现代板坯连铸专业技术讲义2.docx
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现代板坯连铸专业技术讲义2
现代板坯连铸技术讲义
第一章钢液的凝固与连铸
连铸工艺是使冶炼的合格钢水，在浇注过程中经过凝固结晶，成为具有一定形状的铸坯，是把炼钢和轧钢衔接起来的一项特殊工艺。
其特殊性在于把液态钢变为固态钢的凝固过程，钢水在此过程中发生一系列的物理化学变化，直接影响铸坯的质量，当钢水一旦凝固成为固体，就不可能在随后的热加工过程中从本质上改进产品的质量。
因此，钢液的凝固和连铸工艺对产品质量有着重大的影响。
对钢水凝固成铸坯的要求如下：
⑴正确的凝固结构；
⑵合金元素和夹杂物分布均匀；
⑶气体和夹杂物含量少；
⑷表面和内部质量好；
⑸钢水收得率高；
一．钢液凝固理论
1．钢液结晶与凝固结构
1.1固—液相变的特点
从微观看，结晶和凝固过程是把液态中无序状态的金属原子集团转变成原子按一定规则排列的固态。
从宏观看，是把液态金属的显热和凝固潜热（结晶潜热）传送到外界,由液态变为固态。
从热力学的观点看，过程能自发地从自由能高的状态向自由能低的状态进行。
钢水凝固时的结晶过程是放热过程。
结晶时，系统自由能减少，即内能减少，这种内能的减少是以放出结晶潜热的形式进行的。
钢液的平衡结晶温度与钢液的实际温度之差称为过冷度，过冷度越大，系统结晶潜热越易放出，结晶进行越快。
要实现液体转变为固体的过程，必须需足两个条件，即一定的过冷度和结晶核心。
连铸凝固过程有如下特点：
⑴连铸坯凝固是热量释放和传递过程。
钢水进入结晶器后，边传热、边凝固、边运行，形成了液相穴相当长的连铸坯。
为提高凝固速度，在连铸区内有三个传热冷却区：
一次冷却区：
钢水在结晶器附近形成均匀的并具有足够厚度的坯壳，此厚度保证铸坯出结晶器时足以抵抗钢水静压力的作用，不发生漏钢事故。
二次冷却区：
对铸坯喷水冷却，以加速内部絷量向外传递，使铸坯完全凝固。
三次冷却区：
铸坯向空气散热，使铸坯温度均匀化。
⑵连铸坯凝固是沿液相在凝固内将液体转变为固体的过程。
可以将连铸坯看做是液相很长的钢锭，以一个固定的速度在连铸机内沿弧形半径运动和凝固。
这是一个沿液相固液界面的潜热释放和传递过程。
而在液固界面的晶体强度很小，当铸坯所受外力（鼓肚力、矫直力、热应力等）超过其临界值时，就会在固液界面产生裂纹，并沿柱状晶扩展，直到凝固壳能抵抗外力为止。
这是铸坯产生内裂的原因。
⑶连铸坯凝固过程可分为三个阶段：
----钢水在结晶器内形成初生坯壳；
----带液芯的铸坯在二次冷却区稳定生长；
----临近凝固末期的液相加速生长。
在凝固过程中，钢水在液六内的流动和钢水静压力对铸坯结构，夹杂物上浮及溶质元素偏析等内部质量均有重要的影响。
⑷已凝固坯壳的冷却过程可看成是经历“形变热处理”过程。
已凝固坯壳在连铸机里运行过程中，从力的方面看，它承受热应力和机械力的作用，使坯壳发生不同程度的变形；从冶金方面看，随着温度的下降，坯壳发生δ-γ-α的相变，尤其是二次冷却区，坯壳温度的反复下降和回升，使铸坯组织发生变化，就相当于“热处理”过程，同时，由于溶质元素的偏析作用，可能发生硫化物，氮化物质点在晶界沉淀，增加了钢的高温脆性，对铸坯质量有重要影响。
上述四个特点是相联系和相互制约的，只有认识其规律，选定出正确的工艺和设备，才能使连铸机具有高的生产率和生产高质量的铸坯。
