（冶金工程专业论文）提高中薄板连铸坯质量的连铸工艺优化研究.pdf

东北大学硕士学位论文摘要 提高中薄板连铸坯质量的连铸工艺优化研究 摘要 薄板坯连铸连轧工艺由于其流程短，单位投资低，能耗低，劳动生产率高等 特点受到国际钢铁界的普遍重视。中薄板连铸是一种介与常规连铸和薄板坯连铸 之间的一种铸机，其的铸坯有着独特的品质。本文针对鞍钢中薄板连铸的实际， 通过对中薄板连铸坯的质量分析，从钢包顶渣改质、l f 精炼、喂线工艺、结晶器 流场优化、包晶钢连铸工艺优化等方面开展研究，现场应用表明铸坯质量得到明 显改善。研究结果表明： l 、采用预熔型顶渣改质剂配加白灰，其顶渣碱度较高，( m n o + f e o ) 含 量降低，回硫现象得到制止，为l f 炉脱硫创造了条件。 2 、中薄板坯连铸用钢水经l f 炉调整匀钢水成分和温度、脱硫、降低钢水中 夹杂物，钢水质量有很大提高，能够满足中薄板坯连铸的需要。 3 、对浸入式水口设计进行优化和调整，通过增加浸入水口底孔过钢量，减弱 侧孔上环流强度，结晶器c u 板寿命明显提高，过钢量由4 万t 左右提高至6 万t 左右，结晶器内液面稳定，两窄侧c u 板处钢流沸腾减弱，保护渣熔化及流入状 态明显改善。 4 、中薄板连铸用钢水在转炉出钢后，经过炉后脱氧到l f 炉精炼、喂线、中 间包全程进行吹氩精炼，钢水经过了不断净化，铸坯夹杂物总量己降到6 2x 1 0 。 5 、在生产包晶钢过程中，主要以降低拉坯速度及调整二冷水分配的方法来减 少铸坯缺陷的产生，并使用低传热量的中碳保护渣，浇注过程中使用底孔中3 5 3 8m 的浸入水口，铸坯宽面凹陷及横裂的出现由原2 个，m ，降低至1 个m ，铸坯 质量合格率达到9 8 。 关键词中薄板连铸连铸坯质量工艺优化 一 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t o p t i m i z a t i o no f c o n t i n u o u s c a s t i n g p r o c e s sf o r i m p r o v i n g t h e q u a l i t yo f m e d i u mt h i ns l a b a b s t r a c t t h e p r o c e s so f t h i ns l a bc o n t i n u o u sc a s t i n ga n d r o l l i n gh a sb e e nr e c e i v e d c o n s i d e r a b l ea t t e n t i o nd u et oi t ss h o r t e rf l o w , l o w e ri n v e s t m e n t ，l o w e re n e r g y c o n s u m p t i o na n dh i g hp r o d u c t i v i t y m e d i u mt h i n s l a bc o n t i n u o u s c a s t i n g m a c h i n ei sb e t w e e nt r a d i t i o n a lo n ea n dt h i ns l a bc a s t e r ，a n dt h eq u a l i t yo fs l a b i s r e l a t i v e l yh i g h i n t h e p r e s e n tw o r k ，t h eq u a l i t y o fm e d i u mt h i n s l a b p r o d u c e db yt h em a c h i n e i na n s h a ni r o na n ds t e e lc o w a sa n a l y z e d ，a n dt h e p r o t e r t i e so fl a d l et o ps l a g ，l fr e f i n i n gp r o c e s s ，w i r ef e e d i n gp r o c e s s ，f l u i d f l o wi nm o l da n dc o n t i n u o u sc a s t i n p r o c e s s f o r p e r t e c t i c s t e e lw e r e i n v e s t i g a t e d t h ea p p l i c a t i o no f t h eo p t i m i z a t i o ni na c t u a lp r o c e s ss h o w st h a t t h eq u a l i t yo fs l a bh a sb e e ni m p r o v e do b v i o u s l y t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s c a nb ed r a w ： ( 1 ) t h eb a s i c i t y o f t o ps l a g b e c o m e s