连铸连轧

第一章

模铸与连铸的比较

?模铸：钢水→整模→浇铸→脱模→均热→初轧→成品轧制

?连铸：钢水→连铸→成品轧制

?液态铸轧：钢水→铸轧成品

模铸铸锭的凝固

?将炼成的钢水浇注到铸铁或砂型制成的钢锭模内，凝固后形成的锭子称为钢锭。钢锭经轧制或锻压成为钢

材后方能使用，所以钢锭是半成品。

?根据浇注方法的分为上注钢锭和下注钢锭。下注锭的表面质量优于上注锭。

?根据脱氧程度的不同又有沸腾钢钢锭、半镇静钢钢锭和镇静钢钢锭三种。沸腾钢是脱氧不完全的钢，镇静

钢是脱氧完全的钢，半镇静钢的脱氧程度介于前两者之间，接近于镇静钢。

钢锭的应用现状

?模铸锭与连铸坯相比，所占比例逐年减少，最终将减少到约占10％，其中合金钢和不锈钢将减少到20％，

工具钢和特殊钢将减少到40％。这是由于连铸坯可以多炉连浇、收得率高、不需初轧或开坯、能耗低，质量甚至优于模铸锭。

?但模铸镇静钢不可能完全被淘汰，因为锻造用钢、一些小批量生产的高级合金钢及VAR(真空电弧重熔)和

ESR(电渣精炼)用的坯料仍需用模铸镇静钢来生产。

钢锭的质量

?钢锭的质量有表面质量和内部质量之分。

?表面质量：结疤、裂纹、表皮的纯净度和致密度。

?内部质量：钢锭内部的纯净度、致密度、低倍非金属夹杂物数量和宏观偏析的程度。

?沸腾钢的表面质量好，但由于锭心偏析大，内部质量不如镇静钢。

连铸：使金属液由中间包经浸入式水口不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的一种铸造工艺。

连铸的设备以弧形连铸机为例，主要有钢包支承装置、盛钢桶(钢包)、中间罐、结晶器(一次冷却装置)、结晶器振动装置、铸坯导向和二次冷却装置、引锭杆、拉坯矫直装置(拉矫机)、切割设备和铸坯运出装置(见辊道和横向移送设备)等

连铸的优点

变间断生产为连续生产，产量↑（连铸比，连浇炉数）

冷却强度大，铸造组织比较细密，偏析小

切头切尾率少，成才过程烧损和切损少，成材率提高8～12％

工艺过程缩短，生产周期短，能耗、运输成本降低，能耗降低30～60％（视是否热装、热送、直接轧制而定）

环保条件好，无整、脱模时的污染

便于自动化，提高技术水平

连铸的好处在于节能和提高金属收得率。

连铸的发展史

1、现代炼钢技术的发展（连铸技术的作用）

（1） 1947年－1974年：

技术特点：转炉、高炉的大型化；以模铸－初轧为核心，生产外延扩大。

（2） 1974年－1989年：

技术特点：全连铸工艺，以连铸机为核心。

（3） 1989年－现在：

提高连铸坯质量的技术

1.1 钢水净化处理

?对钢水进行真空脱气

?吹氩搅拌

1.2 无氧化浇铸或保护渣浇铸

?采用密封性好的滑动水口

?采用浸入式水口和保护渣浇铸

采用浸入式水口和保护渣浇铸的技术措施：

?出钢后在钢包内加保护剂

?在钢包和中间包间采用长水口保护钢流

?长水口处采用氩气密封

?在中间包内加入保温剂

?钢水在结晶器内用保护渣覆盖

采用浸入式水口和保护渣浇铸的优点：

?防止注流和结晶器内液面的氧化

?防止钢流喷溅

?改善结晶器润滑

?促进气体和夹杂物上浮

?保护渣可吸收上浮的某些夹杂物

采用浸入式水口和保护渣浇铸的优点：

?防止注流和结晶器内液面的氧化

?防止钢流喷溅

?改善结晶器润滑

?促进气体和夹杂物上浮

?保护渣可吸收上浮的某些夹杂物

1.3 采用大型中间包

?有利于中间包内钢液中杂质的上浮、去除

?二段式档渣墙防止杂质进入结晶器

?多炉连浇在钢包交换时可保证钢水液面的稳定1.4 中间包注流双重控制

?塞棒控制：

有利于开浇，防止钢水产生漩涡而卷入渣子

但不利于自动控制，且控制精度差

1.5 中间包重量自动控制

在铸造速度波动时，能保证结晶器液位的稳定

结晶器液位自动控制→浇钢的自动控制→铸坯质量的稳定

1.6 结晶器铜板双镀层

?双镀层铜板，既保证了板坯的表面质量，又延长了结晶器的使用寿命。

1.7 小辊密排及分节辊

?小辊密排以解决鼓肚问题

?分节辊以保证轧辊的刚度

1.8 最佳二次冷却控制

控制冷却方法：

?固定喷水法

?水表控制法

?参数控制法

?表面稳定控制法

1.9 采用电磁搅拌

?减小连铸坯内部的成分偏析和组织疏松

?扩大等轴晶带

?保证特殊钢材的质量，浇铸速度可以进一步提高

M-EMS: 结晶器电磁搅拌

S-EMS: 二冷区电磁搅拌

F-EMS: 凝固末端电磁搅拌

1.9 采用电磁搅拌

1. 净化弯月面处的熔体

2. 非金属夹杂物及气泡的离心化

3. 冲刷凝固前沿

4. 形成等轴晶

1.10 通过设置垂直段，有利于夹杂

物的上浮、去除,提高内部质量,

消除连铸坯裂纹

1.11 采用高温矫直、多点矫直等措施

减小矫直过程中的变形内力，避

免铸坯内裂的发生

1.12 压缩铸造,减少板坯内部缺陷

轻压下的作用：

?(1) 破碎“晶桥”

