连铸气泡原因分析及预防措施

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在铸坯坯表皮以下，沿柱状晶方向生长的孔洞称为气泡。接近于铸坯表面，相对比较小的气泡且密集分布的称之气孔。根据气泡位置，将露出表面的称之为表面气泡，不漏出表面的称之为皮下气泡。钢水脱落不良是产生气泡的主要原因，而钢中气体含量高（主要是氢）也是形成气泡的一个重要原因。另外出钢、浇注过程空气、水分的带入也会产生气泡。由于发生的位置不同，通常把露出铸坯表面的气泡称为表面气泡；把潜伏在铸坯表面下边而又靠近表面的称为皮下气泡。前者在未经清理的铸坯表面即可观察到，而后者只有在对铸坯表面进行清理之后才可观察到。当气泡直径较小但密集在一定面积时称为针孔。当连铸坯有气泡缺陷时，在进一步轧制过程中，会在轧材表面形成鳞状折叠缺陷，因此对有气泡缺陷的铸坯应进行修磨处理。
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. x- c" Q; Q+ @; h铸坯表面气泡形成的原因，一般是在凝固过程中，钢中的氧、氢、氮和碳等元素在凝固界面富集。当其生成的CO,H2,N2等气体的总压力大于钢水静压力和大气压力之和时，就会有气泡形成。如果这些气泡不能及时从钢中逸出，就会存在于铸坯表面或皮下成为气泡缺陷。连铸坯脱氧不足(钢中残铝量小于0.0015%)往往是生成铸坯表面或皮下气泡的重要原因。此外操作因素对气泡缺陷也有一定影响，如在冶炼末期终点控制不当，钢水过氧化，或者出钢时间长，浇注温度高，以钢包和耐火材料烘烤不良等，都会使钢中溶解的气体增加，并导致形成铸坯气泡的危险。
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为了防止铸坯表面气泡孔的生成，首要条件是控制钢中总的气体含量。为避免发生表面和皮下气泡，钢中氧的活度应小于一极限值。当钢中含炭量一定时，此极限值和钢中含[H]量与含[N]量有关。随着钢中[H]和[N]的增加,此极限值降低。因此加强限制和控制钢中[H]和[N]的含量，对生产无气泡缺陷的铸坯是必要的。控制结晶器中钢液面的波动，对减少铸坯针孔也很重要。在自动控制液面情况下，铸坯的针孔数比手动浇注情况下大为减少。近年来发展的结晶器电磁搅拌技术（M--EMS），可以促使气体从凝固界面逸出，因而可减少铸坯表面和皮下气泡的形成。

a在实际生产中，产生气泡的常见原因

⑴脱氧不良，当钢中溶解铝大于0.008%就可防止CO气泡产生。

(2)钢水过热渡大。

(3)两次氧化，空气中水汽吸入。

( b7 g- d: C! M& l⑷保护渣水分超标。
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⑸结晶器上口渗水。
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6 c+ S# @' |0 Y4 _/ ?5 ?⑹结晶器润滑油过量。

* r/ Y6 Z0 c4 n⑻中间包衬(绝热板)潮湿。
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一般整炉铸坯出现气泡是由于钢水脱氧不足所引起的，中间包开浇第一炉的前面数铸坯出现气泡，是由于绝热板潮湿或粘结剂分解向钢水增氢所致。对于连续出现的气泡缺陷，应检查保护渣水分（要求小于0.5%）和结晶器上口是否渗水。

b采取的措施
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0 ^; l) f7 f0 G⑴冶炼镇静钢一定要脱氧安全，防止在浇注过程中产生CO。

" ~% q8 Q: o; [8 M! C! O, h⑵确定正确的出钢温度，防止高温出钢。
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⑶采用无氧化浇注，防止钢水吸气。
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⑷钢包、中间包、水口要烘烤、去潮。

. Z$ @" w* S% R+ ^! _3 VF 双浇

' \7 m* k9 p& t7 W# C  z+ q# W铸坯表面在水平方向呈现的不连续重接痕迹为“双浇”（或重接），对接位置往往是由于中断浇注造成的。
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3 @$ D" ~; [2 Qa产生双浇原因
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' t; r/ ~' L% i  P. ~. R（1） 生产中操作不当，如：水口堵塞、更换浸入式水口、拉坯故障停车等。在弯月面形成不连续凝壳，继而再浇都会造成双浇缺陷。重接（双浇）处在轧制时不能焊合应该切除。

（2） 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 C. K. i% F9 @6 b+ Q3 D" f（3） 钢水太粘、温度过低、水口堵塞、注流偏离等都可能引起重皮。
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b防止双浇措施
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/ h# A8 L' ?. Q减少注流中断的时间是防止双浇的唯一措施。