h i g h e r a f t e rt h ea d d i t i o no f p r e m e l t e df l u xw i t hl i m e ，a n dt h ec o n t e n to f ( m n o + f e o ) d e c r e a s e s ，t h u s t h es u l p h u rr e c o v e r yh a sb e e n p r e v e n t e dt h a ti si nf a v o ro f l f r e f i n i n g ( 2 ) a f t e rt h eh o m o g e n i z a t i o no ft e m p e r a t u r ea n dc h e m i c a lc o m p o s i t i o n a n dd e s u l p h u r i z a t i o ni nl a d l ef u r n a c e ，t h eq u a l i t yo fm o l t e ns t e e lh a sb e e n i m p r o v e ds i g n i f i c a n t l yw h i c hc a nm e e tt h er e q u i r e m e n tf o rm e d i u mt h i ns l a b c a s t i n g ( 3 ) t h el i f e s p a no fm o l dc o p p e rp l a t eh a sb e e ni m p r o v e do b v i o u s l yb y i n c r e a s i n gt h ef l o w r a t eo fm o l t e ns t e e lt h r o u g ht h eb o t t o mh o l eo fs e na n d d e c r e a s i n gt h es t r e n g t ho fu p w a r dr e c i r c l u a t i o n sf r o ms i d eh o l e s t h es u r f a c e o fm o l t e ns t e e li nm o l db e c o m e sm o r es t a b l ea n dt h eb o i l i n go fs t e e lf l o wn e a r t h en a r r o wf a c eb e c o m e sw e a k t h ew e i g h to fm o l t e ns t e e lc a s t e do n em o l d i n c r e a s e sf r o m4 0 ，0 0 0tt o 6 0 ，0 0 0t i na d d i t i o n ，t h em e l t i n ga n df l o w i n go f m o l df l u xh a v eb e e ni m p r o v e d s i g n i f i c a n t l y ( 4 ) t h em o l t e n s t e e lf o rm e d i u mt h i n s l a b c a s t i n g b e c o m e sc l e a n c o n s t a n t l yb yt h ed e o x i d a t i o na f t e rt e e p i n g ，l fr e f i n i n g ，w i r ef e e d i n g ，a n d t u n d i s hm e t a l l u r g y ，a n dt h et o t a la m o u n to fi n c l u s i o n si ns l a bc a nb er e d u c e d i 一 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t t o6 2x 1 0 ( 5 ) i nt h ep r o d u c t i o n o fp e r t e c t i cs t e e l ，s l a bd e f e c t sc a nd e c r e a s eb y r e d u c i n g t h e c a s t i n gs p e e d ，o p t i m i z i n gs e c o n d a r yc o o l i n g ，u s i n g m e d i u m c a r b o nf l u xw i t hl o wh e a tc o n d u c t i v i t ya n ds e nw i t h 由35 38 锄b o t t o m h o l e t h eo c c u r r e n c eo fd e p r e s s i o na n dt r a n s v e r s ec r a c ko nw i d ef a c eo fs l a b d e c r e a s e sf r