连铸坯质量

侧固液相界面捕捉，在内弧侧距表
面约10mm处，有一夹杂物集聚带。 大型夹杂物多集中于内弧侧
1/5~1/4厚度处。
直结晶器+2~3m垂直段：注流冲击 是对称的，液相内夹杂物得到上浮， 同时夹杂物分布也比较均匀。见右 图和下页图
1 弧形连铸机 2 直结晶器的弧形连铸机 3 立式连铸机
连铸机机型对大型夹杂物的影响
30 30
CaO- SiO2-Al2O3
Al2O3 ，Al2O3〃SiO2 Al2O3-MnO-CaO，Al2O3
⑵ 如何分析夹杂物对产品质量的影响
应从以下几个方面着手分析： ①夹杂物的形态和组成。塑性夹杂和球形不变形夹杂对钢性能的影响 不同，沿轧制方向伸长的塑性夹杂使钢横向力学性能恶化。MnS夹杂 能变形,FeO和MnO夹杂能稍变形,SiO2 和Al2O3 夹杂不变形。FeS、 FeO熔点低使钢产生热脆，MnS熔点高改善钢的热脆。 ②夹杂物的大小和聚集状态。夹杂物会使钢材产生分层，夹杂物越大， 影响越大。但即使存在着小的夹杂物聚集，也可能使钢材分层。
③ 预防及消除方法： — 结晶器铜板表面最好镀铬或 镀镍，减少铜的渗透； — 适当控制钢中残余元素，如 ω[Cu] ＜0.20%； — 降低钢中硫含量，并控制合 适的[Mn]/[S]比大于40； — 控制钢中Al、N含量，选择合 适的二冷制度。
⑸ 皮下气泡与气孔
① 缺陷特征：在铸坯皮下存在的直径约1mm,长约10mm,沿柱状晶生 长方向分布的气泡称为皮下气泡。若裸露于铸坯表面的气泡称为表面气 泡；小而密集的小孔叫皮下针孔。
①连铸时钢液凝固速度快，夹杂物集聚长大机会少→尺寸较小，不易从 钢液中上浮。
②连铸过程中多了中间包装臵，钢液与大气、熔渣、耐材接触时间长易
被污染；同时在钢液进入结晶器后，在钢液流股影响下夹杂物难以从钢 液中分离。
③模铸钢锭夹杂物多集中在钢锭头部和尾部，通过切除可将夹杂物的危
害减轻，而连铸坯仅靠切头切尾难以解决问题。 因此连铸坯中夹杂物比模铸严峻。
—控制好钢的化学成分；
—采用热顶结晶器。
⑵ 方坯角部凸包
①缺陷特征：发生在方坯倒角处沿浇注方向出现的不规则凸起称为凸包。 呈连续或断续分布。 产生原因、危害及防止措施同角部纵裂
⑶ 方坯横向裂纹
① 缺陷特征：多发生在方坯内弧侧振痕波谷处的横裂纹称为横向裂
纹。裂纹长度较短，一般在5~50mm之间。金相检查表明，裂纹处 于铁素体网状区，也正好是初生奥氏体晶界。
以上。 ③以Al2O3 为主并含有SiO2 、CaS、CaO的铝酸盐。呈球状，化学
组成为CaO-Al2O3系，含SiO2少。
④硫化物如FeS、MnS等。以中心偏析和枝晶偏析，或固溶于氧化 物夹杂的各种形态存在。
└从铸坯中夹杂物类型和组成可知，它们主要由氧化物组成。
B 夹杂物来源
氧化物夹杂来自内生和外来两个方面:
拉速↑，铸坯中夹杂物↑。因为拉速↑，水口熔损加剧，钢水浸入 深度↑，夹杂物难以上浮。
浇注温度对铸坯内部质量的影响
弧形连铸机：
mm /个· -2
1-低温浇注
2-高温浇注 立弯式连铸机： 3-低温浇注 4-高温浇注
内弧
离内弧距离/mm
中心
连铸坯内夹杂物分布图
⑶ 耐火材料质量对铸坯中夹杂物的影响 连铸过程中，钢液中元素会与耐火材料中氧化物发生反应
平均报废不到1个易拉罐。…….
