1、鋼的連續(xù)澆鑄第1頁，共127頁。內(nèi) 容 提 要 概 述 連鑄機設(shè)備 鋼的結(jié)晶與連鑄坯結(jié)構(gòu) 連鑄操作工藝 中間包冶金 連鑄坯質(zhì)量 第2頁，共127頁。1 概 述1.1連鑄過程 鋼水直接鑄成接近最終產(chǎn)品尺寸的鋼坯。這一想法經(jīng)過一百多年的努力探索，終于使該技術(shù)在本世紀70年代開始大規(guī)模用于實際，并逐步形成了今天的連鑄技術(shù)。 主要設(shè)備由鋼包、中間包、結(jié)晶器、結(jié)晶器振動裝置、二次冷卻和鑄坯導向裝置、拉坯矯直裝置、切割裝置、出坯裝置等部分組成。 第3頁，共127頁。第4頁，共127頁。1.2連鑄的發(fā)展史 1.2.1 早期嘗試 美國亞瑟（B.Atha）（1866年）和德國土木工程師達勒恩（R.M.Daele

2、n）(1877年)最早提出以水冷、底部敞口固定結(jié)晶器為特征的常規(guī)連鑄概念。前者采用一個底部敞開、垂直固定的厚壁鐵結(jié)晶器并與中間包相連，施行間歇式拉坯；后者采用固定式水冷薄壁銅結(jié)晶器、施行連續(xù)拉坯、二次冷卻，并帶飛剪切割、引錠桿垂直存放裝置。19201935年間，連鑄過程主要用于有色金屬，尤其是銅和鋁的領(lǐng)域。 第5頁，共127頁。 煉鋼生產(chǎn)的大爐容量、高澆鑄溫度和鋼本身比熱低，這些在有色金屬生產(chǎn)中未曾遇到過。 一項最重要的開拓性工作是如何提高一臺連鑄機的澆鑄能力，最關(guān)鍵的是澆鑄速度。 1913年，瑞典人皮爾遜提出結(jié)晶器以可變的頻率和振幅做往復振動的想法。 1933年德國人容漢斯（S.Jungha

3、ns）真正將這一想法付諸實施。第6頁，共127頁。 振動結(jié)晶器的構(gòu)想和付諸實施，不僅使?jié)茶T速度提到一個較高的水平，而且是連鑄技術(shù)成為通向鋼鐵領(lǐng)域發(fā)展的基石。從此，連續(xù)鑄鋼技術(shù)經(jīng)歷了“從本世紀40年代的試驗開發(fā)、50年代開始步入工業(yè)生產(chǎn)、60年代弧形鑄機的出現(xiàn)、70年代由能源危機推動的大發(fā)展、到80年代日趨成熟的技術(shù)和90年代面臨新的變革”的60年歷史發(fā)展歷程。 第7頁，共127頁。1.2.2 40年代連續(xù)鑄鋼的試驗開發(fā) 在40年代鋼的連鑄試驗開發(fā)主要集中在美國和歐洲。 雖然振動式結(jié)晶器是鋼得以順利連鑄的開創(chuàng)性的技術(shù)關(guān)鍵，但真正有效防止坯殼與結(jié)晶器粘結(jié)的突破性進展的技術(shù)貢獻，應(yīng)當歸功于英國人哈里

4、德（Halliday）提出的“負滑脫”概念，這有改善潤滑、減輕粘結(jié)的優(yōu)點，更便于實現(xiàn)高速澆鑄。 第8頁，共127頁。1.2.3 50年代開始步入工業(yè)化 初期的連鑄設(shè)備大部分裝在特殊鋼生產(chǎn)廠。設(shè)備設(shè)計主要被容漢斯、羅西和原蘇聯(lián)包攬，機型主要是立式。50年代制造的40臺連鑄機中，有25%是立彎式。 世界上第一臺工業(yè)生產(chǎn)性連鑄機是1951年在原蘇聯(lián)紅十月鋼廠投產(chǎn)的立式半連續(xù)式裝置。它是雙流機，斷面尺寸180mm600mm。 作為連續(xù)式澆鑄的鑄機是1952年建在英國巴路鋼廠的雙流立彎式鑄機，其生產(chǎn)斷面尺寸為50mm50mm和180mm90mm的小方坯。第9頁，共127頁。 1954年投用的加拿大阿特拉

5、斯鋼廠（Atlas）的方板坯兼用不銹鋼連鑄機。它可以生產(chǎn)一流的168mm620mm板坯，也可以生產(chǎn)兩流的150mm150mm方坯。 寬板坯鑄機于1959年建在原蘇聯(lián)的新列別茨克廠。日本住友和羅西為新日鐵光廠提供的世界上第一臺不銹鋼寬板坯連鑄機在1960年12月投產(chǎn)，寬度為1050mm。 在整個50年代，連續(xù)鑄鋼技術(shù)盡管開始步入工業(yè)生產(chǎn)，但產(chǎn)量很少，1960年的產(chǎn)量僅為115萬噸，連鑄比僅為0.34。第10頁，共127頁。1.2.4 60年代弧形鑄機引發(fā)的一場革命 采用了弧形連鑄后，連鑄技術(shù)的應(yīng)用才實現(xiàn)了一次真正的突破，不僅提供了生產(chǎn)率，降低了設(shè)備投資，而且更有利于安裝在原有的鋼廠內(nèi)。 1952

