1、1连铸坯表面缺陷成因及防止对策连铸坯表面缺陷成因及防止对策主要缺陷：主要缺陷：纵裂纹；纵裂纹；横裂纹；横裂纹；角横裂纹；角横裂纹；“星星”形裂纹；形裂纹；针孔；针孔；夹渣。夹渣。234弯月面：mmr71043.55纵裂纹纵裂纹 铸坯铸坯热轧钢板热轧钢板连铸板坯表面中心部发生最多；连铸板坯表面中心部发生最多；长度长度30mm30mm10m10m；深度深度2 270mm70mm；铸坯铸坯“黑皮黑皮”状态即容易发现。状态即容易发现。6横裂纹横裂纹(振痕裂纹振痕裂纹)铸坯铸坯热轧钢板热轧钢板主要发生在铸坯内弧；主要发生在铸坯内弧；主要发生在振痕底部；主要发生在振痕底部；长度长度5050200mm200
2、mm；深度深度2 23mm3mm；铸坯铸坯“黑皮黑皮”状态不易发现。状态不易发现。7角横裂纹角横裂纹 发生在铸坯角部振痕底部；发生在铸坯角部振痕底部；长度长度5 520mm20mm；深度深度 5mm5mm；铸坯铸坯“黑皮黑皮”状态不易发现。状态不易发现。8“星星”形裂纹形裂纹 铸坯铸坯热轧钢板热轧钢板分散在分散在铸坯表面；铸坯表面；5 510mm10mm龟甲状；龟甲状；深度深度2 24mm4mm；铸坯铸坯“黑皮黑皮”状态不易发现。状态不易发现。9针孔针孔 铸坯铸坯热轧钢板热轧钢板铸坯全幅均会出现；铸坯全幅均会出现；直径直径 2mm 2mm；铸坯铸坯“黑皮黑皮”状态不易发现。状态不易发现。10表
3、面夹渣表面夹渣 铸坯铸坯热轧钢板热轧钢板多发生在铸坯表面中部；多发生在铸坯表面中部；直径直径2 215mm15mm之间；之间；深度深度 5mm5mm；铸坯铸坯“黑皮黑皮”状态较容易发现。状态较容易发现。11横裂、角横裂的成因：横裂、角横裂的成因：振痕振痕(缺口效应、杂质富集缺口效应、杂质富集)；钢中钢中AlAl、NbNb、V V等碳、氮化物析出，增加了等碳、氮化物析出，增加了 钢的脆性；钢的脆性；二冷温度控制模式不当，铸坯表面温度进入二冷温度控制模式不当，铸坯表面温度进入 脆性温度区；脆性温度区；矫直应力。矫直应力。12防止横裂、角横裂的对策防止横裂、角横裂的对策 减小振痕深度、增大振痕曲率半
4、径；减小振痕深度、增大振痕曲率半径；减小结晶器钢水液面波动；减小结晶器钢水液面波动；减小结晶器铸坯摩擦力；减小结晶器铸坯摩擦力；提高铸机对弧、对中精度；提高铸机对弧、对中精度；减少钢中氮含量，控制碳、氮化物析出；减少钢中氮含量，控制碳、氮化物析出；采用合适的二冷温度模式；采用合适的二冷温度模式；矫直温度避开钢的脆性温度区。矫直温度避开钢的脆性温度区。13星形裂纹的成因星形裂纹的成因：结晶器铜板镀结晶器铜板镀CrCr、MoMo等等；控制钢中控制钢中AlAl、N N含量。含量。防止星形裂纹的措施：防止星形裂纹的措施：CuCu由结晶器向坯壳表面侵入，优先沿晶界由结晶器向坯壳表面侵入，优先沿晶界 扩散
5、，降低晶界高温强度，造成开裂；扩散，降低晶界高温强度，造成开裂；AlNAlN、网状硫化物等在晶界的析出。、网状硫化物等在晶界的析出。14针孔的成因针孔的成因：钢液充分脱氧、脱气、防止二次氧化钢液充分脱氧、脱气、防止二次氧化；减少水口、塞棒吹氩量；减少水口、塞棒吹氩量；控制钢浇铸流量；控制钢浇铸流量；浸入式水口深度、夹角、直径优化。浸入式水口深度、夹角、直径优化。防止针孔措施：防止针孔措施：凝固中生成的凝固中生成的COCO、H H2 2气体被坯壳捕捉气体被坯壳捕捉；吹入的吹入的ArAr气泡被坯壳捕捉。气泡被坯壳捕捉。15表面夹渣的成因：表面夹渣的成因：钢的洁净化钢的洁净化；浇铸过程结晶器保护渣浇
6、铸过程结晶器保护渣AlAl2 2O O3 3 含量低于含量低于2020；控制结晶器钢水表面波动。控制结晶器钢水表面波动。防止夹渣措施：防止夹渣措施：浇铸过程结晶器保护渣流动性恶化浇铸过程结晶器保护渣流动性恶化；保护渣吸收浮渣和夹杂物能力降低保护渣吸收浮渣和夹杂物能力降低结晶器钢水表面波动大结晶器钢水表面波动大 。江见俊彦，铁钢，60(1974)，98116连铸坯表面纵裂纹生成机理及防止对策连铸坯表面纵裂纹生成机理及防止对策含碳含碳0.090.090.17%0.17%亚包晶钢亚包晶钢连铸板坯纵裂纹发生率显著连铸板坯纵裂纹发生率显著高于其他碳含量钢铸坯。高于其他碳含量钢铸坯。日本钢管技报，日本钢管
