連鑄坯質量及控制技術課件

1、連鑄坯質量及控制技術1 連鑄技術發(fā)展2 連鑄工藝原理3 連鑄設備4 連鑄坯質量概述 5 提高連鑄機生產(chǎn)率技術6 結語目 錄生產(chǎn)過程對環(huán)境更加友好21世紀鋼鐵工業(yè)發(fā)展趨勢產(chǎn)品更加純潔化生產(chǎn)工藝更加高效低耗1 連鑄技術發(fā)展?jié)?鑄 方 式 模鑄：傳統(tǒng)生產(chǎn)主要采用模鑄，分上注法和下注法。目前僅部分高合金鋼或超大錠還采用連鑄：將金屬液連續(xù)地通過結晶器發(fā)生連續(xù)凝固得到固態(tài)鋼坯的生產(chǎn)技術。最早在有色合金中使用，提出結晶器負滑脫振動技術解決鑄坯與結晶器的粘連問題后，1951年開始進行鋼鐵的連鑄生產(chǎn)。發(fā)達國家八十年代初連鑄比超過模鑄比，目前連鑄比已普遍達到90%以上薄板坯連鑄連軋（1）19世紀中葉H.Besse

2、mer提出了連續(xù)澆注金屬的構想；（2）1933年，現(xiàn)代連鑄的奠基人S.Junghans提出并發(fā)展了結晶器振動裝 置，奠定了連鑄的工業(yè)應用的基礎；（3）本世紀30年代，連鑄成功應用于有色金屬；（4）1950年，S.Junghans和Mannesmann公司合作，建成 世界上第一臺工業(yè)連鑄機；（5）50年代，工業(yè)應用時期；到50年代末，有連鑄機30臺，產(chǎn)量110t，連鑄比0.34%.（6）60年代，穩(wěn)步發(fā)展時期；到60年代末，有連鑄機200余臺，產(chǎn)量4000萬t.（7）70年代，迅猛發(fā)展時期；1981年連鑄比33.8%.（8）80年代，完全成熟時期；1990年連鑄比64.1%；（9）90年代，近終

3、型連鑄技術時代連鑄技術的發(fā)展歷史 高效凝固優(yōu)化成型化學冶金物理冶金節(jié)能連續(xù)鑄鋼的特點連鑄的優(yōu)越性提高鋼材質量，連鑄產(chǎn)品的均一性好，質量好；簡化生產(chǎn)工序，縮短流程。降低建設投資約40%，減少占地面積約30%，節(jié)約勞動力約70%提高金屬收得率。無集中縮孔故無需切頭去尾，理論收得率為100%，模鑄從鋼水到成坯的收得率大約8488，連鑄為9596，比模鑄提高10%以上降低能耗：連鑄節(jié)能主要是省去了開坯工序，以及提高成材率。生產(chǎn)一噸鋼坯比模鑄可以節(jié)能6271046kJ，相當于21.435.7kg標準煤。加上綜合成材率的提高，可以節(jié)能約130kg標準煤，節(jié)能1/4至1/2；生產(chǎn)過程機械化、自動化程度明顯提

4、高；連鑄明顯簡化生產(chǎn)工序模鑄與連鑄工序比較工藝過程煉鋼鑄錠均熱初軋開坯連鑄鋼坯清理加熱軋制軋鋼燃料消耗109J/t1模鑄鋼錠冷裝軋制ICCCROOOOOOO2.012模鑄鋼錠開坯后直接軋制ICDROOOOO0.923連鑄坯冷裝爐軋制CCCCROOOOO1.344連鑄坯熱送軋制CCHCROOOO0.8785連鑄坯直接熱裝爐軋制CCDHCROOOO0.3346連鑄坯直接軋制CCDROO角部補熱O煉鋼軋鋼不同生產(chǎn)流程的軋鋼能耗比較連續(xù)鑄鋼過程基本特點如下 （1）連鑄坯凝固過程實質上是動態(tài)熱量傳遞過程 鋼水從液態(tài)轉變?yōu)楣腆w放出熱量：鋼水固體+Q 放出熱量包括：過熱凝固潛熱物理顯熱2 連鑄工藝原理連鑄凝

5、固過程示意圖凝固示意圖以20鋼為例，鋼水凝固冷卻到室溫放出熱量是：過熱 25.2 kJ/kg潛熱 328 kJ/kg顯熱 958 kJ/kg總熱量中大約1/3從液體固體放出，其余2/3是完全凝固后放出的鋼水在連鑄機內(nèi)凝固是一個熱量釋放和傳遞的過程，鑄坯邊運行，邊放熱邊凝固，形成了很長的液相穴（10-20幾米），在液相穴長度上布置了三個冷卻區(qū)：一次冷卻區(qū)：鋼水在結晶器中形成足夠厚的均勻坯殼，以保證鑄坯出結晶器不拉漏二次冷卻區(qū)：噴水加速鑄坯內(nèi)部熱量的傳遞，使其完全凝固三次冷卻區(qū)：鑄坯向空氣中輻射傳熱使鑄坯溫度均勻化 以20鋼為例，經(jīng)過鋼水凝固熱平衡計算，得出以下概念： 1） 鋼水從結晶器二冷區(qū)輻射

