北京科技大學(xué)蔡開科講座資料_連鑄坯(圓坯)質(zhì)量控制

1、連鑄坯（圓坯）質(zhì)量控制連鑄坯（圓坯）質(zhì)量控制 蔡開科蔡開科 秦秦 哲哲 孫彥輝孫彥輝北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院2009.12目目 錄錄1 1. .連鑄坯質(zhì)量概念連鑄坯質(zhì)量概念2 2. .連鑄坯（圓坯）凝固特點連鑄坯（圓坯）凝固特點3 3. .圓坯潔凈度控制圓坯潔凈度控制4.4.圓坯表面縱裂紋控制圓坯表面縱裂紋控制5.5.圓坯內(nèi)部質(zhì)量控制圓坯內(nèi)部質(zhì)量控制6.6.圓坯形狀缺陷控制圓坯形狀缺陷控制7.7.結(jié)語結(jié)語1.連鑄坯質(zhì)量概念連鑄坯質(zhì)量概念連鑄坯質(zhì)量概念：連鑄坯質(zhì)量概念： 鑄坯潔凈度（夾雜物數(shù)量、類型、尺寸、鑄坯潔凈度（夾雜物數(shù)量、類型、尺寸、分布）分布） 鑄坯

2、表面質(zhì)量（表面裂紋、夾渣、氣孔）鑄坯表面質(zhì)量（表面裂紋、夾渣、氣孔） 鑄坯內(nèi)部質(zhì)量（內(nèi)部裂紋、夾雜物，中心鑄坯內(nèi)部質(zhì)量（內(nèi)部裂紋、夾雜物，中心疏松、縮孔、偏析）疏松、縮孔、偏析） 鑄坯形狀缺陷（鼓肚、脫方、橢圓）鑄坯形狀缺陷（鼓肚、脫方、橢圓）缺陷的控制策略圖從生產(chǎn)流程來看，控制鑄坯質(zhì)量戰(zhàn)略原則：從生產(chǎn)流程來看，控制鑄坯質(zhì)量戰(zhàn)略原則：從冶金傳輸觀點，控制鑄坯質(zhì)量從冶金傳輸觀點，控制鑄坯質(zhì)量 ：傳輸現(xiàn)象與應(yīng)力應(yīng)變行為對鑄坯質(zhì)量的影響傳輸現(xiàn)象與應(yīng)力應(yīng)變行為對鑄坯質(zhì)量的影響連連鑄鑄坯坯凝凝固固成成型型過過程程化學(xué)方法化學(xué)方法傳輸行為傳輸行為應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)變流體流動流體流動溶質(zhì)分配溶質(zhì)分配凝凝 固固熱

3、量傳遞熱量傳遞熱應(yīng)力應(yīng)變熱應(yīng)力應(yīng)變機(jī)械應(yīng)力應(yīng)機(jī)械應(yīng)力應(yīng)變外加場外加場l鑄坯的潔凈度鑄坯的潔凈度l夾雜物的上浮夾雜物的上浮鑄坯表面缺陷鑄坯表面缺陷l表面縱裂紋表面縱裂紋l表面橫裂紋表面橫裂紋l表面夾渣表面夾渣l皮下氣泡皮下氣泡l角部裂紋角部裂紋鑄坯內(nèi)部缺陷鑄坯內(nèi)部缺陷l偏析偏析l鑄坯內(nèi)裂紋鑄坯內(nèi)裂紋l疏松疏松鑄坯形狀缺陷鑄坯形狀缺陷l聚變聚變l鼓肚鼓肚連鑄質(zhì)量控制方連鑄質(zhì)量控制方法法2.2.連鑄坯（圓坯）凝固的基本特點連鑄坯（圓坯）凝固的基本特點（1）連鑄坯凝固過程實質(zhì)上是動態(tài)熱量）連鑄坯凝固過程實質(zhì)上是動態(tài)熱量傳遞過程傳遞過程鋼水從液態(tài)轉(zhuǎn)變鋼水從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w放出熱量：為固體放出熱量：n 鋼水

4、鋼水固體固體+Q放出熱量包括：放出熱量包括：n 過熱過熱n 凝固潛熱凝固潛熱n 物理顯熱物理顯熱連鑄凝固過程示意圖連鑄凝固過程示意圖以以20鋼為例，鋼水凝固冷卻到室溫放出熱量是：鋼為例，鋼水凝固冷卻到室溫放出熱量是：n 過熱過熱 25.2 kJ/kgn 潛熱潛熱 328 kJ/kgn 顯熱顯熱 958 kJ/kgn 總熱量中大約總熱量中大約1/3從液體從液體固體放出，其余固體放出，其余2/3是完全凝固后放出的是完全凝固后放出的 鋼水在連鑄機(jī)內(nèi)凝固是一個熱量釋放和傳遞鋼水在連鑄機(jī)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，形成的過程，鑄坯邊運行，邊放熱邊凝固，形成了很長的液相穴（

5、了很長的液相穴（1020幾米），在液相幾米），在液相穴長度上布置了三個冷卻區(qū)：穴長度上布置了三個冷卻區(qū)：n 一次冷卻區(qū)：鋼水在結(jié)晶器中形成足夠厚的均一次冷卻區(qū)：鋼水在結(jié)晶器中形成足夠厚的均勻坯殼，以保證鑄坯出結(jié)晶器不拉漏勻坯殼，以保證鑄坯出結(jié)晶器不拉漏n 二次冷卻區(qū)：噴水加速鑄坯內(nèi)部熱量的傳遞，二次冷卻區(qū)：噴水加速鑄坯內(nèi)部熱量的傳遞，使其完全凝固使其完全凝固n 三次冷卻區(qū)：鑄坯向空氣中輻射傳熱使鑄坯溫三次冷卻區(qū)：鑄坯向空氣中輻射傳熱使鑄坯溫度均勻化度均勻化 以以20鋼為例，經(jīng)過鋼水凝固熱平衡計算，得出以下鋼為例，經(jīng)過鋼水凝固熱平衡計算，得出以下概念：概念： 1） 鋼水從結(jié)晶器鋼水從結(jié)晶器二冷區(qū)