7、技报，19821982，No.93No.9317宝钢连铸板坯表面纵裂纹与钢碳含量关系宝钢连铸板坯表面纵裂纹与钢碳含量关系1819纵裂纹的形成：纵裂纹的形成：结晶器内初生坯壳表层所经受结晶器内初生坯壳表层所经受 的张应力超过晶界破坏强度。的张应力超过晶界破坏强度。结晶器内坯壳主要经受：结晶器内坯壳主要经受：坯壳两侧温差引起的热应力坯壳两侧温差引起的热应力 t t；钢水静压力钢水静压力 p p；钢水静压力和坯壳收缩应力产钢水静压力和坯壳收缩应力产 生的动摩擦应力生的动摩擦应力 f f；中部坯壳向结晶器壁凸进，而长中部坯壳向结晶器壁凸进，而长 边两端被短边牵制，由此产生的边两端被短边牵制，由此产生的
8、 弯曲应力弯曲应力 b b。201)1)结晶器内壁平滑，坯壳与结晶器壁之间保护渣膜厚度均结晶器内壁平滑，坯壳与结晶器壁之间保护渣膜厚度均 匀，则匀，则 p p和和 f f沿板坯宽度方向相等；沿板坯宽度方向相等；2)2)在板坯宽度在板坯宽度1/21/2处处 t t和和 b b最大；最大；3)1/23)1/2宽度处宽度处 b b与板坯宽度的平方成正比与板坯宽度的平方成正比(b b3 3 l l2 2/(4dh/(4dh2 2)；4)4)根据研究根据研究1133，t t最大，最大，b b次之，次之，p p和和 f f的影响不大。的影响不大。1 伊藤裕雄，铁钢，伊藤裕雄，铁钢，59(1973)，2，7
9、3，A132 A.A.Skvortsov,Izvest.VUZ.Chern.Met.,July(1961),7,p783 有吉敏彦，铁钢，有吉敏彦，铁钢，54(1968)，S43421纵裂纹特征纵裂纹特征粗大纵裂纹粗大纵裂纹较细小的纵裂纹较细小的纵裂纹22连铸坯表面存在的粗大纵裂纹23纵裂纹在铸坯表面凹陷处形成纵裂纹在铸坯表面凹陷处形成 漏钢遗留坯壳厚度沿宽度方向的变化24铸坯纵裂纹长度与深度的对应关系铸坯纵裂纹长度与深度的对应关系25铸坯表层缺陷示意图铸坯表层缺陷示意图26纵裂纹开口表面光滑，纵裂纹开口表面光滑，呈沿柱状晶低熔点晶界呈沿柱状晶低熔点晶界开裂迹象。开裂迹象。裂纹开口表面覆盖有裂
10、纹开口表面覆盖有液态保护渣膜。液态保护渣膜。粗大纵裂纹表面附近断口照片粗大纵裂纹表面附近断口照片纵裂纹是在结晶器内产生的纵裂纹是在结晶器内产生的27粗大纵裂纹距表面一定距离处断口粗大纵裂纹距表面一定距离处断口裂纹表面覆盖的保护渣量裂纹表面覆盖的保护渣量减少。减少。28粗大纵裂纹末端断口表面照片粗大纵裂纹末端断口表面照片裂纹深处表面覆盖的保护渣裂纹深处表面覆盖的保护渣量很少。量很少。29连铸坯表面微细纵裂纹30微小纵裂纹内存在的保护渣膜微小纵裂纹内存在的保护渣膜31纵裂纹是在结晶器弯月面附近产生的纵裂纹是在结晶器弯月面附近产生的新日铁佐伯毅等新日铁佐伯毅等1的研究的研究1 铁钢，铁钢，68(19
11、82)，177332试验中变动钢水液面高度以改变结晶器铜板人工槽与弯月面之间的相对位置：33纵裂纹总是发生于厚薄不均匀坯壳中较薄坯壳纵裂纹总是发生于厚薄不均匀坯壳中较薄坯壳表面，这是因为初生坯壳如厚薄不均匀，在较表面，这是因为初生坯壳如厚薄不均匀，在较薄的坯壳处便形成应力集中，应力超过坯壳强薄的坯壳处便形成应力集中，应力超过坯壳强度时，即导致纵裂纹的产生。度时，即导致纵裂纹的产生。34佐伯毅，铁钢，佐伯毅，铁钢，68(1982)，1773正常坯壳与裂纹坯壳厚度的比较正常坯壳与裂纹坯壳厚度的比较采用加入采用加入FeSFeS示踪剂法：示踪剂法：裂纹坯壳：裂纹坯壳：S0.074 t0.867正常坯壳
12、：正常坯壳：S0.092 t0.86735凝固迟缓程度的影响凝固迟缓程度的影响 100S/SSkk平均平均凝固迟缓程度超过凝固迟缓程度超过10，纵裂纹显著增加。，纵裂纹显著增加。36亚包晶成分钢铸坯表面裂纹敏感的原因亚包晶成分钢铸坯表面裂纹敏感的原因 铃木干雄等研究方法示意图铃木干雄等研究方法示意图亚包晶钢铸坯纵裂发生率高不是其亚包晶钢铸坯纵裂发生率高不是其本身延塑性的问题本身延塑性的问题.37铃木等得出的产生裂纹的临界应变与碳含量的关系铃木等得出的产生裂纹的临界应变与碳含量的关系38不同碳含量钢铸坯试样的高温延塑性不同碳含量钢铸坯试样的高温延塑性02040608010050070090011