6、區(qū)大約有40%熱量放出來，鑄坯才能完全凝固。這部分熱量放出的速度決定連鑄機生產(chǎn)率和鑄坯質量；2） 鑄坯切割后大約還有60%熱量放出來，為了利用這部分熱量，以節(jié)約能源，成功開發(fā)了：鑄坯熱裝熱送工藝：鑄坯入加熱爐溫度越高，則節(jié)能越多。鑄坯500熱裝入爐節(jié)能0.25106 kJ/t，800熱裝，節(jié)能為0.514106 kJ/t；直接軋制工藝：直接軋制比鑄坯冷裝加熱軋制節(jié)能8085，大大縮短生產(chǎn)周期。如薄板坯連鑄連軋工藝（CSP 、FTSC）（2）連鑄坯凝固是沿液相穴在凝固溫度內(nèi)把液體轉變?yōu)楣腆w的加工過程圖 連鑄坯凝固示意圖 如圖4所示，帶液芯的鑄坯，以一個固定速度在連鑄機內(nèi)沿弧形軌道運動。沿液相穴固

7、/液界面把熱量放出傳給外界。可看成是在凝固溫度區(qū)間（TL-Ts）把液體轉變?yōu)楣腆w加工過程。然而在固液界面的臨界高溫強度為13 N/mm2，臨界塑性應變?yōu)?.20.4%。當凝固坯在鑄機運行過程中，受到外部應力作用（如熱應力、鼓肚力、彎曲力、矯直力）超過了上述的臨界值，在鑄坯固/液界面就產(chǎn)生裂紋直到凝固殼能抵抗外力為止。 （3）連鑄機凝固是分階段的凝固過程 從結晶器彎月面凝固終點的很長的液相穴上，鑄坯凝固分為三個階段：鋼水在結晶器形成初生坯殼在二冷區(qū)接受噴水冷卻，使坯殼穩(wěn)定生長液相穴末端的凝固坯殼加速生長由于鑄坯分階段凝固，故可以在結晶器、二冷區(qū)和凝固末端采用不同的技術措施來改善鑄坯質量。如電磁攪

8、拌（EMS）可以安在結晶器、二冷區(qū)和凝固末端的不同區(qū)域，以獲得不同的冶金效果。 （4）在連鑄機內(nèi)運行的已凝固坯殼的冷卻可看成是經(jīng)歷“形變熱處理”過程 帶液芯坯殼在連鑄機運行過程中，坯殼承受：外力作用（如拉應力、機械力、鼓肚力）使坯殼發(fā)生變形坯殼溫度變化，發(fā)生了的反復相變，相當于“熱處理”，影響鑄坯質量上述四個方面現(xiàn)象是相互聯(lián)系和相互制約的。只有深入認識其規(guī)律性，才能在設備和工藝上制定正確的對策，使連鑄機達到生產(chǎn)效率高和鑄坯質量好的目的。連鑄機的機型（1） 按外形分類；3 連鑄設備（2）按鑄坯斷面分類機型最大斷面mmmm最小斷面mmmm經(jīng)常澆注斷面mmmm板坯300264031025001302

9、50180700300200大方坯600600200200250250450450240280400560小方坯16016055559090150150圓坯450100200300異性坯工字型460460120中空坯450/6100橢圓型120140（3）按鋼液壓頭分類機型H/D結晶器型式鑄機型式高頭50直型立式或立彎式標準頭4050直型或弧型帶直線段的弧型或弧型低頭2040弧型弧型或橢圓型超低頭20弧型橢圓型（1）立式連鑄機 結晶器、二冷段、拉坯和剪切沿垂直方向排列 無彎曲變形、裂紋少 占地面積少 夾雜物容易上浮 二冷均勻、簡單機型的特點不能延長冶金長度、生產(chǎn)率低鋼液靜壓大，容易產(chǎn)生鼓肚（2

10、）立彎式連鑄機結晶器下有垂直段，鋼水完全凝固或接近完全凝固時定點彎曲進入圓弧段。機身高度比立式低，鋼水靜壓??；有垂直段，夾雜物容易上浮且分布均勻；水平出坯，可以適當加長機身，提高拉速；二次冷卻結構較簡單同弧形連鑄機相比，占地面積相當，廠房高度高，投資較大；鑄坯在一點彎曲，一點矯直，容易形成裂紋；要求全凝固矯直，限制了生產(chǎn)率。（3）多點彎曲立彎式連鑄機 有垂直段，夾雜物容易上浮，具有立彎 式連鑄機的優(yōu)點； 多點彎曲。減小應力集中，裂紋少； 可在未完全凝固進入弧形段，故可以 提 高生產(chǎn)率，增大拉速。 分為弧形結晶器和直結晶器兩種 機身高度為立式連鑄機的1/21/3, 占地面積和立彎式相同，基建費用