6、年德國人歐.薩波爾提出弧形連鑄機的概念早在來了。瑞士馮.莫斯于1956年也申請了同一思路的弧形連鑄機專利。1960年中國的徐寶教授也設(shè)計了一臺澆200mm200mm方坯的弧形鑄機。最先把弧形結(jié)晶器連鑄機的設(shè)想付諸工業(yè)性試驗的卻是德國曼內(nèi)斯曼公司。 從全球來看，到本世紀60年代末，鑄機總數(shù)已達200多臺，盡管總的設(shè)備能力已近5000萬t/a,但實際上連鑄鋼的產(chǎn)量只有2600萬t/a。 第11頁，共127頁。1.2.5 70年代兩次能源危機推動了連鑄技術(shù)迅速發(fā)展 經(jīng)歷了1973年1974年第一次全球能源危機之后，積極采用連鑄的勢頭更加強烈。1979年的第二次能源危機成為推動了連鑄的飛速發(fā)展的主要動

7、力。 70年代連鑄技術(shù)的大發(fā)展在不斷改善產(chǎn)品質(zhì)量和提高鑄機生產(chǎn)率基礎(chǔ)上取得的，而兩次能源危機又正好為推動連鑄的發(fā)展提供了客觀契機。 從本世紀70年代開始，日本異軍突起。到1980年，日本連鑄機數(shù)量已達156臺，連續(xù)鑄鋼產(chǎn)量占鋼總量的比例已超過60。而從世界范圍看，1980年連鑄鋼產(chǎn)量已逾2億噸，相當于1970年產(chǎn)量的8倍。 第12頁，共127頁。1.2.6 80年代連鑄技術(shù)日趨成熟 連鑄已不再是一種“保密的工藝”。 普遍建立了人員培訓和教育制度 預防性維護 鋼包冶金的完善化有利于連鑄的操作。 結(jié)晶器自動調(diào)寬、流式結(jié)晶器液面控制、漏 鋼預報、中間包等離子加熱等 第13頁，共127頁。1.2.7

8、90年代以后連鑄技術(shù)又面臨 一場新的革命 目前所能預測的發(fā)展方向大致包括近終形連鑄（尤其是薄板坯，薄帶鑄軋）、高速澆鑄、高清潔性產(chǎn)品的連鑄、低過熱度澆鑄、半凝固加工技術(shù)和過程與質(zhì)量系統(tǒng)控制技術(shù)等。 第14頁，共127頁。1.3 連鑄機的機型及其特點 按結(jié)晶器是否移動可以分為兩類：一類是固定式結(jié)晶器（包括固定振動結(jié)晶器）的各種連鑄機，如立式連鑄機、立彎式連鑄機、弧形連鑄機、橢圓形連鑄機、水平式連鑄機等；另一類是同步運動式結(jié)晶器的各種連鑄機。這種機型的結(jié)晶器與鑄坯同步移動，鑄坯與結(jié)晶器壁間無相對運動，適合于生產(chǎn)接近成品鋼材尺寸的小斷面或薄斷面的鑄坯,如雙輥式連鑄機、雙帶式連鑄機、單輥式連鑄機、單帶

9、式連鑄機，輪帶式連鑄機等。 第15頁，共127頁。還可以按鑄坯斷面形狀分為: 方坯連鑄機、圓坯連鑄機、板坯連鑄機、異型連鑄機、方/板坯兼用型連鑄機等. 按鋼水的靜壓頭可分為: 高頭型、低頭型和超低頭型連鑄機等。第16頁，共127頁。連鑄機機型示意圖 1立式連鑄機；2立彎式連鑄機；3直結(jié)晶器多點彎曲連鑄機 4直結(jié)晶器弧形連鑄機；5弧形連鑄機； 6多半徑弧形（橢圓形）連鑄機；7水平式連鑄機 第17頁，共127頁。同步運動結(jié)晶器連鑄機機型 1雙輥式連鑄機；2單輥式連鑄機 3雙帶式連鑄機； 4單帶式連鑄機；5輪帶式連鑄機第18頁，共127頁。立式連鑄機是20世紀50年代至60年代的主要機型。立式連鑄機

10、從中間罐到切割裝置等主要設(shè)備均布置在垂直中心線上，整個機身矗立在車間地平面以上。采用立式連鑄機澆注時，由于鋼液在垂直結(jié)晶器和二次冷卻段冷卻凝固，鋼液中非金屬夾雜物易于上浮，鑄坯四面冷卻均勻，鑄坯在運行過程中不受彎曲矯直應(yīng)力作用，產(chǎn)生裂紋的可能性較小，鑄坯質(zhì)量好，適于優(yōu)質(zhì)鋼、合金鋼和對裂紋敏感鋼種的澆鑄。 第19頁，共127頁。1盛鋼桶；2中間罐；3導輥；4結(jié)晶器；5拉輥；6切割裝置；7移坯裝置第20頁，共127頁。立彎式連鑄機立彎式連鑄機是連鑄技術(shù)發(fā)展過程的過渡機型。立彎式連鑄機是在立式連鑄機基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其上部與立式連鑄機完全相同，不同的是待鑄坯全部凝固后，用頂彎裝置將鑄坯頂彎90oC，