13、0013001500温度，温度，RA，RA，0.07C0.11C0.17C0.31C39亚包晶铸坯纵裂纹发生率高主要是凝固过程亚包晶铸坯纵裂纹发生率高主要是凝固过程或凝固后或凝固后 L L 相变引起的体积收缩所导相变引起的体积收缩所导致的不均匀传热和不均匀凝固造成的。致的不均匀传热和不均匀凝固造成的。亚包晶钢凝固过程发生亚包晶钢凝固过程发生 L L 相变时，产生相变时，产生0.380.38的体积收缩，的体积收缩，铸坯与结晶器壁之间产生空隙，铸坯与结晶器壁之间产生空隙，空隙处传热速率降低，局部凝固空隙处传热速率降低，局部凝固迟缓，造成坯壳厚度不均匀，应迟缓，造成坯壳厚度不均匀，应力下裂纹在凝固壳
14、薄弱处产生。力下裂纹在凝固壳薄弱处产生。40低、中、高碳钢结晶器内坯壳示意图低、中、高碳钢结晶器内坯壳示意图41不同碳含量钢坯壳与模壁之间的空隙不同碳含量钢坯壳与模壁之间的空隙42不同碳含量钢铸坯传热速率的变化不同碳含量钢铸坯传热速率的变化43凝固坯壳厚度的不均匀性与碳含量的关系凝固坯壳厚度的不均匀性与碳含量的关系44不均匀凝固随冷却速率的增加而提高不均匀凝固随冷却速率的增加而提高住友金属杉谷泰夫等的实验：住友金属杉谷泰夫等的实验：铁钢，铁钢，67(1981)，150845杉谷实验得到的不同冷却速率下坯壳形貌杉谷实验得到的不同冷却速率下坯壳形貌46不同厚度钢板侧凝固坯壳的照片不同厚度钢板侧凝固
15、坯壳的照片 47坯壳不均匀与凝固速率的关系坯壳不均匀与凝固速率的关系凝固定律：凝固定律：dk t1/2综合凝固系数大于综合凝固系数大于1212后，坯壳厚薄不均匀。后，坯壳厚薄不均匀。48均匀均匀 不均匀凝固临界传热速率推导：不均匀凝固临界传热速率推导：0 0 t t t t1 1，坯壳与模壁完全接触；，坯壳与模壁完全接触；t t1 1 t t，坯壳与模壁完全脱离。坯壳与模壁完全脱离。钢液与模壁间传热式：钢液与模壁间传热式：2p2ppP2s2ssSxktHxktH(1)(2)下标：下标：s：坯壳：坯壳 p：模壁：模壁49方程求解的初始条件与边界条件：方程求解的初始条件与边界条件：t0，0 x x
16、1，TpTp0 (3)t0，x1 x x2，TsTs0 (4)t 0，x0，Tpf(t)(5)0 t t1，xx1，Ts=Tp ks(s/x)kp(p/x)(6)t1 t，xx1，ks(s/x)kp(p/x)(Ts/100)4 Tp/100)4)h(TsTp)(7)0 t，xx2，s/x0 (8)50对于对于(5)式：式：Tpf(t)，模壁埋入，模壁埋入热电偶，得出热电偶，得出Tp随随t的变化，右的变化，右图模壁为图模壁为3.2mm厚钢板的一例。厚钢板的一例。将模型计算得出的坯壳厚度与将模型计算得出的坯壳厚度与实测厚度比较，得出实测厚度比较，得出t1为为12s。将模型计算得出的坯壳表面热将模型
17、计算得出的坯壳表面热流在流在0t2(大约大约20s)之间积分，之间积分，求出此时间段坯壳表面平均热求出此时间段坯壳表面平均热流流Qavg：2t0 xxssavgtdtx/kQ2151当传热速率减少到当传热速率减少到0.810.8110 10 6 6 kcal/mkcal/m2 2/h(/h(约约0.94 MW/m0.94 MW/m2 2)以下，以下，便可以基本消除不均匀凝固，得到良好的坯壳。便可以基本消除不均匀凝固，得到良好的坯壳。将计算得出的不同模壁条件下坯壳表面平均热流与将计算得出的不同模壁条件下坯壳表面平均热流与实测的坯壳不均匀度作图：实测的坯壳不均匀度作图：52产生纵裂纹的最大临界热流
18、产生纵裂纹的最大临界热流 弯月面下弯月面下45mm45mm处热流处热流q q超过超过2.5MW/m2.5MW/m2 2时，低碳钢铸坯表面时，低碳钢铸坯表面会产生纵裂纹。而对于中碳亚包晶钢，当热流会产生纵裂纹。而对于中碳亚包晶钢，当热流q q超过超过1.71.7MW/mMW/m2 2时，铸坯表面产生纵裂纹时，铸坯表面产生纵裂纹53两点测温法：两点测温法：沿结晶器壁不同高度上埋沿结晶器壁不同高度上埋设多支铜康铜热电偶，热设多支铜康铜热电偶，热电偶埋入深度不同。因此，电偶埋入深度不同。因此，结晶器壁的热流量为：结晶器壁的热流量为：(T测点1T测点2)/S：铜的导热系数，铜的导热系数，J/s/cmJ/
19、s/cmT T测点测点1 1：测点测点1 1的温度，的温度，T T测点测点2 2：测点测点2 2的温度，的温度，S S：测点测点1 1到测点到测点2 2的距离，的距离，cmcm测定结晶器热流方法：测定结晶器热流方法：54 沿结晶器壁不同高度埋沿结晶器壁不同高度埋设多支热电偶，热电偶埋设多支热电偶，热电偶埋入深度相同，根据结晶器入深度相同，根据结晶器铜板测温结果，利用数学铜板测温结果，利用数学模型，计算结晶器壁的瞬模型，计算结晶器壁的瞬时热流量时热流量水槽冷却水传热微分方程：水槽冷却水传热微分方程：zTzyTyxTxmmm0铜板的传热微分方程：铜板的传热微分方程：TzxThdzdTdCuwwww