11、低； 鋼液靜壓小，鑄坯質量好（鼓肚、裂紋 少）； 加長機身容易，可高速澆鑄，生產(chǎn)率高；（4）弧形連鑄機機器設備占地面積較立式大；內(nèi)弧夾雜物容易集聚；弧形結晶器加工較復雜；直結晶器在出口處為弧形和直線切點，容易漏鋼。（5）橢圓型連鑄機（超低頭連鑄機） 機身高度低，廠房高度降低； 多次變形，每次變形量不大，鑄坯質 量好； 鋼液靜壓小，坯殼鼓肚量小，質量好。結晶器內(nèi)夾雜物不能上浮分離，且內(nèi)弧集聚；多半徑，連鑄機的對弧、安裝、調(diào)整困難，設備較復雜。連鑄機的主要設備（1）鋼包及支撐裝置 鋼包：鋼液的載體耐腐蝕、保溫性好鋼液容易控制，控制可靠 鋼包回轉臺鋼包(ladle)用于盛放鋼液并進行精煉和澆鑄的容器

12、，一般應與煉鋼爐出鋼量匹配，鋼包通過滑動水口開啟關閉來調(diào)節(jié)鋼液注流 承托鋼包采用鋼包回轉臺或鋼包支架，現(xiàn)還配備吹氬、調(diào)溫、傾翻倒渣、加蓋保溫等功能（2）中間包及其支撐裝置 中間包 儲存鋼液（換鋼包） 分配鋼液 （分流） 保溫，均勻成分 保護作用，減少對坯殼的沖擊 中間包冶金 擋墻、吹氣、過濾及加熱 中間包小車中間包(tundish)起減壓、穩(wěn)流、去渣、貯鋼、分流等作用，容量是鋼包的2040%，其結構應具有較小的散熱面積和良好的保溫性能，斷面形狀多為矩形、橢圓等，設有包蓋以保溫并防止烘烤鋼包底，包蓋上開有注入孔和塞棒孔。塞棒與水口配合控制注流，浸入式水口加保護渣進行保護澆注。鋼液在中間包中停留時

13、間約810min廣泛采用中間包冶金，包括多孔導流擋渣墻、中間包過濾器、加熱、惰性氣體噴吹、預熔型中間包渣、活性鈣內(nèi)壁、中間包喂絲等（3）結晶器及其振動裝置 結晶器：在連鑄生產(chǎn)中，高拉速條件下保證有均勻的坯殼厚度而不致拉漏。良好的導熱性鋼液和內(nèi)壁不粘結有一定剛度結構簡單，重量輕薄板坯連鑄結晶器薄板坯連鑄結晶器立彎式,德馬克ISP漏斗形,西馬克CSP凸透鏡形,達涅利FTSR平板式,奧鋼聯(lián)Controll結晶器是連鑄設備最重要的部件，鋼液在其中冷卻凝固成有一定坯殼厚度的帶液芯鑄坯，并能被連續(xù)地拉出而進入二冷區(qū)。結晶器應具有良好的導熱性和剛性、耐磨性按外形可分為立式、立彎式、直弧形以及弧形。按結構可分

14、為管式和組合式，管式多用于小方坯連鑄而組合式多用于大方坯、板坯、矩形坯結晶器參數(shù)結晶器長度：鑄坯出結晶器下口時可得到的坯殼厚度對大截面鑄坯要求大于15mm，而對小斷面鑄坯要求大于810mm，由此，根據(jù)大量實踐結果，結晶器長度應為700900mm，為適應高拉速的需要，則可增大到900mm，也有采用1200mm結晶器錐度：結晶器銅板內(nèi)腔應上大下小以保證凝固收縮需要，這就是結晶器錐度結晶器材質與壽命：多采用銅合金制作結晶器內(nèi)壁，可鍍一層合金鍍層以提高壽命結晶器內(nèi)壁潤滑：潤滑油潤滑、保護渣潤滑結晶器液面控制：同位素法居多結晶器振動結晶器振動在連鑄過程中具有重要作用。結晶器的上下往復運動，實際上起到了脫

15、模的作用。坯殼與銅板間的粘附力因結晶器振動而減?。唤Y晶器向下運動時，由于“負滑脫”作用而愈合坯殼表面裂痕，有利于獲得良好的表面質量結晶器振動主要有正弦振動和非正弦振動兩種方式正弦振動方式采用高頻率、小振幅、較大的負滑脫量較為有利 振動裝置 作用： 防止初生坯殼金額結晶器壁粘結 避免拉漏坯殼 改善表面質量 振動方式： 同步振動 負滑脫振動 正弦振動（4）二次冷卻區(qū) 作用：繼續(xù)冷卻支撐導向 要求： 冷卻效率高，傳熱快 均勻冷卻，表面溫度均勻 支撐導向部件有足夠的強度和剛度 各段對中準確 快速更換二次冷卻鑄坯從結晶器出來到完全凝固這一過程稱為二次冷卻，連鑄裝置的這一區(qū)域稱為二冷段或二冷區(qū)二冷區(qū)作用：

16、帶液芯鑄坯通過噴水或噴氣水直接冷卻而快速凝固；對未完全凝固的鑄坯起到支撐導向作用；在上引錠桿時對引錠桿起到支撐導向作用；采用直結晶器的弧形連鑄機，二冷區(qū)把直坯彎成弧形坯；對橢圓形連鑄機，二冷區(qū)又是分段矯直區(qū)；采用多輥拉矯時，二冷區(qū)的部分夾輥又是驅動輥，起到拉坯作用二次冷卻采用水噴霧冷卻和氣噴霧冷卻兩種方法，壓力噴嘴的布置應保證均勻冷卻，噴嘴數(shù)量沿鑄坯長度方向由多到少（5）鑄坯導向和拉坯矯直機 作用：拉坯矯直送引錠桿，調(diào)節(jié)拉速 引錠桿作用：開澆時的凝固底板傳遞拉坯力 引錠桿形式：撓性剛性拉坯矯直裝置早期為單一拉坯輥和單一矯直輥裝在一起，稱為拉矯機；而目前多采用多輥拉矯機，驅動輥已延伸至弧形區(qū)和水