11、在不同方向切割出坯，它主要適用于小斷面鑄坯的澆鑄。第21頁，共127頁?；⌒芜B鑄機 是世界各國應(yīng)用最多的一種機型?；⌒芜B鑄機的結(jié)晶器、二次冷卻段夾輥、拉坯矯直機等設(shè)備均布置在同一半徑的1/4圓周弧線上；鑄坯在1/4圓周弧線內(nèi)完全凝固，經(jīng)水平切線處被一點矯直，而后切成定尺，從水平方向出坯?；⌒芜B鑄機的高度比立彎式連鑄機又降低了許多，僅為立彎式連鑄機的1/3，因而基建投資減少了。為了改善鑄坯質(zhì)量，在弧形連鑄機上采用直結(jié)晶器，在結(jié)晶器下口設(shè)2-3m垂直線段，帶液芯的鑄坯經(jīng)多點彎曲，或逐漸彎曲進入弧形段，然后再多點矯直。垂直段可使液相穴內(nèi)夾雜物充分上浮，因而鑄坯夾雜物的不均勻分布有所改善，偏析減輕。

12、第22頁，共127頁。 弧形連鑄機機型示意圖a全弧形連鑄機；b多點矯直的弧形連鑄機第23頁，共127頁。多點彎曲、多點矯直連鑄機機型示意圖 第24頁，共127頁。橢圓形連鑄機結(jié)晶器、二次冷卻段夾輥、拉坯矯直機均布置在1/4橢圓圓弧線上。橢圓形圓弧是由多個半徑的圓弧線組成，其基本特點與全弧形連鑄機相同。它又進一步降低了連鑄機和廠房的高度?？蔀榈皖^和超低頭連鑄機。低頭或超低頭連鑄機的機型是根據(jù)連鑄機高度(H)與鑄坯厚度(D)之比確定的。連鑄機高度是指從結(jié)晶器液面到出坯輥道表面的垂直高度。H/D=25-40時，成為低頭連鑄機；H/D25時，則稱為超低頭連鑄機。 第25頁，共127頁。橢圓形連鑄機機型

13、示意圖 第26頁，共127頁。水平連鑄機結(jié)晶器、二次冷卻區(qū)、拉矯機、切割裝置等設(shè)備安裝在水平位置上。中間包與結(jié)晶器是緊密相連的,相連處裝有分離環(huán)。拉坯時，結(jié)晶器不振動，而是通過拉坯機帶動鑄坯做拉-反推-停不同組合的周期性運動來實現(xiàn)的。高度最低的連鑄機。設(shè)備簡單、投資省、維護方便。結(jié)晶器內(nèi)鋼液靜壓力最小，避免了鑄坯的鼓肚變形，中間罐與結(jié)晶器之間是密封連接，有效地防止了鋼液流動過程的二次氧化；鑄坯的清潔度高，夾雜物含量少，一般僅為弧形連鑄機的1/8-1/6。 第27頁，共127頁。1.4 連續(xù)鑄鋼的優(yōu)越性簡化了工序，縮短了流程 省去了脫模、整模、鋼錠均熱、初軋開坯等工序。由此可節(jié)省基建投資費用約4

14、0%，減少占地面積約30%，勞動力節(jié)省約70%。 提高了金屬收得率 采用模鑄工藝，從鋼水到鋼坯，金屬收得率為84%-88%，而連鑄工藝則為95%-96%，金屬收得率提高10%-14%。 第28頁，共127頁。降低了能源消耗 采用連鑄工藝比傳統(tǒng)工藝可節(jié)能1/4-1/2。 生產(chǎn)過程機械化、自動化程度高 設(shè)備和操作水平的提高，采用全過程的計算機管理，不僅從根本上改善了勞動環(huán)境，還大大提高了勞動生產(chǎn)率。提高質(zhì)量，擴大品種 幾乎所有的鋼種均可以采用連鑄工藝生產(chǎn)，如超純凈度鋼、硅鋼、合金鋼、工具鋼等約500多個鋼種都可以用連鑄工藝生產(chǎn)，而且質(zhì)量很好。 第29頁，共127頁。1.5 連鑄機的臺數(shù)、機數(shù)、流數(shù)

15、臺數(shù) 凡是共用一個盛鋼桶，澆注1流或多流鑄坯的1套連續(xù)鑄鋼設(shè)備稱為1臺連鑄機。機數(shù) 凡具有獨立傳動系統(tǒng)和獨立工作系統(tǒng)，當它機出現(xiàn)故障，本機仍能照常工作的一組連續(xù)鑄鋼設(shè)備，稱之為1個機組。1臺連鑄機可以由1個機組或多個機組組成。流數(shù) 1臺連鑄機能同時澆注鑄坯的總根數(shù)稱之為連鑄機的流數(shù)。 1臺連鑄機有1個機組，又只能澆注1根鑄坯，成為1機1流；若1臺連鑄機有多個機組，又同時能夠澆注多根鑄坯，稱其為多機多流；1個機組能夠同時澆注2根鑄坯的稱為1機2流。第30頁，共127頁。2 連鑄機的主要設(shè)備第31頁，共127頁。第32頁，共127頁。 2.1 連鑄機的幾個重要參數(shù) 1、 規(guī)格的表示方法 弧形連鑄機

16、規(guī)格表示方法為：aRb-C a組成1臺鑄機的機數(shù)，機數(shù)為1時可以省略； R機型為弧形或圓形連鑄機； b連鑄機的圓弧半徑，m，若橢圓形鑄機為多個 半徑之乘積，也表示可澆鑄坯的最大厚度： 坯厚= b/(3036) mm C表示鑄機拉坯輥輥身長度，mm，還表示可容納 鑄坯的最大寬度： 坯寬=C(150200) mm第33頁，共127頁。 例如： （1）3R5.25240 表示此臺連鑄機為3機，弧形連鑄機，其圓弧半徑為5.25m，拉坯輥身長為240mm。 （2）R102300 表示此連鑄機為1機，弧形連鑄機，其圓弧半徑為10m，拉坯輥輥身長度為2300mm，澆注板坯的最大寬度為2300150200）=

