铸坯质量缺陷的分析

铸坯质量缺陷的分析

目录

摘要 (2)

1 前言 (3)

1.1 国内外研究现状及分析 (3)

1.1.1 提高连铸坯质量，主要是解决以下问题： (3)

1.1.2 课题研究的意义 (3)

2 内容 (3)

2.1 连铸坯的裂纹产生原因 (4)

2.2 铸坯裂纹类型 (5)

2.3 内部中心缺陷控制 (7)

2.3.1 连铸坯的凝固结构控制 (7)

?2.3.2 连铸坯中心致密控制 (8)

2.4 坯形状缺陷控制 (9)

2.4.1 菱变（脱方） (9)

2.4.2 鼓肚 (10)

3结束 (12)

参考文献 (12)

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摘要

为了解决连铸坯的质量缺陷问题，我写此论文主要是关于连铸坯的质量缺陷主要表现为，形状缺陷，内部缺陷等。中心裂纹，皮下裂纹，横裂，纵裂较为明

显。此论文对质量缺陷形成的原因进行了分析，从而找出了形成质量缺陷和裂纹

的成因，提出了控制铸坯质量缺陷的技术措施，从而减少铸坯的质量问题。

关键词：形状缺陷，内部缺陷，形成原因。

1 前言

近年来，随着连铸技术的发展，连铸坯的热装，热送及热轧技术取得了很大的进步，产生了明显的经济效益，这一生产工艺对连铸坯的质量提出了更高的要求，本文对小方坯中常见的质量缺陷及其形成原因和控制措施进行了讨论

1.1 国内外研究现状及分析

连铸取代模铸是炼钢生产中流程中一次巨大的技术变革。在1965年前绝大部分连铸机是比较简单的立式连铸机，在1975年80%板坯、70%大方坯和小方坯都采用弧形连铸机生产，1984年已有30%板坯、20%大方坯采用连续弯曲矫直的立弯式连铸机生产。

目前世界上不少国家连铸比较接近饱和。连铸机型基本定型化。

目前改进的方向是使连铸机的结构和辅助设备具有更高的综合性能，操作过程自动化、可控性和安全性达到更高水平。其目的在于进一步发挥连铸机的生产潜力和进一步提高铸坯的质量。

1.1.1 提高连铸坯质量，主要是解决以下问题：

1）改善工艺控制生产无缺陷的连铸坯，为实现直接热送和直接轧制创造条件。

2）获得内部极为均质的连铸坯，为保证产品的性能的均匀性。对特殊用途钢种的铸坯，关键是改善铸坯内部结构和减少宏观偏析。近几年开发的技术解决铸坯内部质量取得明显效果。

3）浇注过程的自动监控和计算机跟踪以及与铸坯质量在线统计分析相结合，是保证连铸坯质量的主要手段。采用这些技术可以实现对连铸坯质量在线表面缺陷进行检测，连铸设备的检控的检测技术（如结晶器形状，震动等），铸坯质量在线识别模型。

1.1.2 课题研究的意义

通过对连铸坯质量缺陷的研究，使我对连铸坯有进一步的认识，使以后生产过程中了解缺陷的形成，改善连铸坯质量有一定的意义。

2 内容

2.1 连铸坯的裂纹产生原因

连铸坯裂纹的形成是一个非常复杂的过程，是传热，传质和应力相互作用的结果。带夜芯的高温铸坯在连铸机运行过程中，各个力作用于高温坯壳上产生变形，超过了钢的允许强度和应变式产生裂纹外因，钢对裂纹敏感性是产生裂纹的内因，而连铸机设备和工艺因素是产生裂纹的条件。高温带液芯铸坯在结晶器运行过程中是否产生裂纹，见图(2-1)主要决定于：

图2-1 产生裂纹因素示意图

1）外力作用

a 结晶器坯壳与铜板摩擦力

b 喷水冷却不均匀产生的热应力

c 铸坯弯曲或矫直力

d 相变应力

当这些力作用在高温铸坯表面或凝固前沿产生的应力或应变量超过钢的δ临或ε临就产生裂纹，然后在二冷区裂纹进一步扩展。

2）钢的高温性能

如图(2-2)所示，钢可分为三个延性区；

a Ⅰ区凝固脆性区（Tm-1350℃）

b Ⅱ区高温塑性区（1300-1000℃）

c Ⅲ区低温脆性区（900-600℃）

Ⅰ区使坯壳产生内裂纹，Ⅲ区使铸坯产生表面裂纹，将钢的高温性能控制在Ⅱ区。

图(2-2) 钢的延性示意图

3）工艺性能：

采用低过热度浇注，控制杂质元素含量（S﹑P﹑Cu﹑Sn﹑Zn……)，选择合适的二冷水量和铸坯表面温度分布，保证坯壳与结晶器铜板良好的润滑性，确保结晶器液面的稳定性，结晶器内坯壳均匀生长。