17、平區(qū)，拉坯力已分散到多組輥上要求：足夠拉坯力；較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)拉速；足夠矯直力小方坯一般為單點矯直，大方坯和板坯采用帶液芯多點矯直多輥拉矯機結構（6）切割裝置 作用：定尺、切割。 方式：火焰、機械 火焰切割 設備輕，不受斷面限制，切口齊，有金 屬損耗； 機械切割： 切割速度快無金屬損耗操作安全可靠設備投資大，重量較大。連鑄操作工藝鋼液溫度控制：中間包鋼液過熱度必須嚴格控制，一般在520之間鋼液成分控制：特別是雜質元素及夾雜物鋼包澆鑄：敞開式澆鑄、保護澆鑄中間包澆鑄：流入中間包的鋼水達到1/2高度時可開澆，有塞棒開澆和定徑水口開澆兩種方式連鑄機啟動控制、拉速控制、冷卻水控制、二冷控制多爐連澆 鑄坯

18、裂紋是影響連鑄機產(chǎn)量和鑄坯質量的主要缺陷。據(jù)統(tǒng)計鑄坯各類缺陷中的50為裂紋。鑄坯出現(xiàn)裂紋，重者會導致漏鋼和廢品，輕者需進行精整。 4、連鑄坯質量概述 帶液芯的鑄坯在連鑄機內(nèi)運行和凝固過程中為什么會產(chǎn)生裂紋，這是一個復雜的問題。當外力作用于帶液芯的坯殼上，究竟是否產(chǎn)生裂紋決定于鋼的高溫力學行為、凝固的冶金行為和鑄機設備運行狀態(tài)。就裂紋而言，可分為鑄坯表面裂紋和鑄坯內(nèi)部裂紋兩類。 圖 鑄坯表面裂紋類型 1橫向角部裂紋 2縱向角部裂紋 3橫裂紋 4寬面縱向裂紋 5星形裂紋 6深振痕表面裂紋 縱裂紋 橫裂紋 網(wǎng)狀裂紋 皮下針孔 表面裂紋是在結晶器彎月面區(qū)域，由于鋼水坯殼銅板保護渣之間不均衡凝固產(chǎn)生的。

19、決定于鋼水在結晶器中的凝固過程。它會導致軋制板材表面的微細裂紋，影響產(chǎn)品表面質量。(2)鑄坯內(nèi)部裂紋中間裂紋矯直裂紋角部裂紋中心線裂紋三角區(qū)裂紋皮下裂紋圖 鑄坯內(nèi)部裂紋示意圖1角裂；2中間裂紋；3矯直裂紋；4皮下裂紋；5中心線裂紋；6星狀裂紋內(nèi)部裂紋是帶液芯的坯殼在二冷區(qū)凝固過程中產(chǎn)生的。它會影響中厚板的力學性能和使用性能。連鑄坯裂紋的形成是一個非常復雜的過程，是傳熱，傳質和應力相互作用的結果。為什么會產(chǎn)生裂紋產(chǎn)生裂紋外因:帶液芯的高溫鑄坯在連鑄機運行過程中，各種力作用于高溫坯殼上產(chǎn)生變形，超過了鋼的允許強度和應變產(chǎn)生裂紋的內(nèi)因:鋼對裂紋敏感性產(chǎn)生裂紋的條件:而連鑄機設備和工藝因素圖 產(chǎn)生裂紋

20、因素示意圖高溫帶液芯鑄坯在結晶器運行過程中是否產(chǎn)生裂紋，主要決定于： 1）外力作用 結晶器坯殼與銅板摩擦力 鋼水靜壓力產(chǎn)生鼓肚 噴水冷卻不均勻產(chǎn)生熱應力 鑄坯彎曲或矯直力 支承輥不對中產(chǎn)生的機械力 相變應力當這些力作用在高溫鑄坯表面或凝固前沿產(chǎn)生的應力或應變量超過鋼的臨或臨時就產(chǎn)生裂紋，然后在二冷區(qū)裂紋進一步擴展。圖 鼓肚現(xiàn)象2）鋼的高溫性能如圖所示，鋼可分為三個延性區(qū)： 區(qū)凝固脆性區(qū)（Tm-1350） 區(qū)高溫塑性區(qū)（1300-1000） 區(qū)低溫脆化區(qū)（900-600） 區(qū)使鑄坯產(chǎn)生內(nèi)裂紋，區(qū)使鑄坯產(chǎn)生表面裂紋。3）工藝性能低過熱度澆注雜質元素含量（S、P、Cu、Sn、Zn）合適的二冷水量和鑄

