连铸坯产生质量问题的原因.docx

1、连铸坯产生质量问题的原因连铸坯产生质量问题地原因铸坯地纯净度(夹杂物数量、形态、分布等； (2铸坯地表面缺陷(裂纹、夹渣、气孔等； (3铸坯内部缺陷(裂纹、偏析、夹杂、疏松和缩孔等. 铸坯地纯净度主要取决于钢水进入结晶器之前地处理过程,即在浇注前把钢水搞“干净”些；同时浇铸时要控制工艺,不让夹杂物随钢水下行. 铸坯纯净度地控制是从熔炼开始(电炉、转炉到炉外精炼、中间包冶金、保护浇注以及电磁搅拌工艺地全过程控制. 铸坯地表面缺陷主要取决于钢水在结晶器内地凝固过程,它与结晶器内坯壳地形成过程、结晶器液面波动、浸入式水口设计、保护渣性能等因素有关.必须控制影响表面质量地各参数在目标值以内,从而生产无

2、缺陷地铸坯,这是热送和直接轧制地前提. 铸坯地内部缺陷包括内部裂纹、疏松与缩孔,主要取决于在二次冷却区铸坯冷却过程和铸坯支撑系统.合理地二次冷却水分布,支承辊地对中,防止铸坯鼓肚等是提高铸坯内部质量地前提. 铸坯内部元素偏析,是与全过程有关地. 因此,为了获得良好地铸坯质量,可以根据钢种和产品地不同要求,在连铸地不同阶段,如钢包、中间包、结晶器和二冷区采用不同地工艺技术(包括电磁搅拌,对铸坯质量进行有效地控制.连铸坯产生质量问题地原因夹杂物中含有弱脱氧元素较多,且SiO2+MnO含量大于60以上,尺寸大于50m,可以判定夹杂物是空气与钢水二次氧化所致； (2夹杂物组成与耐火材料组成相近,且形状

3、特殊、尺寸较大,可以判定为耐火材料地侵蚀物； (3夹杂物中含有钾、钠等元素,说明是由于结晶器保护渣卷入钢水中所致.28.弧形连铸机铸坯内夹杂物聚集有何特点? 截至2000年,我国已建成大小方坯弧形铸机1039流,圆坯专用弧形铸机23流,总计1062流,其中不少方坯铸机可同时兼拉圆坯.夹杂物在内弧聚集对圆坯穿管极为有害. 弧形铸机由于结构上地原因,铸坯中大颗粒夹杂物是比较严重地,而且聚集在内弧面1/4处,其成因如图21所示. 夹杂物随钢流冲向结晶器下部,拉速越快,冲击越深.由于比重地原因,夹杂物有一个上浮地趋势.钢流运动是一个圆弧轨迹,与上浮力(垂直方向合成,杂质便向铸坯内弧侧运动,至凝固前沿,

4、被黏稠区所俘获.这种质量问题,无论是方坯、圆坯、板坯地弧形铸机,都是存在地,不得不采取多种方法,如在弧形机上加电磁搅拌,在板坯机上加电磁制动来解决.日本川崎水岛钢厂和日本钢管福山厂甚至将弧形板坯铸机改为立弯式铸机,使上段有3m以上地垂直段,以利于夹杂物上浮,对于大多数弧型圆坯铸机来说,一个性能良好地结晶器电磁搅拌是必须地.电磁搅拌所产生地旋转力,使钢液在下行过程中,作强烈地圆周运动,这种运动会使钢液(比重大产生离心力,向坯壳压缩,而夹杂(比重轻则向心运动,聚集起来,高温地夹杂集合会使颗粒增大而更趋于上浮,避免了向内弧移动.而电磁旋转力地作用,减轻了钢液注流冲击深度,也有利于夹杂物上浮.29.按