6、二冷區(qū)輻射區(qū)大約有輻射區(qū)大約有40%熱量熱量放出來，鑄坯才能完全凝固。這部分熱量放出的速度決放出來，鑄坯才能完全凝固。這部分熱量放出的速度決定連鑄機(jī)生產(chǎn)率和鑄坯質(zhì)量；定連鑄機(jī)生產(chǎn)率和鑄坯質(zhì)量； 2） 鑄坯切割后大約還有鑄坯切割后大約還有60%熱量放出來，為了利用熱量放出來，為了利用這部分熱量，以節(jié)約能源，成功開發(fā)了：這部分熱量，以節(jié)約能源，成功開發(fā)了：n鑄坯熱裝熱送工藝：鑄坯入加熱爐溫度越高，則節(jié)能越鑄坯熱裝熱送工藝：鑄坯入加熱爐溫度越高，則節(jié)能越多。鑄坯多。鑄坯500熱裝入爐節(jié)能熱裝入爐節(jié)能0.25106 kJ/t，800熱裝，節(jié)能為熱裝，節(jié)能為0.514106 kJ/t；n直接軋制工藝：直

7、接軋制比鑄坯冷裝加熱軋制節(jié)能直接軋制工藝：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，大大縮短生產(chǎn)周期。如薄板坯連鑄連軋工藝（藝（CSP 、FTSC）（2）連鑄坯凝固是沿液相穴在凝固溫度）連鑄坯凝固是沿液相穴在凝固溫度內(nèi)把液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w的加工過程內(nèi)把液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w的加工過程 由圖可知：由圖可知： ZST-ZDTZST-ZDT是裂紋是裂紋敏感溫度區(qū)，敏感溫度區(qū)，是鑄坯產(chǎn)生內(nèi)是鑄坯產(chǎn)生內(nèi)裂紋的根源。裂紋的根源。內(nèi)部裂紋形成機(jī)理模式圖 帶液芯的鑄坯，以一個固定速度在連鑄機(jī)內(nèi)沿弧形軌道運動。帶液芯的鑄坯，以一個固定速度在連鑄機(jī)內(nèi)沿弧形軌道運動。沿液相穴固沿液相穴固/

8、/液界面把熱量放出傳給外界。可看成是在凝固液界面把熱量放出傳給外界?？煽闯墒窃谀虦囟葏^(qū)間（溫度區(qū)間（T TL L-T-Ts s）把液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w加工過程。然而在固液）把液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w加工過程。然而在固液界面的臨界高溫強(qiáng)度為界面的臨界高溫強(qiáng)度為13 N/mm13 N/mm2 2，臨界塑性應(yīng)變?yōu)椋R界塑性應(yīng)變?yōu)?.20.4%0.20.4%。當(dāng)凝固坯在鑄機(jī)運行過程中，受到外部應(yīng)力作用。當(dāng)凝固坯在鑄機(jī)運行過程中，受到外部應(yīng)力作用（如熱應(yīng)力、鼓肚力、彎曲力、矯直力（如熱應(yīng)力、鼓肚力、彎曲力、矯直力）超過了上述的臨）超過了上述的臨界值，在鑄坯固界值，在鑄坯固/ /液界面就產(chǎn)生裂紋液界面就產(chǎn)生裂紋, ,直

9、到凝固殼能抵抗外力直到凝固殼能抵抗外力為止。為止。 在固液界面由于溶質(zhì)元素富集（在固液界面由于溶質(zhì)元素富集（S、P），在樹枝間），在樹枝間周圍包裹硫化物薄膜，增加了晶界脆性，受外力作周圍包裹硫化物薄膜，增加了晶界脆性，受外力作用沿晶界斷裂一直到能抵抗塑性變形為止。用沿晶界斷裂一直到能抵抗塑性變形為止。 晶體周圍包圍的液體膜（C=0.4%，S=0.013%） 板坯對角線內(nèi)裂圖 （3）連鑄機(jī)凝固是分階段的凝固過程）連鑄機(jī)凝固是分階段的凝固過程 從結(jié)晶器彎月面從結(jié)晶器彎月面凝固終點的很長的液相穴凝固終點的很長的液相穴上，鑄坯凝固分為三個階段：上，鑄坯凝固分為三個階段：n 鋼水在結(jié)晶器形成初生坯殼鋼水

10、在結(jié)晶器形成初生坯殼n 在二冷區(qū)接受噴水冷卻，使坯殼穩(wěn)定生長在二冷區(qū)接受噴水冷卻，使坯殼穩(wěn)定生長n 液相穴末端的凝固坯殼加速生長液相穴末端的凝固坯殼加速生長由凝固定律求得由凝固定律求得K K值分別是（值分別是（mm/minmm/min1/21/2）：）： :20,:25,:27:20,:25,:273030 由于鑄坯分階段凝固，故可以在結(jié)晶器、二由于鑄坯分階段凝固，故可以在結(jié)晶器、二冷區(qū)和凝固末端采用不同的技術(shù)措施來改善冷區(qū)和凝固末端采用不同的技術(shù)措施來改善鑄坯質(zhì)量。如電磁攪拌（鑄坯質(zhì)量。如電磁攪拌（EMS）可以安在）可以安在結(jié)晶器、二冷區(qū)和凝固末端的不同區(qū)域，以結(jié)晶器、二冷區(qū)和凝固末端的不同

