北京科技大学蔡开科讲座资料-连铸坯(圆坯)质量控制说课讲解.ppt

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1、北京科技大学蔡开科讲座北京科技大学蔡开科讲座资料资料-连铸坯连铸坯(圆坯圆坯)质量控质量控制制目目 录录1 1.连铸坯质量概念连铸坯质量概念2 2.连铸坯（圆坯）凝固特点连铸坯（圆坯）凝固特点3 3.圆坯洁净度控制圆坯洁净度控制4.4.圆坯表面纵裂纹控制圆坯表面纵裂纹控制5.5.圆坯内部质量控制圆坯内部质量控制6.6.圆坯形状缺陷控制圆坯形状缺陷控制7.7.结语结语1.连铸坯质量概念连铸坯质量概念连铸坯质量概念：连铸坯质量概念：铸铸坯坯洁洁净净度度（夹夹杂杂物物数数量量、类类型型、尺尺寸寸、分分布）布）铸坯表面质量（表面裂纹、夹渣、气孔）铸坯表面质量（表面裂纹、夹渣、气孔）铸铸坯坯内内部部质质

2、量量（内内部部裂裂纹纹、夹夹杂杂物物，中中心心疏疏松、缩孔、偏析）松、缩孔、偏析）铸坯形状缺陷（鼓肚、脱方、椭圆）铸坯形状缺陷（鼓肚、脱方、椭圆）缺陷的控制策略图从生产流程来看，控制铸坯质量战略原则：从生产流程来看，控制铸坯质量战略原则：从冶金传输观点，控制铸坯质量从冶金传输观点，控制铸坯质量：传输现象与应力应变行为对铸坯质量的影响传输现象与应力应变行为对铸坯质量的影响连连铸铸坯坯凝凝固固成成型型过过程程化学方法化学方法传输行为传输行为应力应变应力应变流体流动流体流动溶质分配溶质分配凝凝 固固热量传递热量传递热应力应变热应力应变机械应力应机械应力应变外加场外加场l铸坯的洁净度铸坯的洁净度l夹杂

3、物的上浮夹杂物的上浮铸坯表面缺陷铸坯表面缺陷l表面纵裂纹表面纵裂纹l表面横裂纹表面横裂纹l表面夹渣表面夹渣l皮下气泡皮下气泡l角部裂纹角部裂纹铸坯内部缺陷铸坯内部缺陷l偏析偏析l铸坯内裂纹铸坯内裂纹l疏松疏松铸坯形状缺陷铸坯形状缺陷l聚变聚变l鼓肚鼓肚连连铸铸质质量量控控制制方方法法2.2.连铸坯（圆坯）凝固的基本特点连铸坯（圆坯）凝固的基本特点（1）连铸坯凝固过程实质上是动态热量）连铸坯凝固过程实质上是动态热量传递过程传递过程钢水从液态转变钢水从液态转变为固体放出热量：为固体放出热量：n钢水钢水固体固体+Q放出热量包括：放出热量包括：n过热过热n凝固潜热凝固潜热n物理显热物理显热连铸凝固过程

4、示意图连铸凝固过程示意图以以20钢为例，钢水凝固冷却到室温放出热量是：钢为例，钢水凝固冷却到室温放出热量是：n过热过热 25.2 kJ/kgn潜热潜热 328 kJ/kgn显热显热 958 kJ/kgn总热量中大约总热量中大约1/3从液体从液体固体放出，其余固体放出，其余2/3是完全凝固后放出的是完全凝固后放出的 钢水在连铸机内凝固是一个热量释放和传递钢水在连铸机内凝固是一个热量释放和传递的过程，铸坯边运行，边放热边凝固，形成的过程，铸坯边运行，边放热边凝固，形成了很长的液相穴（了很长的液相穴（1020几米），在液相几米），在液相穴长度上布置了三个冷却区：穴长度上布置了三个冷却区：n一次冷却区

5、：钢水在结晶器中形成足够厚的均一次冷却区：钢水在结晶器中形成足够厚的均匀坯壳，以保证铸坯出结晶器不拉漏匀坯壳，以保证铸坯出结晶器不拉漏n二次冷却区：喷水加速铸坯内部热量的传递，二次冷却区：喷水加速铸坯内部热量的传递，使其完全凝固使其完全凝固n三次冷却区：铸坯向空气中辐射传热使铸坯温三次冷却区：铸坯向空气中辐射传热使铸坯温度均匀化度均匀化 以以20钢为例，经过钢水凝固热平衡计算，得出以下钢为例，经过钢水凝固热平衡计算，得出以下概念：概念：1）钢水从结晶器钢水从结晶器二冷区二冷区辐射区大约有辐射区大约有40%热量热量放出来，铸坯才能完全凝固。这部分热量放出的速度决放出来，铸坯才能完全凝固。这部分热