1.2晶核的生成与长大
具有一定过冷度的钢液，在凝固成铸坯的过程中，要经历晶体从无到有从小到大的过程，通常把这两个过程分别称为形核和长大。
在过冷钢液中，有规则排列的原子团是晶核的来源，在一定过冷度下，这样的原子团达到一定临界尺寸后才能做为晶核长大。
具有能长大的最小尺寸的原子团称为临界晶核，它随过冷度的增大而减少，过冷度越大，达到临界晶核的原子团越多，晶核数目就越多。
这种直接从溶体中产生晶核的过程称为“均质形核”。
在实际生产中，铸坯凝固比均质形核要求的过冷度小得多，这是由于钢液中存在外来质点（非金属夹杂物）和模壁的粗糙不平均可作为结晶核心，因此，可以在钢液中加入形核剂以细化晶粒。
同时，钢水温度高，模壁温度低，模壁提供了冷却动力，这些都降低了形核功，当形核率（晶核数目/cm².S）相同时，所需要的过冷度就小了，这种过程称为“非均质形核”。
另外，非均质形核的有效性决定于润湿角θ，如图1—8所示。
θ越小，形核功就越小，就易形核，在生产条件下，钢液结晶凝固，非均质形核占主导地位。
图2-1相同曲率半径异质晶核的体积和表面积随θ角变化
在液体中成稳定晶核之后，晶核要长大，晶核长大实质上就是液体中原子向固体方面转移。
钢液凝固时，由于溶质元素在同相和液相中溶解度的差异，发生了溶质元素的再分配，在凝固前沿形成了溶质富集层，由于固液交界面溶质的富集，液相线温度发生了变化，当液体中实际温度低于液相线温度，这部分液体处于过冷状态，凝固前沿不稳定，就发生了晶核的长大来消除凝固前沿微区的过冷度。
而微元体凝固之后，溶质又发生了新的再分配，又重新产生过冷而结晶长大。
因此，可以说凝固前沿由融质再分配所产生的成分过冷是晶核长大的驱动力。
当固液交界面前沿液体出现成分过冷时，交界面按过冷度大小，开始形成晶胞，晶胞树枝晶，树枝晶等结构，铸坯凝固速度快属于树枝晶的凝固结构，凝固速度越快，树枝晶的一次轴和二次轴的轴间距越小，结晶组织越致密。
树枝晶间距l与凝固速度R和温度梯度G有关。
l=CRnGm
雅可彼试验不同G和R对树枝形态的影响，并测定了lⅠ和
lⅡ与R和G的关系，如图1—9示，并得出：
lⅠ=29.OR-0.26G-0.72
lⅡ=11.2R-0.47G-0.51
树枝晶间距对铸坯结构，显微偏析有重要影响，实际可用冷却速度来控制树枝晶间距，以得到细的树枝结构。
而影响冷却速度最重要的因素是凝固方法。
图1—10所示为不同凝固方法的冷却速度与树枝晶间距的关系。
图2-2树枝晶间距与凝固条件关系图2-3不同凝固方法与树枝间距关系
1.3铸坯凝固组织
从铸坯凝后做的低倍检查可以清楚地看出连铸坯的内部结构与普通钢锭相似，同样是由三个结晶区组成，即激冷层区（边
缘等轴晶区）柱状晶区和中心等轴晶区。
但柱状晶较发达树枝晶较细。
⑴激冷层区：
钢液进入结晶器后，受器壁激冷却形成大量晶核，并迅速凝固成细小等轴晶的激冷层区，其化学成分相当于液相成分，厚度一般为2～5mm，浇注温度高时可薄一些；浇注温度低时则厚一些，形成激冷层的冷却速度100℃/S。
⑵柱状晶区：
柱状晶发达有时会贯穿铸坯中心形成穿晶结构。
从纵断面看，柱状晶向上倾斜一定角度（如10℃）并不完全垂直于铸坯表面，这说明液相穴内在凝固前沿有向上的液体流动。
从横断面看，树枝晶呈竹林状。
⑶中心等轴晶区：
树枝晶细小无规则排列并伴随疏松缩孔和偏析。
