CSP和ISP结晶器水模试验

河北钢铁杯职工职业技能大赛连铸工试题库（1309题）一、判断题1、钢中含磷高，会引起钢在低温时的韧性大为降低，引起“热脆”。

( )×2、冷却水喷咀的性能，不会影响铸坯质量和拉坯速度。

( )×3、事故冷却水的水量应不小于正常水量的1/5。

( )×4、适当降低过热度的浇注温度，可缩小铸坯中的柱状晶区，扩大等轴晶区。

( ) √5、所谓固相矫直是指铸坯进入矫直区域已全部凝固时进行的矫直。

( )√6、对涂料中间包要求耐热冲击性好，当从室温快速加热到1700℃时不炸裂，不剥落。

( )×7、对于大断面带液芯矫直的铸机，采用多点矫直比采用一点矫直好。

( )√8、二冷区冷却比按每吨铸坯消耗的冷却水体积衡量。

( )√9、钢水由液态变成固态的过程，必须满足一个条件，即一定的过冷度。

( ) √10、钢水在中包内的最佳停留时间为5min。

( )×11、钢液过冷度大，形核速度大于长大速度。

( )√12、连铸结晶器冷却水质要求比二冷水要求高。

( )√13、连铸坯按铸坯断面分类有方坯、板坯、园坯、异型坯。

( )√14、连铸坯常见的表面缺陷有鼓肚、扭曲、菱变。

( )×15、随着保护渣中碳含量的增加，保护渣的熔化速度加快。

( )×16、随着冶炼过程的进行，脱碳速度将越来越快。

( )×17、结晶器的铜板镀Ni是为了提高导热性能。

( )×18、铸坯振痕深度与结晶器振动负滑脱时间有关，负滑脱时间越短，振痕深度越深。

( )19、结晶器冷却水较二冷区冷却水压力低。

( )×20、沸腾钢比镇静钢的表面质量好，但成材率低。

( )×成份的含量不同。

( ) 21、刚玉、高铝和粘土质耐火材料的区别在于SiO2×22、钢包保护套管的作用是改善劳动条件。

( )×23、保护渣水份不会对保护渣的质量造成影响。

第18卷第7期Z 006年7月钢铁研究学报JOur nal Of ir On and S teel researchVOl .189NO .7Jul y Z 006作者简介!胡志刚(1971-)9男9博士后9讲师3E -m ail !Zi g hu ＠163.cO m 3修订日期!Z 005-1Z-Z 8CSP 薄板坯连铸包晶反应区域的研究胡志刚1!马春林1!刘浏Z !周英超1!路殿华1(1.邯郸钢铁集团公司技术中心9河北邯郸0560153Z .钢铁研究总院工艺所9北京100081)摘要!包晶反应对铸坯表面质量影响严重9笔者针对邯钢CSP 生产线的表面纵裂问题9利用实验和生产数据研究了冷却速率和硅\锰合金元素对Fe-C 合金的包晶反应和包晶点位置的影响O 研究结果表明I 由于CSP 薄板坯冷却速率快9Fe-C 相图向左下方移动9包晶反应区域的碳含量为0.08 ～0.Z 0 3在钢中其它成分不变的条件下9硅含量增加9锰含量减少9包晶点处的碳含量提高O 因此9对于CSP 工艺生产的低碳钢9碳含量应控制在下限9而中碳钢的碳含量应控制在中上限O关键词!CSP 3薄板坯3连铸3包晶反应3冷却速率3表面纵裂中图分类号!TF777.1文献标识码!A 文章编号!1001-0963(Z 006)07-0010-04Re g i on of Peritectic Reacti on i n Thi n S l ab Casti n g Process of CSPHU Zhi-g an g 19MA Chun-li n 19Li U L i u Z9Z HOU Y i n g -chaO 19L U Di an-hua 1(1.T echnOl O gy Center 9Handan ir On and S teel g r Ou p CO Lt d 9Handan 0560159Hebei 9Chi na 3Z .T echnOl O gy research instit ute 9Central ir On and S teel research instit ute 9Bei i n g 1000819Chi na )Abstract I Peritectic reacti On has i m p Ortant eff ect On t he sl ab surf ace C ualit y .infl uence Of cOOli n g rate 9silicOn and m an g anese cOntent On t he p eritectic reacti On and p eritectic p Oi nt Of Fe-C all O y s has been st udi ed b y t he ex p eri m en-tal data and p r Oducti On data f Or sOl vi n