6、量放出的速度决定连铸机生产率和铸坯质量；定连铸机生产率和铸坯质量；2）铸坯切割后大约还有铸坯切割后大约还有60%热量放出来，为了利用热量放出来，为了利用这部分热量，以节约能源，成功开发了：这部分热量，以节约能源，成功开发了：n铸坯热装热送工艺：铸坯入加热炉温度越高，则节能越铸坯热装热送工艺：铸坯入加热炉温度越高，则节能越多。铸坯多。铸坯500热装入炉节能热装入炉节能0.25106 kJ/t，800热装，节能为热装，节能为0.514106 kJ/t；n直接轧制工艺：直接轧制比铸坯冷装加热轧制节能直接轧制工艺：直接轧制比铸坯冷装加热轧制节能8085，大大缩短生产周期。如薄板坯连铸连轧工艺，大大缩短

7、生产周期。如薄板坯连铸连轧工艺（CSP、FTSC）（2）连铸坯凝固是沿液相穴在凝固温度）连铸坯凝固是沿液相穴在凝固温度内把液体转变为固体的加工过程内把液体转变为固体的加工过程 由图可知：ZST-ZDT是裂纹敏感温度区，是铸坯产生内裂纹的根源。内部裂纹形成机理模式图 带液芯的铸坯，以一个固定速度在连铸机内沿弧形轨道运动。沿液相穴固/液界面把热量放出传给外界。可看成是在凝固温度区间（TL-Ts）把液体转变为固体加工过程。然而在固液界面的临界高温强度为13 N/mm2，临界塑性应变为0.20.4%。当凝固坯在铸机运行过程中，受到外部应力作用（如热应力、鼓肚力、弯曲力、矫直力）超过了上述的临界值，在铸

8、坯固/液界面就产生裂纹,直到凝固壳能抵抗外力为止。在固液界面由于溶质元素富集（在固液界面由于溶质元素富集（S、P），在树枝间），在树枝间周围包裹硫化物薄膜，增加了晶界脆性，受外力作周围包裹硫化物薄膜，增加了晶界脆性，受外力作用沿晶界断裂一直到能抵抗塑性变形为止。用沿晶界断裂一直到能抵抗塑性变形为止。晶体周围包围的液体膜（C=0.4%，S=0.013%）板坯对角线内裂图（3）连铸机凝固是分阶段的凝固过程）连铸机凝固是分阶段的凝固过程 从结晶器弯月面从结晶器弯月面凝固终点的很长的液相穴凝固终点的很长的液相穴上，铸坯凝固分为三个阶段：上，铸坯凝固分为三个阶段：n钢水在结晶器形成初生坯壳钢水在结晶器形

9、成初生坯壳n在二冷区接受喷水冷却，使坯壳稳定生长在二冷区接受喷水冷却，使坯壳稳定生长n液相穴末端的凝固坯壳加速生长液相穴末端的凝固坯壳加速生长由凝固定律求得K值分别是（mm/min1/2）：:20,:25,:2730 由于铸坯分阶段凝固，故可以在结晶器、二由于铸坯分阶段凝固，故可以在结晶器、二冷区和凝固末端采用不同的技术措施来改善冷区和凝固末端采用不同的技术措施来改善铸坯质量。如电磁搅拌（铸坯质量。如电磁搅拌（EMS）可以安在）可以安在结晶器、二冷区和凝固末端的不同区域，以结晶器、二冷区和凝固末端的不同区域，以获得不同的冶金效果。获得不同的冶金效果。（4）在连铸机内运行的已凝固坯壳的冷）在连铸

10、机内运行的已凝固坯壳的冷却可看成是经历却可看成是经历“形变热处理形变热处理”过程过程 带液芯坯壳在连铸机运行过带液芯坯壳在连铸机运行过程中，坯壳承受：程中，坯壳承受：n外力作用（如拉应力、外力作用（如拉应力、机械力、鼓肚力机械力、鼓肚力）使坯壳发生变形使坯壳发生变形n坯壳温度变化，发生坯壳温度变化，发生了了的反复相的反复相变，相当于变，相当于“热处理热处理”，影响铸坯质量，影响铸坯质量n奥氏体晶界第二相质奥氏体晶界第二相质点点AlN、Nb（CN）析出析出 上述几个方面现象是相互联系和相互制约的，上述几个方面现象是相互联系和相互制约的，只有深入认识其规律性，才能在设备和工艺只有深入认识其规律性，

11、才能在设备和工艺上制定正确的对策，使连铸机达到生产效率上制定正确的对策，使连铸机达到生产效率高和铸坯质量好的目的。高和铸坯质量好的目的。与方、板坯相比较，圆坯凝固特点是：与方、板坯相比较，圆坯凝固特点是：（1）圆坯无角部优先凝固。凝固坯壳收缩较均匀，鼓肚少有发生。（2）圆坯传热面积比方坯要小些。直径同方坯边长相等的圆坯其表面积比方坯小25%，其结晶器热流强度要大些。方坯：结晶器热流4050cal/cm2s（1.671.672.08MW/m2.08MW/m2 2）圆坯：结晶器热流5060cal/cm2s（2.082.082.5MW/m2.5MW/m2 2）同样条件下，圆坯热流比方坯高同样条件下，

