发布时间 : 星期三 文章连铸坯产生质量问题的原因 - 图文更新完毕开始阅读8cb12d3267ec102de2bd89f1
从另一个角度来描述，增加拉速将使铸坯在结晶器内停留时间减少，随之凝固速率减低。这将使热排出时间延长，推迟等轴晶的成核和生长，并使柱状晶区扩大和使轴向偏析的扩展加重。限制拉速还有一个重要的问题是，在一定长度的结晶器内，应形成足够厚度的凝固壳，以使铸坯不致拉漏。
总而言之，拉速选择取决于下列因素： (1)凝固金属内排出热量的效率； (2)中间包过热度； (3)断面； (4)二冷制度； (5)钢的成分； (6)结晶器长度；
(7)是否有M—EMS和F—EMS，并与它们的运行参数有关。
总的是拉速低，偏析度小；但过低的拉速不仅作业率降低，而且偏析并不继续降低。 低碳钢在结晶器内的传热速率最低(含碳0.1％时)，传热速率随含碳量的增加而增大。直到碳含量为0.25％，此后导热速率保持基本稳定。这一点很重要，说明碳含量为0.1％的钢与中碳钢相比，其柱状晶区增大并伴随着轴向偏析增加。增加硫含量，例如增至0.3％，对于0.1％的碳钢的传热速率有明显的改善，但对高碳钢(0.7％碳)则无效。 62.连铸工艺研究得出的最佳拉速是多少? 连铸专家们提出的最佳拉速建议如下： 专用低合金钢：
120mm×120mm方坯拉速1.8m/min 200mm×200mm方坯拉速0.8m/min 235mm×235mm方坯拉速0.7m/min
高碳钢(C 0.75％，Mn 0.58％～0.85％)： 110mm×110mm方坯拉速2.1m/min 115mm×115mm方坯拉速2.4m/min 方坯不锈钢：
210mm×210mm(带EMS时) 拉速1.0m/min一1.2m/min 板坯不锈钢：
1090mm×127mm(不带EMS时) 拉速0.9m/min
低碳钢(C 0.12％～0.14％，Mn 0.65％)： 板坯：1830mm×180mm 拉速达到0.8m/min
钢中碳在0.1％～0.85％，锰在0.4％～0.85％的方坯：拉速可达4.0m/min。
以上是实践中的典型浇注制度，但是这种制度不能保证轴向偏析有明显的降低效果，因而产量(拉速)和质量肯定存在矛盾，而现在小方坯的拉速已经提高到2.5～4.0m/min，因此要寻求改善浇注工艺条件(放宽工艺条件)的办法，就是电磁搅拌。 63.铸坯断面尺寸对偏析有什么影响?
已发现铸坯断面尺寸对凝固组织有明显的影响，因而必然对轴向偏析有重要影响。 从冶金观点出发，一般愿意浇注大断面，它允许有较长的凝固时间，从而在液芯凝固前可以完全消除过热度。这将使柱状晶区相对长度减小并形成等轴晶，使中心区组织更为均匀。然而从能源和成本考虑，希望浇注出质量满意的最小断面铸坯。
由以上可知，当断面减小时，过热度应当降低。浇注大断面，中心偏析区的厚度也随之增大；但是偏析面积(横断面)与铸坯断面的比值是减小的，检查了一些铸坯的偏析状况： 矩形坯210mm×350㎜ 260mm×370mm 方坯250mm×250mm 160㎜×160mm 113mm×113mm 100mm×100mm 80mm×80㎜
发现在160mm×160mm方坯上出现了最高的最大偏析率(Mn最大偏析率为1.3，C为1.6，用直径3mm钻头钻取深度3mm)。其次是250mm×250mm和80mm×80㎜方坯，只有断面大于250mm×250㎜时，偏析才有实质性的降低。同时，矩形坯偏析也会降低。 另一个很重要的问题是V状偏析，将会在后面的章节讨论。 64.连铸坯鼓肚对偏析有什么影响?
在二冷区铸坯回温太快，会产生鼓肚，鼓肚所产生的抽吸力相当大，会把熔化在钢液中的溶质元素往末端抽吸，使偏析加重。
65.为什么研究中心线偏析及V状偏析的定性模型很重要?
20世纪70～80年代，国内外学者做过大量试验，以求证中心线偏析生成的原因和确认其定性模型。这里再次叙述，并不显得多余，因为连铸工作者碰到的铸坯质量的控制困难并未获得很好解决，特别中心线偏析的问题。 66.产生中心线偏析的成因有哪些?
