1、連鑄坯質量控制摘要：連鑄坯的表面質量，主要是指連鑄坯表面是否存在裂紋、 夾渣及皮下 氣泡等缺陷。連鑄坯這些表面缺陷主要是鋼液在結晶器內坯殼形成生長過程中產 生的，與澆注溫度、拉坯速度、保護渣性能、浸入式水口的設計，結晶式的內腔 形狀、水縫均勻情況，結晶器振動以及結晶器液面的穩定因素有關。 連鑄坯的內 部質量，是指連鑄坯是否具有正確的凝固結構，以及裂紋、偏析、疏松等缺陷程 度。二冷區冷卻水的合理分配、支撐系統的嚴格對中是保證鑄坯質量的關鍵.關鍵詞：連鑄坯、質量、控制正文：（一）連鑄坯純凈度度與產品質量1。純凈度與質量的關系純凈度是指鋼中非金屬夾雜物的數量、 形態和分布.與模鑄相比，連鑄的 工序環

2、節多，澆注時間長，因而夾雜物的來源范圍廣，組成也較為復雜；夾 雜物從結晶器液相穴內上浮比較困難， 尤其是高拉速的小方坯夾雜物更難于 排除。夾雜物的存在破壞了鋼基體的連續性和致密性 .大于50仙m的大型夾 雜物往往伴有裂紋出現，造成連鑄坯低倍結構不合格，板材分層，并損壞冷 軋鋼板的表面等，對鋼危害很大。夾雜物的大小、形態和分布對鋼質量的影 響也不同，如果夾雜物細小，呈球形，彌散分布，對鋼質量的影響比集中存 在要小些；當夾雜物大，呈偶然性分布，數量雖少對鋼質量的危害也較大 .例如：從深沖鋼板沖裂廢品的檢驗中發現，裂紋處存在著100300仙m不 規則的CaO-AbQ和AI2Q的大型夾雜物。再如，由于

3、連鑄坯皮下有 AI2Q夾雜物的存在，軋成的汽車薄板表面出 現黑線缺陷，導致薄板表面涂層不良.還有用于包裝的鍍錫板，除要求高的冷成型性能外，對夾雜物的尺寸和 數量也有相應要求。國外生產廠家指出，對于厚度為0.3mm的薄鋼板，在im 面積內，粒徑小于50（! m的夾雜物應少于5個，才能達到廢品率在0o 05% 以下，即深沖2000個DI罐，平不到1個廢品.可見減少連鑄坯夾雜物數量 對提高深沖薄板鋼質量的重要性。對于極細的鋼絲（如直徑為00 0100 25mmi勺輪胎鋼絲）和極薄鋼板（如厚度為0.025mm的鍍錫板）中，其所含夾雜物尺寸的要求就可想而知了。此 外，夾雜物的尺寸和數量對鋼質量的影響還與

4、鑄坯的比表面積有關.一般板坯和方坯單位長度的表面積（S）與體積（V）之比在00 20。8。隨著薄板 與薄帶技術的發展，S/V可達1050,若在鋼中的夾雜物含量相同情況下， 對薄板薄帶鋼而言，就意味著夾雜物更接近鑄坯表面，對生產薄板材質量的 危害也越大。所以降低鋼中夾雜物就更為重要了。2。提高純凈度的措施提高鋼的純凈度就應在鋼液進入結晶器之前，從各工序著手盡量減少對 鋼液的污染，并最大限度促使夾雜物從鋼液中排除。為此應采取以下措施：無謂出鋼。轉爐應擋渣出鋼；電爐采用偏心爐底出鋼，阻止鋼渣進入 盛鋼桶.根據鋼種的需要選擇合適的精煉處理方式，以純凈鋼液，改善夾雜物 的形態。采用無氧化澆注技術。經過精