12、圆坯热流比方坯高2025%2025%178mm圆坯结晶器热流分布圆坯结晶器热流分布由热流分布图可知：由热流分布图可知：o弯月面下弯月面下50mm热流很低热流很低o弯月面下弯月面下70110mm热流升高达到热流升高达到24MW/m2o弯月面下弯月面下110mm后热流突然降低，平均后热流突然降低，平均为为1.5MW/m2 说明坯壳收缩形成气隙而热流降低说明坯壳收缩形成气隙而热流降低，圆坯，圆坯表面形成凹陷，敏感性增加了凹陷处形成表面形成凹陷，敏感性增加了凹陷处形成表面纵裂纹，严重时会漏钢。表面纵裂纹，严重时会漏钢。（3）拉速要高些）拉速要高些 圆圆坯直径等于方坯坯直径等于方坯边长边长，则圆则圆坯比

13、表面坯比表面积仅积仅是方坯的是方坯的7580%，在相同的工在相同的工艺艺条件下，条件下，拉速可适当提高些。拉速可适当提高些。例如：如例如：如330mm的圆坯拉速为的圆坯拉速为0.95m/min，300330mm方坯拉速方坯拉速为为0.75m/min。圆坯直径与拉速关系图圆坯直径与拉速关系图（4）圆坯结晶器流场。直筒水口流股热中心）圆坯结晶器流场。直筒水口流股热中心下移，对保护渣熔化、液渣层厚度及夹杂物下移，对保护渣熔化、液渣层厚度及夹杂物上浮等有不利影响。上浮等有不利影响。（5）二冷区冷却均匀性更为重要）二冷区冷却均匀性更为重要圆周尽可能均匀冷却，促进坯壳均匀生长；圆周尽可能均匀冷却，促进坯壳

14、均匀生长；最小的圆周表面温度回升和热循环，消除热应最小的圆周表面温度回升和热循环，消除热应力；力；矫直时圆坯温度应大于矫直时圆坯温度应大于950（钢种）；（钢种）；非稳定浇注时，保持合适的冷却速度。非稳定浇注时，保持合适的冷却速度。（6）圆坯内弧区有夹杂物聚集带，造成径向）圆坯内弧区有夹杂物聚集带，造成径向30mm处有夹杂物峰值（处有夹杂物峰值（177mm）177mm圆坯中上侧和下侧铸坯中夹杂物圆坯中上侧和下侧铸坯中夹杂物（7）圆坯中心疏松比方坯、板坯更为严重些3 3.圆坯洁净度控制圆坯洁净度控制1)铸坯夹杂物分类n脱氧产物脱氧产物Si-K钢：MnOSiO2 Al-K钢：Al2O3、Al2O3

15、 MgO 钙-K钢：CaO Al2O3、CaO-Al2O3-X n二次氧化物二次氧化物Al-K钢：Al2O3Si-Al-K钢：SiO2MnO Al2O3（SiO2+MnO 60%）n凝固再生夹杂物凝固再生夹杂物凝固过程 Si、Mn、O、S偏析作用形成氧化物和硫化物项项目目脱氧脱氧产产物物二次氧化二次氧化产产物物1 1来源来源内生内生夹杂夹杂物物外来外来夹杂夹杂物物2 2平衡氧源平衡氧源元素元素-溶解溶解O-O-夹杂夹杂物平衡。物平衡。如如Al-KAl-K钢钢，AlsAls0.05%,0.05%,相平衡氧相平衡氧O=23ppmO=23ppmO O2 2-元素元素-夹杂夹杂物平衡。空气中的氧可源物

16、平衡。空气中的氧可源源不断供源不断供给钢给钢水水进进行氧化可把合金行氧化可把合金元素消耗殆尽。元素消耗殆尽。3 3夹杂夹杂物尺物尺寸寸细细小，一般小，一般10m30300m,30300m,，甚至几百微米，甚至几百微米4 4夹杂夹杂物物组组成成组组成成单单一，如一，如Al-KAl-K钢钢，AlAl2 2O O3 3，Si-KSi-K钢钢MnOSiOMnOSiO2 2组组成复成复杂杂，是多种氧化物复合，是多种氧化物复合夹杂夹杂物物5 5冷却速度冷却速度冷却速度越快，生成冷却速度越快，生成夹杂夹杂物物越越细细小小影响不大影响不大6 6钢钢中分布中分布细细小弥散分布小弥散分布偶然性分布偶然性分布7 7

17、危害程度危害程度较较小小较较大大脱氧产物与二次氧化夹杂物比较脱氧产物与二次氧化夹杂物比较采用示踪试验，追踪铸坯中夹杂来源采用示踪试验，追踪铸坯中夹杂来源 加示踪剂示意图加示踪剂示意图 2)铸坯夹杂物来源 结晶器保护渣中结晶器保护渣中CeO和和SrO变化变化(a)(b)渣中渣中Ce2O、SrO升高，说明钢包渣中包渣下降结晶器渣中。升高，说明钢包渣中包渣下降结晶器渣中。3)结晶器保护渣示踪元素变化 从铸坯中探针分析从铸坯中探针分析100个夹杂物，夹杂物含有示踪元个夹杂物，夹杂物含有示踪元素素 Ce2O：0.14%，SrO：0.156%，ZrO2：0.25%，La2O3：0.41%，Na2O+K2O

