连铸坯质量控制与缺陷控制
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63/52 87.7/64.3
T[O]/ppm 头坯/正常
坯 66.8/26.2
70/34
46.9/32.8
MA/mg·(10kg )-1
头坯/正常坯
MI 头坯/正常坯
5.0/1.7
173.8/24.6(p pm)
32/3.80
12.9/8.2(个 /mm2)
23/1.07
-
25/10
16.7/8.2(个 /mm2)
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 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。
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。
长水口+破渣器插入钢水 下开浇，坯子长5m即可 做镀Sn板。
不同开浇方式下沿板坯长度上的质量指数变化
中间包操作
开浇头坯
厂名 铸坯尺寸 /mm
甲 230×1300
乙 70×1350
丙 250×1050 丁 150×150
钢种
IF SPHD 硅钢 45#
[N]/ppm 头坯/正常
坯 51.5/21
61/48
连铸坯（圆坯）质量控制
蔡开科 秦 哲 孙彦辉
北京科技大学冶金与生态工程学院 2009.12
目录
1.连铸坯质量概念 2.连铸坯（圆坯）凝固特点 3.圆坯洁净度控制 4.圆坯表面纵裂纹控制 5.圆坯内部质量控制 6.圆坯形状缺陷控制 7.结语
1.连铸坯质量概念
连铸坯质量概念：
◆ 铸坯洁净度（夹杂物数量、类型、尺寸、 分布）
CaO- Al2O3 -X 二次氧化物 Al-K钢： Al2O3 Si -Al-K钢：
SiO2·MnO·Al2O3 （ SiO2+MnO ＞60%） 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
脱氧产物与二次氧化夹杂物比较
项目
脱氧产物
二次氧化产物
1 来源
内生夹杂物
外来夹杂物
8-9
液渣层厚度，mm
9-10
加示踪剂示意图
3) 结晶器保护渣示踪元素变化
(a)
(b)
结晶器保护渣中CeO和SrO变化
渣中Ce2O、SrO升高，说明钢包渣中包渣下降结晶器渣中。
4) 铸坯中夹杂物
从铸坯中探针分析100个夹杂物，夹杂物含有示踪
元素 Ce2O：0.14%，SrO：0.156%，ZrO2： 0.25%，La2O3：0.41%，Na2O+K2O：1.64%。 粗略计算指出铸坯中夹杂物各自贡献：
弯月面下＞110mm后热流突然降低，平 均为1.5MW/m2
说明坯壳收缩形成气隙而热流降低，圆坯 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。
（3）拉速要高些
圆坯直径等于方坯边长，则圆坯比表面积仅 是方坯的75~80%，在相同的工艺条件下， 拉速可适当提高些。
例如：如Φ330mm的圆坯拉速为0.95m/min，
外来夹杂物(下渣+卷渣)： 41%
二次氧化：
39%
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
关键操作。
5) 提高铸坯洁净度措施
钢包自开率
钢包水口开启方式与钢中T[O]关系
钢包自开比烧氧打开钢中T[O]要低10~15ppm 。
长水口操作
无长水口：坯子开浇后 15m长不能做镀Sn板。 长水口：在钢液面开浇， 坯子10m长不能做镀Sn 板。
直接轧制工艺：直接轧制比铸坯冷装加热轧制节能 80~85％，大大缩短生产周期。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 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1~3 N/mm2，临界塑性应变为 0.2~0.4%。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，在铸坯固/液界面就产生裂纹,直到凝固壳能抵抗外 力为止。
尾坯/正常坯 8.2/1.70 11.4/3.8
38.4/1.07 15/10
MI 尾坯/正常坯
47/24.6(ppm) 9.74/8.2(个
/mm2) 8.2/8.28(个 /mm2)
由以上三个表可以看出：头坯、连浇坯、尾 坯中的T[O]、[N]、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 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 的稳定性是非常重要的。
方坯：结晶器热流40~50cal/cm2·s（1.67~2.08MW/m2） 圆坯：结晶器热流50~60cal/cm2·s （2.08~2.5MW/m2）
同样条件下，圆坯热流比方坯高20~25%
Φ178mm圆坯结晶器热流分布
由热流分布图可知：
弯月面下50mm热流很低
弯月面下70~110mm热流升高达到 2~4MW/m2
T[O]/ppm 连浇坯/正常坯