5、煉處理后的鋼液氧含量已降到20X 10-6以下；在盛鋼桶-中間罐-結晶器均采用保護澆注；中間罐使用雙層渣覆蓋 劑，鋼液與空氣隔絕，避免鋼液的二次氧化.充分發揮中間罐冶金凈化器的作用。 采用吹Ar攪拌，改善鋼液流動狀 況，消除中間罐死區；加大中間罐容量和加深熔池深度，延長鋼液在中間罐 停留時間，促進夾雜物上浮，進一步凈化鋼液。）連鑄系統選用耐火度高，融損小，高質量的耐火材料，以減少鋼中 外來夾雜物。充分發揮結晶器的鋼液凈化器和鑄坯表面質量控制器的作用.選用的 浸入式水口應有合理的開口形狀和角度，控制注流的運動 ，促進夾雜物的上 浮分離；并輔以性能良好的保護渣，吸收溶解上浮夾雜凈化鋼液。采用電磁攪

6、拌技術，控制注流的運動.計算指出，在靜止狀態下，大 于1mm勺渣粒上7?速度約100200cm/s；而注流向下流動速度為60 10cm/s；可見結晶器液相穴內注流流股沖擊區域夾雜物上浮是有困難的；有 部分夾雜物很可能被凝固的樹枝晶所捕集.實際上在鑄坯表面以下1020cm處往往夾雜物含量較高。安裝電磁制動器可以抑制注流的運動，促進夾雜物 上浮，提高鋼液的純凈度。二）連鑄坯的表面質量連鑄坯表面質量的好壞決定了鑄坯在熱加工之前是否需要精整，也是影響金屬收得率和成本的重要因素，還是鑄坯熱送和直接軋制的前提條件。連 鑄坯表面缺陷形成的原因較為復雜，但總體來講，主要是受結晶器內鋼液凝 周所控制。.表面裂紋

7、表面裂紋就其出現的方向和部位，可以分為面部縱裂紋與橫裂紋；角部縱裂紋與橫裂紋；星狀裂紋等。o縱向裂紋縱向裂紋在板坯多出現在寬面的中央部位，方坯多發生在棱角處。表面 縱裂紋直接影響鋼材質量。若鑄坯表面存在深度為 2.5mm長度為300mm勺 裂紋，軋成板材后就會形成1125mm勺分層缺陷.嚴重的裂紋深度達10mmz 上，將造成漏鋼事故或廢品.其實早在結晶器內坯殼表面就存在細小裂紋，鑄坯進入二冷區后，微小 裂紋繼續擴展形成明顯裂紋。由于結晶器彎月面區初生坯殼厚度不均勻，其 承受的應力超過了坯殼高溫強度，在薄弱處產生應力集中致使縱向裂紋.坯殼厚度不均勻還會使小方坯發生菱變，圓坯表面產生凹陷，這些均是

8、形成縱 裂紋的決定因素。影響坯殼生長不均勻的原因很多， 但關鍵仍然是彎月面初生坯殼生長的 均勻性，為此應采用以下措施：結晶器采用合理的倒錐度。坯殼表面與器壁接觸良好，冷卻均勻，可 以避免產生裂紋和發生拉漏.選用性能良好的保護渣.在保護渣的特性中粘度對鑄坯表面裂紋影響 最大，高粘度保護謂使縱裂紋增加。浸入式水口的出口傾角和插入深度要合適，安裝要對中，以減輕注流 對鑄坯坯殼的沖刷，使其生長均勻，可防止縱裂紋的產生。根據所澆鋼種確定合理的澆注溫度及拉坯速度 .保持結晶器液面穩定。鋼的化學成分應控制在合適的范圍。.角部裂紋角部縱裂紋常常發生在鑄坯角部 1015mmt,有的發生在棱角上，板坯 的寬面與窄

9、面交界棱角附近部位，由于角部是二維傳熱，因而結晶器角部鋼 水凝固速度較其他部位要快，初生坯殼收縮較早，形成了角部不均勻氣隙，熱阻增加，影響坯殼生長，具薄弱處承受不住應力作用而形成角部縱裂紋。角部縱裂紋產生關鍵在結晶器。通過試驗指出，倘若將結晶器窄面銅板 內壁縱向加工成凹面，呈弧線狀，這樣在結晶器 1/2高度上，角部坯殼被強 制與結晶器壁接觸，由此熱流增加了 70%,坯殼生長均勻，因而避免了鑄坯 凹陷和角部縱裂紋。另外，還發現當板坯寬面出現鼓肚變形時，若鑄坯窄面能隨之呈微凹時， 則無角部縱裂紋發生；這可能是由于窄面的凹下緩解了寬面凸起時對角部的 拉應力。小方坯的菱變會引起角部縱裂紋。 為此結晶器