G翻皮

凝壳在结晶器内发生轻微破裂时，会有少量钢水流出来，弥合裂口，铸坯表面有横向的折叠状，好像贴了一层皮似的，称之为翻皮或重皮，严重将导致漏钢。

% A; v5 x6 Y3 J1 W1 |- ~a常见的原因
2 j. r- j* G1 o( s$ K1 u6 y（1） 操作不当引起的结晶器内润滑不足或短时间拉速过快造成的润滑不足。

（2） 结晶器弯月面出的钢管内壁有变形和凹坑（大于0.5mm）。
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  g: U7 a  I1 A! n$ m8 i（3） 烧氧造成的毛糙，形成挂钢。
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（4） 温度过高，凝壳薄，易撕裂。

（5） 结晶器上口或边角出有渗漏水。

' T- p0 d/ j8 f8 D4 j（6） 结晶器震动参数选择不当。
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由于结晶器铜管内壁上部挂钢所造成的翻皮是连续出现的，由于操作因素（润滑不足，过热度大）所造成的翻皮是个别的、继续的。
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) e: ?0 r  b: b+ I5 o8 jb采取的措施

8 W% v( T1 _) S; k& d（1） 稳定拉速，润滑好结晶器。

/ m& x. O% _7 h; D, l（2） 对结晶器的使用要严格把关，其参数误差超过规程严禁使用。
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9 B, F8 k7 H  g7 H7 v（3） 严格按浇注制度浇钢，超过钢种要求的浇铸温度上限应拒浇。
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H振痕异常
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铸坯侧面正常的振痕是呈波浪状等距离地分布在铸坯表面，如果振痕不是水平线，而是在离铸坯角部很短的距离处，变成模糊的变形曲线，再在靠近相对的角部重新变成水平线状，这就是异常振痕，有时异常振痕表现为振痕过深，类似“横沟”的现象。在连铸过程中，为了避免坯壳与结晶器壁粘结，通常连铸机都设有结晶器振动装置，由于结晶器上下往复运动，在铸坯表面形成周期性的和拉坯方向垂直的震动痕迹。他是在坯壳不断的不断的被 拉破又不断重新焊合的过程中形成的，若振痕深度较浅（小于0.5mm），而且比较规则的话，在铸坯进一步加工时不会形成的缺陷。但是如果振痕较深，在振痕谷部往往潜伏着横裂、夹渣和针孔等缺陷，这些缺陷将危害成品质量，在这种情况下，就构成了铸坯的“深振痕”表面缺陷。[NextPage]
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7 _7 C: ]  a0 F+ A5 ]研究工作证实，振痕深度和振动参数（频率、振幅、负滑动时间等）、钢中含炭量、保护渣性能以及结晶器液面波动状态等因素有关，随着震动频率的增加振幅的减小，振痕深度变小，因而采用高频率小振幅的振动方式，可显著改善铸坯表面质量，钢中含碳量对振痕的影响。显然低碳钢（0.1%左右时）铸坯的振痕最深。这种情况和前边已多次提到的低碳钢坯壳表面粗糙不平有关。调解保护渣粘度，降低保护渣消耗量，也有利于减小振痕深度。
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一些研究工作证实，当结晶器内弯月面处液面保持高温时，可显著减小振痕深度，改善铸坯表面质量。为此，近年国外研制一种带有不锈钢插件的热顶结晶器。使用这种新型结晶器，可显著改善振痕深度。

a振痕异常原因
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" p) r0 |6 ]7 \, \+ c+ ]8 v（1） 结晶器震动异常是造成振痕异常的根本原因。

（2） 结晶器铜管内表面不平整，特别是弯月面处有沟槽。

: `9 X2 @5 Q" l. z  D7 u/ c（3） 结晶器内润滑不当也会造成振痕异常。
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; F* f2 A' Y5 t" k& b（4） 操作不当引起。
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: v- f' e6 X# N% ub采取的措施

（1） 严格检查结晶器的震动系统，防止出现震动异常。

. [4 q3 T6 Y( E（2） 加强对结晶器的管理，防止结晶器带病工作。
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（3）加强对结晶器的润滑。

  l7 S* l2 B) u- {+ `, BI冷溅

由于金属

9 [/ W8 j& l4 Q% D8 J" y: D/ ?; RI冷溅
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由于金属小颗粒夹在铸坯和结晶器壁之间，在铸坯表面形成分厂粗糙的凹痕面，称之为冷溅。
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: g* m) C: ^$ P4 ma造成冷溅的原因

(1)   敞口浇注时钢流的喷溅粘到结晶器的表面的冷钢嵌入凝固壳。

(2)   结晶器液面波动太大，把渣中的不容物卷入凝固壳。

  j5 B7 x8 Q2 _! h+ v(3)   浇注过程中烧氧操作不当使液滴飞溅到结晶器壁上。
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/ [/ _3 ~: {- {* {4 f3 ]/ Z1 |2 V5 fb采取的措施
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(1)   稳定结晶器液面，防止液面波动量过大。
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(2)   防止铸流堵塞，正确浇氧，以免液滴飞溅到结晶器壁上。
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(3)   采用保护浇注，提高自开率。

