关于对铸坯的冷却及裂纹缺陷分析
在铜液温度和铸造速度一定时，冷却强度对铸坯组织起决定性作用。

一般情况下，冷却速度小，有利于粗等轴晶和柱状晶的生长，当冷却速度较大时，则有利于细等轴晶和细柱状晶的生长。

冷却强度以锭坯拉出时表面呈暗红色不开裂为好。

一次水压过高会导致结晶区往炉口方向移动，易于拉裂；水压过低则容易拉漏。

二次冷却的作用是促进轴向凝固，使液穴浅而平，以获得致密的铸锭组织，二次冷却强度越大，液穴越浅平，越有利于轴向凝固，铸锭组织越致密。

1.浇铸温度紫铜熔点l 085℃。

紫铜生产多采用40—80℃的过热度或取液相点
1．05—1．1倍作为浇铸温度。

紫铜水平连铸的铸造温度应选择1 135—1 170℃
之间，铸造开始时将温度升高到上限有利于铜液粘结在引锭头上不会拉漏。

当
引锭头离开结晶器后打开二次冷却水。

立即加料降温，将浇铸温度控制在
1140℃为宜，并保持连续铸造过程温度稳定。

2.浇铸速度金属铜凝固时间其断面存在3个区域：固相区、凝固区、液相区，
许多缺陷都是在凝固区内形成，所以凝固区的宽度对管坯的质量影响很大，由
于不同的拉铸速度会改变铸锭断面的温度梯度大小，这是浇铸速度作为水平连
铸的一个重要工艺制度的主要原因。

由于不同拉速，其产生的液穴也不相同，
管坯的液穴深度与铸造速度成正比，随着铸造速度的增加，液穴深度加大，当
液穴深度过大时，管坯内部处于液态。

外表面管坯已进入一次冷却区域，大的
冷却强度使管坯处于强烈的线收缩状态。

根据铸造强度理论，紫铜在线收缩开
始温度到平衡固相点之间的有效结晶温度范围内，强度与塑性最低，在铸造应
力作用下产裂纹。

这就解释了在高铸造速度下容易产生管坯裂纹。

3.冷却强度冷却强度指管坯周围的介质(冷却水)在单位时间内导出的热量(传
热速度)。

冷却强度越大，管坯断面的温度梯度越大，管坯的凝固速度越快，
水平连铸管坯的冷却强度主要取决于冷却水的用量与水压。

由于管坯在结晶器
内的一次冷却导出总热量的15—20％，其余热量由二次冷却导出，一次冷却
作用使管坯成型并有足够厚度的凝壳能抵抗铜液的静压力、铸锭与结晶器间的
摩擦力和凝固的收缩力，使铸造管坯不会变形与开裂。

一次冷却水压高，液穴
深度随之增大，凝固过渡段向炉口方向移动有拉裂管坯的倾向，不利于提高铸
造管坯质量；一次冷却水压过小，过渡区向远离炉口方向移动容易拉漏。

二冷
可改善偏析但二冷强度的提高要以不产生回热型内裂和不恶化表面质量为
限。

关于裂纹：
1.表面横向裂纹发生在管体内外表面的裂纹，铜管表面产生凹陷，严重的凹陷
处管壁内表面发生裂纹，裂纹比较细小，多发生在脱型区段。

紫铜管坯的表面横
向裂纹主要是热裂纹，它是在凝固末期或终凝后不久管坯尚处于强度和塑性很低
状态下因管坯固态收缩受阻两弓起的。

它的断口严重氧化，无金属光泽，呈粗细
不均、曲折而不规则的曲线，长度在3—10 m／ft．，深度在2—5 mm之间。

避免
铸坯表面产生横向拉裂的主要工艺措施是：①结晶器、引锭托座都应放置水平，
而且二者中心应该对正。

防止偏心造成摩擦力加大，在凝壳的初期拉断管坯；②
适当降低拉坯速度。

使管坯凝壳厚度增加到可抵御横裂；③保护结晶器内熔体，
避免铜液氧化和造渣减少铜液面的温降；④当裂纹发生后，增加反推过程中停止
时间对限制裂纹的继续发展起到效果较好；⑤出现裂纹后改变铸造工艺，调整铸
造温度，调节冷却强度都能使裂纹发生变化，其中以改变浇铸工艺为最快；⑥生
产过程中发现有些裂纹具有一定的记忆性，即不论如何调整工艺参数只能改变裂
纹的位置无法根本消除。

此时可采用停止铸机升温至启铸温度重新铸造，这样可消除管坯裂纹的记忆性。

2.表面横向裂纹TP2铜管坯的表面横向裂纹主要是热裂纹，它是在凝固末期或终
凝后不久，管坯尚处于强度和塑性很低状态下，因管坯固态收缩受阻而引起的。

它的断口严重氧化，无金属光泽，呈粗细不均、曲折而不规则的曲线，长度在5～
15 mm，深度在1．0-2．5 mm，主要分布在管坯上半部，水平连铸过程中，由于
管坯外表面与结晶器石墨型内壁、管坯内表面与石墨芯之间有相对运动，因此在它们之间有摩擦阻力，而且管坯受到牵引力，如果管坯所受的摩擦阻力和牵引力的合力大于管坯凝固层的强度时，便会将管坯表面拉裂，这是造成横向裂纹的基本原因。

由于结晶器内部表面不光，或者变形，或者没有放置水平，或者未与引锭托座中心对正，均可使管坯表面产生横向拉裂现象。

另一方面，如果管坯表面不光，管坯表面有夹杂或偏析等存在时，或者管坯表面与石墨结晶器之间润滑不良时，也都可使管坯表面产生横向拉裂。

水平连续铸造中由于重力的作用，管坯表面受到的冷却不均匀，下半部冷却强度比上半部要好，所以下半部凝固层比上半部要厚，因此下半部凝固层强度比上半部要好，不容易拉裂，这就导致了表面横向裂纹主要分布在管坯上半部。

避免铸坯表面产生横向拉裂的主要工艺措施是：
①加强管坯与结晶器之间的润滑j在石墨型内壁覆盖涂层；②结晶器、引锭托座
都应放置水平，而且二者中心应该对正；③适当降低拉坯力；④保护结晶器内的熔体，避免铜液氧化和造渣，减少铜液面的温降；⑤调节一次冷却水流量使管坯表面冷却均匀。

3.内部裂纹内部裂纹铸坯发生内部裂纹的根本原因，除了与TP2铜自身的热
脆性质有关外，主要是由于管坯表面和内部温差大，且所产生的热应力大于内部TP2铜的强度所造成的。

TP2铜管坯内部裂纹的发生主要取决于两个条件：一是存在于管坯内部的应力大小，一个是有应力存在的管坯内部TP2铜的强度高低。

应力的大小主要是由管坯凝固时的收缩量和其表面与内部的温差大小所决定的。

TP2铜管坯的化学成分和断面尺寸都是一定的，因此应力的大小主要由管坯表面和内部的温差大小决定。

因此提高铸造温度，或加快铸造速度、增大冷却强度等，都会使管坯的表面和内部温差增大，使管坯中的应力增大；管坯内部TP2铜的强度高低，除与管坯的化学成分和温度有关外，还与实际的结晶组织、缺陷分布情况等因素有关。

因此当管坯内部某处的应力强度大于该处TP2铜的强度时，就会出现内部裂纹。

为了避免管坯内部发生裂纹，可采取以下措施：①严格控制TP2铜的化学成分，避免化学成分达到偏析临界值；②降低铸造温度；③减小冷却强度；④减慢铸造速度。

沙漠野狼
2012年06月25日。