g t he p r Obl e m Of l On g it udi nal surf ace cracks .The results shO W t hat f Or hi g h cOOli n g rate Of t hi n sl ab casti n g p r Ocess 9t he Fe-C p hase di a g ra m mOve l ef t and dO Wn and t he car bOn cOntent i n t he re g i On Of p eritectic reacti On ran g es f r O m 0.08 t O 0.Z 0 3When Ot her cO m p Ositi Ons Of steel are cOnstant 9t he car-bOn cOntent i ncreases W it h t he i ncrease Of silicOn cOntent and t he decrease Of m an g anese cOntent .Theref Ore 9f Or m il d steel 9car bOn cOntent shOul d be restricted t O l O Wer li m it 9and f Or m edi u m -car bOn steel 9car bOn cOntent shOul d be restricted t O u pp er li m it f Or CSP p r Oducti On .K e y words I CSP 3t hi n slab 3p eritectic reacti On 3cOOli n g rate 3l On g it udi nal surf ace cracks 连铸坯表面凹陷和表面纵裂是板坯连铸中最为常见的表面缺陷O 通常认为9这两类缺陷与结晶器内坯壳的不均匀凝固收缩密切相关O 许多学者的研究结果表明 1～3 I 连铸坯表面凹陷和表面纵裂的发生与钢中碳含量有关O 对于传统的厚板坯连铸9碳含量在0.1Z ～0.15 范围的钢种9此类缺陷最为严重O 实际生产中也发现9浇铸碳含量在此区域的钢种时9结晶器热流和铜板温度明显低于其它钢种9裂纹发生率也较高O 通常认为9以上现象的发生与碳钢的包晶反应有关9因为包晶反应会导致较大的收缩和内应力O 研究包晶反应机理和包晶反应区域9在生产中采取适当的措施以减弱其危害9对提高产品质量有重要的指导意义OCSP 薄板坯的冷却速率比传统厚板坯快O CSP薄板坯的物理冶金过程和组织结构与传统厚板有较大差异9包晶反应对二者的影响程度也不一样O 现场生产数据的统计结果也表明I 传统厚板坯将碳含量控制在0.10 以下9可避开包晶反应的影响9保证生产的稳定性3而当CSP 钢水的碳含量大于0.08 后9由于凝固收缩量大9浇铸成功率极低O 笔者针对薄板坯的凝固特点9研究了CSP 薄板坯的包晶反应区及其对板坯表面质量的影响O1包晶反应F e-C相图中在1495时发生包晶反应8F e gL l一v F e g在此反应中8F e C0.10v Fe C 0.18和L C 0.533相共存其凝固过程为包晶反应区域的钢水浇入结晶器后当靠近结晶器壁的钢液的温度降到液相线温度时首先从液体中结晶出固体8Fe并以枝晶形式长大当液体温度低于1495时发生包晶反应8Fe L一v Fe围绕8Fe枝晶形成v Fe包层构成8Fe L v Fe的3相界面温度继续降低vFe相通过碳原子在相界面上扩散长大不断消耗8Fe 相和液相直到全部变成vFe相为止当发生8F e L一v F e转变时线收缩系数为9.8> 105而未发生包晶反应的8Fe相的线收缩系数为Z>105由于发生包晶反应时线收缩量大坯壳与结晶器壁容易形成气隙气隙的过早形成会导致收缩不均匀和坯壳厚度不均匀因而在薄弱处容易形成裂纹此外在初生的凝固层中晶体已连接但晶粒之间仍有液相发生包晶反应时由于相与相之间的比容变化较大产生的内应力也较大容易形成裂纹在Fe-C相图中碳含量在0.10～0.53区间的碳钢都会发生包晶反应只是当碳含量大于0.18后由于液相较少包晶反应造成的收缩也较小通常碳钢包晶区碳含量为0.10～0.18Z CSP薄板坯的包晶反应区域2.l凝固特点CSP薄板坯与传统厚板坯的凝固过程有一定的差异薄板坯的主要凝固特点是凝固速度快这是因为在薄板坯结晶器内钢液的过冷度大所以冷却速率快由于CSP薄板坯很薄50～90mm其在结晶器内的冷却速率大于传统厚板坯通常传统厚板坯的结晶器宽面热流为1.6>106m Z左右而CSP薄板坯的宽面热流则高达Z.5>106m Z按照凝固过程的平方根方程板坯凝固速度随时间的延长而下降厚度为50mm的薄板坯完全凝固的时间约为0.9m i