o mt w op e rm e t e rt oo n ep e rm e t e ra n dt h eq u a l i f i e ds l a bh a s r e a c h e d9 8 k e yw o r d s m e d i u mt h i nc o n t i n u o u s c a s t i n gs l a b ，q u a l i t y o fc o n t i n u o u s c a s t i n gs l a b ，o p t i m i z a t i o no fp r o c e s s i v 东北大学硕士学位论文 声明 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。 论文中取得的研究成果除加以标注和致谓 的地方外，不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得 其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 作的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人签名 日期 夏孚 - - u 0 0 3 孑7 东北大学硕士论文第一章绪论 第一章绪论 连续铸钢目前已成为现代化炼钢厂的成熟生产技术。由于连铸具有金属收得 率高，节省能源消耗，铸坯质量好，机械化和自动化程度高等优点，已经越来越 受到各国钢铁生产厂家的重视。连铸技术为提高钢铁工业的经济效益和节能做出 了重大贡献。 几十年来，各国冶金工作者在发展连铸技术方面作了大量的工作，使连铸在 工艺操作及设备控制上均已达到十分成熟的阶段。当前国内外连铸技术发展主要 趋势在于提高铸坯质量，节约能源，提高连铸机的生产效率，降低设备投资。 现代化的大型钢铁联合企业基本工艺流程为：炼铁铁水预处理一转炉( 电炉) 一炉外精炼一连铸一热装，热送一轧钢。在世界范围内大部分国家基本实现了全 连铸，生产高质量铸坯的技术和体制已经确立。在铸坯质量设计和质量控制方面， 已经达到了新的水平。从钢水的纯净化、温度控制、保护浇注、初期凝固现象对 铸坯表面质量的影响；保护渣在高拉速下的行为和作用；结晶器的拉漏预报系统 和在线调宽：铸坯冷却制度的最佳化：铸坯在凝固过程的力学问题：消除和减轻 变形应力的措施；控制铸坯凝固组织的手段等一系列研究；直到生产工艺、操作 水平和装备水平的不断提高和完善，总结出完整的对铸坯质量控制和管理技术。 使铸坯的不精整率不断提高，直至实现不精整轧制。在此基础上，连铸的品种已 增加到几百个，几乎所有的钢种都可以连铸生产。过去认为只能用模铸的高牌号 硅钢、高合金钢、高碳钢，现在都可连铸。即使沸腾钢，现在也可以用低硅、低 铝、低碳镇静钢代替。同时连铸坯已实现热送热装和直接轧制，这一新工艺能够 大幅度地降低能耗，缩短生产周期，这也成为连铸发展的主要方向。上个世纪八 十年代以来，接近成品形状的连铸技术形成一股热潮，而发展起来的中薄板连铸 将是以后连铸技术的主攻方向之一。 1 1 薄板连铸的历史地位和发展【卜”1 薄板坯连铸连轧工艺由于其流程短，单位投资低，能耗低，劳动生产率高等 特点受到国际钢铁界的普遍重视。自1 9 8 9 年第一套生产设备投产以来，截至2 0 0 i 年1 2 月，全球已建立了3 6 条生产线，共5 4 流，其生产能力达5 5 0 0 万吨年，其 中包括c s p 工艺，i s p 工艺，f r s r q 工艺，q s p 工艺和c o n r o l l 工艺。以上薄板坯 一1 一 东北大学硕士论文第一章绪论 连铸铸坯厚度一般在4 0 9 0 m m 唧。鞍钢和奥钢联合作在鞍钢第二炼钢厂建设了一台 连续弯曲连续矫直立弯型中薄板连铸机，铸机为一机一流，基本半径为5 m ，浇注 铸坯厚度为10 0 r a m 和13 5 r a m 两种，较一般常规铸机铸坯厚度( 2 0 0 3 0 0 m m ) 还要薄 许多，其铸速也比常规铸机铸速快，但较薄板坯连铸要慢，因此中薄板连铸是一 种介与常规连铸和薄板坯连铸之间的一种铸机。由中薄板连铸生产的铸坯有着独 特的品质，将在连铸发展史上留下自己应有的历史地位。中薄板坯连铸具有咀下 特点： ( 1 ) 工艺简化设备简单，生产线短。中薄板坯连铸连轧增加了热卷箱，缩 短了生产线长度，降低了单位基建造价。缩短了施工周期，可较快地投产，并发 挥投资效益。 ( 2 ) 生产周期短。从冶炼钢水至热轧板卷输出，仅需3 小时左右，从而节约 流动资金，降低生产成本，企业可以很快取得较好的经济效益。 ( 3 ) 节约能源，提高成材率。由于实行连铸一热装一轧制，使铸坯入加热炉 温度大于9 0 0 c ，中薄板坯连铸连轧可直接节能6 6 k g 标准j 鼽铸坯，成材率约提 高1 3 。 ( 4 ) 铸坯厚度薄，凝固速度快，铸态组织细而致密，改善了产品的内部和外 部质量，成品的机械性能完全符合标准。 