17、（21502100）mm。第34頁，共127頁。2、鑄坯斷面的尺寸規(guī)格 小方坯：7070200200mm2； 大方坯： 200200450450mm2； 矩形坯：150100400560mm2； 板坯： 1506003002640mm2； 圓坯： 80mm450mm。 第35頁，共127頁。 3、拉坯速度（澆鑄速度） 拉坯速度是指每分鐘拉出鑄坯的長度，單位是m/min，簡稱拉速；澆鑄速度是指每分鐘每流澆注的鋼水量，單位是t/(min流)，簡稱注速， 式中：鋼水密度，t/m3； a鑄坯寬度，m； D鑄坯厚度，m。第36頁，共127頁。拉坯速度可用經(jīng)驗公式來確定： 用鑄坯斷面確定拉速 l鑄坯斷面周

18、長，mm；A鑄坯斷面面積，mm2； 斷面形狀速度系數(shù)，mmm/min。 的經(jīng)驗值是： 小方坯： =65-85； 大方坯（矩形坯）=55-75； 圓坯： =45-55。 第37頁，共127頁。 用鑄坯的寬厚比確定拉速 D 鑄坯厚度，mm；f 系數(shù)，mmm/min。鑄坯斷面形狀、速度系數(shù)經(jīng)驗值 鑄坯形狀厚度/mm方坯寬厚比2矩形坯八角坯圓坯板坯系數(shù)/mmmmin-1300280260150第38頁，共127頁。最大拉坯速度： 限制拉坯速度的因素主要是鑄坯出結(jié)晶器下口坯殼的安全厚度。對于小斷面鑄坯坯殼安全厚度為8-10mm；大斷面板坯坯殼厚度應(yīng)15mm。 vmax 最大拉坯速度，m/min； Lm結(jié)

19、晶器有效長度（結(jié)晶器長度100mm）； Km結(jié)晶器內(nèi)鋼液凝固系數(shù)，mm/min0.5; 坯殼厚度，mm。 第39頁，共127頁。4、 圓弧半徑 鑄機圓弧半徑R是指鑄坯外弧曲率半徑，單位為m。它是確定連鑄機總高度的重要參數(shù)，也標志所能澆鑄鑄坯厚度范圍的參數(shù)?？捎媒?jīng)驗公式確定基本圓弧半徑，也是連鑄機最小圓弧半徑： R連鑄機圓弧半徑；D鑄坯厚度；c系數(shù)。 小方坯取30-40，大方坯鑄機取30-50，板坯鑄機取40-50。國外，普通鋼取33-35，優(yōu)質(zhì)鋼取42-45。 第40頁，共127頁。5、液相穴深度和冶金長度 液相穴深度是指從結(jié)晶器液面開始到鑄坯中心液相凝固終了的長度，也稱為液心長度。 第41頁

20、，共127頁。根據(jù)最大拉速確定的液相穴深度為冶金長度。冶金長度是連鑄機的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)；決定著連鑄機的生產(chǎn)能力，也決定了鑄機半徑或高度。 鑄機長度是從結(jié)晶器液面到最后一對拉矯輥之間的實際長度。這個長度應(yīng)該是冶金長度的1.1-1.2倍。 第42頁，共127頁。6、連鑄機流數(shù)的選擇 一臺連鑄機能夠同時澆鑄鑄坯的個數(shù)稱之為連鑄機的流數(shù)。在生產(chǎn)中，有1機1流、1機多流和多機多流3種形式的連鑄機。近年來，生產(chǎn)大型方坯最多澆注4-6流，實際生產(chǎn)中多數(shù)采用1-4流。生產(chǎn)大型板坯多數(shù)采用1-2流。 n 1臺連鑄機澆注的流數(shù)；G 鋼包容量，t； v 平均拉速，m/min；鑄坯密度，t/m3； t 鋼包澆注時間，m

21、in。 第43頁，共127頁。2.2 鋼包和鋼包回轉(zhuǎn)臺 鋼包的容量應(yīng)與煉鋼爐的最大出鋼量相匹配?？紤]到出鋼量的波動，留有10%的余量和一定的爐渣量。大型鋼包的爐渣量為金屬量的3%-5%，小型鋼包的渣量為5%-10%。另外，鋼包上口還應(yīng)留200mm以上的凈空，作為精煉容器時要留出更大的凈空。 第44頁，共127頁。第45頁，共127頁。鋼包通過滑動水口開啟、關(guān)閉來調(diào)節(jié)注流的流量。 滑動水口由上水口、上滑板、下滑板、下水口組成部分，如圖1-4?？肯禄鍘酉滤谝苿诱{(diào)節(jié)上下注孔間的重合程度來控制注流大小。驅(qū)動方式有液壓和手動兩種。 第46頁，共127頁。長水口又稱保護套管，用于鋼包與中間包之間保護

22、注流，避免了注流的二次氧化、飛濺以及敞開澆注帶來的卷渣問題。目前長水口的材質(zhì)有熔融石英質(zhì)和鋁碳質(zhì)兩種。第47頁，共127頁。2.3 中間包及其運載設(shè)備 中間包簡稱中包。中間包是位于鋼包與結(jié)晶器之間用于鋼液澆注的裝置，起著減壓、穩(wěn)流、去渣、貯鋼、分流及中間包冶金等重要作用。 中間包的容量是鋼包容量的20%-40%。在通常澆注條件下，鋼液在中間包內(nèi)停留時間應(yīng)在8-10min，才能起到上浮夾雜物和穩(wěn)定注流的作用，為此，中間包目前是朝大容量和深熔池方向發(fā)展，容量可達60-80t，熔池深為1000-1200mm。第48頁，共127頁。第49頁，共127頁。 水口與塞棒 水口直徑應(yīng)根據(jù)連鑄機在最大拉速時所