11、區(qū)域，以獲得不同的冶金效果。獲得不同的冶金效果。（4）在連鑄機(jī)內(nèi)運行的已凝固坯殼的冷）在連鑄機(jī)內(nèi)運行的已凝固坯殼的冷卻可看成是經(jīng)歷卻可看成是經(jīng)歷“形變熱處理形變熱處理”過程過程 帶液芯坯殼在連鑄機(jī)運行帶液芯坯殼在連鑄機(jī)運行過程中，坯殼承受：過程中，坯殼承受：n外力作用（如拉應(yīng)力、外力作用（如拉應(yīng)力、機(jī)械力、鼓肚力機(jī)械力、鼓肚力）使坯殼發(fā)生變形使坯殼發(fā)生變形n坯殼溫度變化，發(fā)生坯殼溫度變化，發(fā)生了了的反復(fù)相的反復(fù)相變，相當(dāng)于變，相當(dāng)于“熱處熱處理理”，影響鑄坯質(zhì)量，影響鑄坯質(zhì)量n奧氏體晶界第二相質(zhì)奧氏體晶界第二相質(zhì)點點AlN、Nb（CN）析出析出 上述幾個方面現(xiàn)象是相互聯(lián)系和相互制約的，上述幾個

12、方面現(xiàn)象是相互聯(lián)系和相互制約的，只有深入認(rèn)識其規(guī)律性，才能在設(shè)備和工藝只有深入認(rèn)識其規(guī)律性，才能在設(shè)備和工藝上制定正確的對策，使連鑄機(jī)達(dá)到生產(chǎn)效率上制定正確的對策，使連鑄機(jī)達(dá)到生產(chǎn)效率高和鑄坯質(zhì)量好的目的。高和鑄坯質(zhì)量好的目的。與方、板坯相比較，圓坯凝固特點是：與方、板坯相比較，圓坯凝固特點是：（1 1）圓坯無角部優(yōu)先凝固。凝固坯殼收縮較均勻，鼓肚少）圓坯無角部優(yōu)先凝固。凝固坯殼收縮較均勻，鼓肚少有發(fā)生。有發(fā)生。（2 2）圓坯傳熱面積比方坯要小些。直徑同方坯邊長相等的）圓坯傳熱面積比方坯要小些。直徑同方坯邊長相等的圓坯其表面積比方坯小圓坯其表面積比方坯小25%25%，其結(jié)晶器熱流強(qiáng)度要大些。，

13、其結(jié)晶器熱流強(qiáng)度要大些。 方坯：結(jié)晶器熱流方坯：結(jié)晶器熱流4050cal/cm4050cal/cm2 2ss（1.671.67 2.08MW/m2.08MW/m2 2） 圓坯：結(jié)晶器熱流圓坯：結(jié)晶器熱流5060cal/cm5060cal/cm2 2s s （2.082.08 2.5MW/m2.5MW/m2 2） 同樣條件下，圓坯熱流比方坯高同樣條件下，圓坯熱流比方坯高2025%2025%178mm圓坯結(jié)晶器熱流分布圓坯結(jié)晶器熱流分布由熱流分布圖可知：由熱流分布圖可知：o 彎月面下彎月面下50mm熱流很低熱流很低o 彎月面下彎月面下70110mm熱流升高達(dá)到熱流升高達(dá)到24MW/m2o 彎月面下

14、彎月面下110mm后熱流突然降低，平后熱流突然降低，平均為均為1.5MW/m2 說明坯殼收縮形成氣隙而熱流降低說明坯殼收縮形成氣隙而熱流降低，圓坯，圓坯表面形成凹陷，敏感性增加了凹陷處形表面形成凹陷，敏感性增加了凹陷處形成表面縱裂紋，嚴(yán)重時會漏鋼。成表面縱裂紋，嚴(yán)重時會漏鋼。（3）拉速要高些）拉速要高些 圓坯直徑等于方坯邊長，則圓坯比表面積僅圓坯直徑等于方坯邊長，則圓坯比表面積僅是方坯的是方坯的7580%，在相同的工藝條件下，在相同的工藝條件下，拉速可適當(dāng)提高些。拉速可適當(dāng)提高些。 例如：如例如：如330mm的圓坯拉速為的圓坯拉速為0.95m/min，300330mm方坯拉速為方坯拉速為0.7

15、5m/min。圓坯直徑與拉速關(guān)系圖圓坯直徑與拉速關(guān)系圖（4）圓坯結(jié)晶器流場。直筒水口流股熱中心）圓坯結(jié)晶器流場。直筒水口流股熱中心下移，對保護(hù)渣熔化、液渣層厚度及夾雜物下移，對保護(hù)渣熔化、液渣層厚度及夾雜物上浮等有不利影響。上浮等有不利影響。（5）二冷區(qū)冷卻均勻性更為重要）二冷區(qū)冷卻均勻性更為重要 圓周盡可能均勻冷卻，促進(jìn)坯殼均勻生長；圓周盡可能均勻冷卻，促進(jìn)坯殼均勻生長； 最小的圓周表面溫度回升和熱循環(huán)，消除熱應(yīng)最小的圓周表面溫度回升和熱循環(huán)，消除熱應(yīng)力；力； 矯直時圓坯溫度應(yīng)大于矯直時圓坯溫度應(yīng)大于950（鋼種）；（鋼種）； 非穩(wěn)定澆注時，保持合適的冷卻速度。非穩(wěn)定澆注時，保持合適的冷卻速

