1、 第九章第九章 连铸坯质量控制连铸坯质量控制l所谓连铸坯质量是指所谓连铸坯质量是指得到合格产品所允许得到合格产品所允许的铸坯缺陷的严重程度的铸坯缺陷的严重程度l评价连铸坯质量应从以下几方面考虑评价连铸坯质量应从以下几方面考虑A.A.连铸坯的纯净度：连铸坯的纯净度：l指钢中夹杂物的含量、形态和分布。指钢中夹杂物的含量、形态和分布。铸坯的纯净度主要铸坯的纯净度主要决定于钢水进入结晶器之决定于钢水进入结晶器之前的处理过程前的处理过程，也就是说要把钢水搞，也就是说要把钢水搞“干干净净“些，必须在钢水进入结晶器之前各工些，必须在钢水进入结晶器之前各工序下功夫，如选择合适的炉外精炼，钢包序下功夫，如选择合
2、适的炉外精炼，钢包中间包中间包结晶器的保护浇注等。结晶器的保护浇注等。B.B.连铸坯的表面质量：连铸坯的表面质量：l指连铸坯表面是否存在裂纹、夹渣及皮下指连铸坯表面是否存在裂纹、夹渣及皮下气泡等缺陷。气泡等缺陷。l连铸坯的表面缺陷连铸坯的表面缺陷主要决定于钢水在结晶主要决定于钢水在结晶器的凝固过程。器的凝固过程。它是与结晶器内坯壳的形它是与结晶器内坯壳的形成、结晶器振动、保护渣性能、浸入式水成、结晶器振动、保护渣性能、浸入式水口设计及钢液面稳定性等因素有关的，必口设计及钢液面稳定性等因素有关的，必须严格控制影响表面质量的各参数在合理须严格控制影响表面质量的各参数在合理的目标值以内，以生产无缺陷
3、的铸坯，这的目标值以内，以生产无缺陷的铸坯，这是热送和直接轧制的前提。是热送和直接轧制的前提。C.C.连铸坯的内部质量：连铸坯的内部质量：l指连铸坯是否具有正确的凝固结构，等轴指连铸坯是否具有正确的凝固结构，等轴晶与柱状晶的比例，以及裂纹、偏析、疏晶与柱状晶的比例，以及裂纹、偏析、疏松等缺陷的程度。松等缺陷的程度。l铸坯内部质量铸坯内部质量主要决定于铸坯在二冷区的主要决定于铸坯在二冷区的凝固冷却过程和铸坯的支撑系统的精度。凝固冷却过程和铸坯的支撑系统的精度。合理的二冷水量分布、支撑辊的严格对中、合理的二冷水量分布、支撑辊的严格对中、防止铸坯鼓肚变形等，是提高内部质量的防止铸坯鼓肚变形等，是提高
4、内部质量的关键。关键。D.D.连铸坯的外观形状：连铸坯的外观形状：l指连铸坯的形状是否规矩，尺寸误差是否指连铸坯的形状是否规矩，尺寸误差是否符合规定要求。符合规定要求。l 铸坯的外观形状与结晶器内腔尺寸和表面铸坯的外观形状与结晶器内腔尺寸和表面状态及冷却的均匀性有关。状态及冷却的均匀性有关。l连铸坯质量控制示意图：连铸坯质量控制示意图：91 91 铸坯纯净度铸坯纯净度一一.铸坯纯净度与产品质量铸坯纯净度与产品质量l连铸坯的纯净度是指钢中夹杂物的数量、连铸坯的纯净度是指钢中夹杂物的数量、形态和分布。形态和分布。l1.1.连铸坯中夹杂物特点：连铸坯中夹杂物特点：来源广泛，组成复杂；来源广泛，组成复
5、杂；结晶器液相穴内夹杂物上浮困难。结晶器液相穴内夹杂物上浮困难。2.2.钢中夹杂物分类：钢中夹杂物分类：超显微夹杂，均匀分布在钢中；超显微夹杂，均匀分布在钢中；显微夹杂，其尺寸小于显微夹杂，其尺寸小于50m50m，它与钢中溶，它与钢中溶解解O O含量有关；含量有关；宏观夹杂（大型夹杂），尺寸大于宏观夹杂（大型夹杂），尺寸大于50m50m。这种夹杂颗粒大、数量少、在钢中呈偶然这种夹杂颗粒大、数量少、在钢中呈偶然性分布，对产品质量危害最大。性分布，对产品质量危害最大。3.3.夹杂物与产品质量夹杂物与产品质量夹杂物的形态和组成夹杂物的形态和组成 沿轧制方向伸长的夹杂物能使钢的横向力学沿轧制方向伸长的
6、夹杂物能使钢的横向力学性能恶化。性能恶化。夹杂物大小夹杂物大小l超显微夹杂物及大型夹杂物的危害大。大型超显微夹杂物及大型夹杂物的危害大。大型夹杂物是钢材分层的原因，使钢材质量显著夹杂物是钢材分层的原因，使钢材质量显著下降。下降。夹杂物的聚集状态夹杂物的聚集状态l即使存在着小的夹杂物聚集，也有可能使钢即使存在着小的夹杂物聚集，也有可能使钢材产生分层。材产生分层。夹杂物的存在部位夹杂物的存在部位l钢材表面附近的夹杂物不仅影响钢材表面质钢材表面附近的夹杂物不仅影响钢材表面质量，而且影响加工时应力的大小。一般来说，量，而且影响加工时应力的大小。一般来说，在钢材中间有夹杂物时影响较小。在钢材中间有夹杂物