冒 r 3 0 0 0 3 5 3 4 3 3 3 2 3 1摹 3 0 2 9 2 8 2 7 1 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 9 2 0 0 0 年 图1中国钢铁产品中的板带比 f i g 1t h er a t i oo f s l a ba n ds 打i pf o rs t e e lp r o d u c ti nc h i n a - 2 i 一 东北大学硕士论文第一章绪论 目前，我国在钢铁生产中，板带的产量较低，2 0 0 1 年热轧薄板的产量为1 9 2 0 万吨，板带比为3 4 5 ( 见图1 ) ，国产热轧薄板在国内市场的占有率为7 5 8 0 ， 而冷轧薄板在国内市场的占有率仅为5 5 左右，图2 列出了我国历年钢材进口情况， 从图2 可以看出，我国每年大约都要进口一千多万吨的钢材，在进口的钢材中9 0 以上为板带材( 见图3 ) 。鞍钢第二炼钢厂建立的中薄板连铸与1 7 0 0 热轧机组中间 由两座步进式加热炉连接，形成鞍钢独具特色的a s p 连铸连轧生产线，已经形成 年产1 4 4 万吨热轧板卷的生产能力，随着第二台中薄板连铸机的建立，最终将形 成年产2 5 0 万吨热轧板卷的生产能力，这将对我国提高板材生产能力起到积极的 作用。 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 2 0 0 0 1 5 0 0 l o 5 0 0 0 枣毋建毒j 窖簿紧誉萨等 圈2 我国历年钢材进1 ：3 情况 f i g 2f i g u r e so f s t e e lp r o d u c tf r o mi m p o r te a c hy e a ri nc h i n a 图32 0 0 0 年进口钢材分类比 f i g 3p e r c e n t a g eo f t h es t e e l sf r o mi m p o r ti n2 0 0 0 3 一 东北大学硕士论文第一章绪论 薄、中薄、厚板坯厚度分别界定为4 0 - - 9 0 m m 、9 0 - - 1 5 0 m l n 、2 0 0 - - - 3 0 0 m m 。 铸坯厚度是一个区别各类连铸工艺的特征参数，也是影响铸坯质量的重要参数。 三种连铸工艺的特点如表1 1 ： 表l l l薄、中薄、厚板坯三种连铸：l 艺的主要特点 t a b l e1 - 1t h em a i nc h a r a c t e r i s t i c so f t h r e ek i n d so f s l a bc a s t i n gm a c h i n e 中薄板坯连铸工艺在产量上高于薄板坯连铸工艺，单流生产能力为1 4 0 万吨 年，品种和质量也优于薄板坯而与传统厚板坯连铸工艺相当，总投资虽高出薄板 坯连铸工艺2 0 ，却仍比传统工艺流程降低了很多。 中薄板坯连铸技术的出现和迅速发展基于近代冶金学的研究成果。其中，金 属凝固理论的深入研究、炉外精炼以及纯净钢生产技术与压力加工技术的进步等 是推进中薄板坯连铸技术加速开发和完善的根本，而能源危机的冲击、市场需求 的扩大则是引起企业高度重视的外因。 鞍钢中薄板坯连铸连轧生产线，目前在国内仅此一家，该铸机于2 0 0 0 年1 2 月1 8 开晚1 0 点2 2 分热试成功。其工艺流程为：转炉钢水一l f 精炼一中薄板坯连 铸机一热送至加热炉一1 7 0 0 轧机。形成了具有鞍钢自主知识产权的a s p 生产线。 铸机的技术参数见表1 2 。本套铸机除采用现代板坯铸机所具有的通用先进技术 外，还采用了以下主要技术： 半龙门式中间罐车设计，大大改善了浇铸平台尤其是结晶器周围的作业环境； 采用v e s u v i u s 浸入式水口快换装置，实现多炉连浇； 采用冷却水缝设在背板上结晶器设计，大幅减小铜板厚度及加工量，大大节 省了冷却水用量； 采用伺服液压振动直动板簧导向振动装置，可铸中自动调节振动曲线和振动 频率，并实现真难意义上的直线无磨损振动： 一 东北大学硕士论文第一章绪论 采用连续弯曲、连续矫直设计，大幅减少坯壳应变及应力，降低漏钢率； 采用液心凝固区定量压下辊列设计，破坏夹杂偏析层，提高铸坯内部质量； 采用通轴套装三节分辊设计，取消轴承并有利于设备冷却及辊子拆装； 采用隧道式二冷室设计，取代过大的二冷室，大幅减小设备及施工工作量， 并有利于设备维护检修。 表卜2鞍钢中薄板连铸机技术参数 t a b l e1 2m a i np a r a m e t e r so f a s pc a s t i n gm a c h i n ei na n s h a ni r o n & s t e e lc o 铸坯宽度。i i l m 9 0 0 1 5 5 0 铸坯长度，胁1 1 0 0 0 1 5 5 0 0 中间包容量t2 7 结晶器长度，m i l l1 2 0 0 振动方式液压 振动曲线正弦及非正弦曲线 二次冷却汽雾冷却 铸机长度，m 2 3 。9 引锭杆下装链式引锭杆 剪切方式 火焰切割 由于鞍钢中薄板连铸的铸坯厚度介与常规铸坯和薄板坯连铸铸坯之间，使得 中薄板铸坯具有常规铸坯和薄板坯的特点，一方面由于中薄板铸坯的厚度比薄板 坯厚。几乎能够生产常规铸机的所有品种，轧制时的压下量较大，可以得到和常 规铸坯$ l 铝j j 相媲美的产品质量；另一方面由于中薄板铸坯拉速比常规铸坯要快， 具有薄板坯连铸的高生产率特点，由于其高生产率可以很好地和连轧机组匹配， 形成连铸连轧生产线，克服了常规连铸与轧钢难于匹配的问题。 