【正文】 連鑄坯質(zhì)量控制技術一 . 連鑄坯的質(zhì)量指標二 . 鋼水的準備三 . 保護澆注技術四 . 中間包冶金功能一 . 連鑄坯的質(zhì)量指標評價連鑄坯質(zhì)量是從以下幾方面： (1)連鑄坯的純凈度：是指鋼中夾雜物的含量，形態(tài)和分布。這主要取決于鋼液的原始狀態(tài)，即進入結晶器之前鋼液是否 “干凈 ”；當然鋼液在傳遞過程中還會被污染。為此應選擇合適的精煉方式，采用全過程的保護澆注，盡可能降低鋼中夾雜物含量。 (2)連鑄坯的表面質(zhì)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(nèi)坯殼形成生長過程中產(chǎn)生的；與澆注溫度、拉坯速度、保護渣性能、浸入式水口的設計，結晶器振動以及結晶器液面的穩(wěn)定等因素有關。因此要嚴格控制影響鑄還表面質(zhì)量的各參數(shù)在合理的目標之內(nèi)，以生產(chǎn)無缺陷鑄坯，這也是鑄坯熱送和直接軋制的前提。 (3)連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量：是指連鑄坯是否具有正確的凝固結構，以及裂紋、偏析、疏松等缺陷的程度。二冷區(qū)冷卻水的合理分配、支撐系統(tǒng)的嚴格對中是保證鑄坯質(zhì)量的關鍵。倘若采用電磁攪拌技術還會進一步改善連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。 (4)連鑄坯的外觀形狀：是指連鑄坯的形狀是否規(guī)矩，尺寸誤差是否符合規(guī)定要求。與結晶器內(nèi)腔尺寸和表面狀態(tài)及冷卻的均勻性有關。圖 1 鑄坯質(zhì)量控制示意圖 表 1 連鑄坯缺陷分類1. 連鑄坯的純凈度（ 1） 夾雜物的危害與模鑄相比，連鑄的工序環(huán)節(jié)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(nèi)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(xù)性和致密件。大于 50μm的大型夾雜物往往伴有裂紋出現(xiàn)，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(tài)和分布對鋼質(zhì)量的影響也不同，如果夾雜物細小，呈球形，彌散分布，對鋼質(zhì)量的影響比集中存在要小些；當夾雜物大，呈偶然性分布，數(shù)量雖少對鋼質(zhì)量的危害也較大。 例如：從深沖鋼板沖裂廢品的檢驗中發(fā)現(xiàn)，裂紋處存在著 100一 300 μm不規(guī)則的 CaO—A1 2O3和 A12O3的大型夾雜物。鋼的清潔度又是一個相對概念，它是根據(jù)產(chǎn)品用途來確定鑄坯 (鋼錠 )非金屬夾雜物的水平，以決定合理的生產(chǎn)工藝路線和技術對策。 例如對低碳深沖鋼、軸承鋼，高碳冷拔鋼對鑄坯清潔度提出了更高的要求，對鋼筋、線材用鋼，主要是保證機械性能，對清潔度的要求就不那么苛刻。 鑄坯夾雜物來源可分為內(nèi)生的和外來的。 還有用于包裝的鍍錫板，除了要求較高的冷成型外，對夾雜物的尺寸和數(shù)量也有相應要求。國外生產(chǎn)廠家指出，對于厚度為 ，在 1m2面積內(nèi)，粒徑小于 50 μm的夾雜物應少于 5個，才能達到廢品率在 ％以下．即深沖 2023個 DI罐，平均不到 1個廢品?？梢姕p少連鑄坯夾雜物數(shù)量對提高深沖薄板鋼質(zhì)量的重要性。 對于極細的鋼絲 (如直徑為 — 的輪胎鋼絲 )和極薄鋼板 (如厚度為 )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(shù)量對鋼質(zhì)量的影響還與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 。隨著薄板與薄帶技術的發(fā)展， S／ V可達 10一 50，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(chǎn)薄板材質(zhì)量的危害也越大。所以降低鋼中夾雜物就更為重要了。 將鑄坯軋制成中厚板材或棒材時，連鑄坯的內(nèi)部缺陷對鋼質(zhì)量仍存在著潛在的危害性。表 2是夾雜物組成、尺寸對最終產(chǎn)品的影響。表 2 夾雜物組成、尺寸對最終產(chǎn)品的影響（ 2） 連鑄坯夾雜物的影響因素及控制措施 連鑄機的機型對鑄坯內(nèi)夾雜物的數(shù)量和分布有著重要影響。不同的連鑄機機型，其鑄坯內(nèi)夾雜物的分布有很大差別；就弧形結晶器而言，注流對坯殼的沖擊是不對稱的，上浮朗夾雜物容易被內(nèi)弧側液固界面所捕捉，因而在連鑄坯內(nèi)弧側距表面約 l 0mm處，就形成了 A12O3夾雜物的聚集。鑄坯夾雜物聚集的機理表明，液相穴內(nèi)有利于夾雜物上浮的有效垂直長度應不小于 2m，因而要消除弧形連鑄坯內(nèi)夾雜物的聚集，最好建設帶有 2—3m垂直線段的弧形連鑄機。 連鑄機的機型不同，連鑄坯內(nèi)夾雜物的數(shù)量也有明顯的差異。根據(jù)連鑄鋼液示蹤試驗所測定的數(shù)據(jù)來看，鑄坯中夾雜物來源比例是：出鋼過程鋼液氧化產(chǎn)物占 10％，脫氧產(chǎn)物占 15％，熔渣卷入約占 5％，注流的二次氧化占 40％左右，耐火材料的沖刷約占 20％，中間罐渣占 10％。由此可知，鑄坯中基本上是外來夾雜物，主要來自鋼液傳遞過程中的二次氧化。