20、www),(一点测温法：一点测温法：55宝钢板坯连铸结晶器宽面热流变化宝钢板坯连铸结晶器宽面热流变化 56均匀传热对防止纵裂纹十分重要均匀传热对防止纵裂纹十分重要57冷却均匀性对纵裂纹的影响冷却均匀性对纵裂纹的影响结晶器铜板温度与铸坯表面纵裂纹的关系结晶器铜板温度与铸坯表面纵裂纹的关系58连铸结晶器传热连铸结晶器传热 q qh hT T（T TS ST TW W）1/R1/RT T（T TS ST TW W）式中：式中：q q：热流，：热流，W/cmW/cm2 2;h hT T：总换热系数，：总换热系数，W/cmW/cm2 2/;/;T TS S：结晶器内钢水温度，：结晶器内钢水温度，；T T
21、W W：结晶器冷却水温度，：结晶器冷却水温度，；R RT T：总热阻，：总热阻，cmcm2 2/W/W热流：热流：59总热阻总热阻R RT T可表示为：可表示为：R RT TR R1 1R R2 2R R3 3R R4 4R R5 5R R6 6 R R1 1：钢水坯壳间的热阻，：钢水坯壳间的热阻，cmcm2 2/W/W。R R2 2：通过坯壳的热阻，：通过坯壳的热阻，cmcm2 2/W/W；R R3 3：通过保护渣膜的热阻，：通过保护渣膜的热阻，cmcm2 2/W/W；R R4 4：通过气隙的热阻，：通过气隙的热阻，cmcm2 2/W/W；R R5 5：通过结晶器铜板的热阻，：通过结晶器铜板
22、的热阻，cmcm2 2/W/W；R R6 6：结晶器壁冷却水间的热阻，：结晶器壁冷却水间的热阻，cmcm2 2/W/W；热流包括：热流包括：钢水向坯壳的对流传热；钢水向坯壳的对流传热；凝固坯壳的传导传热；凝固坯壳的传导传热；保护渣膜传导传热；保护渣膜传导传热；气隙间的传导和辐射传热；气隙间的传导和辐射传热；结晶器铜板传导传热；结晶器铜板传导传热；冷却水与铜板间对流传热。冷却水与铜板间对流传热。60钢液与凝固坯壳间热阻钢液与凝固坯壳间热阻R R6 6 R R1 11/h1/h1 1 h h1 1为钢液与坯壳间对流换热系数为钢液与坯壳间对流换热系数(W/cm(W/cm2 2/)/)，可由，可由 平
23、行平板紊流换热系数计算式算出：平行平板紊流换热系数计算式算出：0 0.8 81 1p p1 11 11 11 11 11 11 1)C Cu uD D0 0.0 00 09 9(4 4D Dh hD D1 1：传热处的结晶器高度，：传热处的结晶器高度，cm;cm;1 1：钢的导热系数，：钢的导热系数，W/cm/W/cm/；u u1 1：钢液流速，：钢液流速，cm/scm/s；1 1：钢液密度，：钢液密度，g/cmg/cm3 3；C Cp1p1：钢的比热，：钢的比热，J/gJ/g/C C。61凝固坯壳传热热阻凝固坯壳传热热阻R R2 2 R R2 22 2/2 2 式中，式中，2 2：凝固坯壳厚
24、度，：凝固坯壳厚度，cmcm；2 2：坯壳导热系数，：坯壳导热系数，W/cm/W/cm/；保护渣膜热阻保护渣膜热阻R R3 3 R R3 33 3/3 3式中，式中，3 3：保护渣膜厚度，：保护渣膜厚度，cmcm；3 3：保护渣膜导热系数，：保护渣膜导热系数，W/cm/W/cm/；62结晶器壁与保护渣膜之间气隙的热阻结晶器壁与保护渣膜之间气隙的热阻R R4 4 由于气隙空间小，只考虑传导和辐射两种传热方式：由于气隙空间小，只考虑传导和辐射两种传热方式：R R4 41/(h1/(hc ch hr r)h hc c4 4/4 4m mp p4 4m m4 4p pm mp pr rT TT T/1
25、 10 00 0T T1 10 00 0T T1 1/1 1/4 4.8 88 8h hh hc c：传导传热换热系数，：传导传热换热系数，W/cmW/cm2 2/；h hr r：辐射传热换热系数，：辐射传热换热系数，W/cmW/cm2 2/；4 4：传导传热导热系数，：传导传热导热系数，W/cm/W/cm/；4 4：气隙厚度，：气隙厚度，cmcm；p p：保护渣膜发射率；：保护渣膜发射率；m m：结晶器壁发射率；：结晶器壁发射率；T Tp p：保护渣膜温度，：保护渣膜温度，K K；T Tm m：结晶器壁温度，：结晶器壁温度，K K。63结晶器铜板热阻结晶器铜板热阻R R5 5 式中，式中，5