16、度。（6）圓坯內(nèi)弧區(qū)有夾雜物聚集帶，造成徑向）圓坯內(nèi)弧區(qū)有夾雜物聚集帶，造成徑向30mm處有夾雜物峰值（處有夾雜物峰值（177mm）177mm圓坯中上側(cè)和下側(cè)鑄坯中夾雜物圓坯中上側(cè)和下側(cè)鑄坯中夾雜物（7）圓坯中心疏松比方坯、板坯更為嚴(yán)重些3 3. .圓坯潔凈度控制圓坯潔凈度控制1) 鑄坯夾雜物分類n脫氧產(chǎn)物脫氧產(chǎn)物Si-K鋼：MnOSiO2 Al-K鋼：Al2O3、 Al2O3 MgO 鈣-K鋼：CaO Al2O3 、CaO- Al2O3 -X n二次氧化物二次氧化物Al-K鋼： Al2O3Si -Al-K鋼：SiO2MnO Al2O3 （ SiO2+MnO 60%）n凝固再生夾雜物凝固再生夾

17、雜物凝固過程 Si、Mn、O、S偏析作用形成氧化物和硫化物項目項目脫氧產(chǎn)物脫氧產(chǎn)物二次氧化產(chǎn)物二次氧化產(chǎn)物1 1來源來源內(nèi)生夾雜物內(nèi)生夾雜物外來夾雜物外來夾雜物2 2平衡氧源平衡氧源元素元素- -溶解溶解O-O-夾雜物平衡。夾雜物平衡。如如Al-KAl-K鋼，鋼，AlsAls0.05%,0.05%,相平衡氧相平衡氧O=23ppmO=23ppmO O2 2- -元素元素- -夾雜物平衡?？諝庵械难蹩稍磰A雜物平衡?？諝庵械难蹩稍丛床粩喙┙o鋼水進(jìn)行氧化可把合金源不斷供給鋼水進(jìn)行氧化可把合金元素消耗殆盡。元素消耗殆盡。3 3夾雜物尺夾雜物尺寸寸細(xì)小，一般細(xì)小，一般10m30300m,30300m,，甚

18、至幾百微米，甚至幾百微米4 4夾雜物組夾雜物組成成組成單一，如組成單一，如Al-KAl-K鋼，鋼，AlAl2 2O O3 3，Si-KSi-K鋼鋼MnOMnOSiOSiO2 2組成復(fù)雜，是多種氧化物復(fù)合夾雜物組成復(fù)雜，是多種氧化物復(fù)合夾雜物5 5冷卻速度冷卻速度冷卻速度越快，生成夾雜物冷卻速度越快，生成夾雜物越細(xì)小越細(xì)小影響不大影響不大6 6鋼中分布鋼中分布細(xì)小彌散分布細(xì)小彌散分布偶然性分布偶然性分布7 7危害程度危害程度較小較小較大較大脫氧產(chǎn)物與二次氧化夾雜物比較脫氧產(chǎn)物與二次氧化夾雜物比較采用示蹤試驗，追蹤鑄坯中夾雜來源采用示蹤試驗，追蹤鑄坯中夾雜來源 加示蹤劑示意圖加示蹤劑示意圖 2)

19、鑄坯夾雜物來源 結(jié)晶器保護(hù)渣中結(jié)晶器保護(hù)渣中CeO和和SrO變化變化(a) (b)渣中渣中Ce2O、SrO升高，說明鋼包渣中包渣下降結(jié)晶器渣中。升高，說明鋼包渣中包渣下降結(jié)晶器渣中。3) 結(jié)晶器保護(hù)渣示蹤元素變化 從鑄坯中探針分析從鑄坯中探針分析100個夾雜物，夾雜物含有示蹤個夾雜物，夾雜物含有示蹤元素元素 Ce2O：0.14%，SrO：0.156%，ZrO2：0.25%，La2O3：0.41%，Na2O+K2O：1.64%。粗略計算指出鑄坯中夾雜物各自貢獻(xiàn)：粗略計算指出鑄坯中夾雜物各自貢獻(xiàn)：外來夾雜物外來夾雜物(下渣下渣+卷渣卷渣)： 41%二次氧化：二次氧化： 39%脫氧產(chǎn)物：脫氧產(chǎn)物：

20、20%防止?jié)沧⑦^程下渣、卷渣和二次氧化物是生產(chǎn)潔凈鋼的防止?jié)沧⑦^程下渣、卷渣和二次氧化物是生產(chǎn)潔凈鋼的關(guān)鍵操作。關(guān)鍵操作。4) 鑄坯中夾雜物鋼包水口開啟方式與鋼中鋼包水口開啟方式與鋼中TO關(guān)系關(guān)系 鋼包自開比燒氧打開鋼中鋼包自開比燒氧打開鋼中TO要低要低1015ppm 。5) 提高鑄坯潔凈度措施o鋼包自開率不同開澆方式下沿板坯長度上的質(zhì)量指數(shù)變化不同開澆方式下沿板坯長度上的質(zhì)量指數(shù)變化 無長水口：坯子開澆后無長水口：坯子開澆后15m長不能做鍍長不能做鍍Sn板。板。長水口：在鋼液面開澆，長水口：在鋼液面開澆，坯子坯子10m長不能做鍍長不能做鍍Sn板。板。長水口長水口+破渣器插入鋼水破渣器插入鋼水

21、下開澆，坯子長下開澆，坯子長5m即可即可做鍍做鍍Sn板。板。o長水口操作開澆頭坯開澆頭坯廠名廠名鑄鑄坯尺寸坯尺寸/mm/mm鋼種鋼種N/N/ppmppm頭坯頭坯/ /正常正常坯坯TO/TO/ppmppm頭坯頭坯/ /正常正常坯坯MA/mgMA/mg(10kg)(10kg)-1-1頭坯頭坯/ /正常坯正常坯MIMI頭坯頭坯/ /正常坯正常坯甲甲23023013001300IFIF51.5/2151.5/2166.8/26.266.8/26.25.0/1.75.0/1.7173.8/24.6(p173.8/24.6(ppm)pm)乙乙707013501350SPHDSPHD61/4861/4870