鞍钢中薄扳连铸机由于具有投资小，占地小，品种广，效率高，产品质量好， 节能等特点，已在鞍钢创造了较好的经济效益，同时鞍钢a s p 连铸连轧生产线的 生产业绩也正受到国内外同行的重视，认真重视和研究中薄板连铸的特点和规律， 生产高质量的铸坯，为下一道工序创造良好的条件。 一5 一 东北走学硕士论文第一章绪论 1 2 当前中薄板坯连铸存在的主要问题 ( 1 ) 由于中薄板连铸机其主要特点是铸坯较常规铸坯薄、铸速较常规连铸快。 因此，其要生产出质量合格的铸坯，对钢水的质量要求就较高。由于转炉供钢成 分的不稳定，提高了l f 炉精炼处理率。主要体现在转炉出钢钢水中硫含量偏高， 钢水到达l f 炉后，硫集中分布在o 0 1 4 - - 0 0 2 6 之间，经过l f 处理后硫集中 分布在o 0 0 7 0 0 1 4 之间，满足了浇铸普碳钢的要求。而这样增加了l f 处理 率，同时增加了吨钢成本。 ( 2 ) 产品结构有待于增加。中薄板连铸在设计和生产中主要是低碳、中碳和 低合金钢。在现有只有l f 炉精炼条件下，生产超低碳钢和纯净钢是不可能的，只 有向高碳钢和包晶钢方向发展，而包晶钢在生产中只有通过降低拉速进行弱冷才 能生产出表面和内部质量均满足轧制要求的铸坯，这样使产量降低，同时也降低 了生产率，所以要在生产正常拉速下浇铸其它钢种，在工艺制度和参数及配水和 保护渣方面要进一步研究，充分发挥本套铸机的优越性，扩大产品结构。 ( 3 ) 本套铸机没有c c 二级自动化系统控制，特别是二次冷却系统。现有的 配水模型在拉速发生变化时二冷水立即变化，而对铸坯的跟踪不够，影响到扇 形段中铸坯的表面温度的稳定和均匀，进而影响到产品质量，特别是铸坯在低倍 检验时普遍存在中间裂纹。 ( 4 ) 保护渣、浸入式水口及相关耐火材料均采用进口。进口材料价格昂贵， 我们应尽早打破国外企业在国内市场的垄断地位，在满足生产的前提下，开发出 适合我国国情的新产品，提高我们钢铁企业的市场竞争力。 1 3 本论文研究的目的、意义及主要内容 1 3 1 研究的意义和目的 本论文主要研究鞍钢二炼钢厂中薄板坯连铸工艺过程。目前此厚度的铸机国 内仅此一台，并且在众多已投产的薄板坯连铸机中，此台铸机设计单流年产量最 高。2 0 0 2 年产量为1 4 0 8 6 万吨，已经达产。然而，中薄板坯连铸技术毕竟是近年 来开发出来的高科技产物，一方面有待于完善，另一方面熟练掌握并充分发挥其 先进性也需时间，摆在面前的紧追任务是如何尽快做好引进、消化、吸收工作， 并且应不断完善和发展该项技术，全面掌握这一先进生产工艺中的核心技术，并 对关键技术设备的设计与制造技术充分了解，逐步形成用于该生产线成套技术和 东北大学硕士论文第一章绪论 设备的供货能力，使其更加符合国内的要求，进而加速我国热轧薄板生产线达到 世界先进水平。与本套铸机配套的1 7 0 0 热轧生产线( 简称a s p ) ，是鞍钢具有自 主知识产权的生产线，我们对本套铸机进行研究，总结其特点，使其以最快速度 达到世界同行业先进水平。使鞍钢具有独立输出技术的能力，鞍钢a s p 生产线的 顺利生产，必将对我国的连铸连轧生产线提供一种全新的设计理念，对提高我国 的连铸连轧水平有一定的推动作用。 中薄板连铸与常规板坯连铸相比，有其特有的工艺和设备特点，拉速、铸坯 厚度等特征参数的改变对铸坯最终质量产生重要影响，要想充分发挥中薄板连铸 的优势，解决其铸坯质量问题是当务之急，这也是本论文研究意义之所在。 1 3 2 研究的主要内容 鞍钢a s p 铸机生产工艺流程如下图： 鲫毒一 圈4中薄板坯连铸连轧液程圈 f i g 4f l o w c h a r t o f c o n t i n u o u sc a s t i n ga n d r o l l i n gf o r a s p 通过对连铸坯的内部和外部质量的研究，来对影响铸坯质量的各工艺参数进 行优化。首先针对当前中薄板坯连铸存在的主要问题来调整相关的工艺参数，以 使本台铸机具有技术先进、可生产钢种多、高拉速、高质量、低故障率的特点。 其次还要从以下方面入手，进一步完善本台铸机的工艺制度。 ( 1 ) 要保证转炉供钢的成分和温度稳定性。这就需要对钢种的吹炼过程、终 点成分及终渣成分的研究，确定合理的装入量和脱氧制度。 ( 2 ) l f 炉冶炼工艺分析。通过对钢水的定氧、渣样分析、钢样分析及钙处理 工艺的研究，确定合理的精炼工艺，减少钢水的夹杂和气体含量。 ( 3 ) 连铸工艺分析。通过对钢水在中包取样分析，确定合理的连铸工艺制度， 包括保护浇注的评价、冷却曲线和保护渣的选择以及拉速和浇注温度的控制，减 少铸坯夹杂和气体含量，改善铸坯内部质量。 1 一 东北大学硕士论文第一章绪论 ( 4 ) 铸坯质量分析。通过对铸坯在恒拉速下( v i o 9 v m a x ) 的坯样分析、铸 坯表面质量的判定以及铸坯表面温度的测量来评价铸坯质量。 东北大学硕士论文第二章中薄板连铸工艺技术特点及前人工作分析 第二章中薄板连铸工艺技术特点及 前人工作分析 中薄板坯连铸连轧技术的出现对于传统的钢铁工艺技术是一次有重要意义的 进步，它使原来的技术分工、原来的专业领域被打破，炼钢、连铸和轧钢被紧紧 连接在一起，因此对于任何一个环节的研究、改进和完善都离不开另外的工序， 必须同时给予考虑。