7、时影响较小。夹杂物的数量夹杂物的数量l夹杂物的含量越高，对钢材质量的影响越大。夹杂物的含量越高，对钢材质量的影响越大。大块夹杂物使钢材造成分层缺陷，严重开裂大块夹杂物使钢材造成分层缺陷，严重开裂缺陷，结疤缺陷和表面缺陷等。缺陷，结疤缺陷和表面缺陷等。l例如，夹杂物是深冲薄板钢冲裂废品的主要例如，夹杂物是深冲薄板钢冲裂废品的主要原因；原因；连铸坯轧制长条和中厚板产品，夹杂物是产连铸坯轧制长条和中厚板产品，夹杂物是产生内部缺陷（如裂纹）的潜在危险。生内部缺陷（如裂纹）的潜在危险。氧化铝簇状夹杂物可导致汽车和电器产品用氧化铝簇状夹杂物可导致汽车和电器产品用薄钢板表面缺陷，也能引起薄钢板表面缺陷，也能
8、引起DIDI罐用薄钢板裂罐用薄钢板裂纹，还可造成轮胎子午线等线材断线，以及纹，还可造成轮胎子午线等线材断线，以及使轴承钢等棒钢的疲劳性能恶化。使轴承钢等棒钢的疲劳性能恶化。二连铸坯夹杂物二连铸坯夹杂物1.1.连铸坯夹杂物的形成特征连铸坯夹杂物的形成特征l一是连铸坯由于钢液凝固速度快，其夹杂物一是连铸坯由于钢液凝固速度快，其夹杂物聚集长大机会少，因而尺寸较小，不易从钢聚集长大机会少，因而尺寸较小，不易从钢液中上浮；液中上浮；l其二是多了一个中间包，钢液和大气、熔渣、其二是多了一个中间包，钢液和大气、熔渣、耐火材料接触时间长易被污染；同时在钢液耐火材料接触时间长易被污染；同时在钢液进入结晶器后，在
9、钢液流股影响下，夹杂物进入结晶器后，在钢液流股影响下，夹杂物难以从钢液分离；难以从钢液分离；l其三是连铸坯仅靠切头切尾难以解决夹杂物其三是连铸坯仅靠切头切尾难以解决夹杂物问题。问题。2.2.连铸坯中夹杂物的类型和来源连铸坯中夹杂物的类型和来源l类型：取决于浇注钢种和脱氧方法。在连铸类型：取决于浇注钢种和脱氧方法。在连铸坯中较常见的夹杂物有坯中较常见的夹杂物有AlAl2 2O O3 3和以和以SiOSiO2 2为主并为主并含有含有MnOMnO和和CaOCaO的硅酸盐，以及以的硅酸盐，以及以AlAl2 2O O3 3为主为主并含有并含有SiOSiO2 2、CaO CaO 和和CaSCaS等的铝酸盐
10、。此外还等的铝酸盐。此外还有硫化物如有硫化物如FeSFeS、MnSMnS等。等。l来源：出钢过程钢液氧化产物占来源：出钢过程钢液氧化产物占10%,10%,脱氧产脱氧产物占物占15%15%，熔渣卷入占，熔渣卷入占5%5%，注流的二次氧化，注流的二次氧化占占40%40%，耐火材料的冲刷约占，耐火材料的冲刷约占20%20%，中间包渣，中间包渣约占约占10%10%。可见，。可见，铸坯中基本上是外来夹杂铸坯中基本上是外来夹杂物，主要来自于钢液浇注过程中的二次氧化。物，主要来自于钢液浇注过程中的二次氧化。3.3.影响夹杂物的因素影响夹杂物的因素A.A.机型对铸坯中夹杂物的影响机型对铸坯中夹杂物的影响l在工
11、艺条件一定的情况下，夹杂物在铸坯内在工艺条件一定的情况下，夹杂物在铸坯内的数量和分布主要决定于铸机类型。就铸坯的数量和分布主要决定于铸机类型。就铸坯夹杂物分布而言，结晶器注流冲击影响到弧夹杂物分布而言，结晶器注流冲击影响到弧形连铸机铸坯内弧侧的弯曲区，固液界面容形连铸机铸坯内弧侧的弯曲区，固液界面容易捕捉上浮的夹杂物，在内弧表面易捕捉上浮的夹杂物，在内弧表面10mm10mm左右左右形成形成AlAl2 2O O3 3的聚集，的聚集，大颗粒夹杂在内弧侧大颗粒夹杂在内弧侧14141515厚度形成集聚，这是弧形连铸机厚度形成集聚，这是弧形连铸机的弱点。的弱点。l对于带垂直段的立弯式连铸机，结晶器注流对
12、于带垂直段的立弯式连铸机，结晶器注流冲击深度的影响区在直线部分，夹杂物在夜冲击深度的影响区在直线部分，夹杂物在夜相穴内容易上浮，铸坯中夹杂物分布均匀。相穴内容易上浮，铸坯中夹杂物分布均匀。l液相穴内夹杂物上浮示意图：液相穴内夹杂物上浮示意图：带垂直段立弯式连铸机；带垂直段立弯式连铸机；弧形连铸机弧形连铸机B.B.连铸操作对铸坯中夹杂物的影响连铸操作对铸坯中夹杂物的影响l连铸操作有正常浇注和非正常浇注两种情况。连铸操作有正常浇注和非正常浇注两种情况。l在正常浇注下，浇注过程比较稳定，铸坯中在正常浇注下，浇注过程比较稳定，铸坯中夹杂物多少夹杂物多少主要由钢液的纯净度决定。主要由钢液的纯净度决定。l
13、而非正常浇注情况下，如浇注初期，浇注末而非正常浇注情况下，如浇注初期，浇注末期和多炉连浇的换包期间，铸坯中夹杂物往期和多炉连浇的换包期间，铸坯中夹杂物往往有所增加。这是因为在浇注初期钢液被耐往有所增加。这是因为在浇注初期钢液被耐火材料污染较严重；在浇注末期随着中间包火材料污染较严重；在浇注末期随着中间包液面的降低，因涡流作用会把中间包渣吸入液面的降低，因涡流作用会把中间包渣吸入到结晶器中。在换包期间由于上述原因也常到结晶器中。在换包期间由于上述原因也常使钢中夹杂物增多。因而采取相应措施（如使钢中夹杂物增多。因而采取相应措施（如提高耐火材料质量、避免下渣等）对于提高提高耐火材料质量、避免下渣等）