22、/3470/3432/3.8032/3.8012.9/8.2(12.9/8.2(個個/mm/mm2 2) )丙丙25025010501050硅鋼硅鋼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(個個/mm/mm2 2) )注：注：MAMA大型夾雜物；大型夾雜物；MIMI微觀夾雜物；正常坯是拉速穩(wěn)定時的鑄坯取樣。微觀夾雜物；正常坯是拉速穩(wěn)定時的鑄坯取樣。o中間包操作連澆坯連澆坯廠名廠名鑄鑄坯尺寸坯尺寸/mm/mm鋼種

23、鋼種N/N/ppmppm連澆坯連澆坯/ /正常正常坯坯TO/TO/ppmppm連澆坯連澆坯/ /正常坯正常坯MA/mgMA/mg(10kg)(10kg)-1-1連澆坯連澆坯/ /正常坯正常坯MI/MI/個個.mm.mm-2-2連澆坯連澆坯/ /正常坯正常坯甲甲23023013001300IFIF23/2123/2123/1823/182.29/1.702.29/1.7046.2/24.6(ppm)46.2/24.6(ppm)乙乙707013501350SPHDSPHD- -53/3453/346.4/3.86.4/3.88.2/10.7(8.2/10.7(個個/mm/mm2 2) )丙丙250

24、25010501050硅鋼硅鋼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(個個/mm/mm2 2) )注：注：MAMA大型夾雜物；大型夾雜物；MIMI微觀夾雜物微觀夾雜物尾坯尾坯廠名廠名鑄鑄坯尺寸坯尺寸/mm/mm鋼種鋼種N/N/ppmppm尾坯尾坯/ /正常正常坯坯TO/TO/ppmppm尾坯尾坯/ /正常正常坯坯MA/mgMA/mg(10kg)(10kg)-1-1尾坯尾坯/ /正常坯正常坯MIMI尾坯尾坯/

25、/正常坯正常坯甲甲23023013001300IFIF26/2126/2134/1834/188.2/1.708.2/1.7047/24.6(ppm)47/24.6(ppm)乙乙707013501350SPHDSPHD- -53/3453/3411.4/3.811.4/3.89.74/8.2(9.74/8.2(個個/mm/mm2 2) )丙丙25025010501050硅鋼硅鋼62/5262/52-/32-/3238.4/1.0738.4/1.07- -丁丁15015015015045#45#37/3237/3254/64.354/64.315/1015/108.2/8.28(8.2/8.28

26、(個個/mm/mm2 2) )o 由以上三個表可以看出：頭坯、連澆坯、尾由以上三個表可以看出：頭坯、連澆坯、尾坯中的坯中的TO、N、大型夾雜、微觀夾雜、大型夾雜、微觀夾雜都明顯高于正常坯。因此，提高非穩(wěn)態(tài)澆注都明顯高于正常坯。因此，提高非穩(wěn)態(tài)澆注時鑄坯的潔凈度水平達(dá)到穩(wěn)態(tài)澆注水平，對時鑄坯的潔凈度水平達(dá)到穩(wěn)態(tài)澆注水平，對于提高整體鑄坯質(zhì)量的水平，保持產(chǎn)品質(zhì)量于提高整體鑄坯質(zhì)量的水平，保持產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性是非常重要的。的穩(wěn)定性是非常重要的。 澆注過程把非穩(wěn)態(tài)澆注鑄坯質(zhì)量提高到穩(wěn)態(tài)澆注水平這是提高鑄澆注過程把非穩(wěn)態(tài)澆注鑄坯質(zhì)量提高到穩(wěn)態(tài)澆注水平這是提高鑄坯體質(zhì)量水平的關(guān)鍵，為此：坯體質(zhì)量水平的關(guān)鍵

27、，為此：(1)(1)防止二次氧化防止二次氧化 保護(hù)澆注保護(hù)澆注( (NN3 3ppm)ppm)； 堿性包襯；堿性包襯； 堿性覆蓋劑；堿性覆蓋劑； 中間包密封充中間包密封充ArAr。(2)(2)防止?jié)沧⑦^程下渣防止?jié)沧⑦^程下渣 出鋼擋渣操作；出鋼擋渣操作； 鋼包鋼包中間包下渣（如中間包下渣（如AMEPAAMEPA系統(tǒng)下渣探測器）；系統(tǒng)下渣探測器）； 中間包中間包結(jié)晶器下渣如中間包恒重操作、中間包液位高度監(jiān)測結(jié)晶器下渣如中間包恒重操作、中間包液位高度監(jiān)測報警、人工測量中包液面高度等；報警、人工測量中包液面高度等； 提高鋼包自開率和鋼包長水口操作水平。提高鋼包自開率和鋼包長水口操作水平。 (3)防止

28、結(jié)晶器卷渣防止結(jié)晶器卷渣 結(jié)晶器液面控制結(jié)晶器液面控制(0.015%，縱裂紋增加；，縱裂紋增加；A:鋼水成份：鋼水成份：Mn/S對縱裂的影響對縱裂的影響 Mn/S升高，縱裂紋降低；升高，縱裂紋降低；含碳量對板坯寬面縱裂紋的影響C=0.120.15%時，縱裂紋產(chǎn)生嚴(yán)重時，縱裂紋產(chǎn)生嚴(yán)重 由圖知：低碳鋼比亞由圖知：低碳鋼比亞包晶鋼摩擦力高約包晶鋼摩擦力高約1520%，因中碳，因中碳包晶鋼收縮，表現(xiàn)為包晶鋼收縮，表現(xiàn)為有較均勻的渣膜改善有較均勻的渣膜改善潤滑潤滑鋼中碳含量與摩擦力的關(guān)系 Cu+As含量的總量大于含量的總量大于0.10時，縱裂指時，縱裂指數(shù)明顯升高數(shù)明顯升高 拉速增加，渣膜厚度減少拉速

