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1、1 第十一章连铸过程的凝固和组织结构11.1 连铸坯凝固过程的热量钢水冷却凝固到连铸坯，要放出大量热量。期间放出的热量分三种，即过热（显热的一种）、潜热、显热。过热：从浇注温度到液相线温度需放出的热量。QL=CL（TCTL）QL为过热量，千焦/千克； CL为钢水比热（热容） ，0.8778千焦 /千克度；TC为浇注温度，；TL为液相线温度，。潜热：从液相线温度降低到固相线温度需放出的热量。Lf 显热：从固相线温度降低到坯壳表面温度需放出的热量。QS=CS（TST0）QS为显热，千焦/千克； CS为固态钢比热（热容），0.7106千焦 /千克度；TS为固相线温度，；T0为温，。11.2 连铸坯的
2、凝固过程三个阶段：钢水在结晶器内形成初生坯壳；带液芯的坯壳在二冷区稳定生长；2 临近凝固末期的凝固。11.3 连铸坯的组织结构边部细小的等轴晶激冷层；中间树状晶区；中心等轴晶区。第十二章连铸工艺12.1 连铸对钢水的要求总要求：四定：定量（炉产量）、定时（定时供给钢水，即周期恒定），定温度，定化学成分。12.1 连铸对钢水成分的要求12.1.1 成分的稳定性：不仅要求同一炉（同一钢包内）钢水化学成分均匀稳定（吹氩搅拌） ，而且要求连浇上下炉钢水的化学成分要相对均匀，即C 含量差 0.02% 、Mn 含量差 0.15% ，因上下炉连浇，分坯不能严格做到一炉对一炉，在这样的成分范围3 内，钢材性能
3、的均匀性才能得到保证。12.1.2 钢水良好的可浇注性：要求水口不堵塞、不结瘤。钢水纯洁度高、夹杂物少，气体含量低，其流动性好；在工艺规程范围内，适当提高浇注温度，其可浇性好。钢水中 Al，极易氧化成Al2O3，其熔点高，容易形成水口结瘤、断浇。对一般结构钢控制其钢中Als 含量，一般控制在0.006% 以下就能防止Al2O3在水口沉积结瘤堵塞，同时做好保护浇注工作，减轻钢水的二次氧化。对于铝镇静钢，如冷镦钢，其钢中Als 高，除做好保护浇注工作外，钢水的变性处理是必不可少的，就是向钢中喂Ca线，使钢水中Ca/Als 达到一定的比值，钢中就不会形成高熔点的Al2O3夹杂，只生成3CaOAl2O
4、3低熔点的化合物，因此不会堵塞水口，解决了高Al 含量钢水的可浇注性。12.1.3 抗裂纹敏感性连铸坯在坯壳生长和凝固过程中，受钢水静压力、热应力、组织应力、外加机械应力等作用，在拉坯和矫直时，受拉应力和弯曲应力的作用。在坯壳簿弱部位易引起应力集中，当超过其抗拉强度时，就会产生表面或内部裂纹。控制钢中热裂纹倾向性强的元素含量，尽量避免裂纹敏感区域，4 防止铸坯裂纹。碳： 0.09%0.17% ，裂纹敏感区，在结晶过程中存在包晶反应，即铁（铁素体） +液相 L=铁（奥氏体）（体心立方结构）（面心立方结构）此过程存在体积收缩，组织应力及热应力大，易发生裂纹。一般要求 C 含量避免此区域，减轻裂纹敏
5、感性；对C 含量处于此范围的钢水，降低拉速，调整好保护渣，使结晶器内的传热良好，以减轻裂纹倾向。硅、锰：二者均是作为脱氧剂和合金元素加入钢水中，对钢材的力学性能有所帮助，同时也能改善钢水的流动性。硫：热脆元素，硫偏析易使连铸坯横裂。氮：时效元素，而且影响钢板的冷加工性能，控制钢中氮的措施就是顶底复吹转炉后期改用氩气，炉外精炼用氩气搅拌，连铸过程采用保护浇注。氧：连铸的钢水应为镇静钢，氧易与钢中合金元素形成氧化物，堵塞水口，如果氧含量过高，连铸坯会产生皮下气泡，轧后会因气泡缺陷判废。12.1.2 连铸对钢水洁净度的要求5 钢水洁净度指钢水中非金属夹杂物的数量、形态、分布。钢水中非金属夹杂物分：内