14、对于提高铸坯纯净度是必要的。铸坯纯净度是必要的。C.C.在操作中，注温和拉速对铸坯中夹杂物也有在操作中，注温和拉速对铸坯中夹杂物也有一定影响一定影响l当钢液温度降低时，夹杂物指数升高；随着当钢液温度降低时，夹杂物指数升高；随着拉速的提高，铸坯中夹杂物有增多的趋势。拉速的提高，铸坯中夹杂物有增多的趋势。D.D.耐火材料质量对铸坯夹杂物的影响耐火材料质量对铸坯夹杂物的影响l注连铸过程中由于钢液和耐火材料接触，注连铸过程中由于钢液和耐火材料接触，钢液中的元素（锰和铝等）会与耐火材料中钢液中的元素（锰和铝等）会与耐火材料中的氧化物发生作用生成夹杂物，当其不能上的氧化物发生作用生成夹杂物，当其不能上浮时
15、就遗留在铸坯中。浮时就遗留在铸坯中。l连铸坯内夹杂物分布：连铸坯内夹杂物分布：l 弧形连铸机：弧形连铸机：11低温浇注；低温浇注；22高温浇注高温浇注l 立弯式连铸机：立弯式连铸机：11低温浇注；低温浇注；22高温浇注高温浇注l连铸机机型对大型夹杂物的影响：连铸机机型对大型夹杂物的影响：11弧形连铸机；弧形连铸机；22直结晶器直结晶器弧形连铸机；弧形连铸机；33立式连铸机立式连铸机三三.提高铸坯纯净度的措施提高铸坯纯净度的措施1.1.无渣出钢。无渣出钢。转炉采用倒渣球，电炉采用偏心炉底出钢，防止转炉采用倒渣球，电炉采用偏心炉底出钢，防止出钢时渣大量下到钢包。出钢时渣大量下到钢包。2.2.钢包精
16、炼。钢包精炼。根据钢种的需要选择合适的精炼处理方法，以均根据钢种的需要选择合适的精炼处理方法，以均匀温度、微调成分、降低氧含量、去除气体夹杂匀温度、微调成分、降低氧含量、去除气体夹杂物、改善夹杂物形态等。物、改善夹杂物形态等。3.3.无氧化浇注技术。无氧化浇注技术。从钢包从钢包中间包用长水口，中间包中间包用长水口，中间包结晶器用浸结晶器用浸入式水口（板坯、大方坯）或气体保护（小方入式水口（板坯、大方坯）或气体保护（小方坯），中间包采用覆盖剂，结晶器用保护渣。坯），中间包采用覆盖剂，结晶器用保护渣。4.4.充分发挥中间包冶金净化器的作用。充分发挥中间包冶金净化器的作用。中间包采用大容量、加挡墙和
17、坝等促进夹中间包采用大容量、加挡墙和坝等促进夹杂物上浮的有效措施。还有中杂物上浮的有效措施。还有中 间包吹氩、间包吹氩、使用过滤器、复合渣，以及使用碱性包衬使用过滤器、复合渣，以及使用碱性包衬等，都有利于中间包进一步净化钢液。等，都有利于中间包进一步净化钢液。5.5.连铸系统选用耐火度高，融损小，高质量的连铸系统选用耐火度高，融损小，高质量的耐火材料，以减少钢中外来夹杂物。耐火材料，以减少钢中外来夹杂物。6.6.充分发挥结晶器的钢液净化器和铸坯表面质充分发挥结晶器的钢液净化器和铸坯表面质量控制器的作用；量控制器的作用；7.7.采用电磁搅拌技术，控制注流的运动。采用电磁搅拌技术，控制注流的运动。
18、92 92 铸坯表面质量铸坯表面质量l板坯表面缺陷示意图：板坯表面缺陷示意图：11表面纵裂纹；表面纵裂纹；22表面横裂纹；表面横裂纹；33网状裂纹；网状裂纹；44角部横裂纹；角部横裂纹；55边部横裂纹；边部横裂纹；66表面夹渣；表面夹渣；77皮下针孔；皮下针孔；88深振痕深振痕l连铸坯表面缺陷：连铸坯表面缺陷：11角部横裂纹；角部横裂纹；22角部纵裂纹；角部纵裂纹；33表面横裂纹；表面横裂纹；44宽面纵裂纹；宽面纵裂纹；55星状裂纹；星状裂纹；66振动痕迹；振动痕迹；77气孔；气孔；88大型夹杂物大型夹杂物一一.表面裂纹表面裂纹1.1.表面纵裂纹表面纵裂纹 产生原因产生原因l表面纵裂是表面纵裂
19、是在结晶器弯月面区初生坯壳厚在结晶器弯月面区初生坯壳厚度不均匀，度不均匀，作用于坯壳上的拉应力超过钢作用于坯壳上的拉应力超过钢的高温允许强度和应变，在坯壳的薄弱处的高温允许强度和应变，在坯壳的薄弱处产生应力集中导致产生纵裂，出结晶器后产生应力集中导致产生纵裂，出结晶器后在二冷区继续扩展。在二冷区继续扩展。作用于坯壳上的应力：作用于坯壳上的应力：A.A.由凝固壳温度不均匀而形成的热应力；由凝固壳温度不均匀而形成的热应力；B.B.板坯宽度方向凝固壳收缩在钢水静压力作板坯宽度方向凝固壳收缩在钢水静压力作用下产生的鼓胀力；用下产生的鼓胀力；C.C.坯壳与铜板不均匀接触而产生的摩擦力；坯壳与铜板不均匀接