26、 5：铜板厚度，：铜板厚度，cmcm；5 5：铜板导热系数，：铜板导热系数，W/cm/W/cm/。R R5 55 5/5 5结晶器铜板冷却水之间的热阻结晶器铜板冷却水之间的热阻R R6 6 热阻热阻R R6 6主要为与结晶器铜板接触的冷却水边界层的热阻，主要为与结晶器铜板接触的冷却水边界层的热阻，可由下式算出：可由下式算出：R R6 61/h1/h6 6 式中式中h h6 6为结晶器铜板与冷却水间的换热系数（为结晶器铜板与冷却水间的换热系数（W/cmW/cm2 2/）640 0.4 49 96 66 6p p6 60 0.8 86 66 66 66 66 66 66 6C Cu uD D0 0
27、.0 02 23 3D Dh hD D6 6：结晶器冷却水槽当量直径，：结晶器冷却水槽当量直径，cmcm；6 6：冷却水导热系数，：冷却水导热系数，W/cm/;W/cm/;u u6 6：冷却水流速，：冷却水流速，cm/scm/s；6 6：冷却水密度，：冷却水密度，g/cmg/cm2 2；6 6：冷却水粘度，：冷却水粘度，g/cm/sg/cm/s；C CP6P6：冷却水比热，：冷却水比热，J/g/J/g/。如将结晶器铜板与冷却水边界层之间的传热看作圆如将结晶器铜板与冷却水边界层之间的传热看作圆 管内强制对流传热，管内强制对流传热，h h6 6可由下式算出：可由下式算出：65保护渣膜与结晶器壁之保
28、护渣膜与结晶器壁之间气隙的热阻间气隙的热阻R R4 4和坯壳和坯壳热阻热阻R R2 2最大，其次是保最大，其次是保护渣膜传热热阻护渣膜传热热阻R R3 3。由。由图中还可以看到，当结图中还可以看到，当结晶器冷却水流速低于晶器冷却水流速低于7m/min7m/min后，结晶器铜板后，结晶器铜板冷却水间的热阻冷却水间的热阻R R6 6会会显著增大。显著增大。66采取的对策：采取的对策：防止铸坯表面纵裂纹的要点防止铸坯表面纵裂纹的要点:坯壳迟缓凝固造成的凹陷伴随的粗大纵裂纹；坯壳迟缓凝固造成的凹陷伴随的粗大纵裂纹；结晶器均匀缓冷减少坯壳不均匀性；结晶器均匀缓冷减少坯壳不均匀性；二冷均匀缓冷防止裂纹扩展
29、。二冷均匀缓冷防止裂纹扩展。保护渣均匀流入；保护渣均匀流入；采用较高凝固温度、结晶温度保护渣；采用较高凝固温度、结晶温度保护渣；液面波动控制；液面波动控制；适当控制拉速；适当控制拉速；Mn/SMn/S比；比；气水二冷；气水二冷；二冷自动控制。二冷自动控制。6768一、保护渣对防止纵裂纹具有的重要作用一、保护渣对防止纵裂纹具有的重要作用 保护渣的作用：保护渣的作用：防止钢液氧化；防止钢液氧化；钢液表面保温；钢液表面保温；吸收夹杂物；吸收夹杂物；润滑；润滑；铸坯与结晶器之间铸坯与结晶器之间 均匀传热。均匀传热。液态保护渣膜：液态保护渣膜：0.10.2mm厚，在固态渣膜与铸坯之间起厚，在固态渣膜与铸
30、坯之间起 润滑作用润滑作用;结晶相保护渣膜：结晶相保护渣膜：0.51.5mm厚，随结晶器运动；厚，随结晶器运动；玻璃相保护渣膜：玻璃相保护渣膜：0.50.6mm厚，开浇渣成分，与结晶器壁厚，开浇渣成分，与结晶器壁 结合紧密，随结晶器运动。结合紧密，随结晶器运动。69保护渣化学组成范围：保护渣化学组成范围：CaO 2545Na2O 120BaO010SiO2 2050K2O05LiO204Al2O3 010FeO06B2O3010TiO2 05MgO 010F410C 125MnO 01070No.CaO/SiO2Al2O3,%Na2O+K2O,%F-,%T.C,%11.014.15.24.97
31、.020.839.76.97.04.831.034.25.52.95.540.633.76.53.95.850.9011.03.41.95.060.877.75.03.15.470.878.57.71.43.5川崎制铁川崎制铁7070年代浇铸中碳钢使用的保护渣成分年代浇铸中碳钢使用的保护渣成分见：江见俊彦，中户参，铃木康治等，铁钢，60(1974)，90171川崎制铁川崎制铁8080年代初年代浇铸中碳钢用保护渣成分、性能年代初年代浇铸中碳钢用保护渣成分、性能N o.C aO SiO2A l2O3N a2OF-C aO/SiO 2粘 度，泊(1300)半 球 点，A41387.78.25.71.
