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1连铸生产中铸坯表面质量的分析与控制摘要：本文运用现代连铸工艺理论及现场实际情况，围绕连铸生产过程中对铸坯表面缺陷产生原因的分析，研究以及防止铸坯表面缺陷措施的应用，从以下方面做了简要阐述。关键词：连铸板坯；表面质量；内部质量1、引言鞍钢自九十年代后期实现了全转炉炼钢，全连铸工艺。随着产能的不断提升，专用材比例的增加，冶炼品种的扩大，生产中如何控制产品质量，满足用户的要求，显得日益重要。尤其是近几年，随着高附加值产品的开发，如高级别管线钢、汽车面板钢、耐候钢、冷轧硅钢等，这些产品对铸坯表面及内部质量的要求及为严格。铸坯的表面质量主要是指铸坯表面是否存在裂纹、夹渣及皮下气泡等缺陷。连铸坯这些表面缺陷主要是钢液在结晶器内坯壳形成生长过程中产生的，与浇注温度、拉坯速度、保护渣性能、浸入式水口的设计，结晶器的内腔形状、水缝均匀情况，结晶器振动以及结晶器液面的稳定因素有关。根据我厂目前连铸板坯的生产实际与表面质量情况，应用专业理论知识对铸坯表面质量进行探讨，以减少铸坯表面裂纹、夹渣、皮下气泡等缺陷，提高成材率。2、连铸板坯表面质量的分析与控制2.1表面纵裂纹2.1.1表面纵裂形成的原因及特征连铸板坯表面纵裂是指沿着拉坯方向在铸坯表面发生的裂纹，纵裂纹多出现在板坯宽面的中央部位，直接影响钢材质量。经观察，纵裂纹组织有如下特点：(1)与无裂纹部位相比，裂纹区由细小等轴晶构成的激冷层较薄；(2)激冷层越薄，裂纹深度越大。纵裂纹产生的主要原因是结晶器内冷却强度不均匀造成初生坯壳厚度2不均匀，在坯壳薄的地方应力集中，当应力超过坯壳的抗拉强度时就产生裂纹，出结晶器后在二次冷却区扩展。2.1.2防止表面纵裂的主要措施防止连铸板坯纵裂纹的关键是弯月面初生坯壳的不均匀性，为此应采取以下措施：(1)结晶器采用合适的倒锥度和铜壁厚度，尽量使结晶器内的热流密度趋于均匀。合适的倒锥度即能改善坯壳的均匀传热，又不增加拉坯的阻力；合适的铜壁厚度即能改善传热冷却均匀性，又能控制铸坯变形，避免产生形状缺陷。(2)选用性能良好的保护渣。在保护渣各项特性中，粘度对产生表面纵裂影响最大。保护渣粘度高使纵裂倾向增加，保护渣粘度低产使纵裂倾向减少。因此，要控制保护渣的粘度（η）与保护渣熔融时间（t）合适的比值。在操作过程中，要少推勤推，以保证获得良好的均匀润滑改善结晶器传热均匀性。(3)浸入式水口的出口倾角和插入深度要合适，安装时要对中，减轻注流对坯壳的冲刷，使其生长均匀。(4)根据所浇钢种确定合理的浇注温度及拉坯速度。(5)保持结晶器液面稳定。采用结晶器液面控制系统，使液面波动区间控制在±5mm以内。实验统计指出，如果液面波动区间由±5mm增加到±20mm时，纵裂纹指数从0增加到2.0，所以液面波动应控制在±5mm以内。(6)钢液的化学成分控制在合适的范围。浇注过程中要严格控制钢水成分，尽量避开对纵裂纹敏感最大的碳含量（0.12%——0.17%）区域，这个碳含量区域使坯壳生长不均匀，发生纵裂倾向增加；尽量降低钢中[p]、[s]的含量，[s]0.02%，[p]0.017%，钢的高温强度和塑性明显降低，发生纵裂倾向增加。