n而厚度为Z30mm的厚板坯完全凝固大约需要Z Z.1m i n因此薄板坯的凝固过程属于快速凝固而传统厚板坯的凝固过程大部分处在慢速凝固区只是在铸坯表面冷却速率较快呈细晶粒层实验表明薄板坯的晶粒较细凝固过程中形成的二次三次枝晶比传统厚板坯短枝晶间距已由厚度为Z30mm传统厚板坯的90～300卜m减小到50～1Z0卜m同时快速凝固亦会导致氧化物硫化物等非金属夹杂物的尺寸减小这对奥氏体的再结晶和晶粒长大过程有显著的影响2.2快速凝固对包晶反应的影响通常使用的Fe-C相图是理想平衡状态下得到的但实际情况下的凝固是在不平衡的条件下进行的所以相变并不按照相图上所示的临界温度进行都会出现不同程度的滞后现象即相图向左下方移动4而且随着冷却速率的提高这种左移现象也更加明显图1中实线部分为平衡相图虚线部分为钢液在一定过冷度下的凝固相图由于冷却速率的不同碳钢的包晶反应区域和包晶点的位置会发生变化图Z示出了在液相线温度时不同过冷度10Z050100下铸坯热收缩量与碳含量的关系可以看出当过冷度从10增加到100时收缩量最大时的碳含量从0.17降低到0.09在Fe-C平衡相图上包晶点的碳含量为0.18而实际生产过程中凝固是在非平衡条件下进行的传统厚板坯连铸的冷却速率较小过冷度不大所以Fe-C相图的左移现象不明显碳钢包晶反应区域的碳含量在0.10～0.18范围内收缩量最大时包晶点的碳含量为0.15左右在薄板坯连铸中由于冷却速率快奥氏体区域扩大Fe-C相图向左下方移动钢液中的碳含量在0.07～0.08范围内就开始发生包晶反应所以薄板坯的包晶反应区域比传统厚板坯的宽碳含量在0.08～0.Z0之间均可能发生包晶反应收缩量最大时包晶点的碳含量为0.11左右图l冷却速率对Fe-C相图的影响F i g.l Infl uence of cooli n g rate on Fe-C p hase dia g ra m11第7期胡志刚等CSP薄板坯连铸包晶反应区域的研究图2碳钢在不同过冷度下的热收缩量F i g.2Ther m al contraction of iron-carbon all o y s atdifferent te m p erat ure below soli dus2.3硅!锰合金元素对包晶点的影响硅和锰是钢中最常见的合金元素硅锰对Fe-C相图和碳钢的包晶反应有影响由硅对Fe-C相图的影响可知硅是缩小奥氏体区域的合金元素随着硅含量的加大碳钢包晶点的碳含量也在增加见图3从图中可见当硅含量从0.Z5加大到Z.00时包晶点从O点<Cb0.18>移到b点<C b0.Z5>锰元素的作用与硅正好相反锰是扩大奥氏体区域的合金元素在Fe-M n-C相图上可以看到随着锰含量的增加包晶点的碳含量下降包晶点向左移动对只含硅锰合金元素的碳钢通过相图计算和图3Fe-S i-C三元系的奥氏体相区F i g.3Fe-S i-C terar y s y ste m austenite p hase dia g ra m坐标变换[5]可得到包晶点碳含量计算式=C b C Fe-C0.13[S i]0.0Z4Z[M n] 1.97[S i][M n]0.045[S i]Z0.0068Z[S i]Z[M n]<1>式中C b---碳钢包晶点的碳含量;C Fe-C---Fe-C平衡相图包晶点的碳含量式<1>是在平衡条件下推导出来的C F e-C0.18在实际生产条件下由于受冷却速率的影响传统板坯的C Fe-C0.15CSP薄板坯的C Fe-C0.11由于薄板坯生产的主要钢种是低碳钢和中碳钢其中大部分钢种的碳含量在包晶反应区域范围内在设计钢种成分时除了满足成本性能和成分等要求以外可通过适当调整碳硅锰元素的含量尽量使钢中碳含量避开收缩量最大的包晶点降低收缩量和内部包晶相变的应力避免裂纹的发生3包晶反应对CSP产品质量的影响3.l低碳钢目前对于CSP工艺碳含量在0.08～0.16范围内的钢种均属难浇钢种因此CSP工艺生产的低碳钢碳含量一般都控制在0.08以下而硅锰等其它合金元素的含量则因钢种不同而变化较大邯郸钢铁集团公司<简称邯钢>CSP工艺生产的低碳钢以SP HC和SP HD<日本标准热轧低碳钢带>为主笔者统计分析了Z003年这两个钢种的产品质量并用式<1>计算出了低碳钢包晶点的碳含量<一般都分布在0.09～0.14之间>表1列出了邯钢SP HC和SPA-H<日本标准集装箱板>钢的表面纵裂样本与正常样本中碳锰硅元素的平均值分布情况其中包晶点的碳含量用式<1>计算得到<下同>从表1中可见两钢种的丛C<实际碳含量与包晶点碳含量之差>均为负值说明该钢种的实际碳含量小于包晶点碳含量另外正常样本的丛C 的绝对值都比纵裂样本的大也就是说钢中的实际表l2003年邯钢CS P工艺生产的低碳钢的质量统计结果Table l0ualit y st atistical distri