20、触而产生的摩擦力；D.D.由于产生气隙，宽面凝固收缩受窄面的约由于产生气隙，宽面凝固收缩受窄面的约束而使坯壳承受的弯曲应力。束而使坯壳承受的弯曲应力。其中其中A A与与B B为最大。为最大。影响纵裂的因素影响纵裂的因素A.A.钢中碳含量钢中碳含量l大约在钢中大约在钢中C=0.10%C=0.10%0.12左右时板坯左右时板坯纵裂最严重。纵裂最严重。这是因为钢凝固处于包晶区这是因为钢凝固处于包晶区（L+L+），），在固相线温度以下在固相线温度以下20205050钢的钢的线收缩最大，线收缩最大，此时结晶器弯月面刚凝此时结晶器弯月面刚凝固的坯壳随温度下降发生固的坯壳随温度下降发生FeFe FeFe 转
21、变，转变，伴随着较大的收缩，坯壳与铜板脱离伴随着较大的收缩，坯壳与铜板脱离形成形成气隙，气隙，导出热流最小导出热流最小坯壳最薄，坯壳最薄，在表面会在表面会形成凹陷。凹陷部位冷却和凝固速度比其形成凹陷。凹陷部位冷却和凝固速度比其它部位慢，组织粗化，对裂纹敏感性强，它部位慢，组织粗化，对裂纹敏感性强，在热应力和钢水静压力作用下，在凹陷薄在热应力和钢水静压力作用下，在凹陷薄弱处造成应力集中而产生裂纹。弱处造成应力集中而产生裂纹。B.B.钢中钢中S+P+AsS+P+As含量高，板坯纵裂发生几率增含量高，板坯纵裂发生几率增大。大。C.C.保护渣的影响保护渣的影响l渣子熔化速度过快或过慢，使液渣层过厚渣子
22、熔化速度过快或过慢，使液渣层过厚或过薄；或者渣子粘度不合适，流入坯壳或过薄；或者渣子粘度不合适，流入坯壳与铜板之间渣膜厚度不均匀，致使结晶器与铜板之间渣膜厚度不均匀，致使结晶器导热不均而导致局部区域坯壳厚度不均，导热不均而导致局部区域坯壳厚度不均，使热应力和弯曲应力局部增大而促使纵裂使热应力和弯曲应力局部增大而促使纵裂纹发生。纹发生。D.D.铸坯的宽度铸坯的宽度l板坯越宽，由于钢水静压力阻碍坯壳收缩板坯越宽，由于钢水静压力阻碍坯壳收缩的应力就越大，产生裂纹的可能性也就越的应力就越大，产生裂纹的可能性也就越大。大。E.E.结晶器液面波动的影响结晶器液面波动的影响l 浇注板坯越宽，液面波动增大，发
23、生纵裂浇注板坯越宽，液面波动增大，发生纵裂纹趋势越严重。而结晶器液面的稳定性是纹趋势越严重。而结晶器液面的稳定性是受钢水流量、水口堵塞、水口结构、插入受钢水流量、水口堵塞、水口结构、插入深度以及由钢水再循环引起的弯月面产生深度以及由钢水再循环引起的弯月面产生的波浪有关的，这是一个复杂的体系。的波浪有关的，这是一个复杂的体系。l例如，水口插入深度太浅，液面波动大，例如，水口插入深度太浅，液面波动大，容易发生纵裂纹，尤其是浇注宽板铸坯时，容易发生纵裂纹，尤其是浇注宽板铸坯时，纵裂纹更为严重。插入太深，热中心下移，纵裂纹更为严重。插入太深，热中心下移，纵裂纹也增多。纵裂纹也增多。防止纵裂产生的措施防
24、止纵裂产生的措施A.A.稳定的结晶器液面。稳定的结晶器液面。l液面波动由液面波动由5mm5mm增加到增加到20mm20mm，纵裂指，纵裂指数由数由0 0增加到增加到2.02.0。B.B.合适的浸入式水口插入深度和出口倾角。合适的浸入式水口插入深度和出口倾角。l出口倾角太小，流股碰点在窄面上端，引出口倾角太小，流股碰点在窄面上端，引起液面紊流，液渣不能均匀流入坯壳，会起液面紊流，液渣不能均匀流入坯壳，会导致宽面纵裂。出口倾角太大，流股靠近导致宽面纵裂。出口倾角太大，流股靠近窄面下端，角部冲刷严重，容易引起角部窄面下端，角部冲刷严重，容易引起角部纵裂。浸入式水口插入深度和倾角应由模纵裂。浸入式水口
25、插入深度和倾角应由模型试验决定，一般是倾角向下型试验决定，一般是倾角向下15153535,插入深度在插入深度在12512525mm25mm。C.C.合适的结晶器锥度。合适的结晶器锥度。合适的倒最度，可使坯壳表面与铜壁接触良合适的倒最度，可使坯壳表面与铜壁接触良好，冷却均匀，可避免产生裂纹和发生漏好，冷却均匀，可避免产生裂纹和发生漏钢。最好采用多锥度、钻石型或抛物线形钢。最好采用多锥度、钻石型或抛物线形结晶器。结晶器。D.D.浸入式水口与结晶器对中，以防止钢流热浸入式水口与结晶器对中，以防止钢流热中心位移而冲刷坯壳。中心位移而冲刷坯壳。E.E.合适的钢水过热度。合适的钢水过热度。l 钢水过热度提