浇注温度越低，温度梯度越小，越容易生成等轴晶。
图2-4小钢锭结构形成
连铸坯的低倍结构（特别是方坯）常出现每隔5～10cm规则的凝固桥的形成，并伴随有疏松缩孔，叫做小钢锭结构，如图1—11所示，
它会加剧溶质元素（S、P、Mn、C）的轴向偏析，在热加工或中间热处理时，导致不均匀的转变产物，会产生脆断和断裂，这对于铸坯用于轧制棒丝产品是一个特殊问题。
1.4铸坯凝固组织的控制
铸坯的低倍结构，既影响钢的加工性化也影响机械性能，而在很大程度上，连铸坯的内部质量取决于它的凝固组织。
等轴晶结构致密各个等轴晶彼此相互嵌入，结合牢固，加工性能好，钢材机械性能呈各向同性。
而柱状结构有以下缺点
⑴树枝晶晶间偏析较严重，热变形后组织具有带状特性，使钢的力学性能具有明显的方向性，尤其横向性能和韧性降低。
⑵在柱状晶的交界面，由于杂质（S、P夹杂物）的富集，构成了薄弱面，裂纹容易扩展，加工时易产生脆裂。
⑶柱状晶充分发展时，可形成穿晶结构，会造成中心疏松和缩孔。
理想的铸坯凝固组织一般是大部分或整个铸坯内部形成均匀而致密的等轴晶组织。
由于能够比较方便地控制连铸的凝固条件，因此，对凝固条件的调整，可以使连铸坯的凝固组织得到控制。
实践证明，采用下述措施控制凝固过程是的效的。
1）低温浇注
柱状晶区与等轴晶区的相对大小主要取决于注温。
注温高，铸坯内外温差大，会加快速柱状晶生长，增加柱状晶宽度；注温低，有利于抑制柱状晶的生长，加大等轴晶比例，提高铸坯内部质量。
例如，含C量为0.6%的110×110mm的方坯的拉速2.0m/min，冷水量100l/t钢进行行浇注时，当中间包内钢液温度为1550℃时，铸坯宏观组织中的柱状晶伸展到铸坯中心，形成“搭桥”现象，中心偏析严重。
而当浇注温度为1487℃仅比液相线高20℃时，凝固组织几乎全是等轴晶，偏析也减轻。
可见，低温浇注对减少柱状晶，扩大等轴晶组织，消除偏析是很有效的。
2）调整二冷水量
当二冷比水量大时，铸坯表面温度低，断面上温度梯度大，会促进柱状晶的发展。
若降低二冷水量，柱状晶区宽度减小，等轴晶区增宽。
由于二冷水量还会影响液心长度和铸坯表面的温度分布，所以需要综合考虑。
3）添加形核剂
在凝固初期柱状晶往往生长很快，较难靠自发形核形成等轴晶，因此可以用加入形核剂的办法来扩大等轴晶。
但加入形核剂必须具备如下性质：
①在钢液温度下核心为固体；
②在钢液温度下其热力学性质是稳定的，形核剂分解为元素进入钢中；
③不浮出钢液，存在于凝固前沿；
④形核剂应尽可能与钢液浸润，形核剂晶格与金属晶格接近，这样核心与液体间就有粘附作用。
实际升产中采用的几种形核剂：
a）加铁粉或钢丝
铁粉或钢丝钢液后，吸收周围钢水的热量，铁粉或钢丝被熔化，钢液温度降低，未熔化的铁粉或钢丝形成晶核，促使等轴晶加宽。
b）加稀土元素
稀土氧化物的临界过冷度很小，它是一种很好的形核剂，对加大等轴晶带效果明显。
4）外力作用
电磁搅拌、机械振动、超声波振动、气泡运动和加强液体对流等外力的搅动作用，可以打碎树枝晶，使其成为等轴晶核心，从而增大等轴晶比率，消除柱状晶搭桥，减轻或消除中心缩孔、疏松和中心线偏析等缺陷。
5）连铸机类型的影响
用立式连铸机生产的铸坯，由于四周冷却条件基本相同，其凝固组织是对称的。
对于弧型连铸机，由于铸坯内弧侧喷水冷却效果好，温度梯度大，促进柱状晶生长。