23、需的鋼水流量來確定。 Q 一個水口全開時的鋼液流量，t/h； H 中間罐的鋼液深度，mm； d 水口直徑，mm。第50頁，共127頁。中間包用塞頭與水口相配合來控制注流。由于塞棒長時間在高溫鋼液中浸泡，容易軟化、變形，甚至斷裂。為提高塞棒使用壽命，一般用厚壁鋼管作棒芯，澆注時在芯管內(nèi)插入直徑稍小的鋼管引入壓縮空氣進行冷卻，這對延長塞棒壽命有一定效果。也可以將塞棒作為中間包吹氬棒，這樣不僅可以控制注流，還可以在一定程度上起到凈化鋼液的作用。 第51頁，共127頁。第52頁，共127頁。中間包采用滑動水口，雖然有安全可靠，利于實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點，但機構(gòu)比較復雜，尤其在裝有浸入式水口的情況下，加大了

24、中間包與結(jié)晶器之間的距離，增大了中間包升降行程。同時對結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動也有不利影響。 第53頁，共127頁。第54頁，共127頁。浸入式水口 目前除了部分小方坯連鑄機外，都采用了浸入式水口加保護渣的保護澆鑄。浸入式水口的形狀和尺寸直接影響結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動的狀況。 目前作用最多的浸入式水口有單孔直筒形和雙側(cè)孔式兩種。雙側(cè)孔浸入式水口其側(cè)孔有向上傾斜、向下傾斜和水平狀三類。澆注大型板坯時可采用箱式浸入式水口。 第55頁，共127頁。第56頁，共127頁。2.4 結(jié)晶器結(jié)晶器是連鑄機非常重要的部件，稱之為連鑄設(shè)備的“心臟”。鋼液在結(jié)晶器內(nèi)冷卻初步凝固成一定坯殼厚度的鑄坯外形，并被連續(xù)地從結(jié)晶器下口

25、拉出，進入二冷區(qū)。結(jié)晶器應(yīng)具有良好的導熱性和剛性，不易變形和內(nèi)表面耐磨等優(yōu)點，而且結(jié)構(gòu)要簡單，便于制造和維護。 第57頁，共127頁。第58頁，共127頁。第59頁，共127頁。2.4.1 結(jié)晶器參數(shù) 1、長度 作為一次冷卻，結(jié)晶器長度是一個非常重要的參數(shù)。結(jié)晶器越長，在相同的拉速下，出結(jié)晶器坯殼越厚，澆鑄安全性更好。然而，結(jié)晶器過于長的話，冷卻效率就降低。目前世界上通常采用的結(jié)晶器長度有兩種，即700mm和900mm。 第60頁，共127頁。 2、結(jié)晶器錐度 由于鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)凝固的同時是伴隨著體積的收縮，因此，結(jié)晶器銅板內(nèi)腔必須設(shè)計成上大下小的形狀，即所謂的結(jié)晶器錐度。 結(jié)晶器錐度分為寬度

26、方向和厚度方向兩種。 第61頁，共127頁。 寬度方向的錐度：結(jié)晶器寬度方向上的錐度比厚度方向上的錐度更為重要。因此，通常所說的結(jié)晶器錐度就是指結(jié)晶器寬度方向上的錐度。 鑄坯的收縮與拉速有關(guān)，從理論上講，結(jié)晶器錐度應(yīng)根據(jù)拉速變化而變化。第62頁，共127頁。 3、結(jié)晶器寬度 結(jié)晶器寬度的設(shè)定要考慮從液態(tài)鋼液完全凝固以及冷卻到常溫所有收縮量。根據(jù)鋼的成分以及連鑄機型等因素，這種總的收縮取1.3%2.5%為宜，普通深沖鋼可取1.5%。 第63頁，共127頁。2.4.2 結(jié)晶器振動 結(jié)晶器振動在連鑄過程中扮演非常重要的角色。結(jié)晶器的上下往復運行，實際機上起到了“脫模” 的作用。由于坯殼與銅板間的粘附

27、力因結(jié)晶器振動而減小，因而防止了在初生坯殼表面產(chǎn)生過大應(yīng)力而導致裂紋的產(chǎn)生或引起更嚴重的后果。當結(jié)晶器向下運動時，因為“負滑脫”作用，可“愈合”坯殼表面裂痕，并有利于獲得理想的表面質(zhì)量。 第64頁，共127頁。1、振動方式 根據(jù)結(jié)晶器振動的運動軌跡可將振動方式分為非正弦振動和正弦振動兩大類。非正弦振動使結(jié)晶器振動的速度變化較大，引起較大慣性力矩，對重要的零件和軸承產(chǎn)生很大負荷。正弦型振動以四偏心機構(gòu)為首推，結(jié)構(gòu)簡單，運動平穩(wěn)，零件壽命長等優(yōu)點。第65頁，共127頁。2、振動主要參數(shù)振幅：振動曲線半波的行程，或上下運行總行程的1/2，常用字母A表示。振頻：單位時間內(nèi)振動的次數(shù)振動速度:即振動線速