10、水縫內冷卻水流分布要均 勻，保持結晶器內腔的正規形狀、正確尺寸、合理倒錐度和圓角半徑及規范 的操作工藝，可以避免角部裂紋的發生。.橫向裂紋橫向裂紋多出現鑄坯的內弧側振痕波谷處，通常是隱避看不見的.經金相檢查指出，裂紋深7mm寬0.2mm,處于鐵素體網狀區,也正好是初生奧氏 體晶界。晶界處還有AlN或Nb(CN的質點沉淀，因而降低了晶界的結合力， 誘發了橫裂紋的產生.當奧氏體晶界沉淀質點粗大，呈稀疏分布，板坯橫裂 紋產生的廢品減少.鑄坯矯直時，內弧側受拉應力作用，由于振痕缺陷效應而 產生應力集中，如果正值 脆化溫度區，促成了振痕波谷處橫裂紋的生成。當 鑄坯表面有星狀龜裂紋時，由于受矯直應力的作用

11、，以這些細小的裂紋為缺 口擴展成橫裂紋；若細小龜裂紋處于角部，則會形成角部橫裂紋。還有，澆 注高碳鋼和高磷硫鋼時，若結晶器潤滑不好，摩擦力稍有增加也會導致坯殼 產生橫裂紋。減少橫裂紋可從以下幾方面著手：結晶器采用高頻率，小振幅振動；振動頻率在200400次，振幅2 4mm是減少振痕深度的有效辦法。振痕與橫裂紋往往是共生的,減小振痕深 度可降低橫裂紋的發生。二冷區采用平穩的弱冷卻，矯直時鑄坯的表面溫度要高于質點沉淀溫 度或高于Y-a轉變溫度，避開低延性區。降低鋼中S、Q N的含量，或加入Ti、Zr、Ca等元素，抑制C-N化 物和硫化物在晶界的析出，或使 C-N化物的質點變相，以改善奧氏體晶粒熱

12、延性.選用性能良好的保護渣；保持結晶器液面的穩定。橫裂紋往往沿著鑄坯表皮下粗大奧氏體晶界分布，因此可通過二次冷卻使鑄坯表面層奧氏體晶粒細化，降低對裂紋的敏感性，從而減少橫裂紋的 形成。.星狀裂紋星狀裂紋一般發生在晶間的細小裂紋，呈星狀或呈網狀。通常是隱藏在 氧化鐵皮之下難于發現，經酸洗或噴丸后才出現在鑄坯表面。主要是由于銅 向鑄坯表面層晶界的滲透，或者有AlN,BN或硫化物在晶界沉淀，這都降低了 品界的強度，引起品界的脆化，從而導致裂紋的形成。減少鑄坯表面星狀裂 紋的措施：結晶器銅板表面應鍍銘或鍍鍥，減少銅的滲透 .精選原料，降低Cu Zn等元素的原始含量，以控制鋼中殘余成分 (Cu)40,有

13、可能消除星狀裂紋控制鋼中的Al、N含量；選擇合適的二次冷卻制度。6。表面夾渣表面夾渣是指在鑄坯表皮下210mml1嵌有大塊的渣子，因而也稱皮下 夾渣。就其夾渣的組成來看，鈕-硅酸鹽系夾雜物的外觀顆粒大而淺； AI2Q 系夾雜物細小而深.若不清除，會造成成品表面缺陷，增加制品的廢品率。夾 謂的導熱性低于鋼，致使夾渣處坯殼生長緩慢，凝固殼薄弱，往往是拉漏的 起因，一股渣子的熔點高易形成表面夾渣。保護渣澆注時,夾渣的根本原因是由于結晶器液面不穩定所致.因此水 口出孔的形狀、尺寸的變化、插入深度、吹 Ar氣量的多少、塞棒失控以及 拉速突然變化等均會引起結晶器液面的波動，嚴重時導致夾渣；就其夾渣的 內容