29、增加，渣膜厚度減少拉速對縱裂紋的影響拉速對渣膜厚度的影響拉速對渣膜厚度的影響拉速增加，縱裂紋指數(shù)增加拉速增加，縱裂紋指數(shù)增加B:拉速拉速C:保護(hù)渣保護(hù)渣液渣層厚度液渣層厚度10mm（薄板坯薄板坯6mm），），縱裂紋增縱裂紋增加。加。 液渣層厚度對縱裂紋的影響液渣層厚度對縱裂紋的影響(a)常規(guī)板坯常規(guī)板坯(b)薄板坯薄板坯 由圖知：由圖知：B渣和渣和C渣平均摩擦指數(shù)渣平均摩擦指數(shù)基本相同，但基本相同，但C渣渣波動大，這與渣波動大，這與渣子堿度和粘度有子堿度和粘度有關(guān)。關(guān)。B和和C渣同樣渣同樣速度加入，速度加入，C渣由渣由于較低粘度，消于較低粘度，消耗較快，摩擦力耗較快，摩擦力波動大。波動大。保護(hù)

30、渣性能對結(jié)晶器摩擦力的影響 為什么摩擦力波動呢？為什么摩擦力波動呢？由圖可知：由圖可知：加入渣粉時刻摩擦力出現(xiàn)峰加入渣粉時刻摩擦力出現(xiàn)峰值值只要加入渣后，摩擦力就急只要加入渣后，摩擦力就急劇降低劇降低 這說明液渣是不斷消耗的，液這說明液渣是不斷消耗的，液渣厚度減少，滲漏到坯殼與渣厚度減少，滲漏到坯殼與銅壁間渣膜減少，當(dāng)加入新銅壁間渣膜減少，當(dāng)加入新渣，潤滑恢復(fù)，摩擦力降低，渣，潤滑恢復(fù)，摩擦力降低，這種摩擦力突變不穩(wěn)定狀態(tài)，這種摩擦力突變不穩(wěn)定狀態(tài)，可能是促進(jìn)坯殼應(yīng)力發(fā)展，可能是促進(jìn)坯殼應(yīng)力發(fā)展，坯殼產(chǎn)生缺陷。坯殼產(chǎn)生缺陷。 所以，在加保護(hù)渣時應(yīng)該每所以，在加保護(hù)渣時應(yīng)該每次量少、勤加次量少、

31、勤加D:結(jié)晶器液面波動結(jié)晶器液面波動u 液面波動液面波動60Cal/cm2s（2.1MW/ M2）, 縱裂紋增縱裂紋增加；加；中碳鋼（中碳鋼（0.11%C），），結(jié)結(jié)晶器熱流晶器熱流 41Cal/cm2s (1.7MW/M2),縱裂紋增加?？v裂紋增加。鑄坯熱流對縱裂指數(shù)的影響鑄坯熱流對縱裂指數(shù)的影響 結(jié)晶器弱冷，有利結(jié)晶器弱冷，有利于減少縱裂紋。某于減少縱裂紋。某廠板坯結(jié)晶器水量廠板坯結(jié)晶器水量減少（由減少（由100%降至降至87%），二），二冷強(qiáng)度由冷強(qiáng)度由100%降至降至80%，縱裂，縱裂指數(shù)由指數(shù)由1.92降至降至0.51。 結(jié)晶器弱冷對小縱裂紋的影響結(jié)晶器弱冷對小縱裂紋的影響 178m

32、m圓坯結(jié)晶器水量由圓坯結(jié)晶器水量由90m3/h減到減到72 m3/h，進(jìn)出水溫度差由，進(jìn)出水溫度差由7.5升高到升高到8.5 ，熱流下降，熱流下降 ，表面縱，表面縱裂紋裂紋有減輕，有減輕，同時進(jìn)水溫度同時進(jìn)水溫度35 35 為宜。為宜。175220mm圓坯結(jié)晶器冷卻水量圓坯結(jié)晶器冷卻水量96m3/h，結(jié)晶器進(jìn)出水溫度差由，結(jié)晶器進(jìn)出水溫度差由6升高升高到到8 縱裂紋減輕縱裂紋減輕。F:結(jié)晶器的錐度結(jié)晶器的錐度 某廠圓坯某廠圓坯115mm200mm，結(jié)晶器由單一錐，結(jié)晶器由單一錐度（度（0.60.9%/m）多錐度，圓坯變形多錐度，圓坯變形和縱裂紋消失。和縱裂紋消失。 曼納斯曼圓坯連鑄機(jī)：曼納斯曼

33、圓坯連鑄機(jī)： 175mm220mm 錐度錐度1%/m， 大直徑圓坯大直徑圓坯 錐度為錐度為1.2%/m，縱，縱裂紋減輕裂紋減輕. 結(jié)晶器錐度和鋼成分對縱裂的影響（斷面尺寸240 x240mm,拉速0.7m/min） G:結(jié)晶器銅管與水套對中，水縫均勻，有利于結(jié)晶器銅管與水套對中，水縫均勻，有利于結(jié)晶器內(nèi)坯殼的均勻生長，一般控制水流速結(jié)晶器內(nèi)坯殼的均勻生長，一般控制水流速在在712m/s，水縫寬度，水縫寬度3.54mm為宜為宜 H:結(jié)晶器鋼液結(jié)晶器鋼液流動流動 水口對中，防止產(chǎn)生偏流；水口材質(zhì)浸蝕，造成偏流。 水口插入深度合適 浸入深度大于浸入深度大于120mm時，縱裂加重時，縱裂加重 J:出結(jié)