28、度 第66頁，共127頁。平均振動速度:即完整周期中振動速度的平均值最大振動速度：振動周期中速度達到的最大值負滑脫時間：即結(jié)晶器向下振動時，速度超過拉速的那一段時間.負滑脫率，通常用下式表達第67頁，共127頁。3、振動參數(shù)的確定和控制 早先的板坯機采用振幅為58mm，振頻最大不超過120min-1，負滑脫率一般取40%。采用高頻小振幅，振幅一般為24mm，振頻達到200min-1，負滑脫率取20%40%。有特殊需要，振幅可進一步減小到12mm，振頻最高可達到400 min-1。第68頁，共127頁。2.4.3 結(jié)晶器保護渣 保護渣的作用 絕熱保溫 防止氧化 吸收夾雜物、 潤滑和改善傳熱第69

29、頁，共127頁。 1、絕熱保溫、防止鋼液面結(jié)殼 在高溫鋼液面上加入低熔點的保護渣，一般要求保護渣形成液渣層、燒結(jié)層和原渣層三層結(jié)構(gòu)。 保護渣三層溫度，液渣層溫度較高，同鋼液溫度相近，燒結(jié)層在800900C左右，原渣層400500C。加入保護渣后，鋼水擴散的熱量比裸露鋼液散熱小10倍，可以減少大量的熱損失，防止結(jié)殼。 2、隔絕空氣防止二次氧化第70頁，共127頁。3、吸收鋼水中的夾雜物 要求保護渣具有良好的吸收熔解夾雜物的能力。通過認為，粘度低夾雜物熔解速度增加，液渣的高堿度、低SiO2、Al2O3、高Na2O、CaF2有利于提高夾雜物的熔解度。4、渣膜的潤滑作用 結(jié)晶器內(nèi)鋼水表面張力和銅壁的冷

30、卻作用，形成了向內(nèi)彎曲的凝固殼，加之結(jié)晶器振動和氣隙的毛細管的作用，可把彎月面上的液渣吸入坯殼與銅壁間的氣隙形成渣膜，起潤滑作用。 第71頁，共127頁。5、改善結(jié)晶器傳熱 結(jié)晶器內(nèi)坯殼的收縮產(chǎn)生了氣隙，使熱阻增加，導致熱流減少，如果氣隙內(nèi)充滿均勻渣膜，氣隙熱阻減少將改善傳熱，凝固坯殼均勻生長。 第72頁，共127頁。2.6 二次冷卻系統(tǒng)裝置 二次冷卻的作用是：帶液心的鑄坯從結(jié)晶器中拉出后，需噴水或噴氣水直接冷卻，使鑄坯快速凝固，以進入拉矯區(qū)；對未完全凝固的鑄坯起支撐、導向作用，防止鑄坯的變形；在上引錠桿時對引錠桿起支撐、導向作用；直結(jié)晶器的弧形連鑄機，二冷區(qū)第一段把直坯彎成弧形坯；采用多輥拉

31、矯機時，二冷區(qū)部分夾輥本身又是驅(qū)動輥，起到拉坯作用；對于橢圓形連鑄機，二冷區(qū)本身又是分段矯直區(qū)。第73頁，共127頁。第74頁，共127頁。二次冷卻有用水噴霧冷卻和氣噴霧冷卻兩種方法。主要根據(jù)鑄坯斷面和形狀，冷卻部位的不同要求，選擇噴嘴類型。第75頁，共127頁。從噴嘴噴出的水滴以一定速度射到鑄坯表面，靠水滴與鑄坯表面之間的熱交換，將鑄坯熱量帶走。研究表明：當鑄坯表面溫度低于300時，水滴與鑄坯表面潤濕，冷卻效率高達80%左右；若鑄坯表面溫度高于300時，水滴到達鑄坯表面破裂，冷卻效率只有20%。生產(chǎn)中，在二冷區(qū)鑄坯表面的實際溫度遠高于300；雖然提高冷卻水壓力，增加供水量，但冷卻效率與供水量

32、不成正比；同時霧化水滴較大，平均直徑在200-600m，因而水的分配也不均勻，導致鑄坯表面溫度回升太大，在150-200/m；雖然壓力噴嘴存在這些問題，由于它的流量特性和結(jié)構(gòu)簡單，運行費用低，仍被使用。 第76頁，共127頁。氣水霧化噴嘴用高壓空氣和水從不同地方向進入噴嘴內(nèi)或噴嘴外匯合，利用高壓空氣的能量將水霧化成極細不的水滴；這是一種高效冷卻噴嘴，有單孔型和雙孔型兩種。氣水霧化噴嘴霧化水滴的直徑小于50m。在噴淋鑄坯時還有20%-30%的水分蒸發(fā)，因而冷卻效率高，冷卻均勻，鑄坯表面溫度回升較小為50-80/m；所以對鑄坯質(zhì)量很有好處，同時還可節(jié)約冷卻水近50%；但結(jié)構(gòu)比較復雜。由于氣水霧化噴

33、嘴的冷卻效率高，噴嘴的數(shù)量可以減少。因而近些年來在板坯連鑄機上得到應(yīng)用。第77頁，共127頁。第78頁，共127頁。 2.7 拉坯矯直裝置 所有的連鑄機都裝有拉坯機。因為鑄坯的運行需要外力將其拉出。拉坯機實際上是具有驅(qū)動力的輥子，也叫拉坯輥?；⌒芜B鑄機的鑄坯需矯直后水平拉出，因而早期的連鑄機的拉坯輥與矯直輥裝在一起，稱為拉坯矯直機，也叫拉矯機。帶液心鑄坯矯直多采用多點連續(xù)矯直；即鑄坯在矯直區(qū)的內(nèi)連續(xù)變形，應(yīng)變力和應(yīng)變率分散變小，極大地改善了鑄坯受力狀況，有利于提高鑄坯質(zhì)量。 第79頁，共127頁。第80頁，共127頁。第81頁，共127頁。第82頁，共127頁。2.8 引錠裝置引錠桿是結(jié)晶器的