32、083.41160B39382.213.89.41.031.21060C383821310.211.21020D38382.715.89.611.81010E40423.26.88.60.952.41120见：见：樱谷敏和，江见俊彦，今井卓雄等，铁钢，67(1981)，122072粘度粘度粘度是连铸保护渣的重要物性参数粘度是连铸保护渣的重要物性参数 粘度高，摩擦力大，保护渣不易流入坯壳与结晶粘度高，摩擦力大，保护渣不易流入坯壳与结晶 器壁间的间隙。器壁间的间隙。dydvx粘度低、保护渣流动性好、传热速率高。粘度低、保护渣流动性好、传热速率高。73随温度的降低，粘度不再遵从阿累尼乌斯定律时的温度
33、随温度的降低，粘度不再遵从阿累尼乌斯定律时的温度为凝固温度。为凝固温度。粘度粘度温度温度 A A EXP(E/RT)EXP(E/RT)凝固温度凝固温度74 凝固温度过高，降低保护渣的液体润滑效果，凝固温度过高，降低保护渣的液体润滑效果，并减少保护渣的流入量，拉漏的可能性增加；并减少保护渣的流入量，拉漏的可能性增加；另一方面，凝固温度过低，坯壳与结晶器之间另一方面，凝固温度过低，坯壳与结晶器之间液体保护渣发达，传热速率过强；液体保护渣发达，传热速率过强；保护渣的凝固温度存在一最佳温度区间，在此保护渣的凝固温度存在一最佳温度区间，在此温度范围内，既能够保证润滑，又能控制传热温度范围内，既能够保证润
34、滑，又能控制传热速率。速率。75不同类钢适用的保护渣凝固温度示意图不同类钢适用的保护渣凝固温度示意图76结晶温度结晶温度 结晶析出会降低保护渣的润滑效果，拉漏可能结晶析出会降低保护渣的润滑效果，拉漏可能性增加；性增加；结晶温度高可以减弱液体保护渣的发达程度，结晶温度高可以减弱液体保护渣的发达程度，减缓传热；减缓传热；固体保护渣层中结晶相析出，渣膜中易产生微固体保护渣层中结晶相析出，渣膜中易产生微裂纹和晶界均会增大传热热阻；裂纹和晶界均会增大传热热阻；降低玻璃相辐射传热的效果。降低玻璃相辐射传热的效果。77不同类保护渣示差热不同类保护渣示差热DTADTA曲线示意图曲线示意图78熔化温度和熔化速度
35、熔化温度和熔化速度 保护渣熔化温度和熔化速度对保护渣液渣层高度及坯壳保护渣熔化温度和熔化速度对保护渣液渣层高度及坯壳与结晶器壁之间的流入有重要影响。与结晶器壁之间的流入有重要影响。影响保护渣熔化速率的因素：影响保护渣熔化速率的因素：自由碳含量；碳颗粒的粒度；保护渣熔化温度；保护渣原料粒度；拉速。Melting Rate as%free C,rC,mp,q 79 粘度粘度 凝固温度凝固温度 熔化温度熔化温度CaO SiO2 CaO/SiO2 Al2O3 Na2O F Fe2O3 80MnO MgO B2O3 BaO Li2O TiO2 K2O 粘度粘度 凝固温度凝固温度 熔化温度熔化温度8119
36、91 Steelmaking Conference Proceedings,p61782采用添加采用添加NaNa2 2O O、LiLi2 2O O来降低保护渣粘度来降低保护渣粘度 83F F、B B2 2O O3 3、AlAl2 2O O3 3对保护渣粘度的影响对保护渣粘度的影响841991 Steelmaking Conference Proceedings,p61785通过通过Li2OLi2O、B2O3B2O3、F F等调整凝固温度等调整凝固温度86F F、B B2 2O O3 3、AlAl2 2O O3 3对保护渣凝固温度的影响对保护渣凝固温度的影响87Li2OLi2O、MgOMgO、M
37、nOMnO对保护渣熔点的影响对保护渣熔点的影响88LiLi2 2O O、MgOMgO、MnOMnO对保护渣熔化时间的影响对保护渣熔化时间的影响89在减少纵裂纹方面对保护渣操作的要求：在减少纵裂纹方面对保护渣操作的要求：铸坯结晶器壁间的均匀流入；铸坯结晶器壁间的均匀流入；铸坯结晶器壁间保护渣膜的合理物性铸坯结晶器壁间保护渣膜的合理物性 来控制传热。来控制传热。铸坯结晶器壁间的均匀流入铸坯结晶器壁间的均匀流入保护渣物性保护渣物性(粘度、熔化粘度、熔化 温度、熔速温度、熔速)；钢水表面液渣层高度；钢水表面液渣层高度；拉速、振动参数等。拉速、振动参数等。90流入不足或流入过剩，均会造成坯壳不均匀，流入