23/18 53/34
46.8/32.7
MA/mg·(10kg) -1
连浇坯/正常坯
MI/个.mm-2 连浇坯/正常坯
2.29/1.70 46.2/24.6(ppm)
6.4/3.8 4.8/1.07
8.2/10.7(个 /mm2)
-
15/10
8.5/8.2(个/mm2)
钢水在结晶器形成初生坯壳 在二冷区接受喷水冷却，使坯壳稳定生长 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） ： Ⅰ:20,Ⅱ:25,Ⅲ:27～30
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 铸坯质量。如电磁搅拌（EMS）可以安在 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。
第一：转炉降低终点[O]溶，这是产生夹杂物的源头； 第二：精炼要促使原生的脱氧产物大量上浮； 第三：连铸要减轻或杜绝钢水二次氧化，防止生成新的 夹杂物； 第四：再污染，浇注过程要防止经炉外精炼的“干净” 钢水受外来夹渣再污染。
热应力应变
铸坯的洁净度 夹杂物的上浮
•铸坯表面缺陷 表面纵裂纹 表面横裂纹 表面夹渣 皮下气泡 角部裂纹
•铸坯内部缺陷 偏析 铸坯内裂纹 疏松
机械应力应变
•铸坯形状缺陷 聚变 鼓肚
连铸质量控制方 法
传输现象与应力应变行为对铸坯质量的影响
2.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 传递过程
（4）在连铸机内运行的已凝固坯壳的冷 却可看成是经历“形变热处理”过程
带液芯坯壳在连铸机运行 过程中，坯壳承受：
外力作用（如拉应力、 机械力、鼓肚力…） 使坯壳发生变形
坯壳温度变化，发生 了δ→γ→α的反复相 变，相当于“热处 理”，影响铸坯质量
奥氏体晶界第二相质 点AlN、Nb（CN） 析出
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 了很长的液相穴（10~20几米），在液相 穴长度上布置了三个冷却区：
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
二次冷却区：喷水加速铸坯内部热量的传递， 使其完全凝固
三次冷却区：铸坯向空气中辐射传热使铸坯温 度均匀化
尾坯
厂名 铸坯尺寸 /mm
甲 230×1300 乙 70×1350
丙 250×1050 丁 150×150
钢种
IF SPHD 硅钢 45#
[N]/ppm 尾坯/正常
坯 26/21
-
62/52 37/32
T[O]/ppm 尾坯/正常
坯 34/18 53/34
-/32 54/64.3
MA/mg·(10kg )-1
(3)防止结晶器卷渣 结晶器液面控制(<±3mm)； 结晶器钢水流动的稳定性(SEN设计)； 合适的保护渣
(4)提高非稳态浇注的操作水平 加强结晶器液面波动的监控； 加强浇注过程中包钢水重量和中间包恒重浇注的监
控；
加强长水口、SEN保护浇注的效果监控； 坚强管理、提高操作水平。
总之，在炼钢-精炼-连铸工艺流程生产洁净 钢要控制好四点：
钢水从液态转变 为固体放出热量：
钢水→固体+Q
放出热量包括：
过热 凝固潜热 物理显热
连铸凝固过程示意图
以20钢为例，钢水凝固冷却到室温放出热量是：
过热 25.2 kJ/kg 潜热 328 kJ/kg 显热 958 kJ/kg 总热量中大约1/3从液体→固体放出，其余
2/3是完全凝固后放出的
成
Si-K钢MnO·SiO2
组成复杂，是多种氧化物复合夹杂物
5
冷却速度
冷却速度越快，生成夹杂物 越细小
影响不大
6 钢中分布
细小弥散分布
偶然性分布
7 危害程度
较小
较大
2) 铸坯夹杂物来源
采用示踪试验，追踪铸坯中夹杂来源
3.5
3.0
纵裂纹缺陷率，%
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0 ≤6
6-7
7-8
注：MA大型夹杂物；MI微观夹杂物；正常坯是拉速稳定时的铸坯取样。
连浇坯
厂名 铸坯尺寸 /mm
甲 230×1300 乙 70×1350
钢种
IF SPHD
[N]/ppm 连浇坯/正常
坯
23/21
-
丙 250×1050 硅钢 丁 150×150 45#
59/52 72.9/64.3
注：MA大型夹杂物；MI微观夹杂物
以20钢为例，经过钢水凝固热平衡计算，得出以下 概念：
1） 钢水从结晶器→二冷区→辐射区大约有40%热量 放出来，铸坯才能完全凝固。这部分热量放出的速度 决定连铸机生产率和铸坯质量； 2） 铸坯切割后大约还有60%热量放出来，为了利用 这部分热量，以节约能源，成功开发了：
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500℃热装入炉节能0.25×106 kJ/t， 800℃热装，节能为0.514×106 kJ/t；
300×330mm方坯拉速为0.75m/min。