5、影响成品加工性能分,夹杂物有哪些类型? 按夹杂物变形能力可分为脆性夹杂、塑性夹杂和半塑性夹杂. 脆性夹杂物一般指那些不具备塑性变形能力地简单氧化物、复杂和复合氧化物,氮化物和不变形地球状、点状夹杂物.由于钢丝是经钢坯热轧成盘条后再经拉拔而形成地,要求变形量很大,所以A1203、尖晶石等不变形脆性夹杂对线材地危害是很大地. 塑性夹杂物在钢经受加工变形时具有良好地塑性,沿着钢地流变方向延伸成长条状,属于这类地有SiO2含量较低地铁硅酸盐、硫化铁、锰(Fe、MnS等. 半塑性地夹杂物一般指各种复合地铝硅酸盐类夹杂物. 钢中非金属夹杂物地变形行为比较复杂,不仅取决于夹杂物地类型,而且与夹杂物地成分及变

6、形温度密切相关.连铸坯产生质量问题地原因在晶界沉淀,诱发横裂纹；钢坯在脆性温度700900区间矫直；二冷太强等. 连铸工艺方面防止横裂地措施一般有：结晶器采用高频小振幅；二次冷却采用平稳地弱冷却,并使矫正时铸坯表面温度大于900；结晶器液面稳定,并采用有良好润滑性能、黏度较低地保护渣. 一般来说,MEMS对横裂影响甚微,但末端电磁搅拌(FEMS可以使铸坯表面温度回升,可使因振痕引起地横裂(细小在下行时,特别是空冷区内,不致受力而继续扩大,特别是对矫直温度可能低于900地铸机工艺来说,更有降级地效果.35.表面网状裂纹和铸坯角部裂纹产生地原因有哪些? 表面网状裂纹：高温铸坯表面吸收了结晶器地铜,

7、以及表面铁地选择性氧化.解决地办法是结晶器铜板加镀层.电磁搅拌不能改善网状裂纹. 连铸坯角部裂纹：角部纵向或横向裂纹主要原因是结晶器结构和安装不对称所造成.经验证明,过强地MEMS搅拌,会使角部裂纹加重.36.连铸坯地内部裂纹有哪些? 根据连续铸钢500问地定义,内部裂纹是从结晶器拉出来地带液芯地铸坯,在弯曲、矫直或辊子压力地作用下,在正在凝固地、非常脆弱地固液交界面产生地裂纹,叫内部裂纹,它地种类大致分为8种： (1矫直裂纹：是带液芯地铸坯在进行矫正时受到超过允许地变形率造成地. (2压下裂纹：由于拉辊压力太大,于正在凝固地铸坯固液两相区中产生地. (3中间裂纹：主要是由于铸坯通过二次冷却区

8、时冷却不均匀,温度回升大而产生地热应力造成地.另外铸坯鼓肚或不对中造成外力,也可产生这种裂纹. (4角部裂纹：由于结晶器冷却不均所造成地. (5皮下裂纹：离表面310范围内,细小裂纹地产生主要是铸坯表层温度反复多次变化而发生相变,裂纹沿两种组织交界面扩展而形成.因为310mm纯粹是在结晶器内生成,因此MEMS可以有效地控制其生成. (6中心线裂纹：在板坯横断面中心可见地裂隙,并伴随有S、P地正偏析,它是凝固末期铸坯鼓肚造成地. (7星状裂纹：方坯横断面中心裂纹呈放射状.二冷区冷却太强,随后温度回升而引起凝固层鼓肚,使铸坯中心黏稠区受到拉应力破坏所致. (8对角形裂纹：二次冷却不均,使铸坯产生菱

9、形变形所致. 裂纹发生地力学原理是,凝固界面地晶体强度非常小(仅13N/mm2、由变形到断裂地应变为0.20.4.因此铸坯受到外力(如鼓肚力、矫直力、热应力等超过上述临界值,就在固液界面产生裂纹,并沿柱状晶扩展,直到凝固壳能抵抗外力为止. 从上述各处裂纹来看,多数在结晶器内发生地表面裂纹、气泡、针孔等,可以通过MEMS来抑制.中间裂纹也可以通过电磁感应地办法来控制,只是目前尚未为此而专门设置这种装置.至 少,在板坯地四角因冷却过速,在矫直时会发生裂纹,因而已有专门地电磁感应加热装置使其均温而改善裂纹地例子.事实上,电磁感应加热与电磁搅拌器是同一种结构,只不过一种是利用电磁推力,而另一种是利用电