另外，由于铸坯内流动钢水冲断的枝晶和两相区内产生的孤立晶体，在重力作用下，沉积到外弧册的凝固前沿处，阻止柱状晶生长。
应此，弧型连铸机生长的铸坯，内弧侧的柱状晶比外弧侧的柱状晶要长，凝固组织是非对称的。
2．凝固收缩
金属或合金由液态冷凝固为固态时，都伴随着体积收缩，密度增加（Si、Bi、Ga例外）。
收缩的结果，在固体金属中留下了编孔和疏松，这是凝固时不可避免的自然现象。
液态金属凝固时体积的变化包括：
⑴液态收缩：
由过热钢液自浇注温度Tc冷却到液相线温度TL的体积收缩。
⑵凝固收缩：
任何一种金属由液态变为固态时，由于固态原子排列紧密，必然发生体积收缩。
体积收缩会在钢锭及铸坯中留下缩孔。
⑶固态收缩：
由固相线温度Ts冷却到室温产生的线收缩。
这种收缩不会导致在固体金属中留下缩孔，而是使金属外形缩小。
液体钢密度为7.0g/cm³，固体钢的密度为7.8g/cm³，则液
7.8-7.0
体变为固体收缩为———×100%=11.4%，其中液态收缩量约为7.0
1%，凝固收缩3～6%，固态收缩7～8%。
过热消失时产生的体积收缩可以忽略不计。
而凝固体积收缩和冷却后的线收缩对铸坯质量有重要影响。
金属由液态转变为固态时会导致体积收缩，它不仅产生缩孔，而且还会产生热裂纹，其体积缩量一般为3～6%。
为消除缩孔而得到致密健全的钢锭结构，则需要在凝固过程中不断有液体补充收缩，而使缩孔集中在头部，钢锭本体致密。
这样在钢锭头部加一个保温帽。
而连铸时钢水不断补充到液相，故连铸坯中无集中缩孔。
而带液芯的铸坯继续凝固时的线收缩对铸坯质量和生产安全性有重要影响。
钢液完全凝固后，随温度下降固体钢内部发生了相变，也伴随着体积收缩，收缩量约为7.5%，由于已全部凝固，这种收缩不会导致缩孔，而只能引起固体钢锭的线收缩。
刚凝固完的钢锭及铸坯，内外温差大，中心还处于良好的塑性好的钢可以容让收缩不会造成裂纹。
随着继续冷却，表面层逐渐失去塑性，中心则有可能发生γ→α或马氏体的相变，体积发生膨胀，而表面是处在收缩过程中，这样就会造成了很大应力，使钢锭及铸坯表面被撕裂而成为裂纹。
表面裂纹增加了精整量和金属损失，严重时导致报废。
在连铸机设计时结晶器应保持一定的倒锥度。
3．凝固偏析
经过炉外精炼和吹气搅拌后，钢包中任何位置的钢水成分是均匀的。
而凝固之后，在钢锭或连铸坯从表面到中心化学成分是不一样的，有差别甚大。
把这种成分的不均匀性叫做偏析。
偏析可分为两种：
一种叫显微偏析（树枝偏析），是树枝晶主干和树枝晶间成分的差异，一般距离很小是几微米范围的偏析。
另一种叫宏观偏析（低倍偏析），是长距离范围（以厘米或米来计算）内的成分差异。
偏析会使产品的机械性能降低，特别韧性、塑性和抗腐蚀能性下降。
因此减轻偏析是浇铸的重要任务。
偏析产生的原因是：
⑴元素在液态和固态中的溶解度差异。
定义分配系数K来表征偏析程度：
Cl（液相中元素浓度）
K=——————————
CS（固相中元素浓度）
K值愈小，则先后结晶出的固相成分差别愈大，偏析也就愈大。
K=1，则Cl=Cs，说明凝固产品中有偏析。
K<1，说明凝固产品中有偏析。
表1—5为铁中几种元素的K值。
几乎所有元素都在铁中形成偏析。
可见S、P、O、C是强偏析元素。
⑵冷却速度（凝固时间）：
树枝晶间距的影响于图1-11和图1-12所示。
细化二次枝晶间距可以大大减轻显微偏析。
由图可知，缩短凝固时间或加快冷却速度，不给溶质以足够时间析出，树枝晶间距变小，因而减轻了树枝偏析。