26、高钢水过热度提高1010，在结晶器内高温钢，在结晶器内高温钢水流动会吃掉凝固壳约水流动会吃掉凝固壳约2mm2mm。F.F.结晶器、足辊、二冷零段要准确对弧。结晶器、足辊、二冷零段要准确对弧。G.G.合适的保护渣性能。合适的保护渣性能。在保护渣各项特性中，在保护渣各项特性中，粘度对产生表面纵裂粘度对产生表面纵裂影响最大。影响最大。渣高粘度使纵裂增加，渣低粘渣高粘度使纵裂增加，渣低粘度产生纵裂少，因此要控制渣子的粘度与度产生纵裂少，因此要控制渣子的粘度与渣子溶融时间合适的比例。渣子溶融时间合适的比例。H.H.钢的化学成分应控制在合适的范围。钢的化学成分应控制在合适的范围。对于钢中裂纹敏感的元素要严
27、加控制，避对于钢中裂纹敏感的元素要严加控制，避免铸坯出现纵裂纹。免铸坯出现纵裂纹。I.I.采用热顶结晶器。采用热顶结晶器。l即在弯月面区域即在弯月面区域75mm75mm的铜板内镶入不锈钢、的铜板内镶入不锈钢、镀镀CrCr、NiNi或碳铬化合物的隔热材料，或碳铬化合物的隔热材料，使结使结晶器的热流密度可以减少晶器的热流密度可以减少50507070，延缓，延缓了坯壳的收缩，减轻了凹陷深度从而减少了坯壳的收缩，减轻了凹陷深度从而减少了裂纹的发生率。了裂纹的发生率。l带不锈钢插件的热顶结晶器带不锈钢插件的热顶结晶器11镀镍层；镀镍层；22不锈钢插件；不锈钢插件；33铜基板铜基板l带陶瓷插件的热顶结晶器
28、：带陶瓷插件的热顶结晶器：11浸入式水口；浸入式水口；22保护渣；保护渣；33陶瓷结晶器；陶瓷结晶器；44铜结晶器；铜结晶器；55坯壳坯壳2.2.角部纵裂纹角部纵裂纹l铸坯的角部是二维传热，因而角部钢水凝固铸坯的角部是二维传热，因而角部钢水凝固速度较其它部位要快，初生坯壳收缩较早，速度较其它部位要快，初生坯壳收缩较早，从凝固一开始就形成了不均匀气隙，热阻增从凝固一开始就形成了不均匀气隙，热阻增加，影响坯壳均匀生长，其薄弱处承受不住加，影响坯壳均匀生长，其薄弱处承受不住应力作用而形成角部纵裂纹。应力作用而形成角部纵裂纹。l角部纵裂纹产生的关键在结晶器的窄面，要角部纵裂纹产生的关键在结晶器的窄面，
29、要有合适的锥度和形状。有合适的锥度和形状。3.3.表面横裂纹表面横裂纹l表面横裂纹通常是隐藏看不见的。它是表面横裂纹通常是隐藏看不见的。它是位位于铸坯内弧表面振痕的波谷处。于铸坯内弧表面振痕的波谷处。金相检查金相检查指出，深度可达指出，深度可达7mm7mm、宽度、宽度0.2mm0.2mm。裂纹位。裂纹位于铁素体网状区，而网状在好是出生奥氏于铁素体网状区，而网状在好是出生奥氏体晶界。当奥氏体晶界质点粗大，呈稀疏体晶界。当奥氏体晶界质点粗大，呈稀疏分布，板坯横裂纹产生的废品减少；当奥分布，板坯横裂纹产生的废品减少；当奥氏体晶界质点细小，呈密实分布，板坯横氏体晶界质点细小，呈密实分布，板坯横裂纹产生
30、的废品增加。因此裂纹产生的废品增加。因此控制沉淀在奥控制沉淀在奥氏体晶界质点的粗大或控制质点（如氏体晶界质点的粗大或控制质点（如AlNAlN、TiNTiN、MnSMnS）不在晶界析出，可以降低对裂）不在晶界析出，可以降低对裂纹的敏感性。纹的敏感性。影响横裂纹的因素影响横裂纹的因素A.A.钢种钢种l 一般的一般的CMnCMn钢（钢（MnMn1 1）、）、CCMnNbMnNb（V V）钢连铸坯容易产生横裂纹。）钢连铸坯容易产生横裂纹。因为在较高温度下（因为在较高温度下（1050105011001100），），NbNb（CNCN）已开始在晶界沉淀，降低了晶界的）已开始在晶界沉淀，降低了晶界的结合力，
31、导致沿沉淀物周围的空洞生长，促结合力，导致沿沉淀物周围的空洞生长，促使晶界裂纹的扩展，同时使钢的脆化温度区使晶界裂纹的扩展，同时使钢的脆化温度区间加宽，对裂纹敏感性增加。间加宽，对裂纹敏感性增加。l钢中含钢中含AlAl量增加，板坯横向裂纹废品增加。量增加，板坯横向裂纹废品增加。因为因为AlAl促使晶界质点呈细密分布，另外促使晶界质点呈细密分布，另外AlNAlN在奥氏体晶界析出，降低了晶界内聚力，在奥氏体晶界析出，降低了晶界内聚力，增加了增加了转变的脆性，使转变的脆性，使900900700700钢延钢延性大大降低，对裂纹敏感性增加。性大大降低，对裂纹敏感性增加。l 因此随钢中因此随钢中AlAl、
