连铸工艺与设备2.doc

1连铸工艺与设备安徽工业大学材料科学与工程学院第9讲5连铸技术进展与技术经济指标连铸技术已成为当今世界冶金领域经济、合理的生产工艺。为了进步节能降耗，改善铸坯质量，扩大品种，提高经济效益，近30年来连铸技术又有新的发展。如连铸坯的热送技术、直接轧制技术、无缺陷铸坯生产技术、高温铸坯生产技术、铸坯质量在线判定技术、板坯结晶器在线调宽技术等的开发相应用，以及对接近成品断面尺寸近终形连铸技术的研究开发，都取得成效。其中薄板、薄带连铸机在全世界已建和在建的达53台之多，这也是钢铁工业技术革命的重要组成部分。5.1连铸坯热送热装(CC-DHCR)技术5.1.1工艺流程传统工艺是：切割(或剪切)成定尺的铸坯冷却至常温，经质量检验和表面精整后，将合格的冷坯送往轧钢厂，装入加热炉重新加热到轧制温度，轧制加工成各种钢材；而连铸坯的热送热装工艺是：将切割(或剪切)成定尺，仍具有800900高温的铸坯，直接运往轧钢厂，稍加热量补充便可达到轧制温度。由于铸坯是直接热送热装，因此要求连铸坯生产的各工序严格目标管理，规范操作，以确保铸坯质量达到无缺陷的标准。同时生产线还应配备连铸坯在线质量判定系统，将影响连铸坯质量的参数输入计算机，经分析后判定质量是否合格，并能将不合格铸坯剔出。5.1.2高温出坯连铸坯的热送热装工艺与传统工艺没什么本质区别。由于铸坯是热送，因而尽可能提高铸坯表面温度，减少热量散失。为此可采取以下措施：1)提高凝固终点铸坯的温度；2)切割(或剪切)成定尺的铸坯在输送过程中做好绝热保温。5.1.3连铸坯热送热装的优越性1)热送热装无疑是利用了铸坯冷却过程散失的热量，节约了能源。2)提高了成材率，减少金属的消耗。3)简化了生产工艺流程，缩短了生产周期。4)产品质量得到提高。5.2近终形连铸技术由于接近成品形状尺寸连铸技术的开发应用，钢铁工业生产更加紧凑优化。接近最终成品形状尺寸的连铸技术又称近终形连铸技术。它包括有：1)薄板连铸。浇铸厚度为4080mm的薄板铸坯，可以直接进入热精轧机。2)带坯连铸。浇铸厚度不大于10mm的薄带坯，能够作为冷轧的坯料。3)薄带连铸：浇铸不大于1mm的非晶带坯。4)异型坯连祷：目前已有H型钢连铸机，生产的H型钢连铸坯，轧制时压缩比在6：1，质量完全合格。25)中空圆坯连铸的生产，但厂家很少。5.2.1薄板连铸技术一般连铸板坯厚度在150400mm，若加工成厚度为几十毫米，或十几毫米，或几毫米，甚至不至lmm的薄板材时，需重复加热及轧制，设备庞大，能耗极高，上艺流程长，金属损失多，成材率低。连铸机能够浇铸厚度为2060mm的薄板坯，直接进入热精轧机组，其流程对比如下：图5-1流程对比5.2.1.1CSP薄板连铸技术a设备特点1)连铸设备为立弯型连铸机，垂直高度为1.2m，弯曲半径为3.05m。2)漏斗形结晶器，其结构特点如图5-1所示。结晶器的断面在宽面垂直方向是上大下小带锥度呈漏斗状，漏斗中间上部空间较大，可以使用常规浸入式水口，也有利于夹杂物的上浮。在中间漏斗区以外的两侧壁板仍然是平行的，结晶器出口处两壁间的距离相当薄板坯厚度。一般浇铸厚度为4050mm。图5-2漏斗形结晶器结构示意图33)在结晶器下口的支承装置是冷却格栅，长度约700mm；冷却格栅下面是框架组成的辊支承段；导辊是由多点支撑的分节辊组成，既可防止铸坯发生效肚变形，又可避免导辊的变形。已凝固的薄板坯经1.2m的直线段，弯曲后一点矫直。b工艺特点根据纽柯公司报道，盛钢桶钢液温度控制在l630左右，中间罐内温度在1580，过热度约为50。选用低熔点低粘度保护渣。开浇后大约10s，钢水可以注满结晶器，连铸机启动。起步拉速根据漏斗结晶器形状及坯壳生长情况而定，若坯厚50mm时，最小拉速为1.2m/min。110s后拉速为5m/min，最大拉速可达6.1m/min。据报道拉速大于6m/min，影响铸坯质量。到2000年，世界已投产的25条近终形薄板坯连铸生产线中有l6条是CSP生产线；CSP的意思是紧凑式薄板生产线。