18、：1.64%。粗略计算指出铸坯中夹杂物各自贡献：粗略计算指出铸坯中夹杂物各自贡献：外来夹杂物外来夹杂物(下渣下渣+卷渣卷渣)：41%二次氧化：二次氧化：39%脱氧产物：脱氧产物：20%防止浇注过程下渣、卷渣和二次氧化物是生产洁净钢的防止浇注过程下渣、卷渣和二次氧化物是生产洁净钢的关键操作。关键操作。4)铸坯中夹杂物钢包水口开启方式与钢中钢包水口开启方式与钢中TO关系关系 钢包自开比烧氧打开钢中钢包自开比烧氧打开钢中TO要低要低1015ppm。5)提高铸坯洁净度措施o钢包自开率不同开浇方式下沿板坯长度上的质量指数变化不同开浇方式下沿板坯长度上的质量指数变化 无长水口：坯子开浇后无长水口：坯子开浇

19、后15m长不能做镀长不能做镀Sn板。板。长水口：在钢液面开浇，长水口：在钢液面开浇，坯子坯子10m长不能做镀长不能做镀Sn板。板。长水口长水口+破渣器插入钢水破渣器插入钢水下开浇，坯子长下开浇，坯子长5m即可即可做镀做镀Sn板。板。o长水口操作开浇头坯开浇头坯厂名厂名铸铸坯尺寸坯尺寸/mm/mm钢钢种种N/ppmN/ppm头头坯坯/正常正常坯坯TO/ppmTO/ppm头头坯坯/正常正常坯坯MA/mg(10kgMA/mg(10kg)-1-1头头坯坯/正常坯正常坯MIMI头头坯坯/正常坯正常坯甲甲23013002301300IFIF51.5/2151.5/2166.8/26.266.8/26.25

20、.0/1.75.0/1.7173.8/24.6(p173.8/24.6(ppm)pm)乙乙701350701350SPHDSPHD61/4861/4870/3470/3432/3.8032/3.8012.9/8.2(12.9/8.2(个个/mm/mm2 2)丙丙25010502501050硅硅钢钢63/5263/52-23/1.0723/1.07-丁丁15015015015045#45#87.7/64.387.7/64.346.9/32.846.9/32.825/1025/1016.7/8.2(16.7/8.2(个个/mm/mm2 2)注：注：MAMA大型夹杂物；大型夹杂物；MIMI微观夹杂物

21、；正常坯是拉速稳定时的铸坯取样。微观夹杂物；正常坯是拉速稳定时的铸坯取样。o中间包操作连浇坯连浇坯厂名厂名铸铸坯尺寸坯尺寸/mm/mm钢钢种种N/ppmN/ppm连浇连浇坯坯/正常正常坯坯TO/ppmTO/ppm连浇连浇坯坯/正常坯正常坯MA/mg(10kg)MA/mg(10kg)-1-1连浇连浇坯坯/正常坯正常坯MI/MI/个个.mm.mm-2-2连浇连浇坯坯/正常坯正常坯甲甲23013002301300IFIF23/2123/2123/1823/182.29/1.702.29/1.7046.2/24.6(ppm46.2/24.6(ppm)乙乙701350701350SPHDSPHD-53/

22、3453/346.4/3.86.4/3.88.2/10.7(8.2/10.7(个个/mm/mm2 2)丙丙25010502501050硅硅钢钢59/5259/52-4.8/1.074.8/1.07-丁丁15015015015045#45#72.9/64.372.9/64.346.8/32.746.8/32.715/1015/108.5/8.2(8.5/8.2(个个/mm/mm2 2)注：注：MAMA大型夹杂物；大型夹杂物；MIMI微观夹杂物微观夹杂物尾坯尾坯厂名厂名铸铸坯尺寸坯尺寸/mm/mm钢钢种种N/ppmN/ppm尾坯尾坯/正常正常坯坯TO/ppmTO/ppm尾坯尾坯/正常正常坯坯MA/

23、mg(10kgMA/mg(10kg)-1-1尾坯尾坯/正常坯正常坯MIMI尾坯尾坯/正常坯正常坯甲甲23013002301300IFIF26/2126/2134/1834/188.2/1.708.2/1.7047/24.6(ppm)47/24.6(ppm)乙乙701350701350SPHDSPHD-53/3453/3411.4/3.811.4/3.89.74/8.2(9.74/8.2(个个/mm/mm2 2)丙丙25010502501050硅硅钢钢62/5262/52-/32-/3238.4/1.0738.4/1.07-丁丁15015015015045#45#37/3237/3254/64.

