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第一篇 炼钢—精练—连铸过程钢洁净度控制1

1 钢洁净度概论1

1.1 钢洁净度概念1

1.2 钢中夹杂物的类型、特点和来源2

1.2.1 钢中夹杂物的类型2

1.2.2 连铸坯中夹杂物的特点和来源3

1.3 钢中夹杂物评价4

1.3.1 钢中总氧法4

1.3.2 钢中非金属夹杂物评级法6

1.3.3 硫印法6

1.3.4 X射线透射法7

1.3.5 超声波扫描仪分析法8

1.3.6 电解法9

1.3.7 金相显微镜观察法10

1.3.8 图像分析法13

1.3.9 电子探针分析法14

1.3.10 钢中酸溶铝含量和总铝含量比16

1.4 钢中夹杂物对钢材品质的不利影响17

1.4.1 钢中夹杂物对深冲用冷轧薄板品质的影响17

1.4.2 钢中夹杂物对中厚板品质的影响20

1.4.3 钢中夹杂物对长材产品品质的影响21

1.5 钢中夹杂物对钢材品质的有利影响24

1.6 热加工对钢中夹杂物形态的影响26

1.6.1 铸态钢中夹杂物形态26

1.6.2 轧制过程中夹杂物变形26

1.7 对高品质钢洁净度的基本要求27

2 炼钢过程终点氧含量控制30

2.1 转炉冶炼低碳钢终点氧含量控制30

2.1.1 转炉吹炼终点氧含量的影响因素30

2.1.2 转炉终点氧含量对RH脱碳结束氧含量的影响32

2.1.3 降低终点氧含量的措施33

2.1.4 转炉冶炼低碳钢终点氧预报模型35

2.2 转炉冶炼中碳钢终点氧含量控制36

2.2.1 终点氧含量的影响因素36

2.2.2 转炉终点氧含量统计预测模型38

2.3 转炉冶炼高碳钢终点氧含量控制39

3 钢中氧的转换——脱氧和夹杂物生成40

3.1 硅镇静钢脱氧40

3.2 硅铝镇静钢脱氧42

3.3 铝镇静钢脱氧44

3.3.1 加铝方法44

3.3.2 钢水中Al2O3夹杂物的形成与去除44

3.3.3 Al2O3夹杂物的不利影响47

3.4 细晶粒钢脱氧47

4 夹杂物形态控制——钙处理49

4.1 钙处理的热力学基础49

4.2 氧化物夹杂形态控制50

4.2.1 重钙处理51

4.2.2 轻钙处理53

4.3 硫化物夹杂控制55

4.4 超微细夹杂物控制56

4.5 钙处理夹杂物变形效果57

4.6 钙的加入方法58

5 钢水中夹杂物的去除——钢包精炼61

5.1 夹杂物去除机制61

5.2 钢包渣冶金控制62

5.3 LF精炼钢水中夹杂物的去除64

5.3.1 低碳铝镇静钢LF精炼64

5.3.2 管线钢LF精炼70

5.3.3 高碳钢LF精炼72

5.3.4 LF精炼软吹搅拌去除夹杂物77

5.3.5 LF精炼钢水总氧含量预测模型78

5.4 RH真空精炼钢水中夹杂物的去除78

5.4.1 RH精炼过程的操作模式78

5.4.2 RH处理过程钢水中夹杂物变化79

5.4.3 影响RH脱氧夹杂物去除的因素82

5.4.4 RH处理超低碳铝镇静钢总氧含量预报模型84

6 浇注过程钢水二次氧化92

6.1 二次氧化定义92

6.2 浇注过程中二次氧化源93

6.2.1 钢水与空气的二次氧化93

6.2.2 钢水与炉渣、钢包顶渣、中间包覆盖剂的二次氧化96

6.2.3 钢水与耐火材料的二次氧化100

6.3 非稳态浇注对二次氧化的影响101

6.3.1 浇注过程中下渣、卷渣现象101

6.3.2 浇注过程非稳态浇注的二次氧化现象102

6.4 二次氧化对中间包钢水夹杂物的影响106

6.5 中间包钢水总氧含量预测模型107

6.6 防止二次氧化的措施110

7 中间包钢水流动控制111

7.1 中间包操作过程的钢水流动现象111

7.1.1 中间包钢水流动描述111

7.1.2 钢包注流冲击区112

7.1.3 注流卷入空气113

7.1.4 旋涡113

7.1.5 流动不稳定性和波的形成113

7.2 中间包钢水夹杂物的去除114

7.3 中间包流动形态控制118

7.3.1 中间包无控制流动118

7.3.2 中间包控制流动118

7.4 中间包控制装置的冶金效果119

7.5 非稳态浇注对中间包钢水洁净度的影响122

7.5.1 非稳态浇注122

7.5.2 中间包卷渣122