34、晶器下口的冷卻和二冷強(qiáng)度出結(jié)晶器下口的冷卻和二冷強(qiáng)度 足輥和零段二冷水過強(qiáng)，板坯寬面縱裂加劇，如水流密度由110 l/m2.min 降到60 l/m2.min，縱裂指數(shù)由2降到零。K:結(jié)晶器與零段的對中和支承輥對弧精結(jié)晶器與零段的對中和支承輥對弧精度，對防止縱裂紋的擴(kuò)展有重要意義度，對防止縱裂紋的擴(kuò)展有重要意義L:結(jié)晶器銅管長度結(jié)晶器銅管長度 銅管過長，拉坯阻力增加，鑄坯常有抖動現(xiàn)象，銅管過長，拉坯阻力增加，鑄坯常有抖動現(xiàn)象，致使凝固坯殼與圓周產(chǎn)生不均勻接觸，熱流及致使凝固坯殼與圓周產(chǎn)生不均勻接觸，熱流及坯殼厚度也不均勻，造成表面縱裂紋，某廠把坯殼厚度也不均勻，造成表面縱裂紋，某廠把圓坯結(jié)晶器

35、由圓坯結(jié)晶器由850mm縮短到縮短到700mm，且銅，且銅管在水平半徑上下對稱布置，在其他相同條件管在水平半徑上下對稱布置，在其他相同條件下，消除了裂紋。下，消除了裂紋。 防止縱裂紋產(chǎn)生的根本措施，就是使結(jié)晶器彎月面區(qū)域坯殼生長防止縱裂紋產(chǎn)生的根本措施，就是使結(jié)晶器彎月面區(qū)域坯殼生長厚度均勻。厚度均勻。o 結(jié)晶器初始坯殼均勻生長結(jié)晶器初始坯殼均勻生長 熱頂結(jié)晶器熱頂結(jié)晶器(彎月面區(qū)熱流減少彎月面區(qū)熱流減少5060) 波浪結(jié)晶器波浪結(jié)晶器(彎月面區(qū)熱流減少彎月面區(qū)熱流減少1725) 結(jié)晶器弱冷結(jié)晶器弱冷 合適結(jié)晶器錐度合適結(jié)晶器錐度（4）防止表面縱裂紋措施）防止表面縱裂紋措施o 結(jié)晶器鋼水流動的

36、合理性結(jié)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(shè)計（合適的出口直徑） 合適的水口插入深度o 結(jié)晶器振動結(jié)晶器振動 合適的負(fù)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 )o 合適的保護(hù)渣合適的保護(hù)渣 對結(jié)晶器坯殼表面易產(chǎn)生凹陷（縱裂）和粘結(jié)的鋼種，選用保護(hù)渣的原則是： 凹陷鋼（包晶鋼）凹陷鋼（包晶鋼） 粘結(jié)鋼粘結(jié)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(jié)晶溫度（高堿度） * 低堿度（玻璃性） 除設(shè)計合適的保護(hù)渣組成和熔化性能外，在生產(chǎn)上，根據(jù)

37、澆注鋼種和拉速，控制好：n v（粘度拉速）0.20.4 Pasm/minn 結(jié)晶器鋼液面上液渣層厚度1015mmn 均勻渣膜厚度（d = 0.95Vc-0.47）n 合適渣子消耗（0.30.5kg/m2，或0.50.7kg/t） o 出結(jié)晶器鑄坯運行出結(jié)晶器鑄坯運行結(jié)晶器與零段的支撐對弧準(zhǔn)確 二次冷卻均勻性o 調(diào)整鋼水成分調(diào)整鋼水成分鋼中S30殘余元素Cu+As+Zn控制0.1% 鋼中碳含量避開包晶區(qū)，C向下限或上限控制5.5.鑄坯（圓坯）內(nèi)部質(zhì)量鑄坯（圓坯）內(nèi)部質(zhì)量 控制控制5.1圓坯低倍結(jié)構(gòu)圓坯低倍結(jié)構(gòu)低倍結(jié)構(gòu)特點：低倍結(jié)構(gòu)特點： 激冷層（激冷層（25mm）細(xì)小等軸晶。細(xì)小等軸晶。 結(jié)晶器

38、彎結(jié)晶器彎月面溫度梯度（月面溫度梯度（G）和）和凝固速度（凝固速度（R）非常大，）非常大，故冷卻速度非常快故冷卻速度非?？欤?00/s）。）。 柱狀晶發(fā)達(dá)。柱狀晶發(fā)達(dá)。450mm圓坯低倍圖圓坯低倍圖 為什么柱狀會發(fā)達(dá)呢？為什么柱狀會發(fā)達(dá)呢？ o 結(jié)晶學(xué)上擇優(yōu)生長方結(jié)晶學(xué)上擇優(yōu)生長方向。垂直于等溫面的向。垂直于等溫面的方向優(yōu)化方向優(yōu)化生長吞并其他方向晶生長吞并其他方向晶體。體。方向柱狀晶生長方向柱狀晶生長 o 單方向傳熱。單方向傳熱。 垂直方向傳熱垂直方向傳熱 3-6%; 水平方向傳熱水平方向傳熱 95%以上。以上。結(jié)晶器傳熱示意圖結(jié)晶器傳熱示意圖柱狀晶缺點：柱狀晶缺點： 力學(xué)性能各向異性力學(xué)性