(7)采用热顶的结晶器。在弯月面区75mm的铜板区内，镶入导热性差的材料，使结晶器此处的的热流密度减少50%——70%，使热流密度上下趋于3均匀，延缓坯壳的收缩，减轻铸坯表面的凹陷，从而减少了裂纹发生的几率。(8)采用结晶器电磁搅拌技术(M-EMS)。有利于纯净钢液，改善结晶器内初生坯壳生长的均匀性，从而改善铸坯表面质量和内部结构。2.2表面横裂纹2.2.1表面横裂纹产生的原因及特征横向裂纹多出现在连铸板坯的内弧侧振痕波谷处，通常是隐蔽看不见的。经金相检查指出，裂纹深7mm，宽0.2mm，处于铁素体网状区，也正好是初生奥氏体晶界。晶界处有细小的质点(如ALN)沉淀，降低了晶界的结合力，诱发了横裂纹的产生。横裂纹产生的原因：(1)结晶器内热流度密度不均匀及振痕太深是横裂纹的发源地。(2)钢中[AL]、[N]含量增加，促使质点(ALN)在晶界沉淀，诱发横裂纹。(3)铸坯在700℃——900℃脆化温度区矫直。(4)二次冷却太强。2.2.2防止横裂纹产生的主要措施减少铸坯横裂纹可以从以下几方面着手：(1)采用最佳的、合理的结晶器及结晶器采用高频率，小振幅振动。(2)二冷区采用平稳的弱冷却，矫直时铸坯表面温度要高于质点沉淀温度或高于γ→α转变温度，避开低延性区。(3)选用性能良好的保护渣；保持结晶器液面稳定。(4)降低钢中的[S]、[O]、[N]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化物的质点变相，以改善奥氏体晶粒热延性。(5)横裂纹往往沿着铸坯表面层粗大奥氏体晶界分布，因此可通过二次冷却使铸坯表面层奥氏体晶粒细化，降低对裂纹的敏感性，从而减少横裂纹的形成。42.3表面网状裂纹2.3.1表面网状裂纹产生的原因及特征铸坯表面网状裂纹非常细小，在氧化铁皮覆盖下通常肉眼观察不到，只有在铸坯表面进行酸洗后才能观察到。从金相试样上进行观察，网状裂纹主要是沿奥氏体晶界扩展延伸，星状裂纹大多在铸坯表层下5mm内分布。若铸坯表面网状裂纹较轻，在轧制后可消除。若较重，在表面清理或加热后，裂纹被氧化，轧制后便不能消除，在网状裂纹周围布满蚯蚓状的网络，引起表面缺陷。网状裂纹形成原因：从网状裂纹的分析结果来看，网状裂纹主要与连铸坯表层铜的富集有关。在其裂纹区域有氧化物，如AL2O3、SiO2和Na2O等，说明星状裂纹在结晶器内已经形成。裂纹上铜的富集是由于采用铜板结晶器，结晶器铜板与高温铸坯接触，产生表面局部渗铜，而铜熔化为液体再沿奥氏体晶界渗透所致。另外，铸坯表面铁的选择性氧化，使钢中残余元素(如Cu、Sn等)残留在表面沿晶界渗透形成热裂纹。2.3.2防止网状裂纹产生的主要措施(1)结晶器表面镀Cr或Ni以增加硬度。(2)采用合适的二次冷却水量。(3)控制钢中残余元素，如[Cu]0.2%。(4)控制[Mn]/[S]40。2.4表面夹渣或夹杂2.4.1表面夹渣或夹杂形成的原因及特征铸坯表面夹渣或夹杂是铸坯表面的一个重要缺陷，夹渣嵌入表面深度可达2mm——10mm。从外观看，硅酸盐夹杂颗粒大而浅，而Al2O3夹杂颗粒小而深，如不清除则就会在成品表面留下许多弊病，如冷轧薄板呈条状分布的黑线。