钢锭缺陷原因分析

1 锭型分析

关于6 t 钢锭锭型参数的评价，可以发现除下模壁较厚之外，其他参数基本合理。下模壁较厚可能导致冷却速度加快， 形成细长液心，造成中心疏松及缩孔。这是影响冒口补缩效果的因素之一，通过调整锭模下部的厚度，可以控制冷却速度，调整液心的长度，缩短补缩距离。

冒口补缩的效果， 由冒口的补缩能力和补缩的客观条件决定。下锭模的厚度影响钢锭局部的冷却速度，属于后者；冒口的钢液状态、纯净度和冒容比可能会影响冒口的补缩能力，属于前者；因此，基于对缺陷类型和锭型的评价， 进一步对冒口的补缩能力进行分析。

2 冒口补缩的情况分析

（1）冒口质量检测

冒口处的表面品质极差，凹坑深度较大，可能存在内部质量问题。于是，在冒口位置取样分析，对样品进行金相分析，结合取样部位及剖面颜色分布，可认为V 型疏松区组织存在大量的空洞、夹杂及成分偏析。冒口处的V型缺陷说明锭身的也可能存在质量；同时，除去锭模厚度的问题，该类缺陷出现原因还存在其他可能，尤其是锭模冒口的设定。

（2）绝热板性能测试

从现场取得6 t 钢锭使用的绝热板，经检测该绝热板的主要成分是SiO₂，属于轻质耐火材料。取边长为30 mm 的六面体做密度和导热性的检测。密度检测时，将该样品于100 ℃干燥箱中干燥2 h 秤重，计算出密度。导热率检测采用PBD-12-4Y 平板导热率测量。测得的密度为1.3370 3×103 kg/m³，导热率为0.197 659 W/(m·℃)。在导热率测试过程中，该样品在1 000 ℃时发生严重粉化。

绝热板的物理性能要求体积密度≤0.95×103 kg/m³，1 000℃导热率≤0.23W/ (m·℃)。

该样品测得密度大于限定值， 导热率接近上限， 1 000 ℃时发生严重粉化，可见其保温效果和耐热性均比较差， 影响冒口补缩性能， 容易导致冒口内的疏松区域延伸到锭身， 从而增大冒口切除量， 减小钢锭利用率； 且对钢锭冒口表面质量不利。

（3）覆盖剂性能测试

从现场取得6 t 钢锭使用的保护渣， 经检测该保护渣的主要成分是SiO₂、CaO 和Al₂O₃。采用熔点熔速测定仪测试保护渣的熔点和熔速。对比发现，该渣样性能比较合理，保护渣对钢锭质量缺陷的影响较小。

覆盖剂质量应该合格； 绝热板质量差会导致冒口处的钢液温度下降过快， 并混入夹杂物， 影响补缩，是造成冒口缺陷的原因之一。

3 浇注和保温制度分析

锭身浇注4~7 min，浇注速度15~30 kg/s，浇到冒口绝热板下端进行细流填充。之后加入发热剂等待拔模。这种一段式的浇注方式有可能与该厂采取的较高过热度不匹配(液相线1 485 ℃，过热度50~55 ℃)，产生裂纹的机率增加。

具体可以解释为：高浇速、高过热度，浇完锭身之后下部钢液仍未凝固， 随着冷却的进行形成较长的液心(补缩距离增加)，在冒口补缩能力固定的情况下，容易在冒口与锭身结合处形成凝固搭桥效应，影响补缩的客观条件。而高浇速、过低的过热度仍然存在风险，控制较难。所以应选择合适的浇注制度与钢液过热度匹配。关于对浇注制度合理性的判断，可通过分析缺陷主要出现的部位来验证。

分析发现， 大部分裂纹缺陷在冒口与锭身结合处；主要撕裂状裂纹、横裂纹、纵裂纹，并伴随有疏松甚至密集性缺陷，这些缺陷一直延伸到锭身。

部分钢锭锻造后也发现了裂纹， 在距离端部700~800 mm 处，原本应为冒口和锭身结合部位(浇高240 mm，切去一定长度锻造)。但部分裂纹没有氧化脱碳现象，应是在锻造过程中产生；因为在锻造前的加热扩散过程中， 钢锭已产生了过热；锻造后冷却速度较快，没能及时回火，以致产生大量的粗大上贝氏体组织， 在切应力作用下在锻件上产生了长而深的纵向裂纹。