14、來看，有未熔的粉狀保護渣，也有上浮未來得及被液渣吸收的A12O夾雜物，還有吸收溶解了的過量高熔點 A12Q等。皮下夾渣深度小于2mm鑄坯在加熱過程中可以消除；皮下夾雜深度在 25mnM,熱加工前鑄坯必須進行表面精整.為消除鑄坯表面夾渣，應該采 取的措施為：要盡量減小結晶器液面波動，最好控制在小于，保持液面穩定；浸入式水口插入深度應控制在（125 土 25）mm的最佳位置；浸入式水口出孔的傾角要選擇得當，以出口流股不致攪動彎月面渣層 為原則；問罐塞棒的吹Ar氣量要控制合適，防止氣泡上浮時，對鋼渣界面強 烈攪動和翻動；選用性能良好的保護渣，并且（A12Q）原始含量應小于10%,同時控 制一定厚度的

15、液渣層。.皮下氣泡與氣孔在鑄坯表皮以下，直徑約1mm長度在10mm右，沿柱狀晶生長方向分 布的氣泡稱為皮下氣泡；這些氣泡若裸露于鑄坯表面稱其為表面氣泡；小而 密集的小孔叫皮下氣孔，也叫皮下針孔；在加熱爐內鑄坯皮下氣泡表面被氧 化，軋制過程不能焊合，產品形成裂紋；若埋藏較深的氣泡，也會使軋后產 品形成細小裂紋；鋼液中氧、氫含量高也是形成氣泡的原因。為此要采取以 下措施：強化脫氧，如鋼中溶解（A1） 0.008%,可以消除CO氣泡的生成.凡是入爐的一切材料，與鋼液直接觸所有耐火材料，如盛鋼桶、中間 罐等及保護渣，覆蓋劑等必須干燥，以減少氫的來源。如不銹鋼中含氫量大于6 X 10-6,鑄坯的皮下氣泡

16、數量驟然大增。采用全程保護澆注，若用油作潤滑劑時應控制合適的給油量。選用合適的精煉方式降低鋼中氣體含量。中間罐塞棒的吹 氣量不要過大，控制合適。.連鑄坯內部質量鑄坯的內部質量是指鑄坯是否具有正確的凝固結構、偏析程度、內部裂 紋、夾雜物含量及分布狀況等。凝固結構是鑄坯的低倍組織，即鋼液凝固過 程中所形成的等軸晶和柱狀晶的比例。 鑄坯的內部質量與二冷區的冷卻及支 撐系統是密切相關的。9。中心偏析鋼液在凝固過程中，由于溶質元素在固液相中的再分配形成了鑄坯化學 成分的不均勻性，中心部位（C）、（P）、（S）含量明顯高于其他部位， 這就是中心偏析，中心偏析往往與中心疏松和縮孔相伴存在的，從而惡化了 鋼的

17、力學性能，降低了鋼的韌性和耐蝕性，嚴重的影響產品質量.中心偏析是由于鑄坯凝固末期，尚未凝固富集偏析元素的鋼液流動造成 的。鑄坯的柱狀晶比較發達，凝固過程常有“搭橋”發生.方坯的凝固末端液 相穴窄尖，“搭橋”后鋼液補縮受阻，形成“小鋼錠”結構.因而周期性，問 斷地出現了縮孔與偏析。板坯的凝固末端液相穴寬平，盡管有柱狀晶“搭橋”， 鋼液仍能進行補充；當板坯發生鼓肚變形時，也會引起液相穴內富集溶質元 素的鋼液流動，從而形成中心偏析。為減小鑄坯的中心偏析，可采取以下措 施：降低鋼中易偏析元素（P）、（S）的含量.應采用鐵水預處理工藝， 或盛鋼桶脫硫，將（S）量P1到00 01犯下.控制低過熱度的澆注，