图2-5凝固时间对枝晶间距影响图2-6冷却速度对枝晶间距影响
必须指出：
二次枝晶间距越大，就越难用热处理（如扩散退火）不消除偏析，在某一温度下合金成分均匀化的时间是与树枝晶间距的平方成比例的，如钢锭
图2-7元素在γ-Fe扩散系数
中树枝晶间距为10-2cm，在1200℃
退火需300小时才能使枝晶偏析
有明显减少。
如树枝晶间距
为10-3cm，1小时退火就可明显
减少显微偏析。
因此，增加
冷却速度，细化树枝晶间距是
减少偏析的有效措施。
⑶元素在固相中的扩散速度：
图1-13指出，不同温度下元
素在铁中的扩散系数。
C是钢中
强偏大析元素，但是C在固体钢
中的扩散速度高于其它元素，所
以在凝固后冷却过程中C能均匀
分布在奥氏体中。
除C以外，其它元素在铁中扩散速度小，，所
以凝固显微结构中存在元素分布的不均匀性，这种不均匀性分布
只能在冷却过程中有所成减轻但不能消除。
⑷凝固前沿液相中的流动，凝固时树枝晶空间富集溶质液体在固液两相区的流动是产生宏观偏析的主要原因，这种流动越强烈则宏观偏析越严重。
如连铸坯鼓肚是造成铸坯严重中心偏析的重要原因。
连铸坯中心偏析在纵断面的硫印图上表现为中心连续的黑线和疏松，在横断面上C、S、P元素在中心突然升高。
它们的形成与铸机设备工作状况和工艺操作条件紧密相。
中心偏析有两种形成机构，一种为“小钢锭”理论，一种为鼓肚理论。
如上所述，促进偏析发展的条件是：
钢液密度差异大，固液两相区稳定，凝固时间长，树枝晶间距大，凝固的变形等。
为减轻偏析对产品质量的危害，良好的设备工作状态是基础，在工艺上可采用以下控制措施：
⑴控制凝固结构
缩小柱状晶区，扩大等轴晶区，有利于减轻连铸坯中心偏析。
扩大等轴晶区的有效办法是实行低温浇注，试验指出：
过热度
ΔT>25℃，柱状晶发达产生中心偏析；ΔT<15℃，中心等轴晶区扩大，中心偏析可明显减轻。
⑵控制冷却速度：
加快冷却速度可以抑制凝固过程中溶质元素的析出，同时也可细化晶粒，有利于减少显微偏析。
对连铸来说，二次水量增加，坯壳强度增大，能减轻鼓肚，使中心偏析降低。
⑶调整合金元素：
调整合金元素种类或数量，使凝固时固相和液相密度差减小，以减轻流动，减弱偏析。
如SI高可使宏观偏析减小。
有的合金元素能细化晶粒减小树枝晶间距（如Ti、Al、B）；有的合金元素能缩短固液两相区间距使凝固加速，都有利于减弱偏析的发展。
（4）、外加添加剂在结晶器内加入形核剂，以增加结晶核心，扩大等轴晶区减少偏析。
或者在连铸结晶器添加显微冷却剂（如铁粉、小废钢、薄带等），以加速钢水过热度的排除，接进于液相先温度凝固，增加等轴晶区。
（5）、电磁搅拌的应用在固液交界面树枝晶生长过程中，施加外力以打碎树枝晶作为结晶核心扩大等轴晶区；或者施加外力来抵消凝固过程中液体流动均可减轻偏析的发展。
连铸机应用电磁搅拌有结晶器（M—s）二冷区（S—s）和凝固末端（F—s）三种方式。
在结晶器内由于电磁力的作用，搅动的钢水把树枝晶的尖端切断，被切磋的树枝晶多数分散在钢水中成为等轴晶的核心，但有一部分被熔化加速了钢水过热度的消除，产生了微细的等轴晶。
这样有利于扩大等轴晶区。
同时结晶器内钢水的搅动，有利于气泡和夹杂屋的去除，改善了铸坯表面和内部质量。
在二冷区和凝固末期的电磁搅拌，可把柱状晶打断，防止搭桥，分散富集溶质的钢液，扩大等轴晶区改善中心偏析。