38、不足或流入过剩，均会造成坯壳不均匀，引发纵裂纹产生。引发纵裂纹产生。流入过剩引起的纵裂纹流入过剩引起的纵裂纹 流入不足引起的纵裂纹流入不足引起的纵裂纹91造成流入过剩的原因：造成流入过剩的原因：保护渣粘度偏低；保护渣粘度偏低；钢水表面液渣层过厚；钢水表面液渣层过厚；拉速偏低。拉速偏低。92造成流入不足的原因：造成流入不足的原因：保护渣粘度偏保护渣粘度偏 高；高；钢水表面液渣钢水表面液渣 层过薄；层过薄；拉速偏低；拉速偏低；钢水表面供热钢水表面供热 不足。不足。宝钢浇铸含碳宝钢浇铸含碳0.070.070.110.11钢板坯钢板坯纵裂纹与液渣层关系纵裂纹与液渣层关系93钢水表面保护渣液渣层厚度：钢
39、水表面保护渣液渣层厚度：ambliqp.sfusliqmp.llTTCHTTCf1lnVad式中，式中，a：液态保护渣的热扩散系数，：液态保护渣的热扩散系数，Cp：保护渣比热；：保护渣比热；Hfus：保护渣熔化焓；：保护渣熔化焓；f：保护渣挥发份比率，：保护渣挥发份比率，Vl：保护渣消耗速率；：保护渣消耗速率；Tm：钢液温度；：钢液温度；Tliq：保护渣熔化温度；：保护渣熔化温度；Tamb：周围环境温度；：周围环境温度；s：固相保护渣；：固相保护渣；l：液相保护渣。：液相保护渣。94粘度粘度 ，熔化温度熔化温度 ,熔速熔速 液渣层液渣层 拉速拉速 ,保护渣耗量保护渣耗量,钢水温度钢水温度 液渣
40、层液渣层 95调整铸坯结晶器壁间保护渣调整铸坯结晶器壁间保护渣膜的性质来控制传热，减少纵膜的性质来控制传热，减少纵 裂纹。裂纹。坯壳与结晶器壁之间的保护渣膜实坯壳与结晶器壁之间的保护渣膜实际上是由液相层、玻璃相固相渣层际上是由液相层、玻璃相固相渣层和结晶相固相渣层组成的，其间热和结晶相固相渣层组成的，其间热的传递主要以传导和辐射两种方式的传递主要以传导和辐射两种方式进行，热阻表示为：进行，热阻表示为：铜铜板板保保护护渣渣玻玻璃璃相相层层结结晶晶相相层层液液相相层层传传导导辐辐射射传传导导总总R RR RR RR RR RR R1 1R R1 1R R1 1 96中碳亚包晶钢保护渣的要点在于合理
41、地调配三中碳亚包晶钢保护渣的要点在于合理地调配三个渣层的物性个渣层的物性:通过控制液渣层的粘度来保证润滑同时防止过低粘通过控制液渣层的粘度来保证润滑同时防止过低粘 度造成过强传热；度造成过强传热；使保护渣具有较高的凝固温度以增加固相层比率来使保护渣具有较高的凝固温度以增加固相层比率来 减缓传热；减缓传热；通过增加结晶相比率增加晶界热阻和减弱玻璃相的通过增加结晶相比率增加晶界热阻和减弱玻璃相的 辐射传热，以抑制铸坯表面裂纹的产生。辐射传热，以抑制铸坯表面裂纹的产生。97中碳钢用保护渣中碳钢用保护渣为了减弱初生坯壳与结晶器壁之间的传热速率，为了减弱初生坯壳与结晶器壁之间的传热速率，防止纵裂纹的发生
42、，中碳钢采用较高凝固温度、防止纵裂纹的发生，中碳钢采用较高凝固温度、较高结晶温度的保护渣。较高结晶温度的保护渣。适当高的粘度适当高的粘度 提高凝固温度增加保护渣固相层厚度；提高凝固温度增加保护渣固相层厚度；提高结晶温度增加保护渣固相层厚度；提高结晶温度增加保护渣固相层厚度；减少保护渣固相层中的玻璃相比例，减少保护渣固相层中的玻璃相比例，减少辐射传热。减少辐射传热。98保护渣CaO/SiO2粘度，泊(1300)凝固温度，A1.150.451108B1.240.481147采用较高凝固温度保护渣后中碳钢板坯采用较高凝固温度保护渣后中碳钢板坯纵裂纹的改变纵裂纹的改变9919821982年新日铁大分厂
43、得出的坯壳不均匀度与年新日铁大分厂得出的坯壳不均匀度与保护渣粘度的关系保护渣粘度的关系100传热速率与保护渣结晶温度的关系传热速率与保护渣结晶温度的关系1018080年代中、后期以来，板坯连铸的拉速较前有了较大的提年代中、后期以来，板坯连铸的拉速较前有了较大的提高，目前日本各主要钢铁厂板坯连铸浇铸低碳铝镇静钢时高，目前日本各主要钢铁厂板坯连铸浇铸低碳铝镇静钢时的正常工作拉速已可达的正常工作拉速已可达2.0m/min2.0m/min，浇铸中碳钢时的拉速可，浇铸中碳钢时的拉速可达达1.5m/min1.5m/min左右。左右。拉速提高后铸坯冷却强度提高，中碳钢铸坯表面易产生纵拉速提高后铸坯冷却强度提
44、高，中碳钢铸坯表面易产生纵裂纹缺陷，这也是目前日本浇铸中碳钢的拉速不及浇铸低裂纹缺陷，这也是目前日本浇铸中碳钢的拉速不及浇铸低碳铝镇静钢拉速的主要原因。为了减少高拉速后中碳钢铸碳铝镇静钢拉速的主要原因。为了减少高拉速后中碳钢铸坯表面纵裂纹的发生率，日本的钢铁厂使用的中碳钢保护坯表面纵裂纹的发生率，日本的钢铁厂使用的中碳钢保护渣碱度较以前明显增加，其作用主要有两个：渣碱度较以前明显增加，其作用主要有两个：降低粘度适应高拉速对保护渣流动性的要求；降低粘度适应高拉速对保护渣流动性的要求；通过提高碱度提高保护渣的结晶温度，使保护渣固通过提高碱度提高保护渣的结晶温度，使保护渣固 相层中结晶相增多，增加保