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 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。
（5）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；
最小的圆周表面温度回升和热循环，消除热应 力；
矫直时圆坯温度应大于950℃（钢种）； 非稳定浇注时，保持合适的冷却速度。
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
坯体质量水平的关键，为此：
(1)防止二次氧化 保护浇注(∆[N]<3ppm)； 碱性包衬； 碱性覆盖剂； 中间包密封充Ar。
(2)防止浇注过程下渣 出钢挡渣操作； 钢包→中间包下渣（如AMEPA系统下渣探测器）； 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 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。
（6）圆坯内弧区有夹杂物聚集带，造成径向 30mm处有夹杂物峰值（Φ177mm）
177mm圆坯中上侧和下侧铸坯中夹杂物
Leabharlann Baidu
（7）圆坯中心疏松比方坯、板坯更为严重些
3.圆坯洁净度控制
1) 铸坯夹杂物分类
脱氧产物 Si-K钢：MnO·SiO2 Al-K钢：Al2O3、
Al2O3 ·MgO 钙-K钢：CaO·Al2O3 、
元素-溶解[O]-夹杂物平衡。 O2-元素-夹杂物平衡。空气中的氧可源
2 平衡氧源
如Al-K钢，Als＝0.05%,
源不断供给钢水进行氧化可把合金
相平衡氧[O]=2~3ppm
元素消耗殆尽。
3
夹杂物尺 寸
细小，一般<10μm
>30~300μm,，甚至几百微米
4
夹杂物组 组成单一，如Al-K钢，Al2O3，
在固液界面由于溶质元素富集（S、P），在树枝间 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。
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
从结晶器弯月面→凝固终点的很长的液相穴 上，铸坯凝固分为三个阶段：
◆ 铸坯表面质量（表面裂纹、夹渣、气孔） ◆ 铸坯内部质量（内部裂纹、夹杂物，中心
疏松、缩孔、偏析） ◆ 铸坯形状缺陷（鼓肚、脱方、椭圆）
从生产流程来看，控制铸坯质量战略原则：
缺陷的控制策略图
从冶金传输观点，控制铸坯质量 ：
化学方法
连
传输行为
铸
坯
凝
固
外加场
成
型
过
程
应力应变
流体流动 溶质分配 凝固 热量传递
T[O]/ppm 头坯/正常
坯 66.8/26.2
70/34
46.9/32.8
MA/mg·(10kg )-1
头坯/正常坯
MI 头坯/正常坯
5.0/1.7
173.8/24.6(p pm)
32/3.80
12.9/8.2(个 /mm2)
23/1.07
-
25/10
16.7/8.2(个 /mm2)
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 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。
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。
长水口+破渣器插入钢水 下开浇，坯子长5m即可 做镀Sn板。
不同开浇方式下沿板坯长度上的质量指数变化
中间包操作
开浇头坯
厂名 铸坯尺寸 /mm
甲 230×1300
乙 70×1350
丙 250×1050 丁 150×150
钢种
IF SPHD 硅钢 45#
[N]/ppm 头坯/正常
坯 51.5/21
61/48
连铸坯（圆坯）质量控制
蔡开科 秦 哲 孙彦辉
北京科技大学冶金与生态工程学院 2009.12
目录
1.连铸坯质量概念 2.连铸坯（圆坯）凝固特点 3.圆坯洁净度控制 4.圆坯表面纵裂纹控制 5.圆坯内部质量控制 6.圆坯形状缺陷控制 7.结语
1.连铸坯质量概念
连铸坯质量概念：
◆ 铸坯洁净度（夹杂物数量、类型、尺寸、 分布）
CaO- Al2O3 -X 二次氧化物 Al-K钢： Al2O3 Si -Al-K钢：
SiO2·MnO·Al2O3 （ SiO2+MnO ＞60%） 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
脱氧产物与二次氧化夹杂物比较
项目
脱氧产物
二次氧化产物
1 来源
内生夹杂物
外来夹杂物
8-9
液渣层厚度，mm
9-10
加示踪剂示意图
3) 结晶器保护渣示踪元素变化
(a)
(b)
结晶器保护渣中CeO和SrO变化
渣中Ce2O、SrO升高，说明钢包渣中包渣下降结晶器渣中。
4) 铸坯中夹杂物
从铸坯中探针分析100个夹杂物，夹杂物含有示踪
元素 Ce2O：0.14%，SrO：0.156%，ZrO2： 0.25%，La2O3：0.41%，Na2O+K2O：1.64%。 粗略计算指出铸坯中夹杂物各自贡献：
弯月面下＞110mm后热流突然降低，平 均为1.5MW/m2
