是对应的。•方坯凝固末端液相穴相当尖，极易产生“搭桥”，生成“小钢锭”结构，从而产生周期性的，断续的缩孔与偏析。任何促使铸坯凝固时柱状晶发达的因素均是导致偏析和疏松的主要原因。•使用各种方式促进铸坯中心凝固组织等轴晶化是减缓疏松和偏析的措施。各种低倍缺陷产生原因及应采取的措施缺陷名称产生原因应采取的措施中心疏松钢液凝固时体积收缩而没有足够的钢液补充及最后凝固时气体析集和杂质集聚减少钢液的气体及夹杂含量；控制过热度、拉速；采用电磁搅拌中心偏析钢液在凝固过程中，由于选分结晶的影响及连铸坯中心部位冷却较慢，造成心部的成分偏析。连铸坯鼓肚加重偏析程度采用低温浇注、电磁搅拌及轻压下、控制冷却强度；避免坯壳变形、控制夹辊间距、严格对弧对中缩孔钢液在凝固时柱状晶发达及局部柱状晶“搭桥”，中心最后凝固部分集中收缩而得不到钢液补充控制过热度、拉速及二次冷却；采用电磁搅拌及轻压下角部裂纹钢液在结晶器内、外冷却强度不当及冷却不均，造成连铸坯角部受的应力超过钢的强度检查结晶器的形状及表面损伤、水缝的均匀及锥度情况；检查对弧及控制冷却水量；浸入水口与结晶器对中不形成偏流；控制矫直时铸坯角部温度各种低倍缺陷产生原因及应采取的措施缺陷名称产生原因应采取的措施皮下裂纹结晶器变形，局部摩擦力过大，对弧不准，结晶器及二冷区冷却不均，连铸坯鼓肚及矫直应力过大更换结晶器，严格对弧，调整一次及二次冷却参数，控制好矫直应力，防止铸坯出现鼓肚。中间裂纹连铸坯由于冷却不均，出二冷区后表面温度回升产生热应力，在拉坯和矫直时连铸坯受的机械应力过大。柱状晶发达也助长裂纹的发生控制二冷区的冷却，避免铸坯温度回升过大；避免鼓肚；严格对弧中心裂纹连铸坯凝固末期坯的心部钢液凝固收缩产生的应力、连铸坯鼓肚、二冷制度不当、矫直应力过大、钢液过热度高。气体含量高也能引起连铸坯中心裂纹控制拉速；控制热坯压力皮下气泡钢液脱氧不良及二次氧化，气体含量高，加入钢液的原材料或浇注系统不干燥，结晶器保护渣烘烤不好加强钢液的脱气；加强渣料的烘烤各种低倍缺陷产生原因及应采取的措施缺陷名称产生原因应采取的措施非金属夹杂物冶炼时脱氧产物、二次氧化产物等形成的夹杂物进入结晶器内未能上浮加强精炼操作；防止二次氧化，保护浇注；合理选择耐材白亮带电磁搅拌不当，钢液运动速度快，凝固前沿温度梯度减小、富集溶质产生的成分负偏析形成白亮带主要是二冷区电磁搅拌当其搅拌参数控制不当时，搅拌强度过大，易产生白亮带夹渣中间罐低液位浇注产生旋涡将渣吸入结晶器内未能上浮分离或结晶器内液面波动过大，将渣卷入钢液在凝固前未能浮出形成中心夹渣。距连铸坯表面10mm以内的夹渣称皮下夹渣各种低倍缺陷产生原因及应采取的措施缺陷名称产生原因应采取的措施异金属夹杂加入的合金料或浇注过程中掉入异金属未完全熔化翻皮由于浇注过程中结晶器内液面波动过大，或水口插入浅，倾角不合适等将液面氧化膜卷入钢液在凝固前未能浮出操作不当对连铸的影响及应采取的措施操作不当对连铸的影响及应采取的措施序号项目产生危害应采取的措施1中间包开浇钢水量少产生断面夹杂、夹渣按规程要求操作2保护渣选用不当产生表面凹坑，纵裂；渣膜不均，振痕加深，影响冷却效果；吸收功能降低，铸坯夹杂增加按规程要求合理选用保护渣3不使用大包长水口造成二次氧化，使中间包的