32、NbNb、V V增加，在增加，在A A3 3转变温转变温度以上就有氮化物和度以上就有氮化物和CNCN化物沉淀，扩大化物沉淀，扩大了降低钢延性温度的范围。了降低钢延性温度的范围。B.B.连铸二冷强度对质点的析出有重要影响。连铸二冷强度对质点的析出有重要影响。l二冷采用弱冷却（二冷采用弱冷却（0.6Lkg0.6Lkg钢），沿奥氏体钢），沿奥氏体晶界晶界AlNAlN析出减少了，铸坯保持较高温度析出减少了，铸坯保持较高温度（950950）矫直，可避免横裂的产生。）矫直，可避免横裂的产生。C.C.铸坯在矫直时内弧受到张力外弧受到压力，铸坯在矫直时内弧受到张力外弧受到压力，在矫直过程中，由于振痕的缺口效应
33、而产在矫直过程中，由于振痕的缺口效应而产生应力集中，再加上矫直温度在脆化温度生应力集中，再加上矫直温度在脆化温度700700900900之间，加速了振痕波谷处横裂纹之间，加速了振痕波谷处横裂纹的产生并沿奥氏体晶界扩展。的产生并沿奥氏体晶界扩展。D.D.振痕对横裂纹的影响振痕对横裂纹的影响l 振痕是与横裂纹共生的，要减少横裂纹振痕是与横裂纹共生的，要减少横裂纹就是要减少振痕深度。振痕的形成是由于就是要减少振痕深度。振痕的形成是由于结晶器振动，引起弯月面钢水周期性流动结晶器振动，引起弯月面钢水周期性流动使坯壳发生折叠所致。振幅越大，振痕越使坯壳发生折叠所致。振幅越大，振痕越深；负滑脱时间越长，振痕
34、越深；振动频深；负滑脱时间越长，振痕越深；振动频率越低，振痕越深。振痕深处树枝晶粗大，率越低，振痕越深。振痕深处树枝晶粗大，溶质元素富集，当铸坯受到应力作用就成溶质元素富集，当铸坯受到应力作用就成为裂纹的发源地。为裂纹的发源地。减少横裂纹的措施减少横裂纹的措施A.A.结晶器采用高频率（结晶器采用高频率（200200400400次次minmin）小）小振幅（振幅（2 24mm4mm）是减小振痕深度的有效办）是减小振痕深度的有效办法。法。B.B.二冷区采用平稳性冷却，矫直时铸坯表面二冷区采用平稳性冷却，矫直时铸坯表面温度高于质点沉淀温度或高于温度高于质点沉淀温度或高于转变温度，转变温度，以避开低延
35、性区。以避开低延性区。C.C.降低钢中降低钢中S S、O O、N N含量，或加入含量，或加入TiTi、ZrZr、CaCa以抑制以抑制CNCN化物和硫化物在晶界析出，化物和硫化物在晶界析出，或使或使CNCN化物质点变粗，以改善奥氏体晶化物质点变粗，以改善奥氏体晶粒热延性。粒热延性。D.D.减小结晶器液面波动，采用低表面张力、减小结晶器液面波动，采用低表面张力、润滑性能良好的保护渣。润滑性能良好的保护渣。E.E.细化奥氏体晶粒。细化奥氏体晶粒。l横裂纹常沿着铸坯表皮层下的粗大奥氏体横裂纹常沿着铸坯表皮层下的粗大奥氏体晶界分布，可以通过二次冷却使奥氏体晶晶界分布，可以通过二次冷却使奥氏体晶粒细化，以
36、减少对裂纹的敏感性。粒细化，以减少对裂纹的敏感性。F.F.气气水喷嘴参数要合理，板坯冷却均匀可水喷嘴参数要合理，板坯冷却均匀可降低裂纹的发生。降低裂纹的发生。G.G.采用多点矫直技术，连续矫直技术或压缩采用多点矫直技术，连续矫直技术或压缩浇注技术等，均可避免产生横裂纹。浇注技术等，均可避免产生横裂纹。4.4.铸坯表面网状（星形或晶界）裂纹铸坯表面网状（星形或晶界）裂纹产生原因产生原因A.A.高温铸坯表面吸收了结晶器的铜，而高温铸坯表面吸收了结晶器的铜，而CuCu熔熔化为液体沿奥氏体晶界渗透所致。但即使化为液体沿奥氏体晶界渗透所致。但即使采用镀采用镀CrCr、NiNi结晶器后，这种裂纹还是存结晶
37、器后，这种裂纹还是存在。在。B.B.铸坯表面铸坯表面FeFe的选择性氧化，而使残余元素的选择性氧化，而使残余元素（如（如CuCu、SnSn等）残留在表面沿晶界渗透形等）残留在表面沿晶界渗透形成热脆裂纹。成热脆裂纹。特点特点A.A.表面裂纹区有表面裂纹区有CuCu、NiNi、SnSn、SbSb的富集。富的富集。富集相成分（）：集相成分（）：Cu85,Sn5Cu85,Sn5，Ni4Ni4，Fe5Fe5，Sb1Sb1。这种富集相大约在。这种富集相大约在10501050熔化沿晶熔化沿晶界渗透。界渗透。B.CuB.Cu含量增加裂纹加重。因为含量增加裂纹加重。因为CuCu在铸坯表面在铸坯表面的氧化铁皮下形
38、成液相，沿晶界穿行而失的氧化铁皮下形成液相，沿晶界穿行而失去塑性。去塑性。C.AlC.Al的作用。钢中的作用。钢中AlAl含量增加，铸坯表面网含量增加，铸坯表面网状裂纹加重（状裂纹加重（AlNAlN在晶界沉淀引起的）。在晶界沉淀引起的）。D.D.二冷水量。弱冷会导致铸坯表面温度高，二冷水量。弱冷会导致铸坯表面温度高，氧化铁皮生成加速，促使残余元素（氧化铁皮生成加速，促使残余元素（CuCu、SnSn）沿晶界富集形成裂纹。）沿晶界富集形成裂纹。减少铸坯表面网状裂纹的措施减少铸坯表面网状裂纹的措施A.A.结晶器镀结晶器镀CrCr和和NiNi；B.B.合适的二冷水量；合适的二冷水量；C.C.精选原料，