当凝固接近中心线时，中心线附近有一个黏稠区，在此区域内，树枝状结晶之间的钢液流动受三个主要动力的驱动：
(1)由温度梯度及合金元素偏析引起的钢液密度变化，其综合效应是“收缩”； (2)由于凝固及上述收缩而引起的对钢水的抽吸作用； (3)如果采用电磁搅拌，有由电磁搅拌造成的电磁力。 以上所叙述的3个动力，第(2)、(3)项的影响是主要的。 67.V状偏析的生成机理是怎样的?
在凝固区产生的收缩抽吸树枝晶间的钢水，主要是沿与总浇注方向的垂直方向(横向指向中心)运动的。但由于按热焓所确定的固相分量分布关系，造成在黏稠区内存在着渗透能力的梯度，因此树枝晶间钢水的流动很容易沿中心线方向进行。因此，这种液体流动可以用两种现象的综合作用来表述：
(1)垂直抽吸作用及水平孔隙梯度；
(2)按V形路线沿浇注方向指向中心的流动。
树枝晶间钢水的流动开始是由于穿越树枝晶网格组成的多孔介质引起的。逐渐地，这种均匀化的流动转变为一种沿择优通路流动的形式，有如大坝一侧高压洪水渗透堤坝泥沙而形成“管涌”。
按宏观偏析生成机理，该处的条件可能形成这种通道。实际上，流体具有使热焓消失的同一方向。这些通道处于沿浇注方向的V形锥体区，这些V形通道相对于中心线方向的角度，比开始时树枝晶间钢水的穿流方向的角度要大一些，这是因为穿透能力的梯度已经形成了。 68.大方坯、凝固区间大的钢种的凝固模型是怎样的?
凝固过程可以用图2—13来描述等轴晶区凝固对连铸大方坯的中心偏析，如果在整个凝固期间均生成柱状晶直至铸坯中心时，则“小钢锭”模型可以简单地迭加在这里的模型上。 第一步：柱状晶坯壳的凝固。液相穴中的金属相对于液相线具有一定的过热度。下落到结晶前沿的小晶体迅速被再熔化，以此促进了过热度的降低。
第二步：液相穴被过冷，晶体可在液相中生长，它们沿凝固前沿下落并可被凝固前沿所捕集。
第三步：等轴晶的生长变得比柱状晶生长更为容易，发生了柱状晶向等轴晶的转变，从大方坯外表面向内可以看到一层凝固壳，一层初生柱状晶的黏稠区，过后是等轴晶和一个液相区，该区包括一个自由区组成的少量固相，它是由对流产生的。
第四步：所有自由液相消失，在中心线区形成一个黏稠区，但它具有流体性质。 第五步：黏稠区的流动性消失，树枝晶间的渗透作用开始。 第六步：偏析槽出现。
第七步：偏析槽沿中心线形成强烈的最后流动。
第八步：当凝固进行到最后阶段时，保持最后凝固的液体中集中了残留偏析元素的液体。
图中：
t0，t1，tn为第1，2，?，(n+1)步的开始时间。
则t7～t3为大方坯中心线的局部凝固时间。含碳量越高则该时间越长。该研究工作的主要设想是中心偏析的严重程度直接与时间区间长度有关，特别是第七步仅发生在凝固温度间隔非常大的钢种。
69.控制中心偏析的方法及EMS的作用有哪些?
从上述模型同样可以导出控制中心线偏析的方法，主要原因是凝固时的收缩，所以首先想到的是在最终凝固阶段对铸坯进行轧制，这种工艺称为“软压下”。
关于软压下这里不进行讨论。通过简单地观察，软压下只是在凝固过程末端将铸坯进行压缩，以抵消凝固收缩力。在板坯二冷和末端使用软压下，效果比F—EMS要好。
软压下可以把熔化的有严重偏析元素的钢水往前挤，最终集中于坯段的一头，但它无法使其在铸坯断面内均匀化。
软压下不能改善凝固终端铸坯内部特别是固体含量较高的液芯内部的传热效果。
而F—EMS能明显分散中心富含溶质元素的钢水，可消除过热，控制偏析，使疏松和缩孔降级。因此在方坯的末端使用F—EMS，特别是小方坯上，电磁搅拌实现起来更方便。 70.为什么要采用F—EMS来控制中心偏析?