21、坯表面溫度分布坯殼與結晶器銅板良好的潤滑性結晶器液面的穩(wěn)定性結晶器內(nèi)坯殼均勻生長4）設備性能結晶器錐度結晶器的振動（振動頻率f，振幅S，負滑脫時間tN）氣水噴霧冷卻對弧準確，防止坯殼變形（對弧誤差0.5mm）在線檢測支承輥開口度(0.5mm)支承輥變形多點矯直或連續(xù)矯直多節(jié)輥壓縮澆注下面是某廠板坯表面裂紋的實物照片表面縱向裂紋 角部縱裂紋 表面橫裂紋角部橫裂紋 表面星狀裂紋管線鋼鑄坯皮下網(wǎng)狀裂紋 翹皮缺陷宏觀照片 板坯表面縱裂紋特征 表面縱裂紋可能發(fā)生在板坯寬面中心區(qū)域或寬面到棱邊的任一位置產(chǎn)生。 以2501200mm（C=0.08%）板坯為例： 細小縱裂紋：寬度1-2mm，深度3-4mm，長

22、100mm左 右。 寬大縱裂紋：寬度10-20mm，深度20-30mm，長度有幾米，嚴重時會貫穿板坯而報廢鑄坯表面縱裂紋形成以及防止 綜合分析表明縱裂紋有以下特征：（1） 產(chǎn)生縱裂紋的表面常伴有凹陷，縱裂紋的嚴重性與 表面凹陷相對應。（2） 裂紋沿樹枝晶干方向擴展。（3） 裂紋內(nèi)發(fā)現(xiàn)有硅、鈣、鋁等元素的夾雜物。（4） 在裂紋周圍發(fā)現(xiàn)有P，S，Mn的偏析（5） 在裂紋邊緣出現(xiàn)有一定的脫碳層，說明裂紋是在高 溫下形成擴展的。 鑄坯表面裂紋與中厚板表面缺陷關系： 板坯表面裂紋15mm深，當壓縮比4.26.8，產(chǎn)品裂紋深度為2mm。1000塊板坯軋制統(tǒng)計： 軋制厚度 裂紋指數(shù) 40mm 11.25 圖

23、2-1 板坯表面縱裂紋形貌 板坯橫斷面低倍檢驗指出，縱裂紋起源于激冷層薄弱處（約2- 3mm）。 結晶器的模擬試驗指出，縱裂紋起源于結晶的彎月面區(qū)（幾十毫 米到150mm）周邊坯殼厚度薄弱處。這說明縱裂紋起源于結晶器 的彎月面區(qū)初生凝固殼厚度的不均勻性。由于受力的作用： （1）板坯凝固殼四周溫度不均勻而產(chǎn)生的收縮力。 （2）板坯收縮由鋼水靜壓力產(chǎn)生的鼓脹力。 （3）寬度收縮受側面約束產(chǎn)生的彎曲應力。 這些力的的綜合作用在坯殼上，當張應力超過鋼的高溫允許的強度，則就在坯殼薄弱處萌生裂紋，出結晶器后在二冷區(qū)繼續(xù)擴展。 表面縱裂紋產(chǎn)生的原因在結晶器彎月面區(qū)坯殼厚度生長不均勻的主要原因是：（1）包晶相

24、變（L+）收縮特征，氣隙過早形成， 導致坯殼生長不均勻。（2）工藝因素影響結晶的坯殼生長不均勻。 顯然要防止產(chǎn)生縱裂紋，就是要使結晶的彎月面初生坯殼厚度均勻，避免坯殼產(chǎn)生應力梯度。要做到這點，對于包晶相變的收縮特征是由Fe-C相圖決定的，人為無法改變，而重要的是準確控制影響結晶的初生坯殼生長的工藝因素，來防止產(chǎn)生縱裂紋。 影響表面縱裂紋產(chǎn)生的因素（1） 鋼水成分 圖2 鋼中S與裂紋指數(shù)的關系 ；圖4 含碳量對板坯寬面縱裂紋的影響包晶相變鋼轉變，收縮大，氣隙過早形成，坯殼折皺，結晶器熱流不穩(wěn)定，坯殼厚度生長不均勻性加重。圖3 Mn/S對縱裂的影響 （2） 拉速拉速增加，縱裂紋指數(shù)增加； 拉速增加

25、，渣膜厚度減少。 圖 拉速對縱裂紋的影響 圖 拉速對渣膜厚度的影響2 鑄坯表面縱裂紋（3） 保護渣 液渣層厚度10mm，縱裂紋增加。 高凝固溫度和高結晶器溫度的保護渣，減少結晶器彎月面?zhèn)鳠峥墒箍v裂發(fā)生率減少50%。 圖 液渣層厚度對縱裂紋的影響（4） 結晶器液面波動 液面波動60Cal/cm2s（2.1MW/ M2）, 縱裂紋增加；中碳鋼（0.11%C），結晶器熱流41Cal/cm2s(1.7MW/M2),縱裂紋增加。圖 鑄坯熱流對縱裂指數(shù)的影響 2501400mm板坯由圖可知：結晶器的寬面銅板平均熱流為1.4- 1.6MW/m2 ，側面平均熱流為1.1-.3MW/ m2，板坯表面縱裂紋發(fā)生率