24、354/64.315/1015/108.2/8.28(8.2/8.28(个个/mm/mm2 2)o由以上三个表可以看出：头坯、连浇坯、尾由以上三个表可以看出：头坯、连浇坯、尾坯中的坯中的TO、N、大型夹杂、微观夹杂、大型夹杂、微观夹杂都明显高于正常坯。因此，提高非稳态浇注都明显高于正常坯。因此，提高非稳态浇注时铸坯的洁净度水平达到稳态浇注水平，对时铸坯的洁净度水平达到稳态浇注水平，对于提高整体铸坯质量的水平，保持产品质量于提高整体铸坯质量的水平，保持产品质量的稳定性是非常重要的。的稳定性是非常重要的。浇注过程把非稳态浇注铸坯质量提高到稳态浇注水平这是提高铸浇注过程把非稳态浇注铸坯质量提高到稳态

25、浇注水平这是提高铸坯体质量水平的关键，为此：坯体质量水平的关键，为此：(1)(1)防止二次氧化防止二次氧化 保护浇注保护浇注(N3ppm)N3ppm)；碱性包衬；碱性包衬；碱性覆盖剂；碱性覆盖剂；中间包密封充中间包密封充ArAr。(2)(2)防止浇注过程下渣防止浇注过程下渣 出钢挡渣操作；出钢挡渣操作；钢包钢包中间包下渣（如中间包下渣（如AMEPAAMEPA系统下渣探测器）；系统下渣探测器）；中间包中间包结晶器下渣如中间包恒重操作、中间包液位高度监测结晶器下渣如中间包恒重操作、中间包液位高度监测报警、人工测量中包液面高度等；报警、人工测量中包液面高度等；提高钢包自开率和钢包长水口操作水平。提高

26、钢包自开率和钢包长水口操作水平。(3)防止结晶器卷渣防止结晶器卷渣 结晶器液面控制结晶器液面控制(0.015%，纵裂纹增加；，纵裂纹增加；A:钢水成份：钢水成份：Mn/S对纵裂的影响对纵裂的影响 Mn/S升高，纵裂纹降低；升高，纵裂纹降低；含碳量对板坯宽面纵裂纹的影响C=0.120.15%时，纵裂纹产生严重时，纵裂纹产生严重 由图知：低碳钢比亚由图知：低碳钢比亚包晶钢摩擦力高约包晶钢摩擦力高约1520%，因中碳，因中碳包晶钢收缩，表现为包晶钢收缩，表现为有较均匀的渣膜改善有较均匀的渣膜改善润滑润滑钢中碳含量与摩擦力的关系 Cu+As含量的总量大于含量的总量大于0.10时，纵裂指时，纵裂指数明显

27、升高数明显升高 拉速增加，渣膜厚度减少拉速增加，渣膜厚度减少拉速对纵裂纹的影响拉速对渣膜厚度的影响拉速对渣膜厚度的影响拉速增加，纵裂纹指数增加拉速增加，纵裂纹指数增加B:拉速拉速C:保护渣保护渣液渣层厚度液渣层厚度10mm（薄板坯（薄板坯6mm），纵裂纹增），纵裂纹增加。加。液渣层厚度对纵裂纹的影响液渣层厚度对纵裂纹的影响(a)常规板坯常规板坯(b)薄板坯薄板坯 由图知：由图知：B渣和渣和C渣平均摩擦指数渣平均摩擦指数基本相同，但基本相同，但C渣渣波动大，这与渣波动大，这与渣子碱度和粘度有子碱度和粘度有关。关。B和和C渣同样渣同样速度加入，速度加入，C渣由渣由于较低粘度，消于较低粘度，消耗较快

28、，摩擦力耗较快，摩擦力波动大。波动大。保护渣性能对结晶器摩擦力的影响 为什么摩擦力波动呢？为什么摩擦力波动呢？由图可知：由图可知：加入渣粉时刻摩擦力出现峰加入渣粉时刻摩擦力出现峰值值只要加入渣后，摩擦力就急只要加入渣后，摩擦力就急剧降低剧降低 这说明液渣是不断消耗的，液这说明液渣是不断消耗的，液渣厚度减少，渗漏到坯壳与渣厚度减少，渗漏到坯壳与铜壁间渣膜减少，当加入新铜壁间渣膜减少，当加入新渣，润滑恢复，摩擦力降低，渣，润滑恢复，摩擦力降低，这种摩擦力突变不稳定状态，这种摩擦力突变不稳定状态，可能是促进坯壳应力发展，可能是促进坯壳应力发展，坯壳产生缺陷。坯壳产生缺陷。所以，在加保护渣时应该每次所

29、以，在加保护渣时应该每次量少、勤加量少、勤加D:结晶器液面波动结晶器液面波动u 液面波动液面波动60Cal/cm2s（2.1MW/M2）,纵裂纹增加；纵裂纹增加；中碳钢（中碳钢（0.11%C），结），结晶器热流晶器热流 41Cal/cm2s(1.7MW/M2),纵裂纹增加。纵裂纹增加。铸坯热流对纵裂指数的影响铸坯热流对纵裂指数的影响 结晶器弱冷，有利结晶器弱冷，有利于减少纵裂纹。某于减少纵裂纹。某厂板坯结晶器水量厂板坯结晶器水量减少（由减少（由100%降至降至87%），二），二冷强度由冷强度由100%降至降至80%，纵裂，纵裂指数由指数由1.92降至降至0.51。结晶器弱冷对小纵裂纹的影响结晶