4）设备性能：

选择合适的结晶器的锥度，结晶器的振动（振动频率f，振幅s，负华佗时间t）气水喷雾冷却，对弧准确，防止坯壳变形（对弧误差＜0.5mm﹚，在线检测支承辊开口度（＜0.5mm﹚，支撑辊变形，多点矫直或连续矫直，多节辊，压缩浇注。

2.2 铸坯裂纹类型

连铸坯裂纹可分为：

（1）连铸坯表面裂纹

图(2-3) 铸坯表面缺陷示意图

1-表面纵裂纹；2-表面横裂纹；3-网状裂纹；

4-角部横裂纹；5-边部纵裂纹；6-表面夹渣；

7-皮下针孔；8深振痕

表面裂纹时结晶器弯月面区域。由于钢水—坯壳—铜板—保护渣之间不均衡凝固产生的。决定于钢水在结晶器中的凝固过程。它会导致轧制板材表面的微细裂纹，影响产品表面质量。

（2）铸坯内部裂纹

中间裂纹，矫直裂纹，角部裂纹，中心线裂纹，三角区裂纹，皮下裂纹

图(2-4) 铸坯内部裂纹

1—角裂；2—中间裂纹；3—矫直裂纹；

4—皮下裂纹；5—中心线裂纹；6—星状裂纹

内部裂纹是带液芯的坯壳在二冷区凝固过程中产生的。它会影响中厚板的力学性能和使用性能。

2.3 内部中心缺陷控制

铸坯内部质量主要是指低倍结构（柱状晶与等轴晶的比例）、中心偏析、内部裂纹和夹杂物水平。总的来看，铸坯内部质量是与二冷区的类冷却和支撑辊系统密切相关的。

与钢锭相比，连铸坯低倍结构与钢锭无本质的区别，也是由冷激层、柱状晶和中心等轴晶组成的连铸坯低倍结构。

2.3.1 连铸坯的凝固结构控制

连铸坯低倍结构组成是由：

①激冷细小等轴层（5―7mm）

②柱状晶区

③中心粗大等轴晶区

连铸坯低倍结构的特点是：

①柱状晶发达甚至形成穿晶

②连铸坯液相穴很长（几米―20几米）

③钢水补充不好，容易产生中心疏松和缩孔

连铸坯凝固结构的任务是：

（1）控制柱状晶与等轴晶的比例，扩大中心等轴晶区，以获得没有内部缺陷（如疏松和缩孔）的致密凝固组织。

（2）柱状晶使材料呈各向异性，使裂纹容易扩展：

因此抑制铸坯柱状晶生长而扩大等轴晶区是改善连铸坯质量的一个重要任务，其技术措施：

（1）控制钢水过热度，实行“低温快拉”

（2）结晶器加入微型冷却剂（如铁屑，喂钢带）

（3）强化凝固工艺（如喷铁粉，喂包芯线）

?2.3.2 连铸坯中心致密控制

铸坯中心致密度决定了中心疏松和缩孔的严重程度，而中心疏松和缩孔伴随有严重的中心偏析

所谓铸坯中心偏析就是溶质元素在铸坯中心区域分布的不均匀性

中心疏松+偏析的危害：

?管线钢氢脆

?中厚板韧性恶化

?高碳硬线脆断

?使用过程中，工作产生裂纹的根源

中心疏松+偏析形成的原因：

?凝固桥理论

?富集溶质液体流动理论（如板坯鼓肚）

为了减轻或消除铸坯中心疏松和偏析，其办法是：

?抑制柱状晶生长，扩大铸坯中心等轴晶带

?抑制液相穴末端富集溶质液体的流动

为此，采用以下技术措施：

?工艺优化（拉速、钢水过热度、冷却水量）。为减轻中心疏松，宜采用低拉速、低过热度、弱冷却操作模式

?电磁搅拌

?轻压

?凝固末端强冷

?降低易形成偏析元素的含量（如S、P、O）

?阻止液相穴内钢水流动

----合适的辊间距防止液相穴末端区域坯壳鼓肚

----防止支承辊变形

----加强二冷增强坯壳强度，坯壳温度不大于1100℃

应当指出：高拉速与坯壳内部质量是有矛盾的，高拉速带来的问题：

?铸坯中心疏松缩孔加剧

?液相穴内夹杂物不易上浮

因此应当正确处理好连铸坯质量与铸机生产率的关系，以求得其产量与质量协调发展。

1.稳定和控制拉速

在换钢包连浇时，尤其是上下两包温差大时，不能采用快降拉速操作。持续降速时间不能超过3—5分钟，在某一拉速水平稳定3—5分钟后在进行降速操作！严格按照工艺要求操作升级拉速。严格执行高温慢拉操作，尽量降低高温钢水对铸坯中心偏析及中心裂纹的影响。