39、控制钢中残余元素精选原料，控制钢中残余元素(Cu(Cu、SnSn等等)；D.D.控制钢中控制钢中CuCu0.20.2；E.E.控制钢中控制钢中MnSMnS4040。5.5.纵向凹陷纵向凹陷l在方坯角部附近，平行于角部，有连续的或在方坯角部附近，平行于角部，有连续的或断续的凹陷称为纵向凹陷。纵向凹陷常伴有断续的凹陷称为纵向凹陷。纵向凹陷常伴有纵向裂纹，严重的会导致漏钢。纵向裂纹，严重的会导致漏钢。l产生原因：产生原因：A.A.结晶器内冷却不均匀；结晶器内冷却不均匀；B.B.结晶器与二次冷却装置对弧不准；结晶器与二次冷却装置对弧不准；C.C.二次冷却局部过冷（特别是上部）；二次冷却局部过冷（特别是
40、上部）；D.D.拉矫辊上有金属异物粘附；拉矫辊上有金属异物粘附；E.E.产生菱形变形。产生菱形变形。二二.铸坯表面夹渣铸坯表面夹渣1.1.对于敞开浇注对于敞开浇注l 由于浇注时二次氧化，在结晶器钢水面上生成浮由于浇注时二次氧化，在结晶器钢水面上生成浮渣。结晶器液面的波动，浮渣可能卷入到初生坯渣。结晶器液面的波动，浮渣可能卷入到初生坯壳表面而残留下来形成夹渣。壳表面而残留下来形成夹渣。对于硅镇静钢，铸坯表面夹渣与钢中对于硅镇静钢，铸坯表面夹渣与钢中MnSiMnSi比有比有关。根据钢中关。根据钢中Si Si、MnMn含量，可能形成的夹杂物：含量，可能形成的夹杂物：l MnSiMnSi4 4，形成，
41、形成SiOSiO2 2浮渣容易在结晶器弯月面浮渣容易在结晶器弯月面处冷凝结壳；处冷凝结壳；l MnSiMnSi4 4，形成液态，形成液态MnOSiOMnOSiO2 2流动性好，浮流动性好，浮渣也呈液态。渣也呈液态。l因此，随钢中因此，随钢中MnSiMnSi比减小，生成浮渣熔比减小，生成浮渣熔点升高，流动性不好，容易卷入坯壳。为点升高，流动性不好，容易卷入坯壳。为保持流动性良好的浮渣，保持流动性良好的浮渣，应保持钢水中应保持钢水中MnSiMnSi3 36 6。对于用对于用AlAl脱氧钢，应限制加脱氧钢，应限制加AlAl量（量（200gt200gt）使使钢中酸溶铝钢中酸溶铝Al=0.005Al=0
42、.0050.007%0.007%，既可防既可防止定径水口堵塞，也可防止因止定径水口堵塞，也可防止因AlAl2 2O O3 3析出使析出使浮渣变粘，增加表面夹渣。浮渣变粘，增加表面夹渣。2.2.对于保护浇注对于保护浇注l 结晶器采用浸入式水口和保护渣浇注时，结晶器采用浸入式水口和保护渣浇注时，结晶器液面波动是弯月面卷渣的根源。结晶器液面波动是弯月面卷渣的根源。结晶器液面波动的原因结晶器液面波动的原因A A外部干扰。如水口扩大、堵塞或塞棒失灵；外部干扰。如水口扩大、堵塞或塞棒失灵；B B结晶器液体流动的搅动。如水口形状、插结晶器液体流动的搅动。如水口形状、插入深度、吹氩量等引起液面不稳定；入深度、
43、吹氩量等引起液面不稳定；C C拉速突然变化。拉速突然变化。防止结晶器卷渣的措施防止结晶器卷渣的措施A.A.保持结晶器液面的稳定性，控制液面波动保持结晶器液面的稳定性，控制液面波动尽可能小（尽可能小（5mm5mm）；）；B.B.浸入式水口合适的插入深度，插入深度浸入式水口合适的插入深度，插入深度12512525mm25mm为宜；为宜；C.C.浸入式水口出口倾角应使出口流股不搅动浸入式水口出口倾角应使出口流股不搅动弯月面渣层为原则；弯月面渣层为原则；D.D.中间包塞棒合适的中间包塞棒合适的ArAr气流量，防止气泡上气流量，防止气泡上浮增强钢渣界面的搅动；浮增强钢渣界面的搅动；E.E.合适的保护渣粘
44、度、渣中合适的保护渣粘度、渣中AlAl2 2O O3 3含量（渣中含量（渣中AlAl2 2O O3 32020，液渣就不能吸收上浮的，液渣就不能吸收上浮的AlAl2 2O O3 3使粘度增加）和液渣层厚度。使粘度增加）和液渣层厚度。l三三.铸坯皮下气孔泡与气孔铸坯皮下气孔泡与气孔l在铸坯表皮下存在有直径约在铸坯表皮下存在有直径约1mm1mm、长度为、长度为10mm10mm左右，沿柱状晶生长方向分布的气泡，称为左右，沿柱状晶生长方向分布的气泡，称为皮下气泡。这些气泡若裸露于铸坯表面称为皮下气泡。这些气泡若裸露于铸坯表面称为表面气泡；小而密集的小孔叫皮下气孔，也表面气泡；小而密集的小孔叫皮下气孔，