说明坯壳收缩形成气隙而热流降低，圆坯 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。
（3）拉速要高些
圆坯直径等于方坯边长，则圆坯比表面积仅 是方坯的75~80%，在相同的工艺条件下， 拉速可适当提高些。
例如：如Φ330mm的圆坯拉速为0.95m/min，
外来夹杂物(下渣+卷渣)： 41%
二次氧化：
39%
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
关键操作。
5) 提高铸坯洁净度措施
钢包自开率
钢包水口开启方式与钢中T[O]关系
钢包自开比烧氧打开钢中T[O]要低10~15ppm 。
长水口操作
无长水口：坯子开浇后 15m长不能做镀Sn板。 长水口：在钢液面开浇， 坯子10m长不能做镀Sn 板。
直接轧制工艺：直接轧制比铸坯冷装加热轧制节能 80~85％，大大缩短生产周期。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 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1~3 N/mm2，临界塑性应变为 0.2~0.4%。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，在铸坯固/液界面就产生裂纹,直到凝固壳能抵抗外 力为止。
尾坯/正常坯 8.2/1.70 11.4/3.8
38.4/1.07 15/10
MI 尾坯/正常坯
47/24.6(ppm) 9.74/8.2(个
/mm2) 8.2/8.28(个 /mm2)
由以上三个表可以看出：头坯、连浇坯、尾 坯中的T[O]、[N]、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 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 的稳定性是非常重要的。
方坯：结晶器热流40~50cal/cm2·s（1.67~2.08MW/m2） 圆坯：结晶器热流50~60cal/cm2·s （2.08~2.5MW/m2）
同样条件下，圆坯热流比方坯高20~25%
Φ178mm圆坯结晶器热流分布
由热流分布图可知：
弯月面下50mm热流很低
弯月面下70~110mm热流升高达到 2~4MW/m2
T[O]/ppm 连浇坯/正常坯
23/18 53/34
46.8/32.7
MA/mg·(10kg) -1
连浇坯/正常坯
MI/个.mm-2 连浇坯/正常坯
2.29/1.70 46.2/24.6(ppm)
6.4/3.8 4.8/1.07
8.2/10.7(个 /mm2)
-
15/10
8.5/8.2(个/mm2)
钢水在结晶器形成初生坯壳 在二冷区接受喷水冷却，使坯壳稳定生长 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） ： Ⅰ:20,Ⅱ:25,Ⅲ:27～30
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 铸坯质量。如电磁搅拌（EMS）可以安在 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。
第一：转炉降低终点[O]溶，这是产生夹杂物的源头； 第二：精炼要促使原生的脱氧产物大量上浮； 第三：连铸要减轻或杜绝钢水二次氧化，防止生成新的 夹杂物； 第四：再污染，浇注过程要防止经炉外精炼的“干净” 钢水受外来夹渣再污染。
热应力应变
铸坯的洁净度 夹杂物的上浮
•铸坯表面缺陷 表面纵裂纹 表面横裂纹 表面夹渣 皮下气泡 角部裂纹
•铸坯内部缺陷 偏析 铸坯内裂纹 疏松
机械应力应变
•铸坯形状缺陷 聚变 鼓肚
连铸质量控制方 法
传输现象与应力应变行为对铸坯质量的影响
2.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 传递过程
（4）在连铸机内运行的已凝固坯壳的冷 却可看成是经历“形变热处理”过程
带液芯坯壳在连铸机运行 过程中，坯壳承受：
外力作用（如拉应力、 机械力、鼓肚力…） 使坯壳发生变形
坯壳温度变化，发生 了δ→γ→α的反复相 变，相当于“热处 理”，影响铸坯质量
奥氏体晶界第二相质 点AlN、Nb（CN） 析出
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 了很长的液相穴（10~20几米），在液相 穴长度上布置了三个冷却区：
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
二次冷却区：喷水加速铸坯内部热量的传递， 使其完全凝固
三次冷却区：铸坯向空气中辐射传热使铸坯温 度均匀化
尾坯
厂名 铸坯尺寸 /mm
甲 230×1300 乙 70×1350
丙 250×1050 丁 150×150
钢种
IF SPHD 硅钢 45#
[N]/ppm 尾坯/正常
坯 26/21
-
62/52 37/32
T[O]/ppm 尾坯/正常
坯 34/18 53/34
