连铸工艺与设备-连铸的工艺流程与设备 PPT课件

1 2 连铸的工艺流程与设备 安徽工业大学材料学院2012 3 8 2 2 1连铸的工艺流程 由炼钢炉炼出的合格钢水经炉外精炼处理后 用钢包运送到浇铸位置注入中间包 通过中间包注入强制水冷的铜模 结晶器内 结晶器是无底的 在注入钢水之前必须先装上一个 活底 引锭杆 同时也起到引出铸坯的作用 注入结晶器的钢水在迅速冷却凝固成形的同时 其前部与伸入结晶器底部的引锭杆头部凝结在一起 引锭杆的尾部则夹持在拉坯机的拉辊中 当结晶器内钢水升到要求的高度后 开动拉坯机 以一定速度把引锭杆 牵着铸坯 从结晶器中拉出 3 为防止铸坯壳被拉断漏钢和减少结晶器中的拉坯阻力 在浇铸过程中要对结晶器内壁润滑又要它做上下往复振动 铸坯被拉出结晶器后 为使其更快地散热 需进行喷水二次冷却 通过二次冷却支导装置的铸坯逐渐凝固 铸坯不断地被拉出 钢水连续地从上面注入结晶器 形成了连续铸坯的过程 当铸坯通过拉坯机 矫直机 立式和水平式连铸不需矫直 后脱去引锭杆 完全凝固的直铸坯由切割设备切成定尺 经运输辊道进入后步工序 4 图1 1弧形连铸工艺流程和设备1 钢包 2 中间包 3 结晶器及振动装置 4 电磁搅拌器 5 二冷区支导装置 6 拉矫机 7 切割装置 8 辊道 9 坯料 5 2 2连铸设备组成简介 主体设备主要有 浇铸设备 钢包运载设备 钢包回转台 中间包及中间包小车或旋转台 结晶器及振动装置 二次冷却装置 拉矫装置 引锭杆 脱锭与引锭杆存放装置 切割设备 火焰切割机与机械剪切机 摆式剪切机 步进式剪切机等 辅助设备主要有 出坯及精整设备 辊道 拉 推 钢机 翻钢机 火焰清理机等 工艺性设备 中间包烘烤装置 保护渣供给与结晶润滑装置等 自动控制与测量仪表 结晶器被面测量与显示系统 过程控制计算机 测温 测重 测长 测速 测压等仪表系统 6 连续铸钢设备必须适应高温钢水由液态变成液 固态 又变成固态的全过程 其间进行着一系列比较复杂的物理化学变化 连续铸钢具有连续性强 工艺难度大和工作条件差等特点 连铸生产对机械设备提出了较高的要求 主要有 应具有抗高温 抗疲劳强度的性能和足够的刚度 制造和安装精度要高 易于维修和快速更换 要有充分的冷却和良好的润滑等 7 8 钢包回转台 在连铸机浇铸位置上方用于运载钢包过跨和支承钢包进行浇铸 由回转部分 固定部分 润滑系统和电控系统组成 钢包回转台是连铸机的关键设备之一 起着连接上下两道工序的重要作用 钢包回转台的回转情况基本上包括两侧无钢包 单侧有钢包 两侧有钢包三种情况 单个钢包重量已超过140吨 无论在何种情况下 都要保证钢包回转台旋转平稳 定位准确 起停时要尽可能减小对机械部分的冲击 为减少中间包液面波动和温降 要缩短旋转时间 2 2 1钢包回转台 9 钢包回转台ladleturret 10 中间包是短流程炼钢中用到的一个耐火材料容器 首先接受从钢包浇下来的钢水 然后再由中间包水口分配到各个结晶器中去 中间包是连铸机钢水包和结晶器之间钢水过渡的装置 用来稳定钢流 减小钢流对坯壳的冲刷 以利于非金属夹杂物上浮 从而提高铸坯质量 2 2 2中间包 11 中间包是由钢板焊结的壳体 其内衬有隔热层 永久层和工作层 近年来为提高中间包使用寿命 在工作层上喷涂一层10 30mm厚的碱性耐火材料涂层 为了钢水保温 在上部设置有中间包盖 中间包容量一般取钢包容量的20 40 为了多炉连浇 中间包容量还必须大于更换钢包期间浇注的钢水量 中间包钢水深度为600 1000mm 中间包形状有长方形 三角形等 2 2 2中间包的结构特点 12 滑动水口安装在钢包和中间包底部以实现调节钢水流量的装置 滑动水口安装在中间包底部 通过液压缸8带动中间活动滑板2移动 使之与上下固定滑板1 3进行相对错位来实现调节钢流 2 2 3滑动水口 中间包滑动水口示意图l 上固定滑板 2 活动滑板 3 下固定滑板 