45、护渣热阻减少热流，以相层中结晶相增多，增加保护渣热阻减少热流，以 防止由于冷却过强造成纵裂纹发生。防止由于冷却过强造成纵裂纹发生。102中碳钢高拉速化保护渣的开发：中碳钢高拉速化保护渣的开发：低粘度化低粘度化渣化速度提高渣化速度提高 提高碱度，减提高碱度，减少少Al2O3Al2O3保证保护渣耗量保证保护渣耗量高熔点化高熔点化结晶化结晶化添加添加ZrO2ZrO2、CeO2CeO2缓冷却化缓冷却化中碳钢高拉速中碳钢高拉速改进振动改进振动高拉速化高拉速化防止纵裂纹发生防止纵裂纹发生103 CaO Al2O3 SiO2 Na2O MgO F-Fe2O3 F.C 熔点 粘度 CaO/SiO2 37.9
46、5.6 28.6 6.4 3.3 7.5 1.2 4.5 1225 1.47 泊 1.32住友金属亚包晶钢连铸保护渣化学成分，住友金属亚包晶钢连铸保护渣化学成分，日本板坯连铸浇铸中碳钢采用较高碱度的保护渣日本板坯连铸浇铸中碳钢采用较高碱度的保护渣 保 护 渣ABCCaO/Si O21.421.471.46Al2O33.53.53.1M gO1.72.60.8化 学 成 分Li2O3.03.03.1粘 度，Pa.s (1300)0.050.060.06软 化 温 度，K130311681168结 晶 温 度，K141513981418NKKNKK福山厂为高拉速浇铸中碳钢设计的保护渣福山厂为高拉速
47、浇铸中碳钢设计的保护渣104二、减少结晶器钢水液面波动二、减少结晶器钢水液面波动 T.Ueda,et al.,铁钢,67(1981),P1236105S.L.Kang,et al.,Steelmaking Conference Proceedings,1994,p347S.L.Kang,et al.,Steelmaking Conference Proceedings,1994,p347106S S。L L。Kang,et al.,Steelmaking Conference Proceedings,1994,p347Kang,et al.,Steelmaking Conference Pro
48、ceedings,1994,p347107108三、浸入式水口尺寸、夹角、埋入深度三、浸入式水口尺寸、夹角、埋入深度109当当 x/dx/d0 0 4.8 36.5 36.5 时时V Vm m=230V=230V0 0/(x/d/(x/d0 0)2 2H.NAKATO,et al.,Trans.ISIJ,24(1984),p957H.NAKATO,et al.,Trans.ISIJ,24(1984),p957110H.NAKATO,et al.,Trans.ISIJ,24(1984),p957H.NAKATO,et al.,Trans.ISIJ,24(1984),p957111浸入式水口流出的
49、钢浸入式水口流出的钢 水如向上分流过强，水如向上分流过强，会造成表面波动过大会造成表面波动过大 引起的卷渣等。引起的卷渣等。浸入式水口流出的钢浸入式水口流出的钢 水如向上分流过小，水如向上分流过小，表面供热不足，会造表面供热不足，会造 成保护渣熔化不良、成保护渣熔化不良、保护渣流入不均匀，保护渣流入不均匀，容易产生纵裂纹缺陷。容易产生纵裂纹缺陷。112浸入式水口流出的钢流对钢水表面波动带来的浸入式水口流出的钢流对钢水表面波动带来的影响可用钢水表面波动指数影响可用钢水表面波动指数F F指数加以描述。指数加以描述。DVQFeL14sin1113日本钢管公司的手岛俊雄等通过水模型对浸入式日本钢管公司
50、的手岛俊雄等通过水模型对浸入式水口工艺参数对液面波动的影响进行了试验研究，水口工艺参数对液面波动的影响进行了试验研究，得到了计算得到了计算F F指数的经验公式，指数的经验公式，y y(a(a1 1+b+b1 1+c+c1 1S+dS+d1 1 S)GS)G1 1x x2 2 -(a -(a2 2+b+b2 2+c+c2 2S+dS+d2 2)G)G2 2x x4i3i2i1igLii90SQQexpGVeVeA A W Wl l Q QL Lm m d dp p(1/cos(1/cos)n n exp(Bexp(B Q Qg g)114F F指数计算所选用的系数指数计算所选用的系数 NKK研究