?(2) 补偿冷却收缩

?(3) 减小“鼓肚”量

1.13 板坯质量异常判定模型

?根据仪表电器提供的各种设备参数和工艺参数，对照相应的技术标准，对板坯的质量异常情况进行跟踪判定，实现控制的自动化。

1.14 快速硫印

?板坯质量的管理和检测技术

?快速检测板坯内部硫的分布，检查偏析和内裂

提高钢材质量的技术

2.1 采取适宜的轧制工艺制度

2.2 严格遵守加热、轧制及热处理工艺制度

2.3 合理设计轧辊孔型

2.4 利用轧制工序，消除或减小铸坯内部

疏松等缺陷。

连铸坯的保温技术

3.1 连铸坯的运送保温

固定保温罩、运输保温车以及绝热辊道等等

3.2 连铸坯在轧制过程中的保温

?防止或减小温降

?对连铸坯边角部分进行补偿加热

电磁感应加热、火焰加热法和保温罩加热法

?利用热卷曲箱将中间带坯卷成板卷，减少热量损失

连铸机型

①立式（空心管坯、大方坯）

②立弯式（异形坯、大板坯、大圆坯）

③弧形（薄板坯、圆坯、方坯）超低头（小方坯、小板坯）（）

④水平式（拉线坯、无缝管坯小方坯）

不同形式铸机，厂房高度不同，液相钢水静压力不同，气体夹杂上浮不同，矫直应力不同，要根据钢种规格选取。

立式连铸机：立弯式连铸机：

弧形连铸机：

第二章：

钢铁冶金系统工程

1.工艺过程：矿石→选矿（磁选、浮选）→烧结（球团）→炼铁（高炉、非高炉）→炼钢（平炉、转炉）→

铸造（模铸、连铸）→轧制（热轧、冷轧）→成品（板、管、型、线）。

2.最终产品的组织性能要满足用户的各种需要。（强度、塑性、韧性、加工性能、特殊物理化学性能）。

3.最终性能取决于各工序的性能、组织、成份控制、具有遗传性、要求系列优化。

连铸钢水的准备

要想使连铸生产稳定高效地进行，并且保证铸坯质量，首先要准备好成分、温度、脱氧程度及纯净度都合格的钢水。

这里重点介绍钢水温度的要求。

另外，炼钢工序和连铸工序要紧密配合，步调一致。

温度合格：控制出钢温度、浇铸温度（考虑过程温降）。

浇铸温度:指钢水进入结晶器时的温度。也可以指中间包内的钢水温度.

通常一炉钢水需在中间包内测温3次，即开浇后5min、浇铸中期和浇铸结束前5min,而这3次温平均值被视为平均浇铸温度。

钢水的浇铸温度要求:(在一定范围内的合理温度)