夹杂物组成、尺寸对最终产品的影响
产品 缺陷类型 夹杂物尺寸 /um 组 成 CaO〃Al2O3 CaO〃Al2O3,，Al2O3群 MnO- SiO2-Al2O3
深冲镀锡板
电阻焊管
凸缘裂纹
超声波探伤缺陷
50
150
冷轧薄板
轮胎钢丝 弹簧钢丝
冲压缺陷
冷拔断裂 冷拔断裂
250
2、夹杂物的类型和来源 A 夹渣物类型
铸坯中常见夹渣物类型有四种：
①Al2O3单体。在低碳铝镇静钢中有两种分布模式，一种呈悬浮状，
尺寸小于100 um；另一种呈簇状，尺寸100～300um。 ②以SiO2为主并含有Al2O3、MnO、CaO的硅酸盐。呈球状，化学
组成为CaO-Al2O3-SiO2 系或Al2O3-MnO-SiO2 系，尺寸在100um
第五章 连铸坯质量
连铸坯质量是指合格产品所允许的铸坯缺陷程度。它决定着最终产品的质量。
连铸坯质量应从以下几个方面评价： ⑴ 连铸坯纯净度 — 指钢中夹杂物的含量、形态和分布。这主要取决于进入结 晶器之前的钢水是否“干净”。因此应选择合适的精炼方式，并采用全程保护 浇注，尽可能降低钢中夹杂物含量。 ⑵连铸坯表面质量 — 指连铸坯表面是否存在裂纹、夹渣及皮下气泡等缺陷。这 些表面缺陷主要是在结晶器内坯壳形成生长中产生的，与浇注温度、拉坯速度、 保护渣性能、浸入式水口参数、结晶器振动及结晶器液面稳定性等有关。 ⑶连铸坯内部质量 — 指连铸坯内部是否具有正确的凝固结构，等轴晶与柱状晶
—确定合适的结晶器倒角和倒锥度，
适；
—铸速、铸温不合理； —结晶器冷却不合理；
—确定合理的拉速和铸温并匹配；
—结晶器与足辊、零段对弧对中良 好；
—结晶器与足辊、零段对中不好；
—钢的化学成分在裂纹敏感区。 危害：导致钢材产生裂纹缺陷甚至
—结晶器液面稳定;
安装要对中；
—浸入式水口参数、插入深度合适，
报废。
5 提高连铸坯纯净度的措施
提高钢的纯净度需加强三稳定(温度、拉速、液面)操作,在钢水进入结晶 器前尽量减少污染,并最大限度促进夹杂物从钢水中排出。为此应采取 以下措施： ① 挡渣出钢，并加入钢包覆盖剂或改质剂保温和防止钢水二次氧化； ② 选择合适的精炼方式净化钢水，改变夹杂物形态； ③ 采用全程保护浇注技术； ④ 充分发挥中间包冶金的作用； ⑤ 连铸系统采用优质耐火材料；
3 夹杂物与产品质量的关系
⑴ 夹杂物对产品质量的影响 ①夹杂物的存在破坏了钢基体的连续性，使钢的力学性能↓。 ②凡是存在大于50um大型夹杂物的部位几乎都伴有裂纹。 ③夹杂会使板材产生分层、发纹等缺陷。 ④夹杂细小，呈球形弥散分布，对钢质量影响要小一些；如夹杂物颗
粒大，呈偶然性分布，即使数量少，对钢的危害也很大。
③ 预防及消除方法：
— 采用高频率小振幅的振动方 式，减小振痕深度。
— 采用合理的二冷制度，避免
在脆性温度区矫直。 — 采用性能良好的MD保护渣； 保持MD液面稳定。 — 应用多点矫直、连续矫直或 压缩浇注等技术。 — 降低钢中S、O、N等元素含 量，或加入适量Ti、Zr、Ca等 元素，抑制碳化物、氮化物、硫 化物沿晶界析出。
⑵ 连铸操作对铸坯中夹杂物的影响 a 正常操作和异常操作 正常操作：浇注过程稳定，铸坯中夹杂多少，主要由钢水纯净度决 定。 非正常操作：浇注初期、浇注末期和多炉连浇的换包期间，铸坯中 夹杂物往往有所增加。 b 注温和拉速 中间包温度低时，夹杂物指数升高，这是因为温低，钢液黏度增加，