试验表明，在二冷区单独搅拌时，铸坯低倍结构中会出现白亮的负偏析带，进行热处理等加工会造成些问题。
在凝固末期单独搅拌对质量的改善不十分显著。
因此，现在人们主张采用三段联合搅拌来改善铸坯质量。
（6）防止鼓肚铸坯在完全凝固之前，如果发生鼓肚或压下，会促进铸坯中心部分富集溶质的液体吸入或挤出，使中心偏析加剧。
因此，加强二冷区夹辊的定位调整，防止钢水静呀离使辊子变形，采用高冷强度的操作，减少液相穴末端附近的辊距，强化凝固末期的冷却等，均可防止铸坯鼓肚，减轻中心偏析。
（7）轻压下技术为防止凝固收缩产生的负压，在液相穴末端对铸坯施加轻压下量，减少了凝固桥之间的缩孔和疏松的体积，阻止由凝固收缩和鼓肚而引起的钢液六动，使最后凝固的结构更加均匀，中心偏析减轻。
是试验指出，不产生内部裂纹的轻压下率为0.75～1.0mm/m,连铸坯中心偏析可减少1/2～1/3。
（8）工艺操作因素
（9）加强对设备的维护
二．连铸坯夹杂物
与钢锭浇铸相比，连铸过程中夹杂物行为有两个特点：
一是铸坯中夹杂物来源复杂。
这是因为从中间包开始，钢水与耐火材料接触时间长，二次氧化机会多，钢水容易被沾污。
二是由于结晶器内钢液的强制对流运动，夹杂物被带到液相穴深处上浮比较困难。
对于钢锭夹杂物集中在头尾较多，在热加工时可以切除；而连铸坯中的夹杂物在以后的絷加工不能去除，特别是对产品质量是一个严重问题。
1．连铸过程中夹杂物的演变
为了说明连铸过程中钢包、中间包、结晶器和铸坯夹杂物的演变，从弧形板坯连铸机进行的试验表明（弧形半径10.5m，铸坯断面250×2100mm，浇铝镇静钢），各个阶段夹杂物的平均值是（mg/10kg钢）：
钢包12.2；中间包30.3；结晶器98.8；铸坯4.7。
即从钢包→中间包增加了1.5倍；从中间包→结晶器增加了2.3倍；从结晶器→铸坯减少20倍。
这说明从钢包→中间包→结晶器，由于二次氧化和外来夹杂物的沾污，钢水中夹杂物是增加的；而结晶器内钢水夹杂物上浮分离，故铸坯中夹杂物是减少的。
夹杂物粒度的分布是：
钢包大部分为149～210μ，中间包和钢包内相差不大，结晶器内大部分为297～710μ，铸坯内夹杂物粒径与结晶器相差不多，但峰值向大粒度方向移动。
从夹杂物组成来看，主要是单相的硅锰盐、含有Al2O3的硅锰酸盐，含有高Al2O3析出的锰硅酸盐和含有Ca、Ti、Zr等氧化物的硅酸盐。
一般来说，钢包内硅酸盐夹杂最多（占50%以上），经中间包和结晶器逐渐减少，到铸坯最低只有14%左右。
相反，从钢包→中间包→结晶器高Al2O3含量的硅酸盐是逐渐增加的，在铸坯内达60%以上。
2．连铸坯内夹杂物分布
一般来说，铸坯内夹杂物分布是与钢流带入结晶器夹杂物数量、注流在液相穴深度、钢液运动状态和铸机类型等有关。
对铝镇静钢，连铸坯氧化物有两个模式。
一是单相的Al2O3晶体，主要是钢液中未上浮的脱氧产物，其尺寸小于20μ，钢中[O]=30ppmm，夹杂物数量为3.81×109个/t；[O]=60ppmm，则为7.62×109个/t。
如夹杂物尺寸为10μ，[O]=30ppmm，夹杂物数量为30.4×109个/t,[O]=60ppmm,则为60.8×109个/t。
二是串簇状的Al2O3群，其尺寸在50～1300μ之间，主要是未上浮的大颗粒夹杂物不均匀分布在铸坯内。
图2-8氧化物夹杂分布
对弧形连铸机，夹杂物沿铸坯厚度方向从内弧到外弧的分布是不对称的（图1-12）。