8 结晶器流动控制125

8.1 结晶器钢水流动与铸坯表面缺陷125

8.2 板坯结晶器钢水流动模式控制125

8.3 结晶器卷渣128

8.4 结晶器液相穴夹杂物上浮131

8.5 浸入式水口结构对液相穴夹杂物上浮的影响134

8.6 板坯结晶器使用电磁制动135

8.7 浸入式水口堵塞物是铸坯中夹杂物的来源137

8.7.1 水口堵塞的危害137

8.7.2 浸入式水口堵塞的原因分析137

8.7.3 铝镇静钢水口堵塞138

8.7.4 硅镇静钢水口堵塞140

8.7.5 含钛不锈钢堵水口141

8.7.6 防止水口堵塞的措施142

9 连铸坯中夹杂物144

9.1 连铸坯中夹杂物分布特征144

9.2 连铸坯中夹杂物的来源148

9.3 连铸坯洁净度的评价150

10 炼钢—精炼—连铸过程钢中夹杂物控制技术154

10.1 转炉终点控制154

10.2 防止出钢过程下渣154

10.3 炉渣改性154

10.4 脱氧夹杂物控制155

10.5 钢包精炼155

10.6 保护浇注155

10.7 中间包钢水夹杂物上浮去除155

10.8 非稳态浇注过程中防止下渣、卷渣157

10.9 结晶器冶金157

10.10 连铸机机型158

参考文献159

第二篇 连铸坯凝固过程铸坯表面质量控制159

11 连铸坯凝固过程裂纹形成宏观分析163

11.1 连铸坯裂纹类型163

11.1.1 连铸坯表面裂纹163

11.1.2 连铸坯内部裂纹164

11.2 连铸坯裂纹产生机理164

11.3 凝固过程外力作用对连铸坯裂纹产生的影响165

11.3.1 结晶器坯壳与铜板摩擦力165

11.3.2 钢水静压力产生鼓肚力166

11.3.3 热应力169

11.3.4 铸坯弯曲或矫直力170

11.3.5 支撑辊不对中产生的附加应力171

11.3.6 相变应力172

11.4 钢的高温性能172

11.5 冶金工艺性能176

11.6 设备性能176

12 铸坯表面纵裂纹的形成与防止177

12.1 包晶钢概念177

12.2 板坯表面纵裂纹的形成178

12.2.1 板坯表面纵裂纹的宏观形貌178

12.2.2 纵裂纹产生的位置179

12.2.3 表面纵裂纹的微观形貌180

12.2.4 结晶器坯壳生长的不均匀性182

12.2.5 表面纵裂纹形成的原因186

12.3 影响板坯表面纵裂纹形成的因素189

12.3.1 钢水成分189

12.3.2 钢水温度191

12.3.3 拉速191

12.3.4 结晶器冷却192

12.3.5 二冷区冷却水量196

12.3.6 结晶器液面波动196

12.3.7 浸入式水口结构198

12.3.8 结晶器保护渣199

12.3.9 结晶器锥度205

12.3.10 二冷区铸坯的支撑和对中207

12.3.11 结晶器振动207

12.3.12 结晶器电磁制动207

12.4 防止纵裂纹产生的措施208

13 铸坯表面横裂纹的形成与防止209

13.1 铸坯表面振痕的形成209

13.2 铸坯表面横裂纹的形成210

13.2.1 铸坯表面横裂纹的宏观形貌210

13.2.2 厚板坯横裂纹的微观形貌211

13.2.3 CSP薄板坯表面横裂纹的形貌213

13.2.4 铸坯横裂纹的形成机理216

13.3 影响铸坯横裂纹形成的因素217

13.3.1 钢水成分217

13.3.2 结晶器振动218

13.3.3 钢中第二相质点析出221

13.3.4 结晶器液面波动228

13.3.5 保护渣消耗228

13.3.6 二冷强度228

13.3.7 连铸机维修229

13.3.8 矫直辊水平度管理229

13.3.9 结晶器锥度230

13.4 减少铸坯横裂纹产生的措施230

14 铸坯网状裂纹的形成与防止231

14.1 铸坯表面网状裂纹的特征231

14.1.1 表面网状裂纹的宏观特征231

14.1.2 网状裂纹的微观特征231

14.2 铸坯表面网状裂纹形成的原因236

14.3 影响铸坯表面网状裂纹形成的因素237

14.3.1 钢中碳237

14.3.2 钢中锰硫比238

14.3.3 钢中铝和氮238

14.3.4 钢中微合金元素238

14.3.5 二冷强度239