45、也叫皮下针孔。叫皮下针孔。l钢水中氧、氢含量高是形成气泡的重要原因。钢水中氧、氢含量高是形成气泡的重要原因。产生原因：产生原因：1.1.脱氧不良是造成皮下气孔的重要原因之一，钢中脱氧不良是造成皮下气孔的重要原因之一，钢中溶解溶解AlAl0.008%0.008%就可防止就可防止COCO的生成。的生成。2.2.用油做润滑剂或保护渣、钢包、中间包覆盖剂，用油做润滑剂或保护渣、钢包、中间包覆盖剂，绝热板干燥不良会导致绝热板干燥不良会导致H2H2逸出生成皮下气孔。逸出生成皮下气孔。3.3.对于含对于含TiTi不锈钢，钢中的不锈钢，钢中的TiNTiN与保护渣中的与保护渣中的FeFe2 2O O3 3会会发
46、生以下反应：发生以下反应：6TiN+4Fe6TiN+4Fe2 2O O3 3=6TiO=6TiO2 2+8Fe+8Fe3N3N2 2 TiN+CaO+2FeO+2MnO=CaOTiO TiN+CaO+2FeO+2MnO=CaOTiO2 2+2Fe+2Fe2Mn2Mn12N12N2 2l 上述反应释放出来的上述反应释放出来的N N2 2可能在凝固坯壳处形成可能在凝固坯壳处形成气孔。气孔。l 另外生成的另外生成的TiOTiO2 2和和CaOTiOCaOTiO2 2大大增加了渣子粘大大增加了渣子粘度，可能会在结晶器钢水面上形成渣、钢和气体度，可能会在结晶器钢水面上形成渣、钢和气体组成的硬壳，对不锈钢
47、铸坯表面质量带来极大的组成的硬壳，对不锈钢铸坯表面质量带来极大的危害。因此对含危害。因此对含TiTi不锈钢，应尽量降低钢中的不锈钢，应尽量降低钢中的NN和和OO含量，降低保护渣的碱度以及采用最佳几何含量，降低保护渣的碱度以及采用最佳几何形状的浸入式水口（如出口倾角向上形状的浸入式水口（如出口倾角向上1515）是有）是有益的。益的。4.4.中间包塞棒吹中间包塞棒吹ArAr流量太大或拉速过快，会引起结流量太大或拉速过快，会引起结晶器液面晶器液面“钢水沸腾钢水沸腾”，增加了弯月面的搅动，增加了弯月面的搅动，导致卷渣或弯月面的钩形凝固壳会捕捉小于导致卷渣或弯月面的钩形凝固壳会捕捉小于2mm2mm的的A
48、rAr气泡，造成冷轧板的分层缺陷。气泡，造成冷轧板的分层缺陷。93 93 铸坯内部质量铸坯内部质量l铸坯内部质量主要是铸坯内部质量主要是指低倍结构（柱状晶与指低倍结构（柱状晶与等轴晶比例）、中心偏析、内部裂纹和夹杂等轴晶比例）、中心偏析、内部裂纹和夹杂物水平。物水平。l内部缺陷：内部缺陷：11内部角裂；内部角裂；22皮下气泡；皮下气泡；33中心疏松；中心疏松；44三角区裂纹；三角区裂纹；55中间裂纹中间裂纹l铸坯内部缺陷示意图：铸坯内部缺陷示意图：11内部角裂；内部角裂；22侧面中间裂纹；侧面中间裂纹；33中心线裂纹；中心线裂纹；44中心线偏析；中心线偏析；55疏松；疏松；66中间裂纹；中间裂
49、纹；77非金属非金属夹杂物；夹杂物；88皮下鬼线；皮下鬼线；99缩孔；缩孔；1010中心星状裂中心星状裂纹、对角线裂纹；纹、对角线裂纹；1111针孔；针孔；1212半宏观偏析半宏观偏析一一.铸坯凝固结构铸坯凝固结构l由激冷层、柱状晶和等轴晶区组成。由激冷层、柱状晶和等轴晶区组成。l连铸坯低倍结构特点：连铸坯低倍结构特点：1.1.连铸坯相当于高宽比相当大的钢锭凝固，边连铸坯相当于高宽比相当大的钢锭凝固，边运行边凝固，液相穴很长，钢水补缩不好，运行边凝固，液相穴很长，钢水补缩不好，易产生中心疏松和缩孔。易产生中心疏松和缩孔。2.2.钢水分阶段凝固。结晶器形成初生坯壳，二钢水分阶段凝固。结晶器形成初
50、生坯壳，二冷区喷水冷却完全凝固。二冷区坯壳温度冷区喷水冷却完全凝固。二冷区坯壳温度梯度大，柱状晶发达，但凝固速度快，晶梯度大，柱状晶发达，但凝固速度快，晶粒较细。粒较细。l连铸坯低倍结构控制的主要任务是：控制连铸坯低倍结构控制的主要任务是：控制柱状晶与等轴晶的比例，获得没有内部缺柱状晶与等轴晶的比例，获得没有内部缺陷和致密的凝固组织。陷和致密的凝固组织。l铸坯中心低倍结构形成示意图：铸坯中心低倍结构形成示意图：11柱状晶生长；柱状晶生长；22自由等轴晶生长；自由等轴晶生长；33等轴晶凝固；等轴晶凝固；44流动的两相区；流动的两相区；55在刚性的两相区在刚性的两相区内钢水的渗透；内钢水的渗透；6