26、最小。 圖 寬面銅板熱流與裂紋的關系 圖 側面銅板熱流與裂紋的關系 由圖可知，對稱銅板熱流差值控制在0.05MW/ m2時，板坯表面縱裂紋發(fā)生率較小。這說明對稱銅板導出熱量相同凝固坯殼厚度生長均勻。圖 寬面銅板熱流差值與裂紋的關系 圖 側面銅板差值與裂紋的關系 側邊銅板熱流與寬邊銅板熱流之比為0.8-0.9時板坯表面縱裂紋最小。如比值太小，說明側面銅板熱流過低，凝固坯殼厚度較薄，鋼水靜壓力作用使側面鼓脹，加大了寬面坯殼變形，在薄弱處產(chǎn)生微裂紋。如比值過大，說明側邊熱流過高，側邊凝固坯殼生長過厚，當寬面鼓脹時，側邊不能隨之收縮而導致寬面坯殼薄弱處應力集中產(chǎn)生微細裂紋。 圖 側面熱流與寬面熱流比值

27、與裂紋關系 結晶器弱冷，有利于減少縱裂紋。某廠板坯結晶器水量減少（由100%降至87%），二冷強度由100%降至80%，縱裂指數(shù)由1.92降至0.51。 圖 結晶器弱冷對小縱裂紋的影響 （6） 結晶器的錐度 結晶器錐度對縱裂紋的影響如圖; 錐度0.8%/m，窄面凹入無角部縱裂。 板坯角部縱裂紋與出結晶器寬面鼓肚有關。寬面鼓肚而窄面隨之收縮（凹入），則無角部縱裂紋，而窄面凸出則有角部縱裂紋。 強化足輥寬面冷卻，減弱窄面冷卻可消除角部縱裂紋。 圖 結晶器錐度和鋼成分對皮下內(nèi)裂的影響（斷面尺寸240 x240mm,拉速0.7m/min） （7） 結晶器振動 振痕淺，無角部縱裂紋； 振痕深，角部縱裂紋

28、增加； 負滑脫時間值增大，板坯表面縱裂升高；0.20.3s，縱裂降低。（8） 結晶器鋼液流動 水口對中，防止產(chǎn)生偏流；水口材質浸蝕，出口流股不對稱，造成偏流。水口插入深度合適（9） 結晶器變形 對于小方坯常出現(xiàn)角部縱裂紋（靠近角部棱邊或離開角部10-15mm）,它是與凝固前沿熱撕裂有關的。它的產(chǎn)生決定于：方坯菱變；結晶器圓角半徑R(R大，縱裂沿棱角；R小，縱裂離開角部)；結晶器變形與磨損。 保持結晶器合適錐度，較大的圓角半徑（R6-8mm），準確對弧和支承，防止結晶器磨損，均勻的冷卻等可消除小方坯角部縱裂。（10）出結晶器下口的冷卻 足輥和零段二冷水過強，板坯寬面縱裂加劇，如水流密度由110

29、l/m2.min 降到60 l/m2.min，縱裂指數(shù)由2降到零。防止縱裂紋產(chǎn)生的根本措施，就是使結晶器彎月面區(qū)域坯殼生長厚度均勻。（1） 結晶器初始坯殼均勻生長 熱頂結晶器（彎月面區(qū)熱流減少5060） 波浪結晶器（彎月面區(qū)熱流減少1725） 結晶器弱冷 合適結晶器錐度對于板坯：為補償結晶器寬面凝固殼收縮，窄面給出線性錐度如圖所示，應滿足：對于方坯：管式結晶器由單錐度（0.6%/m,0.75%/m）多錐度（結晶器上部1.42.3/m，結晶器下部0.60.8/m） 拋物線錐度演變。 控制結晶器窄面熱流與寬面熱流比值為0.80.9，以減少縱裂紋。調(diào)節(jié)結晶器水量和進出水溫度，控制結晶器彎月面銅板溫度

30、為恒定值。防止表面縱裂紋措施（2） 結晶器鋼水流動的合理性 液面波動35mm 浸入式水口對中，防止偏流 合理的浸入式水口設計（合適的出口直徑，傾角） 合適的水口插入深度（3） 結晶器振動 合適的負滑脫時間tN 合適的頻率和振幅 防止振動偏差(縱向，橫向0.2mm )（4） 合適的保護渣 對結晶器坯殼表面易產(chǎn)生凹陷（縱裂）和粘結的鋼種，選用保護渣的原則是： 凹陷鋼（包晶鋼） 粘結鋼 * 熱流控制 * 摩擦力控制 * 固體渣層厚度 * 液渣膜厚度 * 較高熔點 * 低熔點 * 較高粘度 * 低粘度 * 較高結晶溫度（高堿度） * 低堿度（玻璃性） 除設計合適的保護渣組成和熔化性能外，在生產(chǎn)上，根據(jù)

31、澆注鋼種和拉速， 控制好： v（粘度拉速）0.20.4 Pasm/min 結晶器鋼液面上液渣層厚度1015mm 均勻渣膜厚度（d = 0.95Vc-0.47） 合適渣子消耗（0.30.5kg/m2，或0.50.7kg/t） 合適的渣圈厚度（5） 出結晶器鑄坯運行 結晶器與零段的支撐對弧準確 二次冷卻均勻性（6） 調(diào)整鋼水成分 鋼中碳含量避開包晶區(qū)，C向下線或上線控制鋼中S30 殘余元素Cu、As、Zn控制1.3%，在振痕波谷處就產(chǎn)生裂紋。圖 鋼高溫延性示意圖 （1） 鋼成分 C0.100.15%，坯殼厚度不均勻性強，振痕深，表面易產(chǎn)生凹陷或橫裂紋；生產(chǎn)實踐表明，C0.150.18%或0.150