最早是由德国施罗曼-西马克(SMS)公司于l982年试验成功，后移植美国纽何公司克劳福维尔广，并于1989年经技术改造建成第一台CSP连铸轧短流程生产线。c产品质量生产实践表明，CSP的产品质量好，显微偏析小，无裂纹，优于传统工艺的产品。现已系统地生产AISI10051030热轧带钢、硅钢、合金钢、含铜和含硫易切钢及微合金化的碳钢等，但目前仍不能生产用于汽车外壳的深冲钢板。5.2.1.2ISP连铸技术a设备特点ISP生产线为超低头薄板坯连铸机，弧形的曲率半径分别为5m、66m、98m和196m。直弧形结晶器。结晶器上部为垂直结构，下部为弧形结构，其弧形与连铸机弧形半径相接。b工艺特点使用适合于薄板坯、高拉速的保护渣，要求熔点和拈度要低些，可形成多层结构的粒状保护渣。C铸坯质量由于是铸轧工艺，使铸态组织转变成轧制组织，晶粒细化并消除了中心偏析，铸坯的质量好，提高了产品的力学性能。ISP薄板连铸技术是由德国曼内斯曼-德马克(MDS)公司于1989年开发的薄板连铸轧工艺，简称ISP技术。以后在意大利、韩国、马来西亚等国相继建设了ISP生产线。由于ISP工艺是液心铸坯轧制，从而引发了近终形薄板连铸的又一次技术突破。5.2.2薄带连铸技术将钢液直接铸成薄带做为成品，或者做为冷轧的坯料生产薄带产品。这又是连铸技术的新进展，可以进一步简化生产工序，减少投资和降低能耗。因而得到世界冶金工作者的重视。现在薄带连铸坯生产方法有单辊法、双辊法、辊带法及履带法等。这些都属于移动结晶器的连铸机。5.2.2.1单辊薄带连铸机单辊薄带连铸机的结构如图5-3所示。将钢液浇注到高速旋转水冷辊面上，使其凝固成薄带。单辊法有两种形式：1)钢液平面流浇注，用此法已生产2mm×300mm不锈钢薄带坯、1.5mm×75mm的低碳钢薄带坯；2)还有转动轮于从熔池拖带钢液成型法，调整轮子的转速和冷却强度可生产0.251.4mm厚，600mm宽的薄带坯。单辊薄带连铸机钢液注入，辊带的控制技术较为复杂，虽然铸态组织得到改善，但表面质量不够稳定。4图5-3单辊式连铸机结构示意图5.2.2.2双辊薄带连铸机双辊式薄带连铸技术比较成熟，其结构如图5-4所示。结晶器是由两个相向转动的水冷辊和两个辊端侧面挡板组成的。两辊间的空隙与挡板所形成的空间为结晶器的内腔。两辊间的空隙尺寸为可浇铸坯的厚度，侧挡板间的辊身长度为铸坯的宽度。旋转辊辊径在400450mm，也有的为1500mm。辊内通高压软化水冷却；侧面挡板是用耐火材料或高温陶瓷制成，用弹簧将其压紧，与辊侧端面紧密接触。图5-4双辊式薄带连铸机结构示意图a：1-中间罐；2-水口；3-液位自动控制；4-辊式结晶器中心线b：1-盛钢桶；2-水冷钢辊；3-薄带坯；4-支撑板5.2.3异形坯连铸技术直接浇铸出所需钢材断面形状或接近成品钢材形状的连铸坯，均称为异形连铸技术。如H型钢(工字钢)、正六边形、正八边形、中空圆坯等断面的连铸坯。对这些异形断面的连铸技术几乎都做过大量的研究开发和试验工作，其中钢的凝固收缩系数大，是异形断面浇铸的难点，因而至今只有个别的异形断面连铸技术(如H型钢)应用于工业生产。5.2.3.1H型钢连铸技术早在1964年英国钢铁研究协会在立式连铸机上试验浇铸H型钢铸坯获得成功，并送往加拿大阿尔戈马钢厂和其他厂轧成工字钢材，压缩比为6：1，钢材性能合格。后来于1968年在加拿大，1973年、1979年、1981年在日本相继新建和改造成H型钢双流和4流兼用连铸机。并投入生产。兼用连铸机既能浇铸大方坯，也能浇铸H型钢坯。我国马钢已引进建设了H型连铸机和轧钢机，于1998年内投入生产。H型钢铸坯如图5-5所示。其断面尺寸根据需要可以变化。结晶器（图5-6）为两块对称的“”型孔组合而成，在结晶器四周铜壁上沿铸坯凝固面钻有小孔，在孔内通入冷却水冷却铸坯。这种结晶器使用磨损经修理后其内壁很难再保持原有的尺寸和锥度，固面影响铸坯质量。所以结晶器就改用由四块铜板组成，如图5-6所示。使用这种结晶器可以消除工字型钢坯翼缘中央部位和翼缘端部的纵裂纹；使用寿命可达8001000次。