◆在尽可能高的拉速下，保证铸坯出结晶器时形成足够厚度的坯壳，使连铸过程安全地进行下去；

◆在结晶器内,钢水将热量平稳的传导给铜板，使周边坯壳厚度能均匀的生长，保证铸坯表面质量。

钢水温度过高的危害：

①出结晶器坯壳薄，容易漏钢；

②耐火材料侵蚀加快，各项消耗增加，易导致铸流失控，降低浇铸安全性；

③增加非金属夹杂，影响板坯内在质量；

⑤铸坯柱状晶发达，枝晶晶粒大，钢质变差；

⑥中心偏析加重，易产生中心线裂纹；钢中气体夹杂物增加，铸坯易裂；

钢水温度过低的危害：

①浇铸困难，容易发生水口堵塞，浇铸中断；

②结晶器液面结壳，钢水粘度增加，连铸表面容易产生结疱、夹渣、裂纹等缺陷；

③气体夹杂物和非金属夹杂不易上浮，影响铸坯内在质量。

1.△T1 钢水从炼钢炉的出钢口流入钢包这个过程的温降

热量损失形式：钢流辐射热损失、对流热损失、钢包吸热。

影响因素：出钢时间、出钢温度及钢包的使用状况。

降低热量损失的措施：

①尽量降低出钢温度

②减少出钢时间

③维护好出钢口，使出钢过程中最大程度保持钢流的完整性

④钢包预热

⑤保持包底干净

2、△T

出完钢钢包内钢水到精炼开始前经过的运输和静置过程中产生的温降

2

热量损失形式：钢水上表面通过渣层的热损失、钢包包衬吸热。

影响因素：钢包的容量、包衬材质及温度，钢包的运输距离。

降低热量损失的措施：

①钢包烘烤、充分预热

②减少留置时间

③在钢包内加入合适的保温剂

3、△T3 钢包精炼过程的温降

热量损失取决于二次精炼的时间和方法。

4、△T4 钢包精炼结束钢水在静置和运往连铸平台的温降

热量损失形式：钢水上表面通过渣层的热

损失、钢包包衬吸热。

热量损失大小：钢包内衬吸热降低

加了保温剂，温降减小

5、△T5 钢水从钢包注入中间包过程中产生的温降

热量损失形式：辐射热损失、对流热损失、钢包吸热。

影响因素：钢流保护状况；中间包的容量、材质、

烘烤温度及保温措施

降低热量损失的措施：

①钢流需保护，采用长水口

②减少浇铸时间

③充分预热中间包内衬

④中间包钢液面添加保温剂

⑤提高连浇炉数

㈢钢水温度控制要点

1、出钢温度控制：

①提高终点温度命中率

②确保从出钢到二次精炼站，钢包钢水温度处于目标范围之内

2、充分发挥钢包精炼的温度与时间的协调作用

3、控制和减少从钢包到中间包的温度损失

采用长水口保护浇铸；钢包、中间包加保温剂

3、钢水在钢包中的温度控制

根据冶炼钢种严格控制出钢温度，使其在较窄的范围内变化；其次，要最大限度地减少从出钢、钢包中、钢包运送途中及进入中间包的整个过程中的温降。

实际生产中需采取在钢包内调整钢水温度的措施：

①钢包吹氩调温。

②加废钢调温。

③在钢包中加热钢水技术。

④钢水包的保温。

2.成份合格

基本成分：

C 来自铁水或增碳剂

Si 来自脱氧剂、铁合金

Mn 来自铁水、脱氧剂、铁合金

P 来自铁水、矿石

S 来自铁水中的焦炭、石灰

P 、S为有害元素，S引起热脆，P引起冷脆

炉外精炼

1.铁水预脱P、S

在铁水罐内和鱼雷罐车内喷CaSi，CaO、Mg 粉；

脱P希望温度较低，渣中FeO较高，有一定碱度[CaO/ SiO2]；

脱S希望温度较高，碱度较高，温度较高，渣流动性好；

2.有真空的炉外精炼（可以脱气，有利于冶炼超低碳钢和高强钢）

3.有热源的炉外精炼

4.炉外精炼所起的作用

缩短冶炼周期，便于和连铸匹配（缓冲环节）

吹Ar搅拌，加快冶金反应，气体夹杂物上浮，均匀罐内温度

喷粉、吐丝、渣洗深脱硫（加大反应界面，提高脱硫效率）

微调成份，提高合金收得率

调节连铸温度

真空脱气、脱碳、脱氧

一、拉速定义:拉坯速度是以每分钟从结晶器拉出的铸坯长度来表示.拉坯速度应和钢液的浇注速度相一致。

二、拉速控制的意义：拉速控制合理,不但可以保证连铸生产的顺利进行,而且可以提高连铸生产能力,改善铸坯的质量.现代连铸追求高拉速.

三、拉速确定：

1、确定原则:确保铸坯出结晶器时的能承受钢水的静压力而不破裂，对于参数一定的结晶器，

拉速高时，坯壳薄；反之拉速低时则形成的坯壳厚。一般，拉速应确保出结晶器的坯壳厚度为8-15mm。

2、影响因素

A、机身长度的限制

B、拉坯力的限制

C、结晶器导热能力的限制

D、拉坯速度对铸坯质量的影响

E、钢水过热度的影响

F、钢种影响

铸坯冷却的控制

一、一冷确定：钢水在结晶器内的冷却即一冷，其冷却效果可以由通过结晶器壁传出的热流的大小来

度量。

1、一冷作用：一冷就是结晶器通水冷却。其作用是确保铸坯在结晶器内形成一定的初生坯壳。

2、一冷确定原则：一冷通水是根据经验确定，以在一定工艺条件下钢水在结晶器内能够形成足够的坯壳厚

度和确保结晶器安全运行为前提。

通常结晶器周边供水2L/mm.min。进出水温差不超过100C，出水温度控制在45-5000C为宜，水压控制在0.4-0.7Mpa.

1、二冷作用:二次冷却是指出结晶器的铸坯在连铸机二冷段进行的冷却过程.其目的是对带有液芯的铸坯实施喷水冷却,使其完全凝固,以达到在拉坯过程中均匀冷却.

2、二冷强度确定原则:二冷通常结合铸坯传热与铸坯冶金质量两个方面来考虑.铸坯刚离开结晶器,要采用大量水冷却以迅速增加坯壳厚度,随着铸坯在二冷区移动,坯壳厚度增加,喷水量逐渐降低.因此,二冷区可分若干冷却段,每个冷却段单独进行水量控制.同时考虑钢种对裂纹敏感性而有针对性的调整二冷喷水量.

3、二冷水量与水压:

对普碳钢低合金钢，冷却强度为：1.0-1.2L/Kg钢.

对中碳钢、高碳钢,冷却强度为：0.6-0.8L/Kg钢.

对热裂纹敏感性强的钢种，冷却强度为:0.4-0.6L/Kg钢.