30、器弱冷对小纵裂纹的影响 178mm圆坯结晶器水量由圆坯结晶器水量由90m3/h减到减到72 m3/h，进出水温度差由，进出水温度差由7.5升高到升高到8.5，热流下降，热流下降 ，表面纵裂纹有减轻，表面纵裂纹有减轻，同时进水温度同时进水温度35 35 为宜。为宜。175220mm圆坯结晶器冷却水量圆坯结晶器冷却水量96m3/h，结晶器进出水温度差由，结晶器进出水温度差由6升高升高到到8 纵裂纹减轻纵裂纹减轻。F:结晶器的锥度结晶器的锥度 某厂圆坯某厂圆坯115mm200mm，结晶器由单一锥，结晶器由单一锥度度（0.60.9%/m）多锥度，圆坯变形多锥度，圆坯变形和纵裂纹消失。和纵裂纹消失。曼纳

31、斯曼圆坯连铸机：曼纳斯曼圆坯连铸机：175mm220mm 锥度锥度1%/m，大直径圆坯大直径圆坯 锥度为锥度为1.2%/m，纵，纵裂纹减轻裂纹减轻.结晶器锥度和钢成分对纵裂的影响（断面尺寸240 x240mm,拉速0.7m/min）G:结晶器铜管与水套对中，水缝均匀，有利于结晶器铜管与水套对中，水缝均匀，有利于结晶器内坯壳的均匀生长，一般控制水流速结晶器内坯壳的均匀生长，一般控制水流速在在712m/s，水缝宽度，水缝宽度3.54mm为宜为宜 H:结晶器钢液结晶器钢液流动流动 水口对中，防止产生偏流；水口材质浸蚀，造成偏流。水口插入深度合适 浸入深度大于浸入深度大于120mm时，纵裂加重时，纵裂

32、加重 J:出结晶器下口的冷却和二冷强度出结晶器下口的冷却和二冷强度 足辊和零段二冷水过强，板坯宽面纵裂加剧，如水流密度由110 l/m2.min 降到60 l/m2.min，纵裂指数由2降到零。K:结晶器与零段的对中和支承辊对弧精结晶器与零段的对中和支承辊对弧精度，对防止纵裂纹的扩展有重要意义度，对防止纵裂纹的扩展有重要意义L:结晶器铜管长度结晶器铜管长度 铜管过长，拉坯阻力增加，铸坯常有抖动现象，铜管过长，拉坯阻力增加，铸坯常有抖动现象，致使凝固坯壳与圆周产生不均匀接触，热流及致使凝固坯壳与圆周产生不均匀接触，热流及坯壳厚度也不均匀，造成表面纵裂纹，某厂把坯壳厚度也不均匀，造成表面纵裂纹，某

33、厂把圆坯结晶器由圆坯结晶器由850mm缩短到缩短到700mm，且铜，且铜管在水平半径上下对称布置，在其他相同条件管在水平半径上下对称布置，在其他相同条件下，消除了裂纹。下，消除了裂纹。防止纵裂纹产生的根本措施，就是使结晶器弯月面区域坯壳生长防止纵裂纹产生的根本措施，就是使结晶器弯月面区域坯壳生长厚度均匀。厚度均匀。o结晶器初始坯壳均匀生长结晶器初始坯壳均匀生长 热顶结晶器热顶结晶器(弯月面区热流减少弯月面区热流减少5060)波浪结晶器波浪结晶器(弯月面区热流减少弯月面区热流减少1725)结晶器弱冷结晶器弱冷 合适结晶器锥度合适结晶器锥度（4）防止表面纵裂纹措施）防止表面纵裂纹措施o结晶器钢水流

34、动的合理性结晶器钢水流动的合理性 液面波动35mm 浸入式水口对中，防止偏流 合理的浸入式水口设计（合适的出口直径）合适的水口插入深度o结晶器振动结晶器振动 合适的负滑脱时间tN 合适的频率和振幅 防止振动偏差(纵向，横向0.2mm)o合适的保护渣合适的保护渣 对结晶器坯壳表面易产生凹陷（纵裂）和粘结的钢种，选用保护渣的原则是：凹陷钢（包晶钢）凹陷钢（包晶钢）粘结钢粘结钢 *热流控制 *摩擦力控制 *固体渣层厚度 *液渣膜厚度 *较高熔点 *低熔点 *较高粘度 *低粘度 *较高结晶温度（高碱度）*低碱度（玻璃性）除设计合适的保护渣组成和熔化性能外，在生产上，根据浇注钢种和拉速，控制好：n v（