18、減小柱狀晶帶的寬度，從而達到控制鑄坯的凝 固結構.采用電磁攪拌技術，消除柱狀晶“搭橋”,增大中心等軸晶區寬度， 達到減輕或消除中心偏析，改善鑄坯質量。防止鑄坯發生鼓肚變形，為此二冷區夾輾要嚴格對弧；寬板坯的夾輾 最好采用多節輾，避免夾輾變形.在鑄坯的凝固末端采用輕壓下技術，來補償鑄坯最后凝固的收縮，從 而抑制殘余鋼水的流動，減輕或消除中心偏析。在鑄坯的凝固末端設置強制冷卻區.可以防止鼓肚，增加中心等軸晶區， 中心偏析大為減輕，效果不亞于輕壓下技術。強制冷卻區長度與供水量可根 據澆注需要進行調節。.中心疏松在鑄坯的斷面上分布有細微的孔隙，這些孔隙稱為疏松.分散分布于整 個斷面的孔隙稱為一般疏松，

19、在樹枝晶間的小孔隙稱為枝晶疏松；鑄坯中心 線部位的疏松即中心疏松。一般疏松和枝晶疏松在軋制過程中均能焊合；惟有中心疏松伴有明顯的偏析，軋制后，完全不能焊合。如不銹鋼具斷面壓縮 比雖達1:16,仍然不能消除中心疏松缺陷；若中心疏松和中心偏析嚴重時， 還會導致中心線裂紋；在方坯上還會產生中心星狀裂紋。中心疏松還影響著 鑄坯的致密度.根據鋼種的需要控制合適的過熱度和拉坯速度；二冷區采用弱冷卻制度 和電磁攪拌技術，可以促進柱狀晶向等軸晶轉化，是減少中心疏松和改善鑄 坯致密度的有效措施，從而提高鑄坯質量.內部裂紋鑄坯從皮下到中心出現的裂紋都是內部裂紋，由于是在凝固過程中產生的裂紋，也叫凝固裂紋.從結晶器

20、下口拉出帶液心的鑄坯，在彎曲、矯直和 夾輾的壓力作用下，于凝固前沿薄弱的固液界面上沿一次樹枝晶或等軸晶界 裂開，富集溶質元素的母液流入縫隙中，因此這種裂紋往往伴有偏析線，也 稱其為“偏析條紋”。在熱加工過程中“偏析條紋”是不能消除的，在最終產 品上必然留下條狀缺陷，影響鋼的力學性能，尤其是對橫向性能危害最大。.皮下裂紋一般在距鑄坯表面20mmz內，與表面相垂直的細小裂紋，都稱其為皮 下裂紋。裂紋大都靠近角部，也有在菱變后沿斷面對角線走向形成的.主要是由于鑄坯表面層溫度反復變化導致相變，沿兩相組織的交界面擴展而形成 的裂紋。矯直裂紋帶液心的鑄坯進入矯直區，鑄坯的內弧表面受張應力作用 ，矯直變形率

21、 超過了凝固前沿固液界面的臨界允許值,從晶間裂開,形成裂紋。壓下裂紋壓下裂紋是與拉輾壓下方向相平行的一種中心裂紋 .當壓下力過大時， 既使鑄坯完全凝固也有可能形成裂紋。中心裂紋在板坯橫斷面中心線上出現的裂紋，并伴有 P、S元素的正偏析，也稱 其斷面裂紋.在加熱過程中裂紋表面被氧化，將使板坯報廢.這種缺陷很少出 現，一旦出現危害極大。中心星狀裂紋在方坯斷面中心出現呈放射狀的裂紋為中心星狀裂紋，其形成原因主要是：由于凝固末期液相穴內殘余鋼液凝固收縮，而周圍的固體阻礙其收縮產 生拉應力，中心鋼液凝固又放出潛熱而加熱周圍的固體而使其膨脹，在兩者 綜合作用下，使中心區受到破壞而導致放射性裂紋。為減少鑄坯內部裂紋應采取以下措施：對板坯連鑄機可采用壓縮澆鑄技術，或者應用多點矯直技術、連續矯 直技術均能避免鑄坯內部裂紋發生.二冷區夾輾輾距要合適，要準確對弧，支撐輾間隙誤差要符合技術要 求。二冷區冷卻水分配要適當，保持鑄坯表面溫度均勻。拉輾的壓下量要合適，最好用液壓控制機構。連鑄坯形狀缺陷：鼓肚變形帶液心的鑄坯在運行過程中，于