水压为0.1-0.5MPa

连铸与冶炼能力、节奏的匹配

能力匹配。一般冶炼能力大于连铸能力15～20％保证连浇，轧钢能力大于连铸能力20％左右，提高热装热送率和连浇率。

提高连浇炉数

①冶炼、精炼、连铸周期的密切配合和生产组织

②防止漏钢技术

③提高自动开浇率（引流砂质量）

④快换中包和水口技术，提高中包水口寿命

⑤异钢种多炉连浇技术

⑥稳定的铸机状态和无缺陷铸坯生产技术

⑦计算机控制浇钢

⑧铸与轧的密切配合

连铸与模铸的比较

模铸：钢水→整模→浇铸→脱模→均热→初轧→成品轧制

连铸：钢水→连铸→成品轧制

液态铸轧：钢水→铸轧成品

连铸与模铸的分工

连铸的优点：

变间断生产为连续生产，产量↑（连铸比，连浇炉数）

冷却强度大，铸造组织比较细密，偏析小

切头切尾率少，成才过程烧损和切损少，成材率提高8～12％

工艺过程缩短，生产周期短，能耗、运输成本降低，能耗降低30～60％（视是否热装、热送、直接轧制而定）

环保条件好，无整、脱模时的污染

便于自动化，提高技术水平

连铸和模铸的分工：

某些特殊钢仍由模铸生产

特大特厚产品仍由模铸生产（连铸最大规格方坯450×450，400×600；板400×3200

连铸不能浇铸沸腾钢

小批量多品种材不适合连铸生产，连铸适合大批量品种比较单一产品的生产

可以连铸和初轧联合生产，各取所长

连铸机的构造和各部分功能

1.钢包回转台及钢包车

保证连续浇铸及换包

注中保温及称重

2.中间包

①储水池作用，保证换罐时注流和液面稳定

②分流作用（1～8流）要求各流均衡

③中间包冶金：

挡渣坝使气体夹杂上浮，过滤器去除Al2O3夹杂；

中间包容量和深度，保证包内存留时间在5min左右；

中间包内加热控温（等离子，电感加热）保证过热度；

中间包内喂丝，微调成份；

④中间包的升、降、对中

3.保护浇铸系统

①长水口、快换机械、Ar气保护自动开浇、下渣监测

②埋入水口、快换机械、吐出孔设计、埋入深度控制、渣线调整

③中包覆盖剂、结晶器保护渣、保护渣的三层结构

防止氧化、液面保温、吸附夹杂、润滑模型、调节热流、改善表面；

保护渣的性能：熔点、熔速、再结晶温度、粘度；

④滑动水口和塞棒

4.结晶器及结晶器振动装置

①结晶器的作用：是连铸机的心脏。

形成初生坯壳并保证其强度；

保证热流，快速凝固；

结晶器内钢水流动控制（电磁制动，埋入水口设计）液面波动小于5mm。

②结晶器的构造

整体式和组合式；

结晶器的长度和锥度 h=200～1200mm，i＝0.6～1.0％；

③结晶器振动

频率和振幅；

振痕的产生和负滑脱；

正弦振动和非正弦振动；

5.二冷区及支撑辊（足辊、格栅、支撑辊）

①二冷区和液相穴

②凝固率系数及其应用

③比水量和冷却方式（水冷、雾冷、干冷）

④分节辊和二冷对中的要求，防止“鼓肚”

⑤热行和冷行的二冷水表

6.拉引矫直装置（拉坯、矫直送引锭杆）

①矫直应力和“压缩铸造”，带液芯矫直

②连续矫直和分布矫直

③拉速控制、拉速变化引起的系列反应

↑，液面波动↓，坯壳厚度↓，保护渣要求↑；

水调整，防止拉漏（漏钢预报）；

7.切割装置

①飞剪及火焰切割

②定尺切割机械

③毛刺去除

8.引锭装置

①上装引锭杆和下装引锭杆

②防止拉漏措施和开浇策略

连铸坯的铸造组织

细晶竖壳带（大的过冷度及结晶器皆造成形核数量多）

柱状晶带（枝晶定向生长及枝晶偏析的生成）

中心等轴晶带（体积结晶、非均质形成）

小钢锭结构（中心偏析及疏松缩孔形成）

控制铸造组织的方法

低过热度浇铸

二冷控制

电磁搅拌。MES、EMS、FEMS、低频大电流产生洛仑兹力，起搅拌作用。

均匀粒度气体夹杂物上浮增加等轴晶加快传热凝固分散偏析连铸大方坯的液芯轧制特点

①液相穴末端轻压下和大压下

②液相穴位置动态跟踪

③用拉矫机改造成轧机

④用测量轧制压力反馈液芯率大小

⑤点压下和面压下，液芯轧制的变形特点

⑥极限压下率

⑦液芯部位重点压下

液芯轧制时控制铸坯的变形和应力状态

①鼓肚和凹陷

②物理变形区和非接触区

③液相穴挤出和连轧移动流量相等自适应

④应力状态控制

连铸坯的表面质量及其控制

表面纵裂纹产生的原因（面裂纹，角裂纹）

表面横裂纹产生的原因（角横裂，面横裂）

气泡和夹杂

应力和裂纹的关系

表面纵裂纹产生的原因及特征：

表面横裂纹产生的原因及特征：

铸坯边角部冷却过强是造成横裂纹的最重要外因,

钢种成分和钢中氮含量、酸溶铝含量过高则是内因;

连铸机设备状态变差等也会增加横裂纹发生几率.

大多数横裂发生在振动波纹的波谷深处。

一般认为，这种裂纹是铸坯矫直时产生抗张力造成的，当铸坯表面存在星状裂纹时，在矫直力作用下，以星状裂纹为缺口，扩展成横裂纹，如果裂纹在角部，就形成角部横裂。

另外，与宽面上的单维散热不同，在棱边上热量的散发是从宽面和窄面两个方向进行的。

棱边的温度明显地低

角部横裂还可能是铸机对中情况不好，使铸坯受到过分弯曲变形出现的。对于容易造成显微偏析的的高碳钢和高S、P钢，如果结晶器摩擦力稍有增加，也会造成坯壳横向撕裂。

防止横向裂纹的措施：

1)稳定结晶器液面。 2)减少振痕深度。 3)减少结晶器摩擦力。 4)采用合理的二次冷却。 5）支

撑辊的对中。6）降低钢中S、P、N、O等元素的含量，加入微量Ti、Zr、Ca等元素，抑制碳化物、氧化物、硫化物和氧化物在晶界上析出。7）结晶器锥度调整合适以及振动正常。

热应力裂纹

由热应力引起的星状细微裂纹，在有氧化铁皮覆盖时难于发现，酸洗或火焰清理后，就能用肉眼观测到，它往往是成组分布的细小晶间裂纹，或呈星状，或呈网状。

星状细微裂纹是由于局部过冷或过大的冷却间歇或局部再加热（例如在粘着氧化铁皮或渣子的下面）等原因产生的应力引起的。

正确的调节二冷区的喷水冷却，获得均匀的水雾分布，应根据拉速的变化调节二冷水量，可防止这种细微星状裂纹的产生。

热脆性裂纹

热脆性裂纹类似于细微星状裂纹，从放大的显微照片上可以清楚地看到在晶粒间有铜的渗入。这种裂纹是沿晶界开裂的。

它是由于高温坯壳与结晶器铜壁摩擦时，铜优先沿晶界扩散，从而降低了铸坯的高温强度而产生裂纹。其他物质如AlN、BN、Nb(CN)和硫化物在晶界的析出也会产生这种裂纹。

采用电镀铬或爆破镀镍的结晶器，有利于防止或减轻这类裂纹；采用合适的保护渣，在坯壳和结晶器之间形成一层均匀的熔融的保护渣薄膜，也有利于防止或减轻这类裂纹；其次，对足辊和扇形段0段正确对中，并加上弱而均匀的二次冷却，都是防止和减轻这类裂纹的有效措施。

皮下气泡

沿柱状晶方向伸长的，位于铸坯表面附近的空间叫气泡，空间细小而密集的叫针孔。按空洞的位置来分，露出表面的叫表面气孔，潜于皮下的叫皮下气泡。气泡会造成成品上的表面缺陷，深度较大时，危害较大。