35、粘度拉速）0.20.4 Pasm/minn 结晶器钢液面上液渣层厚度1015mmn 均匀渣膜厚度（d=0.95Vc-0.47）n 合适渣子消耗（0.30.5kg/m2，或0.50.7kg/t）o出结晶器铸坯运行出结晶器铸坯运行结晶器与零段的支撑对弧准确 二次冷却均匀性o调整钢水成分调整钢水成分钢中S30残余元素Cu+As+Zn控制0.1%钢中碳含量避开包晶区，C向下限或上限控制5.5.铸坯（圆坯）内部质量铸坯（圆坯）内部质量 控制控制5.1圆坯低倍结构圆坯低倍结构低倍结构特点：低倍结构特点：激冷层（激冷层（25mm）细小等轴晶。细小等轴晶。结晶器弯结晶器弯月面温度梯度（月面温度梯度（G）和）和

36、凝固速度（凝固速度（R）非常大，）非常大，故冷却速度非常快故冷却速度非常快（100/s）。）。柱状晶发达。柱状晶发达。450mm圆圆坯低倍坯低倍图图 为什么柱状会发达呢？为什么柱状会发达呢？o结晶学上择优生长方结晶学上择优生长方向。垂直于等温面的向。垂直于等温面的方向优化方向优化生长吞并其他方向晶生长吞并其他方向晶体。体。方向柱状晶生长方向柱状晶生长 o单方向传热。单方向传热。垂直方向传热垂直方向传热 3-6%;水平方向传热水平方向传热 95%以上。以上。结晶器传热示意图结晶器传热示意图柱状晶缺点：柱状晶缺点：力学性能各向异性力学性能各向异性枝晶间偏析严重形成带状组织枝晶间偏析严重形成带状组织

37、热加工性差，柱状晶界面是裂纹优先扩展地方热加工性差，柱状晶界面是裂纹优先扩展地方形成穿晶结构，铸坯中心疏松、缩孔、偏析严重形成穿晶结构，铸坯中心疏松、缩孔、偏析严重而等轴晶结构刚好相反：而等轴晶结构刚好相反：结构致密，结合牢固结构致密，结合牢固热加工性能好热加工性能好钢材力学性能呈各向同性钢材力学性能呈各向同性 因此，希望连铸坯为等轴晶结构，而连铸工艺的特因此，希望连铸坯为等轴晶结构，而连铸工艺的特殊性，却促成柱状晶发达：殊性，却促成柱状晶发达：喷水冷却，内外温度梯度打有利于柱状晶生长；喷水冷却，内外温度梯度打有利于柱状晶生长；液相穴长，补缩不好，易形成中心疏松，缩孔等；液相穴长，补缩不好，易

38、形成中心疏松，缩孔等；柱状晶不对称性，内弧柱状晶发达，而外弧柱状晶柱状晶不对称性，内弧柱状晶发达，而外弧柱状晶生长受到抑制内裂纹常集中在内弧面；生长受到抑制内裂纹常集中在内弧面；由于冷却速度快，树枝晶较细。由于冷却速度快，树枝晶较细。改善铸坯结构关键是抑制柱状晶生长，促进等轴晶改善铸坯结构关键是抑制柱状晶生长，促进等轴晶生长，其办法包括：生长，其办法包括：（1）控制钢水过热度控制钢水过热度 由图可知：过热度大于由图可知：过热度大于10铸坯等轴晶率铸坯等轴晶率30%,中心疏松明中心疏松明显减少。显减少。（a a）9Cr9Cr不锈钢不锈钢 （b b）13Cr-5Ni13Cr-5Ni不锈钢不锈钢 不

39、锈钢圆坯低倍图不锈钢圆坯低倍图F-EMS得到好的效果：得到好的效果：搅拌器功率足够大，能使糊状区液体搅动起搅拌器功率足够大，能使糊状区液体搅动起来；来；拉速二冷要稳定；拉速二冷要稳定；安装位置要合适。安装位置要合适。固相率：fs=0.3-0.8;凝固率：fe=0.7-0.8;液相穴尾部中心两相区宽为40-55mm处。F-EMSF-EMS安装位置示意图安装位置示意图 确定安装位置方法：确定安装位置方法：铸坯凝固数学模型法：确定液相线铸坯凝固数学模型法：确定液相线TL和固相线和固相线Ts的的区间，以解决两相区的长度。区间，以解决两相区的长度。铸坯凝固曲线铸坯凝固曲线 射钉测定法射钉测定法 如射钉法

40、硫印显示图如射钉法硫印显示图，打钉测定板坯，大方坯，圆坯凝固厚度，打钉测定板坯，大方坯，圆坯凝固厚度，以确定液相穴长度。以确定液相穴长度。（a）板坯）板坯（b b）方坯）方坯 （c c）圆坯）圆坯 5.3圆坯内部裂纹圆坯内部裂纹o圆坯中间裂纹圆坯中间裂纹 位于表面和中心之间，沿着位于表面和中心之间，沿着柱状晶交界面扩展。如裂柱状晶交界面扩展。如裂纹在表皮下纹在表皮下630mm穿穿管时要开裂。裂纹的产生管时要开裂。裂纹的产生是由于二冷水冷却不均匀是由于二冷水冷却不均匀导致的热应力所致。导致的热应力所致。（圆（圆坯的坯壳温度回升坯的坯壳温度回升100/，可以减轻、，可以减轻、避免中间裂纹的产生）避