14.3.6 结晶器材质240

14.4 钢中第二相质点析出行为240

14.4.1 钢中微合金元素沉淀物（析出物）的析出240

14.4.2 微合金元素析出物对钢裂纹的敏感性244

14.5 连铸坯网状裂纹的控制247

14.5.1 连铸冷却的控制247

14.5.2 连铸机热工作状态250

15 铸坯表面渣类缺陷的形成及防止251

15.1 铸坯表面渣类缺陷的类型及形成251

15.2 影响铸坯表面卷渣的因素253

15.2.1 结晶器流动卷渣253

15.2.2 浸入式水口结构255

15.2.3 结晶器液面波动256

15.2.4 非稳态浇注的干扰258

15.3 防止铸坯夹渣缺陷产生的措施258

16 连铸坯形状缺陷与防止260

16.1 方坯菱形（脱方）260

16.1.1 菱形定义260

16.1.2 菱变产生的原因261

16.1.3 影响方坯菱变的因素263

16.2 圆坯的形状缺陷267

16.3 板坯鼓肚267

参考文献269

第三篇 连铸坯内部缺陷的形成与控制269

17 连铸坯凝固结构与控制273

17.1 连铸坯凝固进程273

17.2 连铸坯凝固结构275

17.3 连铸坯低倍结构控制278

17.3.1 凝固结构对产品性能的影响278

17.3.2 凝固结构控制方法279

18 连铸坯中心缺陷的形成与影响因素283

18.1 连铸坯中心缺陷概述283

18.1.1 连铸坯中心缺陷的形貌283

18.1.2 连铸坯中心缺陷评价283

18.1.3 连铸坯中心缺陷的危害287

18.2 连铸坯中心缺陷的形成288

18.2.1 连铸坯显微偏析288

18.2.2 连铸坯中心宏观偏析289

18.2.3 连铸坯中心区V形偏析292

18.2.4 连铸坯中心疏松缩孔293

18.2.5 铸坯中心缺陷形成的机理297

18.3 影响连铸坯中心缺陷形成的因素299

18.3.1 钢水过热度299

18.3.2 铸坯低倍结构299

18.3.3 拉速300

18.3.4 冷却强度301

18.4 防止铸坯中心缺陷产生的对策301

18.4.1 工艺参数优化301

18.4.2 铸坯中心缺陷最小化设计303

19 连铸坯内部缺陷控制——电磁搅拌技术305

19.1 连铸电磁搅拌冶金原理305

19.1.1 打碎树枝晶，加速柱状晶向等轴晶过渡305

19.1.2 加速凝固传热和过热度消除306

19.1.3 改善铸坯洁净度308

19.1.4 改善铸坯固液界面溶质再分配，减轻中心偏析308

19.1.5 改善铸坯表面质量308

19.2 结晶器的电磁搅拌（M-EMS）308

19.3 方坯二冷区电磁搅拌（S-EMS）311

19.4 板坯二冷区电磁搅拌（S-EMS）312

19.4.1 不锈钢、硅钢板坯二冷区电磁搅拌312

19.4.2 碳钢板坯二冷区电磁搅拌314

19.5 凝固末端电磁搅拌（F-EMS）316

20 连铸坯内部缺陷控制——凝固末端轻压下320

20.1 轻压下概念320

20.2 轻压下分类320

20.3 轻压下冶金效果321

20.4 轻压下数学模型解析325

20.4.1 铸坯凝固传热数学模型325

20.4.2 凝固过程溶质偏析模型326

20.4.3 坯壳应变分析模型327

20.4.4 压下力模型327

21 连铸坯内部裂纹的形成与防止330

21.1 连铸坯内部裂纹的类型330

21.2 连铸坯凝固过程中内部裂纹的形成330

21.2.1 连铸坯内部裂纹的形貌330

21.2.2 连铸坯内部裂纹的形成331

21.2.3 连铸坯内部裂纹产生的原因332

21.3 连铸坯产生内部裂纹的力学判据335

21.3.1 临界应力335

21.3.2 临界应变336

21.4 连铸坯凝固过程坯壳应变分析339

21.4.1 鼓肚应变339

21.4.2 矫直应变341

21.4.3 支撑辊不对中应变342

21.4.4 板坯凝固前沿所承受的总应变分析343

21.4.5 铸坯凝固前沿总应变与内部裂纹344

21.5 连铸坯内部裂纹的形成与防止344

21.5.1 内部裂纹产生的位置345

21.5.2 连铸坯内部裂纹产生的原因及防止措施345

21.6 连铸坯内部裂纹的形成机理349

参考文献351