皮下气泡一般仅在最先浇注的约1.5m长的范围内产生；钢中有较高的气体(如H2、O2)含量，在凝固过程

在浇注过程中注入结晶器的钢流被氧化，过早地往结晶器加保护渣，使之与钢水混和，用生锈的切屑或废钢块填入结晶器引锭头上、中间罐未烘烤干等都是气泡产生的原因。当这些气泡不能从钢中逸出时就会造成气泡缺陷。因此，降低钢水中主要气体如H2、02的含量，就可以减少气泡产生。

要想降低O 2含量，首先要采用强化脱氧措施。用Al在钢包中脱氧时，当铸坯中溶解Al含量＞0.0015％时，就可以控制气泡的发生。

实践证明，在浇注过程中对钢流进行保护浇注，防止二次氧化，对减少气泡有明显的效果。

钢水中的H2是造成气泡的一个主要原因，H2进入钢水与大气中水蒸汽分压有密切关系。为减少钢水中的H2，在冶炼过程中应对入炉的原材料进行烘烤干燥；对钢水进行脱气处理。在浇注过程中防止H2浸入钢水，对钢流密封保护，采用保护渣浇注是行之有效的。

降低钢中气体含量、采用合适的结晶器保护渣，并让结晶器钢水上升到浸入式水口出口以上后才加入保护渣、用清洁切屑和废钢块放在结晶器内的引锭头上，中间罐衬和浸入式水口材质一定不能用含有放气的粘结材料。这些都是防止皮下气泡产生的有效措施。

表面夹渣

表面夹渣是指在铸坯表皮下2—10mm镶嵌有大块的渣子，

因而也称皮下夹渣。浇注成铸坯后，夹渣分布在铸坯表面，在无氧化铁皮覆盖，或经火焰清理后可以见到表面夹渣缺陷。从外观看，夹渣缺陷大而浅的属硅锰酸盐系；小而分散，深度在2-10㎜的属Al2O3系夹杂。

若不清除，会造成成品表面缺陷，增加制品的废品率。

表面夹渣对浇注操作和最终轧制成品都是有害的缺陷，在浇注时由于表面夹渣的导热性差，在有表面夹渣的部位，凝固速度减慢，坯壳变薄。容易造成漏钢事故，一般渣子的熔点高易形成表面夹渣。

敞开浇注时，由于二次氧化，结晶器液面有浮渣。浮渣的熔点、流动性，与铜液的浸润性都与浮渣的组成有直接关系。

对硅铝镇静钢来说，浮渣的组成与钢中的 Mn／Si有关；当Mn／Si低时，形成浮渣的熔点高，容易在弯月面处冷凝结壳，产生夹渣的几率较高；因此钢中的Mn／Si大于3为宜。对用铝脱氧的钢，铝线喂入数量也影响夹渣的性质，对钢液加铝量若大于200g/t时，浮渣中A12O3增多，熔点升高，致使铸坯表面夹渣猛增。