2.控制钢水过热度和成分

钢水的过热度控制10—20度。要求转炉降低出钢温度，各炉次的出钢温度要稳定，钢水成分要稳定，降低有害元素S、P的含量，提高Mn/S比到20以上，要求供应连铸二车间钢包底吹氩气时间保证在3分钟以上

3.配水

规定最高拉速不得超过一米，应该说连铸机在该拉速状态下应该是很安全的，水表采用方式为：0.7以下用水表一（弱冷），0.7以上用水表二（中冷），当拉速在0.7左右变化时，人为造成配水的改变，是否应该考虑同意的水表。

4.扇形段辊缝开口度，以及水条水嘴要勤检查。

水条要不变形，水嘴不堵，辊缝开口度要在许可精度范围内。

2.4 坯形状缺陷控制

2.4.1 菱变（脱方）

（1）方坯脱方严重，易产生角裂，是漏钢的根源，脱方ε值﹥3％，D1，D2值由0~2mm 增加到11~20mm，则角裂纹增加。

（2）脱方产生原因：

脱方根本原因来源于结晶器弯月面下30~50mm处坯壳厚度生长不均匀性而产生不均匀收缩导致坯壳扭曲在二冷区加重

?方坯角部优先凝固和优先收缩

?结晶器间隙沸腾现象

?结晶器热变形不对称性

（3）防止方坯脱方措施：

?合适的结晶器锥度，导热的均匀性

----单锥度，0.6—0.7％／m

----多锥度0.82—1％／m

----抛物线锥度

?结晶器冷却均匀性（水缝厚度均匀和装配对中）

?水口注流与结晶器断面对中

?结晶器水缝水流速大于6—10m/s，冷却水反压>0.2Mpa

?结晶器的合适圆角半径（6—8mm）

?结晶器水质要好

?结晶器钢液面要稳定

?钢水成分

?结晶器铜管壁和铜管磨损

?结晶器出口到二冷区对弧准确

?出结晶器增加四个角部冷却

?二冷区四个面喷水冷却均匀

?结晶器振动的偏差<2mm

2.4.2 鼓肚

鼓肚是由钢水的静压力产生的，是连铸板经常发生的缺陷。鼓肚对板坯板坯质量的危害：

?中心偏析加重

?形成中心裂纹或中心裂纹

这两种缺陷会造成中厚板材分层，恶化力学性能。

板坯的鼓肚量δ

δ∝pl22／e3

由此可见，板坯鼓肚决定于：

?钢水静压力p。p增加，δ增加

?支承辊间距l。l增加，δ呈4次方增加

?凝固厚度e，e增大，板坯厚度增加，δ减少

?拉速v。v增大，e减少，铸坯表面温度增加，δ增加

?二冷强度s，s增加，铸坯表面温度降低，铸坯强度增加，δ减少

?收缩辊缝

因此，应把铸机的辊列设计，二次冷却，工艺参数和铸机的维护结合协调，使其铸坯的鼓肚量达到最小或没有，保证产品质量。

3结束

近年来，连铸坯的质量缺陷主要表现为，形状缺陷，内部缺陷等。中心裂纹，皮下裂纹，横裂，纵裂较为明显，其中产生缺陷及裂纹主要是受设备，工艺操作及其他因素导致的，现如今各企业通过对设备的点检及工艺操作的巩固，从而找出了形成质量缺陷和裂纹的成因，并做出了相应的控制措施，从而达到了减少铸坯质量问题。

参考文献

（1）蔡开科主编，浇注与凝固，冶金工艺出版社，1987

（2）九十年代钢铁工业发展趋势，第六届国际钢铁会议译文集，中国金属学会钢铁编辑部，1991.10

（3）M.Wolf，现在连铸理论与实践，中国金属学会连铸学会，1986.9

（4）第四届国际连铸会议译文集，中国金属学连铸学会编译，1988

(5) 连铸机裂纹产生机理，第一届中日炼钢学术会议文集，1981