34、“活底”；開澆前用它堵住結(jié)晶器下口；澆鑄開始后，結(jié)晶器內(nèi)的鋼液與引錠桿頭凝結(jié)在一起；通過拉矯機的牽引，鑄坯隨引錠桿連續(xù)地從結(jié)晶器下口拉出，直到鑄坯通過拉矯機，與引錠桿脫鉤為止，引錠裝置完成任務(wù)；鑄機進入正常拉坯狀態(tài)。引錠桿動致存放處，留待下次澆注時使用。 第83頁，共127頁。第84頁，共127頁。3 連鑄鋼水的溫度要求 鋼水溫度過高的危害：出結(jié)晶器坯殼薄，容易漏鋼；耐火材料侵蝕加快，易導致鑄流失控，降低澆鑄安全性；增加非金屬夾雜，影響板坯內(nèi)在質(zhì)量；鑄坯柱狀晶發(fā)達；中心偏析加重，易產(chǎn)生中心線裂紋。 鋼水溫度過低的危害：容易發(fā)生水口堵塞，澆鑄中斷；連鑄表面容易產(chǎn)生結(jié)皰、夾渣、裂紋等缺陷；非金屬夾

35、雜不易上浮，影響鑄坯內(nèi)在質(zhì)量。 第85頁，共127頁。3.1 澆鑄溫度的確定 澆鑄溫度是指中間包內(nèi)的鋼水溫度，通常一爐鋼水需在中間包內(nèi)測溫3次，即開澆后5min、澆鑄中期和澆鑄結(jié)束前5min,而這3次溫度的平均值被視為平均澆鑄溫度。 澆鑄溫度的確定可由下式表示（也稱目標澆鑄溫度）： T=TL+T 第86頁，共127頁。3.1.1液相線溫度 液相線溫度，即開始凝固的溫度，就是確定澆鑄溫度的基礎(chǔ)。推薦一個計算公式： T=1536-78%C+7.6%Si+4.9%Mn+34%P+ 30%S+5.0%Cu+3.1%Ni+1.3%Cr+ 3.6%Al+2.0%Mo+2.0%V+18%Ti 第87頁，共1

36、27頁。3.1.2 鋼水過熱度的確定 鋼水過熱度主要是根據(jù)鑄坯的質(zhì)量要求和澆鑄性能來確定。鋼種類別 過熱度非合金結(jié)構(gòu)鋼 10-20鋁鎮(zhèn)靜深沖鋼 15-25高碳、低合金鋼 5-15第88頁，共127頁。3.2 出鋼溫度的確定 鋼水從出鋼到進入中間包經(jīng)歷5個溫降過程：T總=T1+T2+T3+T4+T5 T1出鋼過程的溫降； T2出完鋼鋼水在運輸和靜置期間的溫降 (1.01.5/min)； T3鋼包精煉過程的溫降（610/min）； T4精煉后鋼水在靜置和運往連鑄平臺的溫降 (51.2/min）; T5鋼水從鋼包注入中間包的溫降。第89頁，共127頁。4 連鑄過程的傳熱和凝固 連鑄機內(nèi)，液體鋼水轉(zhuǎn)變

37、為固態(tài)的半成品鋼坯時放出的熱量包括: 過熱：指鋼水進入結(jié)晶器時的溫度與鋼的液相線溫度之差。前者也叫澆鑄溫度，一般把開始澆鑄10mm左右經(jīng)均勻混合后在中間包測得的溫度當作澆鑄溫度。 潛熱：指鋼水由液相線溫度冷卻到固相線溫度，即完成從液相到固相轉(zhuǎn)變的凝固過程中放出的熱量。 顯熱：指從固相線冷卻到出鑄機時，表面溫度達到1000左右時放出的熱量。 第90頁，共127頁。 上述熱量的放出是通過輻射、傳導和對流三種方式進行。鋼水的凝固傳熱是在三個冷卻區(qū)內(nèi)實現(xiàn)的，即結(jié)晶器（一次冷卻）、包括輥子冷卻系統(tǒng)的噴水冷卻區(qū)（二次冷卻）和向周圍輻射傳熱（三次冷卻）三個區(qū)域。 輻射傳熱區(qū)一般是從完全凝固后開始的。而從結(jié)晶

38、器到最后一個支撐輥之間的傳熱包括了三種傳熱機制的綜合作用。第91頁，共127頁。4.1 結(jié)晶器傳熱與凝固 4.1.1 結(jié)晶器的作用在盡可能的拉速下，保證鑄坯出結(jié)晶器是形成足夠厚度的坯殼，使連鑄過程安全的進行下去，同時決定了連鑄機的生產(chǎn)能力； 結(jié)晶器內(nèi)的鋼水將熱量平穩(wěn)的傳導給銅板，使周邊坯殼厚度能均勻的生長，保證鑄坯表面質(zhì)量。 第92頁，共127頁。4.1.2 結(jié)晶器內(nèi)坯殼生長的行為特征 (1)鋼水進入結(jié)晶器，與銅板接觸就會因為鋼水的表面張力和密度在上部形成一個較小半徑的彎月面。在彎月面的根部由于冷卻速度很快（可達100/s），初生坯殼迅速形成，鋼水不斷流入結(jié)晶器,新的初生坯殼就連續(xù)不斷的生成，