此外，可以加入能够软化和吸收浮渣的材料，改善浮渣的流动性，以减少铸坯的表面夹渣。

在用保护渣浇注时，表面夹渣缺陷主要是由于保护渣质量不好，容易形成坚硬渣壳，在结晶器液面波动情况下卷入铸坯表面所致。

水口出孔的形状、尺寸的变化、插入深度、吹Ar气量的多少、塞棒失控以及拉速突然变化等均会引起结晶器液面的波动，严重时导致夹渣；

就其夹渣的内容来看，有未熔的粉状保护渣，也有上浮未来得及被液渣吸收的Al2O3夹杂物，还有吸收溶解了的过量高熔点Al2O3等。

皮下夹渣深度小于2mm，铸坯在加热过程中可以消除；皮下夹杂深度在2—5mm时，热加工前铸坯必须进行表面精整。

消除铸坯表面夹渣应该采取的措施：

(1)要尽量减小结晶器液面波动，最好控制在小于5mm，保持液面稳定。

(2)浸入式水口插入深度应控制在(125±25)mm的最佳位置。

(3)浸入式水口出口的倾角要选择得当，以出口流股不致搅动弯月面渣层为原则。

(4)中间罐塞棒的吹Ar气量要控制合适，防止气泡上浮时，对钢渣界面强烈搅动和翻动。

(5)选用性能良好的保护渣，并且Al203原始含量应小于10％，同时控制一定厚度的液渣层。

此外采用钢包吹氩搅拌、中间罐净化、钢流保护等措施来减少浮渣数量也是很关键的手段。

振痕

在浇注过程中，结晶器振动以避免坯壳与结晶器之间粘结。结晶器上下运动的结果，造成铸坯4个表面上周期性的横纹痕迹．这些痕迹称为振痕。

振痕是坯壳被周期性的拉破又重新焊合的过程造成的。振痕的深度与钢中含碳量有很大关系，一般低碳钢振痕较深，而高碳铜振痕较浅。

当结晶器振动状况不佳，钢液面剧烈波动或保护渣选择不当时，会使振痕加深；并可能在振痕处潜伏横裂纹、夹渣和针孔等缺陷。

为了减少振痕深度，现在连铸机多采用小振幅、高振频的振动模式，同时减少结晶器液面波动和采用粘度较大的保护渣。

表面凹陷：1纵向凹陷

在板坯表面形成的纵向凹陷，它们可能延伸到整个铸坯长度，如果它们被中断，则在侧面位移点上再次开始，其深度可达40-50mm。

在方坯角部附近，平行于角部，有连续的或断续的纵向凹陷，其纵向凹陷通常是由于菱形变形所引起的。

是纵向裂纹的预裂口，通常伴生纵向裂纹，严重的会导致漏钢。

这种表面凹陷主要是由于结晶器壁的不良形状造成铸坯在结晶器中冷却不均匀。

在实际生产中常见的导致因素有：菱形变形伴生的缺陷；结晶器与二次冷却装置对弧不准；二次冷却局部过冷(特别是二次冷却装置的上部)；拉矫辊上有金属异物粘附等。

由此造成坯壳不均匀增长，在结晶器出口处，坯壳厚度差达10-15mm，这种不均匀的坯壳厚度，使之产生横向应力，从而出现纵向凹陷。

在浇铸过程中发现有连续的纵向凹陷，首先应观察铸坯有无菱形变形。再检查二次冷却装置喷嘴(特别是二次冷却区上部)是否脱落，喷嘴是否离铸坯的距离太近等。

如果纵向凹陷是有规律的断续的则要检查拉矫辊上是否有冷钢。通常只要保证结晶器均匀冷却和结晶器出口处的均匀喷水冷却，就可预防这种表面纵向凹陷。

表面凹陷：2表面横向凹陷

窄的横向凹陷与浇注方向垂直，它们通常在有规则的间隔内发生，这些横向凹陷往往伴随着结疤和纵向裂纹发生。

凝壳与结晶器接触不良和摩擦阻力是产生横向凹陷的原因，在浇注过程中钢液过冷，靠液面处坯壳收缩离开结晶器壁，随后钢水又流入间隙后形成的。另外，操作中由于结晶器液面波动太大，保护渣渣壳随钢液卷入间隙中也形成这类表面横向凹陷。

局部的横向凹陷是由于操作不当所引起，连续的横向凹陷则与保护渣性状有关。

采用合适的结晶器保护渣来减少结晶器壁的冷却速度，降低结晶器出口处的冷却强度，适当提高拉速、保持正常而稳定的结晶器液面高度是预防这类缺陷产生的一些办法。

表面凹陷：3板坯窄面凹陷

窄面凹陷是窄面向里鼓肚，通常发生在结晶器中，或发生在结晶器下面。

造成这类缺陷主要是结晶器锥度太大，在结晶器下面的足辊区或第一个扇形段(0段)的窄面冷却太急。需要在维修时适当减少结晶器锥度，减缓足辊区或第一扇形段(0段)的冷却强度，就能有效防止窄面凹陷。

重皮

重皮缺陷在铸坯表面像叠加搭桥，以波形出现。重皮通常发生在铸坯中间，但也有发生在靠近边缘处的。

重皮缺陷通常与渣夹杂物一起产生，可达4—5mm深，严重的重皮叠层可在有明显波形的红热板坯上检测到。

重皮缺陷发生在结晶器中，由于浸入式水口深入钢液的深度不够，浸入式水口有缺陷，向结晶器供气大多，中间罐滑动水口开闭太急，都会造成结晶器液面产生不规则的剧烈波动，从而出现严重缺陷，因此，要特别注意浸入式水口的外形好坏、浸入深度和操作稳定性，以防止重皮缺陷产生。

结疤

在紧靠角部或窄面处，坯壳产生破裂，渗漏钢液，在铸坯表面形成结疤，这种缺陷总是与纵向裂纹相连。

在比较严重的情况下，铸坯可能在出结晶器后再次裂开。

产生这类缺陷的主要原因是铸坯窄面冷却不充分，或是结晶器锥度不合适，或是保护渣性能不良，影响冷却效果，或者是结晶器液面波动过大等原因造成的。

采用正确的结晶器锥度和成分合格、性能良好的保护渣，并采用结晶器液面自动控制，保持稳定的结晶器液面，有利于预防结疤缺陷的产生。

表面增碳和偏析

通常连铸坯表面和皮下区的化学成分是很均匀的，但有时也可能发现轻微的负偏析。另外，铸坯表面增碳也是一种偏析。

浇注用保护渣时，一般保护渣内含碳量为3—5％。其中大部分在熔化时已消耗掉，而少量残留的碳聚集在液态渣上面的界面内，形成富碳层，使接近弯月面处的固态渣固有碳的富集。当液面上升时，钢水与富碳