综合分析认为， 浇注制度不合理引起的凝固搭桥效应和绝热板下端引起的热效应， 是裂纹产生的主要原因，锻造后的热处理制度是次要原因 。

钢锭锻后缺陷主要有裂纹、中心疏松、缩孔、夹杂物超标等。其中裂纹主要与浇注速率、过热度及钢锭锭型有关；中心疏松和缩孔通常伴生，主要和冒口补缩、保温情况有关； 夹杂物超标主要和钢液纯净度、保护渣性能有关。

主要缺陷是内部缺陷，其次是硬度不均匀、表面缺陷、开裂等，冒口锭尾缺陷占6.52%。其中主要缺陷是裂纹，其次是疏松，部分严重的会造成密集性缺陷。总的来看，这些缺陷是可能与冒口补缩、浇注制度、保温制度以及锭型有关。

钢锭缺陷(defect in ingot)是指钢锭的质量疵病。按其存在的位置有表面缺陷和内部缺陷；按其形态和形成特点分别称为裂纹、结疤、翻皮、重皮、重接、夹渣、表面气泡、皮下气泡、气泡暴露等。特钢厂生产的6 t H13 钢锭，平均钢锭利用率为80%，探伤合格率不足90%，距离国内先进水平86%还有一定距离。通过分析6 t H13 钢产生的缺陷，研究典型质量缺陷的成因并提出改良措施 。

根据以上的分析，提出以下优化措施。

（1）改善保温冒绝热板材质， 提高Al₂O₃含量1%~3%，加入2%~5%漂珠和<10%膨胀珍珠岩，粘结剂和纤维制原料保持不变。

（2）降低冒容比至10%~11%。调整下模壁厚度为160 mm。

（3）调整浇注制度，分成两段式，即：开浇速度不变，正常浇注速度15~30 kg/s，至锭身3/4 处(3 min左右时)浇注速度降为1/2，至冒口1/3 深度处，细流补缩7 min。

采取优化措施后3 个月生产的H13 钢锭相关统计数据表明，钢锭的探伤合格率提升至96%(以大棒为验收标准)，钢锭利用率提升至88%。

（1） 该企业不合格钢锭的主要缺陷是裂纹和疏松， 分布在冒口与锭身结合处并一直延伸到锭身。

通过提高冒口绝热板材质、调整铸模结构和浇注制度，可以取得明显效果。

（2） 锭身缺陷产生的主要原因是冒口绝热板质量差(减弱冒口补缩能力)和浇注制度问题引起的补缩效果下降(使补缩距离增加)；两种质量问题所引起的主要现象包括： 浇注制度引起的凝固搭桥效应和绝热板下端引起的热效应。

（3） 在采用新的绝热板材质和浇注制度的情况下，帽容比降低至10%~11%仍能保持较高的补缩效果。

（4） 采用优化措施之后， 钢锭的探伤合格率提升至96%(以大棒为验收标准)， 钢锭利用率提升至88% 。

在铸锭过程中由于操作不当或注速、铸温控制不当，会使铸成的锭有种种缺陷。常见的缺陷为：钢锭表面的结疤、重皮和纵、横裂纹，内部的残余缩孔、皮下气泡、疏松和偏析，混入钢中的耐火物和炉渣、灰尘造成的夹杂等。这些缺陷能大大降低钢锭的成坯率，甚至使整个钢锭报废。

合格的镇静钢钢锭除化学成分必须保证符合技术标准要求外，还应满足：（1）达到规定浇高，头部一次缩孔呈碟形，不深入到钢锭本体；（2）成分偏析小，非金属夹杂少；（3）钢中气体含量少，钢锭无皮下气泡和内部气泡；（4）钢锭表面质量好，无表面缺陷或虽有缺陷可通过修磨或火焰清理消除。

镇静钢钢锭缺陷分内部缺陷和表面缺陷两类。内部缺陷有缩孔、疏松、偏析、裂纹、非金属夹杂等，这类缺陷往往只能在开坯和轧制成材之后通过低倍检验才能判定；表面缺陷有裂纹、结疤、翻皮、重接、夹渣等，在钢锭精整时即可发现，轻者可通过清理消除。钢锭的缺陷可通过确定合理的工艺制度和严格的技术操作加以防止或减轻。