6、生夹杂物、外来夹杂物。内生夹杂物以脱氧产物为主，即氧化物，也硫化物，内生夹杂物尺寸一般较小，50m。脱氧产物经过吹氩处理，绝大部分上浮至顶渣层。外来夹杂物，主要是钢包、中间包、塞棒、水口因钢水冲刷、侵蚀等产生的夹杂物，尺寸比较大。夹杂物按其组成可分为：硫化物（A 类） 、Al2O3（B 类） 、硅酸盐（ C 类） 、球状氧化物（D 类） 。提高钢水洁净度，减少钢中夹杂物的途径：（1）脱氧良好，尽量降低钢水中氧含量；（2）做好保护浇注工作，防止钢水的二次氧化形成夹杂物；（3）选用合适的耐火材料，减少钢水与耐火材料的相互作用；（4）减少钢包下渣量、稳定中间液面和结晶器液面，防止钢渣和保护渣卷入钢水
7、中；（5）加强钢包吹氩，改善钢水流动性，促进夹杂物的上浮。12.2 温度控制12.2.1 控制浇注温度的重要性6 浇注温度是指中间包内的钢水温度，合适的浇注温度是保证连铸操作顺利进行的重要条件。从凝固理论分析，浇注温度尽量接近液相线温度，以获得较宽的等轴晶区，减轻铸坯的中间偏析和内裂缺陷，改善铸坯质量。钢种不同，钢水的粘度和凝固特性不同。低碳钢的钢水粘度较大，流动性较差，在润滑不良的情况下，钢液与结晶器容易产生粘附现象，容易产生粘结和夹杂缺陷。高碳、高硅钢液，即使在接近液相线温度范围内，仍保持良好的流动性。合适的浇注温度，就是要保证钢包浇注完毕后，中间包内的钢水仍有良好的流动性、注流正常。通常
8、一炉钢在中间包要测量3 次温度，即开浇5min、浇铸中期、浇铸结束前5min，其平均值为平均浇注温度。测量点为离钢包注流最远的中包水口区域。浇注温度过高，加剧钢包和中间包内衬的蚀损，钢中外来夹杂物增加，污染钢水，严重会造成漏钢，铸坯菱变、鼓肚，铸坯内裂纹和中心偏析倾向大。浇注温度过低，在结晶器液面处形成冷钢皮，造成铸坯表面翻皮，同时易导致中间包低温结瘤，中断浇注。12.2.2 连铸生产对浇注温度的要求（1）一定的过热度，过热度一般控制在2030。（2）浇注温度波动范围要小，浇注前、中、后期温差不能过大，保持温度稳定，通常控制在1015。7 12.2.3 浇注温度的确定12.2.3.1 钢水液相
9、线温度的计算钢水的液相线温度是确定浇注温度的基础。钢水液相线温度取决于钢水碳和合金元素的含量。现给出一种计算钢水液相线温度的计算公式：T液=153988*C%+8*Si%+5Mn%+30*P%+20S%+5Cu%+4*Ni%+1.5Cr%+2V% 当钢水各元素含量确定后，依据该公式可计算钢水液相线温度。12.2.3.2 过程温度损失（1）出钢过程的温度损失（2）钢水炉外精炼的温度损失（包括吹氩、喂线、真空处理等）（3）钢水等待浇注（镇静）时间的温度损失。（4）大包到中间包的温度损失。12.2.3.3 钢水过热度 T0 的确定与钢种、浇注方法（敞开浇注、保护浇注）、中间包容量、中间包形状、中间包
10、内衬材质及烘烤状态、浇注时间、铸坯端面、浇注速度中间包保温等因素有关，一般情况下，过热度控制在2030。8 如果中间包采用等离子加热技术，其过热度可以控制得较低（ 10左右）。12.23.4 出钢温度出钢温度等于钢水液相线温度+过热度 +过程各种温度损失。即：T 出=T 液+T0+ T 损失12.3 拉速控制拉速是连铸生产操作中的重要控制参数，正确控制拉速是保证顺利浇注、充分发挥连铸机生产能力、改善铸坯质量的关键因素之一。影响拉速的因素主要有钢种、浇注断面、冶金长度、结晶器出口坯壳厚度、浇注温度、中间包容量及液面深度等。最大拉速：连铸机允许达到的最大拉速，铸坯到达最后一组拉矫辊达到完全凝固时所
11、具有的拉速为连铸机的最大拉速，是衡量连铸机最大生产能力的依据。工作拉速：是连铸操作中能实现顺利浇注、保证铸坯质量相对稳定的平均拉速。起步拉速：开浇时的拉速叫起步拉速，起步拉速一般为工作拉速的80% 左右。起步时间因断面不同而不同，一般保持在1560s。9 12.4 冷却控制连铸坯凝固是一个传热过程，钢水中的热量通过冷却介质带走，坯壳边运行边放热凝固，形成了液相穴相当长的铸坯。连铸机可分为3 个传热冷却区：一次冷却区：钢水在水冷结晶器中形成足够厚度的坯壳，以保证铸坯出结晶器时不拉漏。二次冷却区：喷水加速铸坯内热量的传递，使铸坯完成凝固。三次冷却区：铸坯向空气辐射传热，使铸坯内外温度均匀化。12.