冶金学整个学科的联系在中薄板坯连铸连轧中得到了具体的 体现，它充分体现出现代技术的进步，跨学科、多学科的交融和渗透以及学科的 重组。 传统的冶金生产工序是一个整体系统，但是又分为多个子系统，每个系统之 间既联系又相互独立。以轧钢工序为例，轧钢厂既需要上游的炼钢、连铸提供合 格尺寸、性能的板坯，同时在一定时间内轧钢厂又可以独立于炼钢和连铸厂进行 生产，这是因为轧钢厂有自己的板坯库。这是其方便的一面，既生产比较灵活， 但是也造成能耗高、生产周期长、设备投资大、占地面积大和成本高。而中薄板 坯连铸连轧将所有的工序在一条线上布置起来，解决了分立布置的问题。同时连 铸和轧钢又各自有自己的板坯库，也解决了这一生产线一个设备有故障就会影响 一条线的难题。但是到目前为止，中薄板坯连铸生产的品种只能覆盖板带产品的 7 5 左右，还有相当部分产品，特别是高质量的产品尚处于开发实验阶段，这些 产品是： 汽车面板、超深冲钢板和高质量要求的钢板； 搪瓷钢扳； 镀锡板的基板： 高级别的高强韧性管线钢； 奥氏体不锈钢板； 含碳量大于0 3 的高碳钢板； 部分电工钢。 中薄板坯连铸技术是一项正在发展的技术，随着科学技术水平的发展，中薄 板坯连铸技术会得到长足的发展。中薄板坯连铸具有能耗低、劳动生产率高、设 备简单、投资省、成本低、见效快等一系列优点。a s p 生产线所生产的热轧板卷 价格比常规流程生产的产品价格要便宜，显示出极具竞争力的发展势头，究其原 - q 一 东北大学硕士论文第二章中薄板连铸工艺技术特点及前e l y - 作分析 因是该技术中有许多突破传统工艺概念，是前人经大量的生产实践总结出的成功 经验。这些工艺主要体现在连铸钢水的准备、水口快换技术、液压振动技术、连 续弯曲与矫直技术等方面，下面予以阐述。 2 1 连铸钢水的准备 1 8 - 2 0 】 连续铸钢是在钢水处于运动状态下，采取强制冷却的措施成型生产铸坯的过 程。连铸的工艺特点决定了它对钢水的质量、温度、成分、脱氧程度和纯净度等 都有极为严格的要求。 2 1 1 连铸钢水温度的控制 连铸钢水必须具备稳定而合适的温度，不得过高或过低。钢水温度过低，会 在钢包或中间包中结瘤冻结，导致浇注中断，并恶化铸坯质量。钢水温度过高， 会使铸坯柱状晶发达，这将促进中心偏析、疏松和裂纹等缺陷的发展，同时会加 剧钢水自身的二次氧化及对钢包包衬、水口耐火材料和中包包衬的熔损，从而污 染钢水；钢水温度过高还会引起塞棒失控，并使坯壳厚度减薄而产生漏钢事故。 此外钢水温度过高时只能采用低速浇注，这将降低铸机的生产率。因此，连铸钢 水具备合适的温度既是保证连铸正常生产的前提，又是获得良好铸坯质量的基础。 在连铸生产中，起步钢水温度比连浇钢水温度要提高l o 1 5 。此外，在整 个浇注过程中，钢水温度必须稳定均匀，其波动范围应小于1 0 _ _ 2 0 。不仅一炉 在钢包内的上下温差要小，而且相邻炉次之间的温差也要小，保证连铸生产的稳 定顺行。 为了满足连铸钢水温度的上述要求，首先，必须根据冶炼钢种严格控制出钢 温度，使其在较窄的范围内变化；其次，要最大限度地减出钢过程、钢包运送途 中以及浇注过程中的温降。影响温降的因素很多，加上必须保证钢包中钢水温度 均匀，所以实际生产中采取在钢包内调整钢水温度的措施。一方面对钢包内钢水 温度的不均匀性进行调整，如吹氩调温；另一方面当钢水温度偏高或偏低时，进 行相应的调整如加废钢降温或加热升温等。对钢包内的钢水温度调整有如下措施： ( 1 ) 钢包吹氩调温 钢包内的钢水受到包衬材料的吸热、散热以及表面的辐射散热作用，钢包内 底及四周钢水的温度比中心部位低，其最大温差可达3 0 _ _ 7 0 。因此连铸生产中 已广泛采用向钢包中吹入氩气来搅拌钢水，使钢包内钢水温度均匀。生产实践表 明，吹氩搅拌的气体消耗量一般在0 1 0 5 n m 3 t 钢，吹氩时间在3 5 m i n 时，即 一1 0 一 东北大学硕士论文第二章中薄板连铸1 - 艺技术特点及前人工作分析 可满均匀钢水温度的要求。 ( 2 ) 加废钢调温 当钢水温度偏高时，可在吹氩搅拌的同时，向钢包内加入纯净的轻型废钢， 降低钢水温度。加入量为钢水质量的百分之一的废钢可使钢包内钢水温度降低约 1 44 c 这相当于使钢水温度下降1 每吨钢水需加废钢0 7 k g 。采用在钢包内加废钢 降温降低钢水温度的措施，冷却效果稳定，并能提高钢水收得率。 ( 3 ) 钢包加热钢水技术 从出钢到连铸，钢水经过的环节多，有较大的温降。为适应连铸需要，大多 采用高温出钢的办法加以补偿。但是这不仅会延长冶炼时间、恶化钢水质量、加 剧对炉衬的熔蚀，而且使连铸溢漏率增加，铸坯质量下降，显然这是不可取的； 另一方面，由于操作不当或设备故障等种种原因，钢水温度偏低而无法连铸时， 对于全连铸车间，只能将钢水回炉。这不但会打乱连铸的作业计划，而且还会造 成一定的经济损失。所以采取一些钢水升温精炼措施，显示出明显的优越性，如 c a s - - - o b 、l f 、r h o b 等，正在成为高效、均衡、稳定生产的重要措施。 ( 4 ) 钢水包保温 减少和稳定钢水从出钢到浇注过程的温降，是保持和稳定钢水合适浇注温度 的一项重要措施。