41、免中间裂纹的产生）.不锈钢低倍图不锈钢低倍图 o圆坯中心裂纹圆坯中心裂纹位于圆坯中心呈放射状（如图）位于圆坯中心呈放射状（如图）形成原因是圆坯中心区液体凝固，形成原因是圆坯中心区液体凝固，温度急剧下降产生的热应力温度急剧下降产生的热应力而引起的。而引起的。防止圆坯内裂纹措施：防止圆坯内裂纹措施：合适的二冷强度。弱冷有利于合适的二冷强度。弱冷有利于圆坯内裂纹减少；圆坯内裂纹减少；合适的二冷水均匀分布，防止合适的二冷水均匀分布，防止圆坯过大的回温；圆坯过大的回温；降低圆坯坯壳温度梯度。降低圆坯坯壳温度梯度。圆坯中心裂纹硫印图 5.4 圆坯中夹杂物圆坯中夹杂物圆坯表皮下圆坯表皮下13mm夹杂物聚集会

42、引起钢管夹杂物聚集会引起钢管表面产生发裂表面产生发裂圆坯从表面圆坯从表面中心钢中夹杂物增加，钢管内中心钢中夹杂物增加，钢管内表面缺陷加重。表面缺陷加重。6.连铸圆坯形状缺陷控制连铸圆坯形状缺陷控制常见圆坯形状缺陷有两种：常见圆坯形状缺陷有两种：o不规则圆形不规则圆形 不规则圆形缺陷产生原因：不规则圆形缺陷产生原因：o结晶器变形，凝固壳不均结晶器变形，凝固壳不均匀生长匀生长o结晶器锥度不合适结晶器锥度不合适o结晶器圆周磨损不均匀结晶器圆周磨损不均匀o浸入式水口与结晶器对中浸入式水口与结晶器对中不良，偏流严重不良，偏流严重o浇注温度过高，流股冲刷浇注温度过高，流股冲刷铸坯凝固壳铸坯凝固壳椭圆形缺陷

43、产生原因椭圆形缺陷产生原因o结晶器冷却不均匀，结晶结晶器冷却不均匀，结晶器铜管变形器铜管变形o二冷区的喷水冷却不均匀二冷区的喷水冷却不均匀o拉速过快，带液芯矫直拉速过快，带液芯矫直o铸机对弧精度差，尤其是铸机对弧精度差，尤其是结晶器与二冷区对中准确结晶器与二冷区对中准确o拉矫机矫直压力过大拉矫机矫直压力过大o圆坯直径越大椭圆度越严圆坯直径越大椭圆度越严重重o椭圆椭圆7.结结 语语o控制好圆坯洁净度，应该在炼钢控制好圆坯洁净度，应该在炼钢-精炼精炼-连铸工艺流程生产洁净钢要控制好四点：连铸工艺流程生产洁净钢要控制好四点：第一：转炉降低终点第一：转炉降低终点O溶溶，这是产生夹杂物的源头；，这是产生

44、夹杂物的源头；第二：精炼要促使原生的脱氧产物大量上浮；第二：精炼要促使原生的脱氧产物大量上浮；第三：连铸要减轻或杜绝钢水二次氧化，防止生成新的第三：连铸要减轻或杜绝钢水二次氧化，防止生成新的夹杂物；夹杂物；第四：再污染，浇注过程要防止经炉外精炼的第四：再污染，浇注过程要防止经炉外精炼的“干净干净”钢水受外来夹渣再污染。钢水受外来夹渣再污染。o纵裂纹是在结晶器弯月面区产生的，初生坯壳的不纵裂纹是在结晶器弯月面区产生的，初生坯壳的不均匀生长是产生纵裂纹的根本原因，坯壳受到外部均匀生长是产生纵裂纹的根本原因，坯壳受到外部应力的作用超过了钢的临界应力、应变是产生纵裂应力的作用超过了钢的临界应力、应变是

45、产生纵裂纹的外因；钢对裂纹的敏感性是产生纵裂纹的内因；纹的外因；钢对裂纹的敏感性是产生纵裂纹的内因；凝固工艺和设备状况是产生纵裂纹的条件。凝固工艺和设备状况是产生纵裂纹的条件。防止纵裂纹的产生根本措施是使弯月面处坯壳生长防止纵裂纹的产生根本措施是使弯月面处坯壳生长均匀，这就要求优化连铸工艺，良好的设备维修，均匀，这就要求优化连铸工艺，良好的设备维修，使凝固坯壳在运行过程不变形为原则使凝固坯壳在运行过程不变形为原则o改善圆坯中心缺陷关键是抑制柱状晶生长，改善圆坯中心缺陷关键是抑制柱状晶生长，扩大中心等轴晶区。在优化工艺（拉速、过扩大中心等轴晶区。在优化工艺（拉速、过热度、比水量）的基础上，采用电磁搅拌是热度、比水量）的基础上，采用电磁搅拌是改善圆坯内部质量的有效办法。改善圆坯内部质量的有效办法。北京科技大学冶金与生态工程学院北京科技大学冶金与生态工程学院谢谢 谢！谢！结束结束