7 E) d" m# z$ _8 L" y: [) ^J渗漏

出现在铸坯表面的（成串的）钢液凝滴，称为渗漏。
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a渗漏的原因

    (1)   凝壳上的小裂纹，可能发生在结晶器内或二次冷却装置上部

$ l9 R1 i9 b4 }* R, \: ^, s    (2)   其他一些缺陷及事故造成的渗漏。发生渗漏时，如果不及时对结晶器或二次冷却加强冷却，   就将会发生漏钢，它是许多缺陷或事故的预警报。

. Q, H4 _; G" U3 k. Lb采取的措施
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结晶器及二冷供水合适。

! a! P7 ^5 m8 u; x# N' A0 vK擦伤

在铸坯表面沿拉环坯方向连续或部连续的划痕称为擦伤，其深度和宽度不一，引成原因主要是外来的损伤，加之拉速太快、铸坯温度过高，铸坯表面在高温状态时硬度较低所至。

5 c( J  N- M. o8 y- fa生产中造成擦伤的原因
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（1） 结晶器下有异物，划伤铸坯。

（2） 足辊或导向辊旋转不良，时转时不转，附有氧化铁而造成铸坯损伤。
; p+ o( L3 ]8 e. p2 M& o9 l（3） 因漏钢后冷钢、硬渣粘附在辊子上未及时清理，与铸坯摩擦划伤。

8 Y5 \6 j9 G# r（4） 拉矫水套处氧化铁堆积过多。

（5） 采用液压剪切机时剪机套口附近有异物所至。
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" Z9 Y/ |: b7 e: `5 h: o2 x(2)角部纵向裂纹。这种裂纹在方坯中较常出现。发生这种裂纹的原因和方坯的形状缺陷。当铸坯发生脱方时，在其钝角处冷却速度快，较早收缩形成气隙，随后此处坯壳的生长受气隙影响厚度交薄，当其受到横向拉应力的作用时，即形成角部纵裂纹。当结晶器某些参数设计不当，圆角半径过大，倒锥度过小，或者因结晶器使用次数较多变形量较大时，都会使铸坯角部冷却不均匀，并诱发角部纵裂纹的发生。适当增大结晶锥度，使用凹面结晶器提高铸坯角部散热率，在二冷区对铸坯均匀冷却，防止铸坯脱方，都有助于减少角部纵裂纹的发生。
  (3)表面横裂纹（和角部横裂纹）。表面横裂纹多发生在弧形联主机铸坯的内弧侧，而且常发生在铸坯表面深振痕的波谷处。对于含Al高的钢种和含有Nb、Cu、Ni、N等微量元素的钢种较容易出现这种裂纹。现已查明，这种裂纹的发生是在钢的第三脆性区（600°～900°）,沿粗大的奥氏体晶界有AlN、BN等化合物析出的结果。在这个脆性区矫直铸坯时，铸坯内弧侧受到拉伸应力，很容易产生横裂
纹。表面横裂纹之所以经常发生振痕的波谷处，是因为波谷中往往充填有保护渣，使此处冷却速度降低，凝固组织粗大，坯壳强度低；而且波谷处有常是析出物的发源地。当矫直辊水平度异常时，铸坯的矫直应变比正常情况下增大，因而会导致横裂纹发生率增加。有时猪皮在矫直之前，表面已有星状裂纹，若在脆性区矫直，就会以原有的星状裂纹为缺口扩展为表面横裂纹。
除上述原因外，如果结晶器锥度过大，振动参数不适当，拉坯速度不稳定，二冷区铸坯冷却不均匀，都会加剧横裂纹的产生。为减少表面横裂应采取措施减小振痕深度，严格控制钢中Al和N的含量，向钢中加入适量的Ti、Zr、Ca等元素抑止氮化物、碳化物在晶界析出；尤其要控制矫直温度，使铸坯在脆性区之外矫直。当铸坯在900℃以上矫直时横裂纹大幅度减少。目前已广泛采用弱冷铸坯、高温矫直的措施，这不但有利于提高铸坯质量，而且易于实现铸坯热送。
- m8 }9 |8 U( |* q  \1 q9 O# U关于角部横裂纹的形成原因以及预防措施，和表面横裂纹是基本上相同的，不过还应注意二冷区夹辊的对中，使铸坯角部不发生过分被弯曲的情况，否则将助长角部横裂的发生。
（4）星形裂纹。星形裂纹又称表面龟裂，是在铸坯表面呈网状分布的细小裂纹。通常在铸坯表面经喷丸处理、酸洗、或剥皮后，才能检查出来。此种裂纹沿晶界分布，深度为1-2mm，长约10-20mm，分布在30-50mm2的范围内。星状裂纹的产生过程是热坯壳直接与结晶器铜板接触，铜的微粒在铸坯的晶界熔化并析出，最后在铸坯表面形成由铜引起的星形裂纹

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谢谢您的赐教。