39、已生成的坯殼則不斷增加厚度。 (2)已凝固的坯殼，因發(fā)生的相變，使坯殼向內(nèi)收縮而脫離結(jié)晶器銅板，直至與鋼水靜壓力平衡。 第93頁，共127頁。 (3)由于第（2）條的原因，在初生坯殼與銅板之間產(chǎn)生了氣隙，這樣坯殼因得不到足夠冷卻而開始回熱，強度降低，鋼水靜壓力又將坯殼貼向銅板。 (4)上述過程反復進行，直至坯殼出結(jié)晶器。坯殼的不均勻性總是存在的，大部分表面缺陷就是起源于這個過程之中。 (5)角部的傳熱為二維，開始凝固最快，最早收縮，最早形成氣隙。角部區(qū)域坯殼最薄，這也是產(chǎn)生角部裂紋和發(fā)生漏鋼的薄弱環(huán)節(jié)。 第94頁，共127頁。注入結(jié)晶器的鋼液除受結(jié)晶器壁的強制冷卻外，還通過鋼液面輻射傳熱及拉坯

40、方向的傳導傳熱。其傳出熱量的比值大約為30:0.15:0.03。各段熱阻約為：坯殼26%；氣隙71%；結(jié)晶器銅壁1%；銅壁與冷卻水界面2%。 第95頁，共127頁。4.1.3影響結(jié)晶器傳熱的因素 結(jié)晶器錐度 結(jié)晶器保護渣 冷卻水質(zhì) 結(jié)晶器材質(zhì) 鋼水成分 第96頁，共127頁。 經(jīng)研究表明，坯殼厚度的生長服從均方根定律 ： K受各種因素的影響，在一定范圍內(nèi)變化，板坯結(jié)晶器的K值一般取1822mmmm-0.5。 第97頁，共127頁。4.2 二冷區(qū)的傳熱與凝固4.2.1 二次冷卻傳熱特點 鑄坯從出結(jié)晶器開始完全凝固這一過程稱為二次冷卻，二冷傳熱的主要方式和比例： 傳熱方式 約占比例 % 冷卻水加熱

41、與蒸發(fā) 55 鑄坯輻射 25 輥子傳導 17 空氣對流 3第98頁，共127頁。 在設(shè)備和工藝條件一定時，板坯輻射傳熱和輥子傳導傳熱變化不大，噴淋水的傳熱就占主導地位，鑄坯中心的熱量是通過坯殼傳導鑄坯表面的，當噴霧水滴打到鑄坯表面時就會帶走一定的熱量，而鑄坯表面溫度會突然降低，使中心與表面形成很大的溫度梯度，而這就成了鑄坯冷卻的動力。第99頁，共127頁。 從二冷的傳熱方式可以說明，要提高二冷區(qū)的冷卻效率，就必須研究噴霧水滴與高溫鑄坯之間的熱交換?？捎脤α鱾鳠岱匠虂肀硎荆?要提高二冷區(qū)冷卻效率和保證板坯質(zhì)量就要提高h值和在二冷區(qū)各段值的合理分布。 第100頁，共127頁。4.2.2 影響二冷區(qū)

42、傳熱因素 鑄坯表面溫度 水流密度 水滴速度 水滴直徑 鑄坯表面狀態(tài) 噴嘴使用狀態(tài)第101頁，共127頁。4.2.3二次冷卻水的計算 “比水量”是指單位重量鋼水所使用的冷卻水量，用L/kg表示，當確定了二次冷卻各區(qū)段的冷卻水分配比例之后，又知道澆鋼的速率，就能計算出每一個冷卻區(qū)的冷卻水量。 “冷卻密度”是指鑄坯在單位時間及單位面積上所接收到的冷水量，常用L/m.min表示。 第102頁，共127頁。5 中間包冶金 當前對鋼產(chǎn)品質(zhì)量的要求變得更加嚴格。中間包不僅僅只是生產(chǎn)中的一個容器，而且在純凈鋼的生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。 70年代認識到改變中間包形狀和加大中間包容積可以達到延長鋼液的停留時間，提高

43、夾雜物去除率的目的；安裝擋渣墻，控制鋼液的流動，實現(xiàn)夾雜物有效碰撞、長大和上浮。80年代發(fā)明了多孔導流擋墻和中間包過濾器。第103頁，共127頁。 在防止鋼水被污染的技術(shù)開發(fā)中，最近已有實質(zhì)性的進展。借助先進的中間包設(shè)計和操作如中間包加熱，熱周轉(zhuǎn)操作，惰性氣氛噴吹，預熔型中間包渣，活性鈣內(nèi)壁，中間包喂絲，以及中間包夾雜物行為的數(shù)學模擬等，中間包在純凈鋼生產(chǎn)中的作用體現(xiàn)得越來越重要。 在現(xiàn)代連鑄的應(yīng)用和發(fā)展過程中，中間包的作用顯得越來越重要，其內(nèi)涵在被不斷擴大，從而形成一個獨特的領(lǐng)域中間包冶金。第104頁，共127頁。第105頁，共127頁。第106頁，共127頁。中間包冶金的最新技術(shù) H型中間包 離心流中間包 中間包吹氬 去夾雜的陶瓷過濾器 電磁流控制第107頁，共127頁。6 連鑄坯質(zhì)量 連鑄坯的質(zhì)量評價 連鑄坯的純凈度及控制 連鑄坯表面質(zhì)量及控制 連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量及控制 連鑄坯形狀缺陷及控制 第108頁