bution of CS Pl ow-carbon steel i n2003含量/SP HC SPA-H正常样本纵裂样本正常样本纵裂样本C0.0480.0530.0590.077M n0.Z500.Z4Z0.4350.445S i0.04Z50.04Z Z0.400.387C b0.1040.1040.140.134丛C0.0560.0510.0810.057Z1钢铁研究学报第18卷碳含量与包晶点碳含量的差值越大即丛C绝对值越大的钢种出现纵裂缺陷的可能性越小由于邯钢CSP工艺生产的低碳钢实际碳含量低于包晶点碳含量增加锰含量可使包晶点左移使丛C绝对值减小而增加硅含量将使包晶点右移使丛C绝对值增大因此对于CSP工艺生产的低碳钢首先要尽量将碳含量控制在下限远离包晶点其次将锰含量控制在中下限硅含量控制在中上限这样丛C 绝对值会增大丛C绝对值越大距离包晶点越远包晶反应对板坯凝固和传热的影响越小出现纵裂缺陷的可能性越小3.2中碳钢通常邯钢将CSP工艺生产的中碳钢碳含量设计在0.16～0.Z Z范围内按式1计算可知邯钢中碳钢的包晶点碳含量基本为0.11左右笔者统计分析了Z003年邯钢CSP工艺生产的O345B SS400和H400这3种中碳钢的表面纵裂样本与正常样本中碳锰硅元素的平均值分布情况以及包晶点碳含量和丛C的计算结果见表Z可见各钢种的丛C均为正值说明中碳钢的实际碳含量高于包晶点碳含量而且正常样本的丛C值均比纵裂样本的高说明钢中实际碳含量与包晶点碳含量的差值越大出现纵裂缺陷的可能性越小由于邯钢生产的中碳钢实际碳含量均高于包晶点的碳含量而增加锰含量使包晶点左移使丛C 变大增加硅含量则使包晶点右移使丛C变小因此对于CSP工艺生产的中碳钢首先应将碳含量控制在中上限远离包晶点其次将锰含量控制在中上限硅含量控制在中下限能增加丛C值丛C值越大离包晶点越远包晶反应对板坯凝固和传热的影响越小出现纵裂缺陷的可能性越小以上仅从包晶反应对产品质量影响的角度进行表22003年邯钢CS P工艺生产的中碳钢的质量统计结果Table20ualit y st atistical distri bution of CS P m edi u m-carbon steel i n2003含量O345B SS400H400正常样本纵裂样本正常样本纵裂样本正常样本纵裂样本C0.1870.1860.Z10.Z00.190.19 M n 1.17 1.140.4060.4040.440.4Z S i0.Z580.3060.070.0690.0770.066 C b0.1030.110.1040.1040.10Z0.104丛C0.0850.0760.1070.0960.0880.086了分析实际上硅锰等合金元素除对包晶反应有影响外还对钢的力学性能和组织结构等均有影响因此在实际应用中除考虑包晶反应的影响外还需综合考虑其它因素的影响从而确定出最佳的钢种成分设计方案4结论1冷却速率对Fe-C合金的包晶反应区域和包晶点的位置有较大影响冷却速率越大包晶点的左移量越大Z薄板坯连铸时由于冷却速度快奥氏体区域扩大Fe-C相图向左下方移动包晶反应区的碳含量在0.08～0.Z0范围内热收缩量最大时包晶点的碳含量为0.11左右3钢中其它成分不变时增加锰含量减少硅含量可使包晶点处的碳含量降低4用CSP工艺生产低碳钢碳含量应控制在下限锰含量控制在中下限硅含量控制在中上限时可减轻包晶反应对产品质量的影响用CSP工艺生产中碳钢碳含量控制在中上限锰含量控制在中上限硅含量控制在中下限时可减轻包晶反应对产品质量的影响参考文献!1An g el a Jabl Onka K l aus Harst e K l aus S ch Wer dtf e g er.Ther-mO m echani cal Pr O p erti es Of ir On and ir On-Car bOn A ll O y s D en-sit y and Ther m al cOntracti On J.COnti nuOus Casti n g19979155-163.Z K y un g-h y u m K i M T ae-un g YEO KYU HWan Oh et al.E ff ect Of Car bOn and Sulf ur i n COnti nuOus Cast S trand On LOn-g it udi nal Surf ace C racks J.iS iJ int er nati Onal1996363Z84-Z89.3蔡开科程士富.连续铸钢原理与工艺M.北京冶金工业出版社Z00Z.4宋维锡.金属学M.北京冶金工业出版社1980.5苏留记王泽民黄华.连铸圆管坯热裂纹与包晶点的关系J.钢管1998Z711Z-15.31第7期胡志刚等CSP薄板坯连铸包晶反应区域的研究。