不管浸入式水口形状如何，大颗粒夹杂集聚位置是离内弧表面40-60mm，约是铸坯厚度的¼处。
内弧夹杂物的集聚是弧形连铸机一个重要特点，这也是铸坯质量的一个致命弱点。
图2-9大颗粒夹杂物理论分布与实测值比较—理论
夹杂物沿内弧的聚集程度还决定于铸机的弧形半径（图1-13）。
随着半径的增加，大于50μ的夹杂物向内弧面集聚机率减少，而小于20μ的单相Al2O3夹杂物集聚与弧形半径无关。
图2-10弧形半径与夹杂物分布
解决夹杂物集聚的办法：
⑴加大弧形半径，可以减轻夹杂物集聚。
然而铸机造价加大不可取。
⑵采用炉外精炼，保护浇注等有效措施，尽右能把钢水中夹杂物去除干净，减少夹杂物集聚几率。
⑶建设带有垂直段的（2-3m）立弯式铸机，铸坯夹杂物无集聚，也降低了铸机造价。
沿铸坯宽度方向夹杂物分布主要决定于液相穴的流动状态。
这与浸入式水口形状有关。
使用到Y型浸入式水口，一般是宽面中心和两侧钢液运动激烈，而在宽面¼处附近流动缓慢，易造成夹杂物的集聚。
总的来说，由于注流引起的非对称性流动，夹杂物在铸坯宽度方向的分布也是不对称的。
沿铸坯长度方向夹杂物分布是：
浇注初期铸坯夹杂物比中期的要多，在稳定生产条件下，铸坯长度方向夹杂物的数量和分布是不变的。
3．铸坯夹杂物起源与防止对策
连铸坯中夹杂物的起源大致可包括：
脱氧产物；沪渣的混入；中间包水口的溶损；包衬耐火材料的溶损；二次氧化产物；结晶器粉渣的卷入等。
试验表明，它们对构成铸坯中大型夹杂物的贡献大致是：
出钢氧化10%；脱氧产物15%；包衬和炉渣卷入5%；注流二次氧化40%；中间包渣的还原20%；中间包渣混入10%。
如钢包→中间包→结晶器注流采用保护浇注，则出钢钢流氧化33%；脱氧产物50%；包衬和炉渣混入17%。
由此可见，采用保护浇注是防止铸坯中大型夹杂物的有效措施。
上述各种来源与浇注条件，铸坯断面和机型不同有显著差别。
要根据具体情况试验确定夹杂物的主要成因。
当其他工艺条件相同时，铸机类型对铸坯内部纯净度有重要影响。
从立式连铸机开始，演变到立弯式、弧形、椭圆、直到水平连铸机，铸机高度是不断下降的。
对铸坯内部质量带来两个相互矛盾的影响（图1-19）
⑴铸机高度下降，减少坯壳鼓肚量，有利于减少裂纹；
⑵铸机高度的减小，对提高钢的纯净度有不利影响。
因此要选择最佳机型来折中考虑铸机的高度与质量指标（内裂与纯净度）的关系，使铸坯内部质量达到最好水平。
图2-11铸坯类型对铸坯变形和纯净影响
由图1-19可知，到目前为止，连铸机的发展仍趋向于弧形连铸机，它在各类建设的连铸机中占62%，其弧形半径在8～13米范围内。
总高度仅为4～5米的椭圆形连铸机，目前仅占已建成铸机总数的6%左右。
由于在炼钢炉与连铸机之间采用钢包精炼技术，以及采用大型中间包和保护浇注等措施，有效地提高了钢的纯净度，故有人认为采用椭圆形连铸机是保证铸坯内部质量的最佳方案。
铸机类型对铸坯纯净度的影响主要定于两个因素：
一是钢水带入结晶器夹杂物数量；二是夹杂物在液相内被捕捉的程度。
前者决定于钢水的纯净度，后者决定于注流浸入深度和铸机弧形半径。
若悬浮的夹杂物如（Al2O3）均匀分布在钢水中，当钢水经过水口时，导致有B数量的Al2O3夹杂沉积在水口壁上（图
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