39、能各向異性 枝晶間偏析嚴(yán)重形成帶狀組織枝晶間偏析嚴(yán)重形成帶狀組織 熱加工性差，柱狀晶界面是裂紋優(yōu)先擴(kuò)展地方熱加工性差，柱狀晶界面是裂紋優(yōu)先擴(kuò)展地方 形成穿晶結(jié)構(gòu)，鑄坯中心疏松、縮孔、偏析嚴(yán)重形成穿晶結(jié)構(gòu)，鑄坯中心疏松、縮孔、偏析嚴(yán)重而等軸晶結(jié)構(gòu)剛好相反：而等軸晶結(jié)構(gòu)剛好相反： 結(jié)構(gòu)致密，結(jié)合牢固結(jié)構(gòu)致密，結(jié)合牢固 熱加工性能好熱加工性能好 鋼材力學(xué)性能呈各向同性鋼材力學(xué)性能呈各向同性 因此，希望連鑄坯為等軸晶結(jié)構(gòu)，而連鑄工藝的特因此，希望連鑄坯為等軸晶結(jié)構(gòu)，而連鑄工藝的特殊性，卻促成柱狀晶發(fā)達(dá)：殊性，卻促成柱狀晶發(fā)達(dá)： 噴水冷卻，內(nèi)外溫度梯度打有利于柱狀晶生長；噴水冷卻，內(nèi)外溫度梯度打有利于柱

40、狀晶生長； 液相穴長，補(bǔ)縮不好，易形成中心疏松，縮孔等；液相穴長，補(bǔ)縮不好，易形成中心疏松，縮孔等； 柱狀晶不對稱性，內(nèi)弧柱狀晶發(fā)達(dá)，而外弧柱狀晶柱狀晶不對稱性，內(nèi)弧柱狀晶發(fā)達(dá)，而外弧柱狀晶生長受到抑制內(nèi)裂紋常集中在內(nèi)弧面；生長受到抑制內(nèi)裂紋常集中在內(nèi)弧面； 由于冷卻速度快，樹枝晶較細(xì)。由于冷卻速度快，樹枝晶較細(xì)。 改善鑄坯結(jié)構(gòu)關(guān)鍵是抑制柱狀晶生長，促進(jìn)等軸晶改善鑄坯結(jié)構(gòu)關(guān)鍵是抑制柱狀晶生長，促進(jìn)等軸晶生長，其辦法包括：生長，其辦法包括：（1）控制鋼水過熱度控制鋼水過熱度 由圖可知：過熱度大于由圖可知：過熱度大于10鑄坯等軸晶率鑄坯等軸晶率30%,中心疏松明中心疏松明顯減少。顯減少。（a a）

41、 9Cr9Cr不銹鋼不銹鋼 （b b）13Cr-5Ni13Cr-5Ni不銹鋼不銹鋼 不銹鋼圓坯低倍圖不銹鋼圓坯低倍圖F-EMS得到好的效果：得到好的效果：攪拌器功率足夠大，能使糊狀區(qū)液體攪動起攪拌器功率足夠大，能使糊狀區(qū)液體攪動起來；來；拉速二冷要穩(wěn)定；拉速二冷要穩(wěn)定；安裝位置要合適。安裝位置要合適。固相率：fs=0.3-0.8;凝固率：fe=0.7-0.8; 液相穴尾部中心兩相區(qū)寬為40-55mm處。 F-EMSF-EMS安裝位置示意圖安裝位置示意圖 確定安裝位置方法：確定安裝位置方法：鑄坯凝固數(shù)學(xué)模型法：確定液相線鑄坯凝固數(shù)學(xué)模型法：確定液相線TL和固相線和固相線Ts的區(qū)間，以解決兩相區(qū)的

42、長度。的區(qū)間，以解決兩相區(qū)的長度。鑄坯凝固曲線鑄坯凝固曲線 射釘測定法射釘測定法 如射釘法硫印顯示圖如射釘法硫印顯示圖 ，打釘測定板坯，大方坯，圓坯凝固厚度，打釘測定板坯，大方坯，圓坯凝固厚度，以確定液相穴長度。以確定液相穴長度。（a）板坯）板坯（b b）方坯）方坯 （c c）圓坯）圓坯 5.3圓坯內(nèi)部裂紋圓坯內(nèi)部裂紋o 圓坯中間裂紋圓坯中間裂紋 位于表面和中心之間，沿位于表面和中心之間，沿著柱狀晶交界面擴(kuò)展。如著柱狀晶交界面擴(kuò)展。如裂紋在表皮下裂紋在表皮下630mm穿管時要開裂。裂紋的產(chǎn)穿管時要開裂。裂紋的產(chǎn)生是由于二冷水冷卻不均生是由于二冷水冷卻不均勻?qū)е碌臒釕?yīng)力所致。勻?qū)е碌臒釕?yīng)力所致。 （圓坯的坯殼溫度回升（圓坯的坯殼溫度回升100/，可以減輕、，可以減輕、避免中間裂紋的產(chǎn)生）避免中間裂紋的產(chǎn)生）. 不銹鋼低倍圖不銹鋼低倍圖 o圓坯中心裂紋圓坯中心裂紋位于圓坯中心呈放射狀（如圖）位于圓坯中心呈放射狀（如圖）形成原因是圓坯中心區(qū)液體凝形成原因是圓坯中心區(qū)液體凝固，溫度急劇下降產(chǎn)生的熱固，溫度急劇下降產(chǎn)生的熱應(yīng)力而引起的。應(yīng)力而引起的。防止圓坯內(nèi)裂紋措施：防止圓坯內(nèi)裂紋措施：合適的二冷強(qiáng)度。弱冷有利合適的二冷強(qiáng)度。弱冷有利于圓坯內(nèi)裂紋減少；于圓