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： (a)無渣出鋼。轉(zhuǎn)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。 (b)根據(jù)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(tài)。 (c )采用無氧化澆注技術。經(jīng)過精煉處理后的鋼液氧含量已降到 2010 6 以下；在盛鋼桶一中間罐一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。 (d)充分發(fā)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(qū)；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。 (e)連鑄系統(tǒng)選用耐火度高，融損小，高質(zhì)量的耐火材料，以減少鋼中外來夾雜物。 (f)充分發(fā)揮結晶器的鋼液凈化器和鑄坯表面質(zhì)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。 另外，還可以向結晶器內(nèi)喂入包芯合金線，實現(xiàn)結晶器內(nèi)微合金化，這不僅提高了合金的吸收率，而且能精確控制鋼液成分，調(diào)整凝固結構，改善夾雜物形態(tài)，有利于鋼的質(zhì)量。 (g)采用電磁攪拌技術，控制注流的運動。計算指出，在靜止狀態(tài)下，大于 1mm的渣粒上浮速度約 100一 200cm／ s；而注流向下流動速度為 60—120cm ／ s；可見結晶器液相穴內(nèi)注流沖擊區(qū)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 10—20mm 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。2．連鑄坯表面質(zhì)量 連鑄坯表面質(zhì)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(nèi)鋼液凝固所控制。連鑄坯表面缺陷如圖 5—5 所示。 圖 2 連鑄坯表面缺陷示意圖1一角部橫裂紋；2一角部縱向裂紋；3一表面橫向裂紋；4一寬面縱裂紋； 5一星狀裂紋；6一振動痕跡；7一氣孔；8—— 大型夾雜物（ 1）表面裂紋 表面裂紋就其出現(xiàn)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。A 縱向裂紋 縱向裂紋在板坯多出現(xiàn)在寬面的中央部位，方坯多發(fā)生在棱角處。表面縱裂紋直接影響鋼材質(zhì)量。若鑄坯表面存在深度為 ，長度為 300mm的裂紋，軋成板材后就會形成 1125mm的分層缺陷。嚴重的裂紋深度達10mm以上，將造成廢品。 其實早在結晶器內(nèi)坯殼表面就存在細小裂紋，鑄坯進入二冷區(qū)后，微小裂紋繼續(xù)擴展形成明顯裂紋。由于結晶器彎月面區(qū)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(chǎn)生應力集中導致縱向裂紋。坯殼承受的應力包括： (a)由于坯殼內(nèi)外，上下存在溫度差產(chǎn)生的熱應力， (b)鋼水靜壓力阻礙坯殼凝固收縮產(chǎn)生的應力； (c)坯完與結晶器壁不均勻接觸而產(chǎn)生的摩擦力。 以上這些應力的總和超過了鋼的高溫強度，致使鑄坯薄弱部位產(chǎn)生裂紋。影響坯殼生長不均勻的原因很多，但關鍵是結晶器彎月面區(qū)初生坯殼生長的均勻性，為此應采用以下措施： (a)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(chǎn)生裂紋和發(fā)生拉漏。有的研究表明，結晶器倒錐度的很小變化，就會引起坯殼上形成 。因此要根據(jù)鋼種來確定結晶器的倒錐度，而且還要經(jīng)常檢查結晶器，保持正常的倒錐度。 (b)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，高粘度保護渣使縱裂紋增加。因而要求控制保護渣的粘度 η與熔化時間 t的比值；如澆注含 [A1[＞ ％的鋁鋼時，保護渣的 η /t＜ 2可以明顯減輕縱裂紋和夾渣的產(chǎn)生。所以根據(jù)所澆鋼種選用合適的保護渣，保持液渣層在 10mm以上。(c)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(chǎn)生。 (d)根據(jù)所澆鋼種確定合理的澆注溫度及拉坯速度。假若鋼水的過熱度升高 10℃ ，結晶器內(nèi)由于高溫鋼木的流動就會使凝固坯殼被熔融 2mm。對于線收縮量大，導熱性能差的鋼種，除了控制合適的澆注溫度和拉坯速度外，還要注意均勻冷卻。 (e)保持結晶器液面穩(wěn)定。結晶器液面波動區(qū)間應該控制在土 5mm以內(nèi)。( f)鋼的化學成分應控制在合適的范圍。隨 Sn、 Zn、 C u、 Pb、 As、 B等元素的含量增加，熱裂紋也有增加的趨勢。(g)采用熱頂結晶器。即在彎月面區(qū) 75mm銅板內(nèi)，鑲入導熱性差的材料，如不銹鋼等；使結晶器此處的熱流密度減小 50％一 70％，延緩坯殼的收縮，減輕鑄坯表面的凹陷，從而減少了裂紋發(fā)生幾率。 角部縱裂紋常常發(fā)生在鑄坯角部