保护渣含碳量大于6％时，增碳现象更为严重。表面增碳层的厚度约为1—2mm。表面增碳对不锈钢非常有害，损害其耐腐蚀性能。

另一种表面偏析现象是在振痕底部富集合金元素如Si、Mn、Ni、Mo等。其含量多少及深度随负滑脱时间增加而加重，即随振痕深度加深而增加。

上述偏析和增碳可以用高频率小振幅的振动模式和保证结晶器液面稳定等措施来减轻。

连铸坯的表面质量及其控制

连铸坯表面质量的好坏决定了铸坯在热加工之前是否需要精整，也是影响金属收得率和成本的重要因素，还是铸坯热送和直接轧制的前提条件。

连铸坯表面缺陷形成的原因较为复杂，但总体来讲，主要是受结晶器内钢液凝固过程所控制。

铸坯的内部质量是指铸坯是否具有正确的凝固结构、偏析程度、内部裂纹、夹杂物含量及分布状况等。

凝固结构是铸坯的低倍组织，即钢液凝固过程中形成等轴晶和柱状晶的比例。铸坯的内部质量与二冷区的冷却及支撑系统密切相关。

液面波动小于5mm，防止卷渣和弯月面破裂

保护渣选择依钢种不同，采用不同的保护渣，开浇渣

提高钢纯净度的措施：

1、无渣出钢

2、选择合适的精炼处理方式

3、采用无氧化浇注技术

4、充分发挥中间罐冶金净化器的作用

5、选用优质耐火材料

6、充分发挥结晶器的作用

7、采用电磁搅拌技术，控制注流运动

包晶钢成分控制

包晶钢 C 0.12～0.17％，最易裂；

Mn/Si>3，可得脱氧产物；

Mn/S>40，减少S的有害作用生成MnS；

S<0.025％，S+P<0.05%，防裂纹；

钢中As、Pb、Sn等总量<0.01％；钢中酸溶Al 0.01～0.02％，完全脱氧；

连铸坯的内部质量及其控制

拉速控制

应力控制

1.拉坯应力

2.鼓肚应力

3.变形应力

4.热应力

5.组织应力（相变应力）

6.矫直应力

7.连铸过程中的脆性曲线

8.零强度温度和零韧性温度

铸坯的的内部裂纹

板坯内部裂纹包括从皮下到接近铸坯中心的裂纹，这些裂纹在凝固过程产生，也叫凝固裂纹。

按其产生的原因有热应力裂纹、弯曲矫直裂纹、菱形变形造成的角部裂纹、压力裂纹，鼓肚裂纹等。

凝固裂纹发生在1200℃以上的高温脆化区，即在固液两相区范围内；

当凝固界面上有拉伸应力作用时，引起一次树枝晶或等轴晶的晶界开裂，随之浓化的钢水填充到这些开裂的缝隙中。因此这种裂纹都伴有偏析存在。

在铸坯断面硫印图上显示出浓厚的偏析线，从此意义上，内部裂纹也可称做“偏析条纹”。

这种宏观偏析不能通过热加工消除，在最终产品中会遗留条纹状缺陷，对机械性能，尤其是横向性能有影

1、减少铸坯内部裂纹的措施

（1）采用压缩浇铸技术，或者应用多点矫直技术

（2）二冷区采用合适夹辊辊距，支撑辊准确对弧

（3）二冷水分配适当，保持铸坯表面温度均匀

（4）取合适的拉辊压下量，最好采用液压控制机构

2、夹杂物的控制

从炼钢→精炼→连铸生产洁净钢，主要控制对策是：

(1) 控制炼钢炉下渣量

挡渣法（偏心炉底出钢、气动法、挡渣球）；

扒渣法：目标是钢包渣层厚<50mm，下渣2kg/t。

(2) 钢包渣氧化性控制

出钢渣中高（FeO+MnO）是渣子氧势量度。

（FeO+MnO）↑板坯T[O]↑

(3)钢包精炼渣成分控制

不管采用何种精炼方法（如RH、LF、VD），合理搅拌强度和合理精炼渣组成是获得洁净钢水的基础合适的钢包渣成分:

CaO/ Al2O3＝1.5～1.8，CaO/ SiO2=8～13，（FeO+MnO）<5％。

高碱度、低熔点、低氧化铁、富CaO钙铝酸盐的精炼渣，能有效吸收大颗粒夹杂物，降低总氧。

(4)保护浇注

?钢水保护是防止钢水再污染生产洁净钢重要操作。

?保护浇注好坏判断指标：

－Δ[N]=[N]钢包-[N]中包

－Δ[Al]S=[Al]钢包-[Al]中包

?保护方法：

－中包密封充Ar

－钢包→中间包长水口；Δ[N]＝1.5ppm甚至为零

－中间包→结晶器浸入式水口

(5)中间包控流装置

●中间包不是简单的过渡容器，而是一个冶金反应容器，作为钢水进入结晶器之前进一步

净化钢水

●中间包促进夹杂物上浮其方法：

1）增加钢水在中间包平均停留时间t：

t＝w/（a×b×ρ×v）

中间包向大容量深熔池方向发展。

2）改变钢水在中间包流动路径和方向，促进

夹杂物上浮。

（6）中间包覆盖剂

中间包是钢水去除夹杂物理想场所。钢水面上覆盖剂要有效吸收夹杂物。

●碳化稻壳；

●中性渣：（CaO/SiO2=0.9～1.0）；

●碱性渣：（CaO+MgO/SiO2≥3）；

●双层渣。

渣中（SiO2）增加，钢水中T[O]增加。生产洁净钢应用碱性复盖剂。

（7）碱性包衬

钢水与中间包长期接触，钢水与包衬的热力学性能必须是稳定的，这是生产洁净钢的一个重要条件。

包衬材质中SiO2增加，铸坯中总氧T[O]是增加，因此生产洁净钢应用碱性包衬。

对低碳Al -K钢，中间包衬用Mg-Ca质涂料（Al2O3→0），包衬反应层中Al2O3可达21％，说明能有效吸

(8)钢种微细夹杂物去除

●大颗粒夹杂（>50μm）去除，采用中间包控流技术；

●小颗粒夹杂（<50μm）去除：

－中间包钙质过滤器

－中间包电磁旋转

(9)防止浇注过程下渣和卷渣

—加入示踪剂追踪铸坯中夹杂物来源；

—结晶器渣中示踪剂变化；

—铸坯中夹杂物来源，初步估算外来夹杂物占41.6%，二次氧化占 39%，脱氧产物为20%

(10)防止Ar气泡吸附夹杂物

对Al－K钢，采用浸入式水口吹Ar防止水口堵塞，但吹Ar会造成水口堵塞物破碎进入铸坯，大颗粒Al2O3轧制延伸会形成表面成条状缺陷

<1mm Ar气泡上浮困难,它是Al2O3和渣粒的聚合地，当气泡尺寸>200μm易在冷轧板表面形成条状缺陷。

为解决水口堵塞问题，可采用：

－钙处理改善钢水可浇性

－钙质水口

－无C质水口

目前还是广泛采用吹Ar来防止堵塞。生产洁净钢总的原则是：钢水进入结晶器之前尽可能排除Al2O3。

3、连铸坯形状缺陷及控制

1）鼓肚变形

带液心的铸坯在运行过程中，于两支撑辊之间，高温坯壳中钢液静压力作用下，发生鼓胀成凸面的现象，称之为鼓肚变形。板坯宽面中心凸起的厚度与边缘厚度之差叫鼓肚量，用以衡量铸坯彭肚变形程度。减少鼓肚应采取措施：