夹杂物不易上浮的缘故。
③夹杂物的存在部位和数量。表面夹杂对钢材质量影响大。
④夹杂对各类轧材性能的影响。夹杂对条钢、棒材影响小；对钢帘线、 无缝钢管、深冲钢等影响大。
4 影响连铸坯纯净度的因素
铸机机型对铸坯内部夹杂物的数量 弧形连铸机：注流对坯壳的冲击是 不对称的，上浮的夹杂物易被内弧 Lcs 和分布有着重要影响。 Lcc 立弯式连铸机 弧形连铸机 液相穴内夹杂物上浮示意图 LCS—垂直段临界高度 LCC—弧形结晶器直线临界高度 ⑴ 机型对铸坯中夹杂物的影响
4 宽面纵向裂纹 5 星状裂纹 6 振痕 7 气孔 8 大型夹杂物
振痕和凹陷
裂纹形成的根本原因： ①取决于连铸坯形成过程中坯壳与液固界面的受力状况，是裂纹形成 的外因。 ②取决于钢在高温下的机械性能，是裂纹形成的内因。 钢在高温下的脆化理论： 研究表明,碳钢从凝固温度冷却到600℃,有三个延展性很差的脆性区。 ①高温脆性区：在凝固温度附近。其延展性下降的原因是：在已凝固 的树枝晶之间有液膜存在，这些液膜含P、S等偏析元素，强度、塑 性几乎为零，当坯壳受到外力作用时，沿晶界裂开形成裂纹。连铸坯 表面裂纹和各种内部裂纹大都在此脆性区发生。
⑷ 方坯星状裂纹（又称网状裂纹）
①缺陷特征：是发生在晶间的细小裂纹，呈星状或网状，深度一般在
5mm以下。通常被氧化铁皮覆盖，经酸洗或喷丸处理后才可显露出来。
② 产生原因及危害： — 高温坯壳与结晶器铜壁摩 擦时，铜渗透于铸坯表面层晶 界，降低了晶界的高温强度而 产生的星状裂纹； —有AlN、BN或硫化物在晶 界析出，降低了晶界的结合力， 引起晶界脆化而出现裂纹； 危害：严重时导致方坯报废。
2[Mn] ＋(SiO2) =2(MnO) ＋ [Si]， 4[Al] ＋3(SiO2)=2(Al2O3)＋3[Si]
— 所生成的MnO可在耐火材料表面形成MnO〃SiO2低熔点渣层，随
后进入钢液，当其不能上浮时就留在铸坯中。
—所生成的Al2O3可与MnO和SiO2结合生成硅酸盐夹杂物。
所以钢包、中间包、浸入式水口材质的选择非常重要
A 方坯表面缺陷
⑴ 方坯角部纵裂纹
① 缺陷特征：发生在方坯倒角处沿浇注方向出现的裂纹。
② 产生原因及危害： — 方坯菱变率大； — 结晶器倒角半径过大、倒锥度过 小，使角部冷却不均； — 结晶器磨损变形严重； —结晶器保护渣性能或消耗量不合
③ 预防及消除方法： 使方坯角部冷却均匀； —根据结晶器磨损量确定合理的结 晶器更换周期； — 选择合适的结晶器保护渣；
⑥ 充分发挥结晶器钢水净化器和铸坯表面质量控制器等的冶金作用。
浸入式水口参数合理、用性能良好的保护渣；采用结晶器液位自动控制 装臵;采用空心整体塞棒吹氩。
⑦ 采用结晶器电磁搅拌或电磁制动技术(E—MBR)。
二 连铸坯表面质量
连铸坯表面质量与钢
液 在 MD 内 的 凝 固 密 切相关。控制铸坯表 面 质 量 就 是 控 制 MD 中坯壳的形成问题。 其好坏决定了铸坯在 热加工前是否需要精 整，是否热送热装， 是影响金属收得率和 成本的重要因素。 1 角部横向裂纹 铸坯表面缺陷示意图 2 角部纵向裂纹 3 表面横向裂纹