结晶器锥度对铸坯质量的影响

结晶器锥度（或称倒锥度）指其内腔纵断面尺寸由上至下逐渐缩小的设计（上大下小），这一参数直接影响铸坯凝固过程的传热效率、坯壳均匀性及缺陷发生率，是连铸生产的核心控制要素。以下是其对铸坯质量的具体影响机制及关键结论：

一、锥度设计的核心作用

结晶器需匹配钢水凝固收缩特性：

‌气隙控制‌：钢水凝固形成坯壳时会收缩，若锥度过小（如＜0.4%/m），坯壳过早脱离铜壁形成气隙，热阻增加（气隙热阻占整体80%以上），导致冷却不均、坯壳减薄，引发鼓肚、漏钢或皮下裂纹‌。

‌支撑坯壳‌：锥度过大（如＞0.9%/m）会过度挤压坯壳，增大拉坯阻力，加速结晶器磨损，并导致角部应力集中，诱发角部凹陷、表面增铜及纵向裂纹‌。

二、锥度异常引发的典型缺陷

三、对裂纹与表面质量的影响机制

‌纵裂纹‌：

锥度过小导致坯壳过早脱离结晶器，角部冷却不足形成薄弱区，在钢水静压力下产生纵向裂纹‌。

研究证实：‌厚度方向锥度每增加0.1%/m，铸坯纵裂纹发生率降低15~20%‌（尤其对中高碳钢）‌。

‌角部缺陷‌：

锥度过大时，角部受压变形，诱发应力集中裂纹；锥度过小则因角部转动加剧生成皮下裂纹‌。

‌表面增铜‌：锥度过大加剧铜壁摩擦，铜屑渗入坯壳形成表面铜富集缺陷‌59。

四、锥度参数的优化方向

‌基准范围‌：

小方坯：‌0.4~0.9%/m‌（常用0.5~0.8%/m）‌。

板坯厚度方向：需＞0.7%/m以抑制纵裂纹‌。

‌动态适配因素‌：

‌钢种特性‌：包晶钢收缩率高，需更大锥度（如0.9%/m）‌。

‌拉速提升‌：高拉速需增加锥度补偿传热不足‌。

‌结构创新‌：

单锥度→多锥度/抛物线锥度：适应坯壳非线性收缩，减少角部气隙（如方坯偏角部优化后裂纹率↓30%）‌。

五、结论

结晶器锥度需在 ‌"支撑-收缩"平衡点‌ 区间设计：

‌下限‌：确保坯壳紧贴铜壁，避免气隙（≥0.4%/m）‌；

‌上限‌：控制机械载荷，防止角部损伤（≤0.9%/m）‌；

‌核心目标‌：‌最小化气隙热阻，最大化均匀传热‌。实际生产中需结合钢种收缩率、拉速及断面尺寸动态调整，并优先采用多锥度设计以提升高附加值钢种成材率‌。