影响钢水过程温降的一个主要因素是钢包的保温性能，它取决 于钢包容量、包衬材质、使用次数、间隔时间及烘烤温度等。对钢包采取的保温 措施通常有： 钢包上加耐火材料砌筑的包盖，以减少钢水表面的辐射热损失。钢包加盖除 对钢水表面和其上的熔渣保温外，还可减少包衬散热，有利于提高包衬温度，从 而缩短钢包烘烤时间； 采用轻质散状浇注料浇灌钢包的整体永久衬，可减少包衬的散热损失，达到 良好的保温效果； 加快烘包的升温速度和加速钢包的周转，减少间歇时间，实现“红包出钢”； 在钢液面上加保温材料进行绝热保温。生产实践中应用炭化稻壳、碱性保温 剂等，都有良好的保温效果。 2 1 2 钢水成分的控制 为获得质量优良的铸坯并能顺利浇铸要求连铸用钢水的化学成分符合钢种 的规定，并且上下炉之间的成分在较窄的范围内变化( x c e ， 1 2 m p a ；p c o 0 3 5 m p a ：切割速度： t 目# * “目则按每5 ，降低拉速1 0 ，6 1 0 c ，降低拉速2 0 ： 1 1 1 5 。c 降速1 5 ： 1 5 c 降至v 晌。 b 威分降速要求 s 0 0 1 3 ，v 。x = vn 镕；s 每高0 0 0 1 降速o 1 m m i n ：s 0 0 1 5 降至v 。i r i ； s 0 0 2 0 严禁上机。 p 0 0 1 8 ，v m “= v 目镕；o 0 1 8 p 0 0 2 0 ，降速0 1 r r d m i n ： 0 ，0 2 0 p 0 2 8 的钢种，4 “曲线适 于碳含量0 0 8 0 1 5 范围的包晶及亚包晶钢的生产。二冷曲线1 、2 、4 的选择在 钢种碳含量包括o 0 8 0 1 5 的包晶及亚包晶范围内时，为了保证好的铸坯表面 质量通常选用矿二冷曲线，表3 5 为1 5 5 0 x1 3 5 m m 铸坯各二冷曲线比水量。 表3 - 5 对应1 5 5 0 x1 3 5 m a 铸坯各二冷曲线比水量 t a b l e3 - 5s e c o n d a r y c o o l i n g c u r v e sf o rc a s t i n g1 5 5 0 1 3 5 r a ms l a b 二冷系统共分8 个区，由1 4 个水路组成，如表3 6 所示。 之2 一 东北大学硕士论文第三章中薄板连铸工艺优化 表3 - 6 二冷系统分布情况 t a b l e3 - 6t h ed i s t r i b u t i o no f s e c o n d a r y c o o l i n gs y s t e m 区域水路位置 1 n 结晶器r 卜口侧面 1 1 i + o结晶器下口宽面 22i + 0 弯曲段上部 33i + 0弯曲段下部 4 i s e g l 内弧 4 4 0 s e g l 外弧 5 i s e 9 2 、3 内弧 5 5 0 s e 9 2 、3 外弧 6 i s e 9 4 、5 内弧 6 6 0 s e 9 4 、5 外弧 7 i s e 9 6 、7 、8 内弧 7 7 0 s e 9 6 、7 、8 外弧 8 i s e 9 9 、1 0 、1 1 内弧 8 8 0s e 9 9 、1 0 、1 1 外弧 ( 6 ) 振动曲线的选择 采用液压伺服振动装置实现了在浇铸过程中自动调节振动曲线，振动频率和 振幅，保证了在高拉速下结晶器c u 板与坯壳间合适的相对滑脱时间及速度，满足 了高拉速对脱壳的要求，使拉漏率降低，提高了铸机作业率和铸坯质量。 现有振动曲线2 条，预留曲线3 条，如表3 7 所示。 表3 7 结晶器振动曲线及对应参数 t a b l e3 - 7m o u l do s c i l l a t i o nc u r v ea n dc o r r e s p o n d e n tp a r a m e t e r s 东北大学硕士论文 第三章中薄板连铸工艺优化 s = c 1 十c 2 v c f _ c 3 + c 5 v c 2 s c 1 一零拉速时行程；m m c 2 一行程拉速系数 c 3 一零拉速时振频；c p m c 仁振频，拉速系数；1 r a n c 5 一负滑脱系数： c 6 一非正弦系数； 振动过程中，振幅与振频将以下列公式确定： s = c 1 上c 2 v c i f ：c 3 + c 4 v c + c 5 - v c 2 s ； c 6 - - t a u 由上述公式可见，振动台振动过程中，振幅随拉速升高而增大，振频随拉速 的升高而降低。每次振动的负滑时间随拉速的增加而降低，但保持在t n _ 0 1 s 左右， 这样即有利于脱模和保护渣的流入，又能得到良好的铸坯表面质量。 3 2 中薄板连铸坯质量分析 3 2 1 连铸坯中夹杂物成分及气体含量分析 连铸坯取样或浇注过程取样分析夹杂物及气体含量如表3 - 8 、表3 - 9 、表3 - 1 0 、 表3 - 1 1 、表3 - 1 2 、表3 1 3 、表3 - 1 4 、表3 1 5 、表3 1 6 所示。 