参数 的优化提供理论依据 。
关键词 ：Ｓ Ｃ Ｐ连铸 ； 结晶器； 浸入 式水 １ ； ５ 数值模拟 ／ 中图分类号 ： ７ ． Ｔ ７７ 文献标 志码 ： Ａ 文章编号 ：６ ２— ｏ ｏ ２ｏ ）４— ３５— ４ １７ ３ ９ （０６ ０ ０ ３ ０
Ｎｕ ｅ ｉ ａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ． ｍ ｅ ｓｏ ａ ｌ ｗ ｅｄ ｍ ｒｃ ｌＳ ｍ ｌｔｏ ｆ３ Ｄｉ ｎ ｉ ｎ ｌＦ ｏ Ｆｉｌ ａ ｄ Ｔｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ｉｌ ｆＣＳ ｎ ｉ ｕ ｕ ｓｉ ｇ Ｍ ｏｄ ｎ ｍ ｅ ａ ｕ ｅ Ｆ ｅｄ ｏ Ｐ Ｃｏ ｔ ｏ ｓ Ｃａ ｔｎ ｌ ｎ
题， 因此 ， 控制钢液在结晶器中的流动 ， 合理地解
决浸 入式 水 口设计 、 电磁 制 动 及 优 化操 作 条 件 等 问题 ， 已成为改 善 铸 坯产 量 与质 量 的一 个 重 要 的 研究 领 域 。采 用 计 算 机 对 连 铸 过 程 进 行 数值 模 拟， 近年来 已得 到广 泛应 用 。它能快 速 、 效地对 有 连铸 结 晶器 内钢 液 流动 和 传 热 进行 解 析 ， 量 地 定 分 析水 口结构 和 工 艺参 数 对 连 铸 过程 的影 响 ， 从
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第２ ９卷第 ４期 ２０ ０ ６年 ８月
武 汉 科 技 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
Ｊ ｆ ｈ ｎＵ ｉ ｆ ｃ． Ｔ ｃ ． Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ．ｏ ａ ｎ．ｏ ｉ＆ ｅｈ （ ａ ａ Ｓｉ ｃ ｄｔ ｎ Ｗｕ Ｓ ｕ ｅ ｉ
ｕ ｄ ｒ ｈｅ ｉｅｅ ｔ ｕ ｍｅｇｄｅ ｔ ｏｚ ｓ（ Ｅ ｎ ｅ ｔｒｅｄｆ ｒｎ ｂ ｒｅ ｎｒ ｎ ｚ ｅ Ｓ Ｎ）ａｄｔ ａａｙｅｔｅｉ ｕ ｎ ｅ ｆ ｉｈｃ ｔ ｇｓｅｄｏ ｅ ｓ ｙ ｌ ｎ ｌ ｚ ｆ ｅｃ ｇ ａ ｉ ｐｅ ｎｔ ｏｎ ｈ ｎ ｌ ｏｈ ｓ ｎ ｈ