32、.20%時，振痕淺了，鑄坯邊部橫裂減少； 降低鋼中N，防止氮化物沉淀；（2） 結晶器振動特點 振痕深度增加，橫裂紋增加； 振動頻率f增加,振痕變淺，橫裂紋減少； 負滑脫時間增加，振痕深度增加，方坯tN=0.120.15s，板坯tN=0.20s。 圖 振痕深度與橫裂紋產(chǎn)生幾率的關系影響產(chǎn)生橫裂紋因素圖 振動頻率與振痕深度的關系 圖 負滑脫與振痕深度的關系 （3） 結晶器液面波動 結晶器液面波動增加，橫裂紋加重。（4） 保護渣性能 保護渣耗量增加，橫裂紋減少； 圖 結晶器液面波動與角裂發(fā)生率的關系圖 保護渣消耗量與角裂發(fā)生率的關系（5） 合適二冷強度 調(diào)整二冷水分布，在矯直前鑄坯溫度900，避開脆

33、性區(qū)； 合適二冷水量并降低鑄坯橫向中心與邊部溫度差，尤其是避免角部溫度過低。 圖 矯直溫度與橫裂紋關系 （1） 采用高頻率,小振幅結晶器振動 負滑脫時間t N與拉速v成正比,與頻率和振幅f成反比.為防止橫裂紋,就要減淺振痕,則必須降低,要降低,則必須采用高頻率 (100400min-1),小振幅(5mm)的結晶器振動機構。（2） 合適的二次冷卻水量 根據(jù)鋼種不同,二冷配水量分布應使鑄坯表面溫度分布均勻,應盡量減少鑄坯表面和邊部溫度差。采用動態(tài)二冷配水模型。（3） 合適保護渣性 保護渣用量和粘度,既要滿足減淺振痕,又要防止坯殼粘結.最少為 0.3kg/m2。 防止橫裂紋措施（4） 合適鑄坯轎直溫

34、度，以避開脆性區(qū)。（5） 矯直輥水平度管理（圖3-10） 矯直輥水平度異常時，鑄坯矯直應變比正常大（正常1.19，異常為2.69），使橫裂多且深，所以應把輥水平度控制在2mm以內(nèi)。圖 轎直輥水平度對鑄坯橫裂的影響鑄坯表面星形（網(wǎng)狀）裂紋特征 裂紋位于鑄坯表面被FeO覆蓋，經(jīng)酸洗后才能發(fā)現(xiàn)。表面裂紋分布無方向性，形貌呈網(wǎng)狀裂紋深度可達1-4mm，有的甚至達20mm。 金相觀察表明，裂紋沿初生奧氏體晶界擴展。裂紋中充滿FeO，軋制成品板材表面裂紋走向不規(guī)則，成彌散分布，細若發(fā)絲，深度很淺，最深 達1.1mm。必須進行人工修復。 圖 鑄坯表面的網(wǎng)狀裂紋鑄坯表面星形裂紋形成以及防止 鑄坯表面星形裂紋沿

35、一次晶界分布，裂紋邊界有脫C現(xiàn)象，說明是在結晶器內(nèi)高溫下（1400C）坯殼奧氏體轉變之前形成的。對于鑄坯表面星狀裂紋形成的原因，有不同的觀點，大致有以下看法：鑄坯表面星形裂紋產(chǎn)生原因 （1） 銅滲透和銅富集銅滲透 結晶器下部。銅板渣層破裂，發(fā)生固/固摩擦接觸，Cu局部粘附在坯殼上，Cu熔點是1040，Cu熔化沿奧氏體晶界滲透， 晶界破坯而失去塑性，產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象。在裂紋里發(fā)現(xiàn)有銅（Cu=1.6%），也證明了這點。銅富集 鋼中含有Cu=0.050.2%，高溫鑄坯由于Fe氧化，在FeO皮下形成含Cu的富集相 (70% Cu，15%Ni，10%Sn，5% Fe)熔點低，形成液相沿晶界穿行，在高溫時(1

36、1001200)具有最大的裂紋敏感性。 （2） 奧氏體晶界沾污 結晶器彎月面初生坯殼,由于轉變收縮鼓脹坯殼彎曲在張力和鋼水靜壓力作用下奧氏體晶界裂開,固/液界面富集溶質的液體進入裂紋,加上晶界析出物,污染了晶界成為晶界薄弱點,是產(chǎn)生星狀裂紋的起點. 鑄坯在運行過程中,進一步受到張力作用(如鼓肚不對中不均勻冷卻), 裂紋進一步擴展.（3） 表面凹陷和不規(guī)則褶皺（振痕） 板坯表面有凹陷和不規(guī)則振痕，清理后，發(fā)現(xiàn)有的分布細小裂紋，裂紋深度2mm，發(fā)現(xiàn)含有SiAlCaNa的氧化物。在軋材表面會遺傳有像頭發(fā)絲細小裂紋，有時還會發(fā)現(xiàn)有Al2O3、SiO2、NaK類似于保護渣。 采用與防止縱向裂紋產(chǎn)生的措施