-/32 54/64.3
MA/mg·(10kg )-1
(3)防止结晶器卷渣 结晶器液面控制(<±3mm)； 结晶器钢水流动的稳定性(SEN设计)； 合适的保护渣
(4)提高非稳态浇注的操作水平 加强结晶器液面波动的监控； 加强浇注过程中包钢水重量和中间包恒重浇注的监
控；
加强长水口、SEN保护浇注的效果监控； 坚强管理、提高操作水平。
总之，在炼钢-精炼-连铸工艺流程生产洁净 钢要控制好四点：
钢水从液态转变 为固体放出热量：
钢水→固体+Q
放出热量包括：
过热 凝固潜热 物理显热
连铸凝固过程示意图
以20钢为例，钢水凝固冷却到室温放出热量是：
过热 25.2 kJ/kg 潜热 328 kJ/kg 显热 958 kJ/kg 总热量中大约1/3从液体→固体放出，其余
2/3是完全凝固后放出的
成
Si-K钢MnO·SiO2
组成复杂，是多种氧化物复合夹杂物
5
冷却速度
冷却速度越快，生成夹杂物 越细小
影响不大
6 钢中分布
细小弥散分布
偶然性分布
7 危害程度
较小
较大
2) 铸坯夹杂物来源
采用示踪试验，追踪铸坯中夹杂来源
3.5
3.0
纵裂纹缺陷率，%
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0 ≤6
6-7
7-8
注：MA大型夹杂物；MI微观夹杂物；正常坯是拉速稳定时的铸坯取样。
连浇坯
厂名 铸坯尺寸 /mm
甲 230×1300 乙 70×1350
钢种
IF SPHD
[N]/ppm 连浇坯/正常
坯
23/21
-
丙 250×1050 硅钢 丁 150×150 45#
59/52 72.9/64.3
注：MA大型夹杂物；MI微观夹杂物
以20钢为例，经过钢水凝固热平衡计算，得出以下 概念：
1） 钢水从结晶器→二冷区→辐射区大约有40%热量 放出来，铸坯才能完全凝固。这部分热量放出的速度 决定连铸机生产率和铸坯质量； 2） 铸坯切割后大约还有60%热量放出来，为了利用 这部分热量，以节约能源，成功开发了：
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500℃热装入炉节能0.25×106 kJ/t， 800℃热装，节能为0.514×106 kJ/t；
300×330mm方坯拉速为0.75m/min。
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 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。
（5）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；
最小的圆周表面温度回升和热循环，消除热应 力；
矫直时圆坯温度应大于950℃（钢种）； 非稳定浇注时，保持合适的冷却速度。
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
坯体质量水平的关键，为此：
(1)防止二次氧化 保护浇注(∆[N]<3ppm)； 碱性包衬； 碱性覆盖剂； 中间包密封充Ar。
(2)防止浇注过程下渣 出钢挡渣操作； 钢包→中间包下渣（如AMEPA系统下渣探测器）； 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 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。
（6）圆坯内弧区有夹杂物聚集带，造成径向 30mm处有夹杂物峰值（Φ177mm）
177mm圆坯中上侧和下侧铸坯中夹杂物
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（7）圆坯中心疏松比方坯、板坯更为严重些
3.圆坯洁净度控制
1) 铸坯夹杂物分类
脱氧产物 Si-K钢：MnO·SiO2 Al-K钢：Al2O3、
Al2O3 ·MgO 钙-K钢：CaO·Al2O3 、
元素-溶解[O]-夹杂物平衡。 O2-元素-夹杂物平衡。空气中的氧可源
2 平衡氧源
如Al-K钢，Als＝0.05%,
源不断供给钢水进行氧化可把合金
相平衡氧[O]=2~3ppm
元素消耗殆尽。
3
夹杂物尺 寸
细小，一般<10μm
>30~300μm,，甚至几百微米
4
夹杂物组 组成单一，如Al-K钢，Al2O3，
在固液界面由于溶质元素富集（S、P），在树枝间 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。
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
从结晶器弯月面→凝固终点的很长的液相穴 上，铸坯凝固分为三个阶段：
◆ 铸坯表面质量（表面裂纹、夹渣、气孔） ◆ 铸坯内部质量（内部裂纹、夹杂物，中心
疏松、缩孔、偏析） ◆ 铸坯形状缺陷（鼓肚、脱方、椭圆）
从生产流程来看，控制铸坯质量战略原则：
缺陷的控制策略图
从冶金传输观点，控制铸坯质量 ：
化学方法
连
传输行为
铸
坯
凝
固
外加场
成
型
过
程
应力应变
流体流动 溶质分配 凝固 热量传递