中图分类号 ： ＴＦ ７ ７ ７ ． ７ 文献 标 志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ４ — ３ ６ ４ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ ４ ０１ － ０ ５
薄板坯 连铸 技 术 是 实 现 高 效 连铸 、 节 约 能源
和实 现近终 形 连铸 的有效 手段 。针 对薄 板坯 结 晶 器 连铸 特点 ， 国 内外 学 者通 过 水 力 学 模 型 和数 值
摘要 ： 应 用数 值 模 拟 方 法 ， 建立 Ｃ Ｓ Ｐ 漏 斗 型 结 晶 器 内钢 液 流 动 及 凝 固传 热 耦 合 模 型 。针 对 结 晶 器 内铸 坯 角 部
受到强冷的特点 ， 对 结 晶 器 内热 流 密 度 采 用修 正 方 程 进 行 计 算 ， 分 析 热 流 密度 修 正 系数 对 铸 坯 凝 固坯 壳表 面 温度 计 算 精 度 的 影 响 。通 过 比较 不 同拉 坯 速 率 下 结 晶 器 内钢 液凝 固的 特 点 ， 研 究 凝 固坯 壳对 结 晶器 内钢 液 流 动行 为 的 影 响 。结 果 表 明 ， 采 用 热 流 密度 修 正 系数 后 ， 铸 坯 凝 固坯 壳 角部 温度 的计 算值 与 实 际 情 况 更相 符 ； 提
（ ３ ） 忽略 结 晶器 振 动对钢 液流 动 的影 响 。 （ ４ ） 凝 固坯壳 向下 移 动 速率 与 连 铸 拉坯 速 率 （ 以下简 称拉 速） 相同。 １ ． ２ 钢 液流 动及 凝 固传 热微 分 方程 通过 连续 性方 程 、 动 量方 程 、 ｅ方 程 来 描 述 钢液 的流动 行 为 ， 采 用热 焓一 多孔 介质 模 型计算 钢
式（ ９ ） 所示 ： 连 续 性 方 程
一０
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究， 通 过 引入热 流密 度修 正 系数 ， 提高铸 坯凝 固过