10、磁感应涡流发热和磁滞发热而已.电磁感应能改善铸坯局部裂纹,已经有了一定数量地实验数据,至于工业推广,还需要机会.连铸坯产生质量问题地原因钢水过热.由浇注温度TC来决定： T1=TC一TL (2凝固潜热.不同地钢种凝固潜热是不同地： T2=TL一TS 低碳钢地潜热为310KJ/kg,潜热放出地速率,直接关系到连铸生产率； (3物理显热.钢从固相线温度冷却到室温所放出地热量. 显热地释放过程比较复杂,在冶金长度内,铸坯坯壳在很长一段时间是由喷水冷却地,而后一段空冷区是靠热辐射冷却地.外壳边冷却边接受坯芯传出地热量.铸坯完全凝固后,铸坯继续向空气中辐射热量,使铸坯表面温度上升并且均匀化.41.钢液冷

11、却地动力是什么? 首先,钢液在结晶器内通过传热消除过热,紧贴结晶器壁地那部分钢液由液相转变到固相,发生相变结晶,形成初生坯壳. 铸坯凝固过程地冷却动力就是温度梯度.液芯温度为TC,凝固前沿为TL,初生壳为TS,结晶器铜板外壳是冷却水温,外壳表面水温在沸点以下,因此绝不会接近或超过100,即在核态沸腾区以下.在很短地距离内,温度差值约1400,温度梯度很大.巨大地温度梯度,产生强烈地对流和传导.连铸坯产生质量问题地原因浇铸和搅拌会引起钢液地运动,因而引起热地对流；(2钢液与结晶器壁接触受冷凝固,形成初生坯壳；(3弯月面以下坯壳与器壁之间有传导传热；(4坯壳内部因温度梯度而从内向外地热传导；(5钢

12、液与凝固壳在两相区地传热；(6冷却水与结晶器外壁之间地传导和结晶器铜板很短距离内地强烈地传热.43.结晶器壁传热过程是怎样地? (1在结晶器口下100140mm处,称为弯月面,钢液与结晶器铜板有压力接触.此处是靠结晶器壁传热地,此处传热效率最高.不过在钢水和器壁之间,还有很薄地一层熔渣和润滑剂,对传热有些影响,初生坯壳就从弯月面开始生长. 结晶器壁具有良好地导热性,只需要结晶器壁很薄,热阻很小,相当于传热系数为2W/cm2,这是一种传导传热. (2凝固壳与结晶器壁之间地传热,钢水在弯月面处冷却速度高达100/s,据测定钢液弯月面处地结晶器热流密度高达1.52.0MW/m2. (3冷却水与结晶器

13、壁地对流传热.冷却水通过强制对流,把结晶器壁地热量迅速带走,当水流达到6m/s时,传热系数Hw=4W/cm2,结晶器内冷却水不会产生沸腾现象.44.凝固壳地传导传热是怎样进行地? 凝固壳地传导传热是在坯壳内进行地,是单方向地,坯壳内温度梯度可达550/m.45.钢液与铸坯凝固壳界面地对流传热是怎样进行地? 钢液与铸坯凝固壳界面地对流传热.钢液由中间包水口向结晶器内不断注入,引起结晶器内钢液地对流运输,对流会把钢液地过热传给凝固地坯壳,对已凝固地坯壳产生冲刷作用,使其减薄,达到热交换行为.实践表明,当钢水过热度每增高10,凝壳就减薄2mm,可见过热度高地钢水既影响铸坯质量(中心偏析等,又影响铸机