另外，结晶器初生坯壳卷入了夹渣，此处渣子导热性差，凝固坯壳5薄，出结晶后容易造成漏钢事故。表面夹渣或夹杂形成原因：(1)浸入水口流出的注流向上回流过强，穿透渣层而把渣子卷入钢液中。(2)靠近水口周围的涡流把渣子卷入钢液中。(3)沿水口周围上浮的气泡过强，搅动钢渣界把渣子卷入钢液中。(4)钢水温度低，保护渣结壳或未熔融渣卷入钢液中。2.4.2防止表面夹渣或夹杂的主要措施(1)采用液面控制系统，使液面稳定，液面波动尽量小于±5mm。(2)采用合理的水口插入深度和出口倾角，使出口钢液流股不搅动弯月面渣层为原则，拉速变化幅度要小，尽量保持恒速。(3)提高钢水纯净度。采用复合脱氧，使脱氧产物呈液态，有利于排除。改进中间包和浸入水口的形状和材质，减少耐火材料浸蚀，增设中间包挡渣墙，促进非金属夹物上浮，保持中间包液面稳定，防止夹杂物和中间包覆盖渣卷入结晶器内。(4)合适的保护渣粘度、渣中Al2O3含量和液渣层厚度以及合适的钢水温度，避免保护渣结壳。2.5其它表面缺陷2.5.1皮下气泡或皮下针孔在位于铸坯表面表层以下有直径1mm，深度为10mm左右的向柱状晶方向生长的气泡，这些气泡如裸露在外面的叫表面气泡，没有裸露的叫皮下气泡，比气泡小的呈密集的小孔叫皮下针孔。钢水脱氧不足，是产生气泡的主要原因，如采用强化脱氧，以降低钢中氧含量，会使钢水中的铝含量达到0.01%—0.015%，从而使气泡消除。另外，钢水中的气体含量（尤其是氢）也是生成气泡的一个重要原因。因此加入钢水中的一切材料（如铁合金、渣粉等）应干燥，控制中间包覆盖剂和结晶器保护渣等材料的水分，钢包、中间包应烘烤，采用保护浇铸以减少钢中氢含量，避免产生皮下气泡。62.5.2重皮在铸坯表面呈现横向不连续性，有明显的不完全焊合的痕迹叫重皮。产生原因：(1)结晶器的注流突然停浇，或瞬间停止拉坯。如果停浇时间过长，就会在铸坯表面形成明显的重接；(2)钢水太粘，温度过低，水口堵塞，注流偏离等都可能引起重皮。选择合适的浇注温度和性能良好的保护渣，保证浇注的连续性，可以避免重皮的产生。2.5.3凹陷在铸坯表面因为二冷却区不均匀，或受金属异物压入造成表面呈现凹坑的现象，叫凹陷。在结晶器上部采用缓慢冷却或选择合适的保护渣，可避免凹陷的产生。此外，在拉矫辊上发现有金属异物应及时处理，也可避免凹陷的产生。3、结论我厂连铸生产通过多年的总结与实践，产品质量有了明显的提高，铸坯表面缺陷以大幅度减少，但要从根本上消除表面缺陷，严格的连铸工艺与先进的技术装备是必不可少的。主要参考文献：[1]《炼钢-连铸新技术800问》，冶金工业出版社2004年；[2]《连续铸钢500问》，冶金工业出版社1994年；[3]《连铸坯质量》，冶金工业出版社2000年。4、致谢本论文是在炼钢总厂生产技术部、连铸三工区工程师的大力支持下完成。在整个过程中工区给我创造了非常好的条件，并给予了悉心的指导。从一开始的资料准备、研究方案确定、最后的论文完成，都付出了极大7的心血。同时，他们渊博的知识和严谨的治学态度也深深影响了我。由于论文编写时间仓促及本人水平有限，论文中存在的缺点和错误在所难免，敬请各位老师批评赐教连铸三工区石伟