表3 - 8s p c c 铸坯取样分析情况 t a b l e3 - 8c o n t e n t so ft h ee l e m e n t si ns p c cs l a bs a m p l e s _ 2 4 _ 一 东北大学硕士论文第三章中薄板连铸工艺优化 表3 - 9s p e c 铸坯取样分析氧化物夹杂情况( ) t a b l e3 - 9c o n t e n t so ft h eo x i d ei n c l u s i o n si ns p c cs l a bs a m p l e s 表3 一1 0s p c c 铸坯取样分析气体含量( ) t a b l e3 - i 0c o n t e n t so fg a s e si ns p c cs l a bs a m p l e s 表3 1 1h p 2 9 5 铸坯取样分析情况( ) t a b l e3 - 11c o n t e n t so ft h ee l e m e n t si nh p 2 9 5s l a bs a m p l e s 2 5 东北大学硕士论文第三章中薄板连铸工艺优化 表3 1 2h p 2 9 5 铸坯取样分析氧化物夹杂情况( ) t a b l e3 - 1 2c o n t e n t so ft h eo x i d ei n c l u s i o n si nh p 2 9 5s l a bs a m p l e s 表3 1 3h p 2 9 5 铸坯取样分析气体含量( ) t a b l e3 - 1 3c o n t e n t so fg a s e si nh p 2 9 5s l a bs a m p l e s 表3 1 4f r 0 2 5 铸坯取样分析情况( ) t a b l e3 - 1 4c o n t e n t so ft h ee l e m e n t si nf r 0 2 5s l 曲s a m p l e s 东北大学硕士论文第三章中薄板连铸工艺优化 表3 1 5f r 0 2 5 铸坯取样分析氧化物夹杂情况( ) t a b l e3 - 1 5c o n t e n t so ft h eo x i d ei n c l u s i o n si nf r 0 2 5s l a bs a m p l e s 表3 1 6f r 0 2 5 铸坯取样分析气体含量( ) t a b l e3 - 1 6c o n t e n t so fg a s e si nf r 0 2 5s l a bs a m p l e s 3 2 2 铸坯夹杂物的金相分析 ( 1 ) 1 l # 硫化物呈条形、点状、不规则形状，少量硫、氧无复合夹杂沿晶及 分散分布，硅酸盐呈球形，少量氧化物复合夹杂呈三角形状分散分布，见图1 、图 2 、图3 。 ( 2 ) 2 # 硫化物呈条形、点状、不规则形状，沿晶分布，局部硫化物、氧化物 聚集，见图4 、图5 。 ( 3 ) 2 3 # 硅酸盐类夹杂呈球形分散分布，硫化物及硫、氧复合夹杂物大多分 散分布，少量沿晶，见图6 、图7 。 ( 4 ) 1 1 捍、1 2 # 、2 3 # 晶粒为铸状晶无法评定，见图8 、图9 、图1 0 。 - 2 7 - 东北大学硕士论文第三章中薄板连铸工艺优化 3 2 3 连铸坯金相组织分析 截取q 2 3 5 - b 钢坯金相试样2 块，编号为1 3 # 和5 7 # ，经磨制、抛光后，用4 硝酸酒精浸蚀，在显微镜下1 3 # ：金相组织为铁素体+ 珠光体，柱状组织见照片1 1 ， 枝晶组织见照片1 2 ，珠光体集聚分布见照片1 3 ；5 弹：金相组织为铁素体+ 珠 光体，柱状组织见照片1 4 ，枝晶组织见照片1 5 珠光体集聚分布见照片1 6 。两试 样比，1 3 # 比5 7 # 珠光体集聚分布多些，其它基本相同。 东北太学硕士论文第三章中薄板连铸工艺优化 3 2 4 连铸坯成份偏析分析 图1 7 为铸坯中成份偏析及电解取样部位示意图，其成份偏析情况见图1 8 、图 _ 3 1 - - 东北大学硕士论文第三章中薄板连铸_ t - 艺优化 l 0 】 l声式 彳二1 匿 垡娶i 图1 7 薄板坯连铸试验取样示意图 f i g 1 7s c h e m a t i cd i a g r a mo f s a p m l i n g f o r m e d i u m t h i ns l a b 0 0 1 4 5 0 0 1 4 蒜0 0 13 5 0 0 1 3 0 0 12 5 0 0 12 0 0 i 1 5 02 75 48 l1 0 01 3 5 图1 8k q 3 4 5 成分偏析 f i g 18t h es e g r e g a t i o no f 【s 】a n di v i nk q 3 4 5s l a b 0 0 1 2 0 0 l 式0 0 0 8 0 0 0 5 0 0 0 4 0 0 0 2 0 02 75 48 1 1 0 813 5 m m 图1 90 8 a 1 成分偏析 f i g 1 9t h es e g r e g a t i o no f 【s 】a n dp 】i n0 8 a is l a b 一3 2 东北大学硕士论文第三章中薄板连铸工艺优化 3 3 中薄板连铸坯轧材质量分析 连铸坯经火焰切割后直接由辊道输送到加热炉进行加热，热坯加热时间为l 小时左右，( 冷坯加热时间为2 4 小时左右) ，火焰切割后的铸坯温度一般为9 0 0 9 5 0