末端电磁搅拌在恰当的位置使用合适的工艺运行参数，会起到如下效果： (1)折断柱晶，使注流下滑，整体补缩；
(2)折断的柱晶及枝晶通过运动，重新熔化细化，会加快冷却，并扩大等轴晶区； (3)运动的钢液内部元素会均匀化； (4)克服V状偏析，减轻疏松和缩孔；
(5)如果在二冷段出现了产生内部裂纹的条件(热应力和机械力的影响)，那么电磁搅拌的效果是可以使凝固前沿产生裂纹处受到冲刷，重新熔合；同时，感应线圈大功率的涡流，也会使坯壳均热而减轻裂纹的影响。 因此，我们可以：
(1)通过采用电磁搅拌，使所产生的等轴晶尽可能细化，以控制黏稠区的穿透性； (2)如图2—13所示，尽量增加第四步的时间，在此时间内，黏稠区还保持流体的特性； (3)通过提高电磁搅拌力的方法对抗第五步及第六步。通过对抗力，这些缺陷是可以克服的。 71.为什么要重视连铸坯中心疏松和缩孔?
疏松和缩孔与元素偏析几乎是同时发生的，缩孔的附近也是偏析、夹杂密集的区域。与大气相通的缩孔加热时，其内壁受到氧化，在这种情况下，缩孔不能在随后的热压加工过程中焊合。 疏松和缩孔的成因主要是由凝固收缩所产生的，与疏松和缩孔紧密相连的是V状偏析。 72.连铸坯的凝固收缩是怎样发生的?
钢水变成铸坯，体积收缩约11.9％(即钢水比重约为7.0g/cm，而钢的比重为7.89/cm)其中： (1)从浇注温度降到液相线温度，体积收缩约1％(低碳钢时)； (2)凝固收缩量为3％～4％，即液体完全变为固体时的体积收缩；
(3)固态收缩量，从固相线温度冷却到室温的收缩，它与钢冷却过程的相变有关，一般收缩量为7％～8％，它对钢锭产生裂纹有重要影响。
上述三种体积收缩，凝固收缩是会带来严重后果的，因为凝固收缩发生在连铸坯的凝固末端，它和模铸行为有很大区别。
模铸时，可以从保护帽浇注，浇注完毕，冷却收缩集中在帽头上。
连铸时，铸坯下行冷凝，上部钢液不断进行补充，因而无集中的缩孔。但是由于柱状晶搭桥、冷凝不均匀及钢液变稠，熔池底部发生的收缩不能得到完全的补缩，在凝固的均匀区表现为疏松，而且间歇地发生缩孔。这个间歇距离大约是5cm一10cm。
再描述一次上述过程：连铸坯坯壳已经变硬，但仍处于高温状态，约1000℃一1100℃以上。 芯部钢液从液相急剧地转变为固相(比如固相率0.4→1.0)，这个过程不会很长。
凝固时发生3％～4％的体积收缩，收缩会产生很大的抽吸力，吸取上部未能凝固的残液。 在一段长度上发生的这种凝固，造成中心等轴晶区形成管道和网格，不规则，也不连续。最终的管道内残液凝固后收缩的孔洞，则无法补充。
由于搭桥现象造成的补缩困难，是和柱状晶的发展及形态密切相关的。
中心疏松和缩孔不严重时，对有些钢种危害不大，但对管线钢、轴承钢、弹簧钢则有严重的影响。中心疏松和缩孔处，正是偏析元素和溶质杂质的集中区。 73.过热度如何影响缩孔?
在同一台铸机上，浇注工艺相对于某一钢种，基本上是固定的，但过热度有人为因素在内，可能出现大的变化。下面是65#钢，130mm方断面，冶金长度18.7m，有M—EMS，结晶器铜管长1m的情况，过热度超过30℃，则缩孔明显增加，而纵向缩孔等级增高明显(图2一14)。
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74.末端(二冷第四段)采用强冷如何影响缩孔?
对于120㎜以下小方坯，末端采用强冷，曾经取得很好的效果，其物理意义在于，末端凝固发生很快，收缩引起的疏松无法补充，严重时引起缩孔。强冷的目的是，使末端铸坯坯壳快速冷却以形成外壳收缩，这种外壳收缩总的引起体积收缩，从一个横断面上看，就是总的面积收缩，因而可以部分或大部分抵消中心部位的凝固收缩(图2—15)。
从实验结果看，过热度增高，对铸坯纵向缩孔是有加重影响的，而末段强冷，对铸坯纵向和横向缩孔均有改善的影响。