◆降低连铸机的高度

◆二冷区采用小辊距密排列；铸机从上到下

辊距应由密到疏布置；

◆支撑辊要严格对中

◆加大二冷区冷却强度。

◆防止支撑辊的变形，板坯的支撑辊最好选

用多节辊。

2）菱形变形

菱形变形也叫脱方。是大、小方坯的缺陷。是指铸坯的一对角小于90°，另一对角大于90°；两对角线长度之差称为脱方量。

应对菱变的措施：

◆选用合适锥度的结晶器

◆结晶器最好用软水冷却

◆保持结晶器内腔正方形，以使凝固坯壳为

规规正正的形状

◆结晶器以下的600mm距离要严格对弧；并确保二冷区的均匀冷却。

◆控制好钢液成分。

3）圆铸坯变形

圆坯变形成椭圆形或不规则多边形。圆坯直径越大，变成随圆的倾向越严重。形成椭圆变形的原因有： 1）圆形结晶器内腔变形；

2）二冷区冷却不均匀；

3）连铸机下部对弧不准；

4）拉矫辊的夹紧力调整不当，过分压下。

中间包冶金的最新技术

◆ H型中间包

◆离心流中间包

◆中间包吹氩

◆去夹杂的陶瓷过滤器

◆电磁流控制

（一）中间包钢液温度测定

1、中间包钢液温度的点测

用快速测温头及数字显示二次仪测量温度。

2、中间包钢液温度的连续测定

铸机台数和轧机能力的关系、加热炉的配置

直送保温辊道及边角复热器

缓冷保温坑

加热炉的分工

热履历及其影响

相变的影响。A→P+F，P+F→A

第二相析出的影响AlN，Nb（CN），Ti（CN），V（CN）

第五节薄板坏连铸连轧的思路

减小细化铸造组织可以减少压缩比，省略粗轧机组

断面减小可以利用高拉速保证产量

连铸—连轧可以改变热应力，改变成品性能，生产新钢种 缩短工艺流程可以生产更薄产品，以热代冷

第三章：薄板坯连铸连轧工艺

典型的薄板坯连铸连轧工艺流程由炼钢(电炉或转炉)—炉外精炼—薄板坯连铸—连铸坯加热—热连轧等五个单元工序组成。

连铸－连轧可有两种主要形式：

?连铸－热装轧制（CC-HCR）

?连铸－直接轧制（CC-DR）

连铸－连轧技术的优点：

?大幅度的节约能源，能耗降低85％左右

?进一步提高成材率，减少烧损和切损

?提高钢材表面质量

?减少钢坯加热及运输等各项设备，使生产流程简化

薄板坏连铸连轧的思路：

?减小细化铸造组织可以减少压缩比，省略粗轧机组

?断面减小可以利用高拉速保证产量

?连铸—连轧可以改变热应力，改变成品性能，生产新钢种

?缩短工艺流程可以生产更薄产品，以热代冷

典型的薄板坯连铸连轧工艺

? ASP 工艺

? 1 CSP 工艺

? 2 ISP 工艺

? 3 FTSRQ 工艺

? 4 CONROLL 工艺

? 5 QSP 工艺

? 6 TSP 工艺

? 7 CPR 工艺

传统热连轧生产线

采用传统的工艺流程布局，即建设大的板坯库作为连铸工序与连轧工序之间的缓冲区，使用200mm以上厚度的连铸坯，按照传统模式组织生产。代表工程如：鞍钢1780，宝钢2050，武钢2250。

连铸连轧生产线

采用连铸－连轧工艺，简称CC-CR（Continuous Casting-Continuous Rolling）是一种热轧前铸坯无相变的生产工艺，通过铸坯在高温下直接装炉轧制或直接轧制，实现从炼钢、连铸到轧钢有节奏的均衡连续化生产。

ASP

中薄板坯连铸连轧生产（Angang Strip Production 简称ASP），实现CC-CR的工艺目标。采用厚度为100mm 、135mm、150mm、170mm近终断面铸坯；开发多机多流合流直装的铸机、轧机连接专利技术；应用步进式加热炉作为连接缓冲,实现全部直接热装的CC-CR技术。目前世界上采用该工艺的中薄板坯连铸连轧生产线有3条，分别为鞍钢ASP1700，鞍钢ASP2150，济钢ASP1700。

ASP工艺最显著特点就是，连铸连轧生产线为短流程布置，采用介于薄板坯与常规轧机板坯之间的中等厚度板坯，实现中等厚度板坯连铸与常规轧制直接相连的技术集成，它集常规轧制和CSP薄板坯连铸连轧的优点，一方面具有铸坯直轧与直接热装、高效节能的突出特点，同时又具有生产组织灵活，产品覆盖面广的特点。具有短流程、节能低耗、生产组织灵活、产能大、投资少等诸多优点。

1、CSP工艺技术(Compact Strip Production)

CSP工艺也称紧凑式热带生产工艺。CSP生产工艺流程一般为：电炉或转炉炼钢→钢包精炼炉→薄板坯连铸机→剪切机→辊底式隧道加热炉→粗轧机(或没有)→均热炉(或没有)→事故剪→高压水除鳞机→小立辊轧机(或没有)→精轧机→输出辊道和层流冷却→卷取机。

CSP特点

①漏斗式结晶器和偏水口

②二冷区头段的液芯轻压下，由60～70→40～50

③隧道式加热炉

④6～7架精轧机组及控轧控冷的应用

⑤无头或半无头轧制

a.产量高

b.成材率高

c.辊耗低；

d.轧制稳定性高

e.生产以热代冷产品；

CSP的工艺技术特征

?该工艺连铸机采用漏斗型结晶器 ,铸出厚度为 50mm 的连铸坯 , 经加热炉后直接送入精轧机组 , 轧成规定厚度的带卷。CSP 工艺生产稳定 ,运行可靠 ,产品质量好。

?其工艺流程:薄板坯连铸机→均热→剪切机→除鳞机→精轧机组→层流冷却→地下卷取机。

?与传统工艺相比,CSP 生产线的总压缩比和各道次的压下量有较大的不同,从而导致轧制力、摩擦状态和内部组织的显著差异。

ISP工艺技术(Inline Strip Production)

? ISP工艺也称在线热带钢生产工艺。ISP生产线的工艺流程一般为：电炉或转炉炼钢→钢包精炼→连铸机→大压下量初轧机→剪切机→感应加热炉→克日莫那炉→热卷箱→高压水除鳞机→精轧机→输出辊道和层流冷却→卷取机。

ISP特点

①平行板式结晶器及落水口

②液芯铸轧60→40

③三机架大压下40→15

④感应加热器和热卷箱

⑤四机架精轧及控冷

⑥生产线短