14、效率(控制拉速,以防拉漏.46.二冷区传热有什么特点? 铸坯在二冷区有约60地热量放出,二冷区铸坯表面热量传递方式有： (1冷却水地蒸发和冷却水加热带走热量占58； (2铸坯表面辐射占25,辊子与铸机地接触传热占17. 可用对流传热方程来描述这一过程： =h(TSTW 式中热流,W/cm2； h二冷区综合传热系数,W/cm2； TS铸坯表面温度,； TW冷却水温度,.47.什么是二冷区传热效率? 二冷区喷水冷却是一个复杂地传热过程,一般采用铸坯表面与冷却水之间地传热系数h来表示二冷区冷却能力,h大则传热效率高.传热系数与单位时间、单位面积地冷却水量W(水流密度地关系,以经验公式表示： h=AW

15、n 式中A、n常数,n=0.50.7； W一水流密度,t/(m2min.48.空冷区传热如何计算? 铸坯在空冷区传热主要是向空中辐射传热.故空冷区导出地热流由下式计算： =(TS+2734一(T0+2734 式中空冷区平均热流,W/m2； TS铸坯表面温度,； T0空气地温度,； 表面辐射系数； 斯蒂芬-波耳兹曼常数,5.7610-8,W/m2K4.连铸坯产生质量问题地原因结晶器不同位置在正常凝固时,首先会在弯月面处形成初生壳,壳体紧贴结晶器铜管地四壁(图24a,到结晶器中部时,因凝固壳收缩,坯壳与铜板平面之间会形成一个很小地空隙(图24b.空隙地产生,会大大降低传热效果,缝隙可能会被熔融地保

16、护渣或润滑剂所填充,以改善传热.在结晶器出口处,因凝固收缩空隙应当增大(图24c,但由于结晶器地倒锥角关系,坯壳与铜板不能完全脱离. 在结晶器地中部,坯壳一方面受收缩力地作用,离开铜板；另一方面受到钢水静压力而向外扩张(靠近铜管壁,这个过程是一种不稳定过程.如果有电磁搅拌力让钢水旋转起来,则离心力会给铸坯初生壳更大压力,使其紧贴铜管管壁. 电磁旋转力会使液芯内部过热钢水作强烈地热对流运动,会使初生壳重熔,一方面影响了坯壳地成长,这对柱晶生长是不利地；另一方面却使弯月面附近热传递加快46倍,因而最终会改善凝固结构. (2实际上没有电磁搅拌时,结晶器内初生壳生成是不理想地,一方面冷却存在不均匀问题

17、；另一方面,注流从水口进入结晶器在结晶器这个方柱体内(等似是不均匀地,即流场不对称,紊流地冲刷,使得坯壳生长不均匀,会出现如图25地情况,产生如下后果. 初生壳不均匀,是表面和次表面裂纹地根源； 初生壳不均匀,有拉漏地危险； 冷却不均匀,使某些部位柱状晶得以快速发展,以致在二冷区“搭桥”. 为改善注流钢水地不良影响,要妥善地使用MEMS,使旋转钢流成为主流场,控制由于注流紊流形成地冲刷. 结晶器段MEMS地作用是：加快热交换,抑制初生柱状晶,增加等轴晶面积.可以改善铸坯中心地质量,也为FEMS功能地发挥提供了很好地条件. 综上所述,铸坯表面质量和次表面质量取决于结晶器内凝固地环境和条件.一般从

18、弯月面开始形成初生壳,到出结晶器口,铸坯厚度为：小方坯h=812mm,板坯h=1215mm.表面地机械损伤(振痕、气泡、夹杂、皮下夹杂,裂纹等都与结晶器地条件有关. 振痕是由机械来调整地,而夹渣与中间包衬、水口材料、保护渣有关；夹渣地严重程度,与水口浸入深度和液面稳定性有很大关系,如钢种对铸坯要求高,则必须加液面控制和恒拉速控制系统.为了减轻夹杂并改善裂纹,控制铸坯表面质量,应当使用电磁搅拌器.连铸坯产生质量问题地原因液体内部地温度差和浓度差而引起地对流运动； (2钢液注入结晶器产生地运动； (3重力对液体中生长晶体地作用. 一个基本地现象是：在有利于柱晶成长和被溶质元素富集地液体流动地条件下,连铸坯地轴向偏