37、，尤其是控制結晶器振動（高頻率，小振幅）和低粘度堿性保護渣，使星形裂紋明顯減少（4） H2過飽和析出 試驗指出，表面網(wǎng)狀裂紋也有不含Cu也不含保護渣，當鋼水中 H5.5ppm出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋廢品，當H10ppm，網(wǎng)狀裂紋廢品增加 在結晶器的彎月面區(qū)，結晶速度很快（冷卻速度100/s），凝固初生坯殼H過飽和，當坯殼溫度降低時，原子H從固體析出，向晶間的微孔隙擴散變成H2，造成附加應力，再加鋼水靜壓力和收縮力，超過了一定溫度下鋼的允許強度，則沿晶界斷裂，形成網(wǎng)狀裂紋。 降低鋼中H，降低S,提高Mn/S比，可使網(wǎng)狀裂紋明顯減少。（5） 晶間硫化物脆性樹枝晶間富集S奧氏體晶界富集有（Fe,Mn）S(Mn

38、28-29%,Fe34-35%,S 36%), 熔點980-1000，晶界形成硫化物液體薄膜， 在外力作用下形成網(wǎng)狀裂紋。 降低S，提高Mn/S比，延長加熱時間，提高加熱溫度，使晶界（Fe,Mn ）S 轉變?yōu)镸nS,軋制板材無裂紋。 鑄坯表面星形裂紋形成機理是非常復雜的，可能不是單一因素而是多種因素作用的結果。 （1）Cu-Ag, Cr-Zr-Cu結晶器銅板+鍍Ni或鍍Cr。 （2）針對鋼成分對裂紋的敏感性，將C，S，Mn/S，N 含量控制在合理范圍。 （3）澆注工藝參數(shù)的優(yōu)化，合適的澆注溫度，拉速，二 冷水量。 （4）合適的保護渣性能。 （5）連鑄機設備狀況（與防縱橫裂紋措施相同）。 防止星

39、形裂紋措施連鑄坯凝固結構控制 連鑄坯低倍結構組成是由： 激冷細小等軸晶層(57mm) 柱狀晶區(qū) 中心粗大等軸晶區(qū) 但是連鑄坯低倍結構的特點是： 柱狀晶發(fā)達甚至形成穿晶 連鑄坯液相穴很長(幾米20幾米) 鋼水補充不好,容易產(chǎn)生中心疏松和縮孔連鑄坯內(nèi)部中心缺陷控制 （1）控制柱狀晶與等軸晶的比例,擴大中心等軸晶區(qū),以獲得沒有內(nèi)部缺陷(如疏松和縮孔)的致密凝固組織. （2）柱狀晶使材料呈各向異性,使裂紋容易擴展;連鑄坯凝固結構控制的任務是： 因此抑制鑄坯柱狀晶生長而擴大等軸晶區(qū)是改善連鑄坯質量的一個重要任務.其技術措施: 控制鋼水過熱度,實行低溫快拉 結晶器加入微型冷卻劑（如鐵屑，喂鋼帶） 強化凝固

40、工藝(如噴鐵粉,喂包芯線) 水冷熱交換水口技術，CRM-Tesside鋼廠共同開發(fā) 采用電磁攪拌(M-EMS) 圖 鋼水過熱度與等軸晶率關系圖 熱交換水口示意圖圖 結晶器電磁攪拌原理圖連鑄坯中心缺陷控制 鑄坯中心致密度決定了中心疏松和縮孔的嚴重程度，而中心疏松和縮孔伴隨有嚴重的中心偏析所謂鑄坯中心偏析就是溶質元素在鑄坯中心區(qū)域分布的不均勻性 中心疏松+偏析的危害: 管線鋼氫脆 中厚板韌性惡化 高碳硬線脆斷 使用過程中,工件產(chǎn)生裂紋的根源連鑄坯中心缺陷控制圖 攪拌對凝固組織的影響圖 鑄坯中心偏析圖中心疏松+偏析形成原因： 凝固橋理論 富集溶質液體流動理論(如板坯鼓肚)為此,采用以下技術措施： 工

41、藝優(yōu)化(拉速、鋼水過熱度、冷卻水量)。為減輕中心疏松,宜采用低拉速、低過熱度、弱冷卻操作模式為了減輕或消除鑄坯中心疏松和偏析,其辦法是： 抑制柱狀晶生長,擴大鑄坯中心等軸晶帶 抑制液相穴末端富集溶質液體的流動電磁攪拌(EMS) 對高碳鋼C=0.84%,C偏析為 C/C0 無EMS 1.21 M-EMS 1.12 M+F-EMS 1.08輕壓F凝固末端強冷降低易形成偏析元素的含量(如S、P、O)阻止液相穴內(nèi)鋼水流動 -合適的輥間距防止液相穴末端區(qū)域坯殼鼓肚 -防止支承輥變形 -加強二冷增強坯殼強度,坯殼溫度不大于1100應當指出:高拉速與鑄坯內(nèi)部質量是有矛盾的,高拉速帶來的問題：鑄坯中心疏松縮孔加劇液相穴內(nèi)夾雜物不易上浮 因此應當正確處理好連鑄坯質