12、4.1 一次冷却要求初生坯壳均匀生长。钢水传递给结晶器冷却水的热量：Q=h（TsTw）F Ts 为钢水温度， Tw 为冷却水温度，F 为结晶器有效传热面积。结晶器内钢水的传热途径：（1）钢水与坯壳的对流传热；（2）凝固壳内的传导传热；（3）凝固壳与结晶器铜壁的传热；（4）结晶器铜壁内的传导传热；10 （5）结晶器冷却水与结晶器铜壁的强对流传热。结晶器冷却水压0.61.0Mpa ，进水温度 35，进出水温差 610，出水温度45。结晶器水缝要合适，过大，水速慢，冷却水沸腾，冷却效果差；过小，要保证足够的冷却水量，势必压力过大，冷却水的利用效果不佳，结晶器冷却水流速一般控制在610m/s。12.4
13、.2 二次冷却结晶器内凝固的坯壳，在二次冷却区进行喷水冷却，继续完成凝固过程。在冷却过程中，铸坯各个面要均匀冷却，并根据钢种和断面要求，合理分配喷水量。二次冷却制度有强冷和弱冷两种工艺。弱冷工艺，可以保证铸坯矫直温度在900以上，避免脆性温度区。而且缓冷降低铸坯中心偏析程度，限制树状晶的生长，减少横裂纹和细裂纹缺陷的产生。中、高碳钢均采用该工艺。强冷工艺适用低碳且裂纹敏感性低的钢种。影响二次冷却效果的两因素：水滴速度、水滴直径。水滴速度越大、水滴直径越小，冷却效果越好。水滴速度、水滴直径均取决于水压、喷嘴直径及结构。二冷水分配：11 （1）铸坯长度方向的分配，QL/t 或 QL/L/V 式中Q
14、 为冷却水量； t 为凝固时间； L 为液相穴深度；V 为拉速二次冷却水应该沿着铸机高度从上到下逐步减少。通常就是将二次冷却区分为若干个冷却段，而将总的冷却水量按一定的比例配给各个冷却段。（2）铸坯内外弧的水分配。与立式连铸机不同，弧形连铸机内外弧的冷却条件有着很大的区别。在刚出结晶器的某一定的范围内，因为冷却段接近垂直布置，因此，内外弧冷却水量分配应该相同。随着远离结晶器，对于内弧来说，那部分没有汽化的水会往下流，并沿着一个支撑棍的表面挤向铸坯的两个角部；而对外弧来说，由于重力的作用，喷射到外弧表面的冷却水都会即刻离开铸坯。因此除了与结晶器紧连的的二次冷却段外，随着铸坯越来越趋于水平，各冷却
15、段的内弧与外弧水量分配比应越来越增大其差别。通常这种内外水量比为1：11：1.5 。（3）二次冷却水与拉速。在冷却水的计算方面，拉速是十分重要的因素。在二次冷却过程中，凝固的系数K值的大小主要取决于冷却强度，即在一定范围内增加冷却强度可加大 K 值。而拉速的变化实际上是改变了凝固时间，也影响了坯壳厚度。因此，冷却水流量必须随着拉速变化而变化，以保持一个合适的冷却强度。12 （4）二次冷却水与钢种。不同的钢种，其裂纹敏感性不一样，因此其冷却曲线不一致。现在均采用计算机自动配水，生产时只要选择对应钢种的冷却曲线，计算机自动按该曲线配水。12.5 连铸保护渣12.5.1 结晶器用保护渣分类：按外形分
16、：粉状渣、颗粒渣；按制造工艺分：预熔渣、非预熔渣；按适用范围分： 低碳钢用保护渣 （钢中 C 含量 0.08% ） 、中碳钢用保护渣（钢中C 含量 0.090.20% ） 、高碳钢用保护渣、特殊钢用保护渣。12.5.2 保护渣的物理和化学特性（1）成分：主要为CaO 和 SiO2，含有少量的Al2O3 ，为降低保护渣熔点和加快熔化速度，还添加一定的KF 或NaF 等助熔剂，另外为提高保护渣的润滑性能，还须加入一定的碳粉。（2）熔化温度。多组分的化合物没有固定熔点，一般将具有一定流动性的温度定义为“熔化温度”。（3）熔化速度。是指保护渣在一定温度下其熔化的量。保护渣中 C 含量增加， 其熔化速度减小，提高温度其熔化速度加快。13 （4）粘度。指在一定温度下液态保护渣的粘滞程度。一般在 1300时测定，单位为Pas（1 泊=10-1Pas） 。粘度过低， 将使渣膜增厚， 铸坯易裂纹； 粘度过高， 流动性差，难于流入结晶器与坯壳的缝隙，影响润滑，且容易卷渣。