4 SEN 5 滑动水口箱体 6 结晶器 7 连杆 8 液压缸 9 中间包 13 滑动水口的主要特点是减少了工作件与钢水的接触面 极大地改善了用以控制钢流的耐火材料的使用条件 因此工作安全可靠 使用寿命长 能精确控制钢流 有利于实现远距离操作和自动控制 滑动水口实现了封闭浇注 防止钢水二次氧化 改善铸坯质量 2 2 3滑动水口 14 功能 浇铸过程中能自动或手动控制钢液的流量 位置 在中间包上 2 2 4中间包塞棒机构 塞棒机构l一拨杆 2一升降杆 3 横梁 4一塞棒砖支承杆 5一扇形齿轮16一调整机构 通过塞棒控制机构控制塞棒上下运动 以达到开闭水口调节钢水流量为目的 塞棒机构如左图所示 15 功能在钢包和中间包之间将长水口氩封环装在钢包滑动水口下 防止钢水氧化 位置放置在中间包车上 2 2 5钢包长水口机械手 LadleShroudManipulator 16 在连续铸造 真空吸铸 单向结晶等铸造方法中 使铸件成形并迅速凝固结晶的特种金属铸型 结晶器是连铸机的核心设备之一 直接关系到连铸坯的质量 2 2 6结晶器 17 二冷室设置在浇铸平台下 二冷室用做收集铸坯冷却过程中产生的蒸汽以便于蒸汽的排出 二冷室上有多个开孔连接蒸汽排出系统 2 2 7二冷室 2 2 8结晶器和足辊 1 功能结晶器使钢水生成带液芯的坯壳 足辊起托住坯壳 并按规定的半径导向坯壳 2 位置插在振动台上结晶器的支承壳座中 18 功能支撑和导向结晶器与拉矫机之间的铸坯和开浇时的引锭杆 位置结晶器与拉矫机之间 结构二冷固定扇形段由支撑框架 热保护装置 外弧支撑辊 内弧压辊确保各种铸坯的冷却控制 此扇形段为固定段 2 2 9二冷固定扇形段 19 在连铸工艺中 连铸机拉坯辊速度控制是连铸机的三大关键技术之一 拉坯速度控制水平直接影响连铸坯的产量和质量 而拉坯辊电机驱动装置的性能又在其中发挥着重要作用 交流电机变频调速技术日益成熟 交流变频驱动调速平稳 调速范围宽 对机械冲击低 交流电机维护量低 交流变频调速已取代直流调速 完全能够满足拉坯辊速度控制的需要 2 2 10拉矫机 20 拉矫机 21 在各种连铸机中 必须要有拉坯机或拉矫机 它是布置在二次冷却区导向装置的尾部 承担拉坯 矫直和送引锭杆的作用 通常要求铸坯在进入拉矫机前应完全凝固 以防止铸坯产生内裂 一般是拉坯和矫直这两道操作常在同一机组里完成 故统称拉矫机 对拉矫机要求是 足够的拉坯能力 能克服铸坯各点阻力 有足够的矫直力 在规定的温度下能把铸坯矫直 拉坯速度可以调节 2 2 11拉矫机作用 22 在连续铸钢过程中 连铸坯拉矫采用液芯矫直时 为了获得无缺陷铸坯 对带液芯的铸坯施加小的压力的工艺方法 即在铸坯凝固终端附近 对铸坯施加一定的压下量 使铸坯凝固终端形成的液相穴被破坏 以抑制浓缩钢水在静压力作用下所自然产生的沿拉坯方向上的移动 2 2 12轻压下装置 23 连续铸钢时 利用电磁力控制钢液凝固过程 改善铸坯质量工艺称EMS Electromagneticstirring 技术 EMS实质是借助在铸坯液相穴中感生的电磁力 强化钢水的运动 根据电磁搅拌器在铸机冶金长度上的不同安装位置有以下3种方式 结晶器电磁搅拌MEMS 搅拌器安装在结晶器铜管外面 二冷区电磁搅拌SEMS 搅拌器安装在铸坯外面 凝固末端电磁搅拌FEMS 用于方坯连铸 搅拌器安装在铸坯外面 2 2 13电磁搅拌 24 连续铸钢的重要装置之一 引锭杆由引锭头 过渡件和杆身组成 浇铸前 引锭头和部分过渡件进入结晶器 形成结晶器可活动的 内底 浇铸开始后 钢水凝固 与引锭头凝结在一起 由拉矫机牵引着引锭杆 把铸坯连续地从结晶器拉出 直到引锭头通过拉矫机后方与铸坯分离 进入引锭杆存放装置 2 2 14引锭杆 25 采用气动夹钳使切割机与铸坯同步行走 电机驱动切割小车行走 直流调速电机驱动 水冷切枪进行切割 此系统还有火焰自动调节系统和切割时的喷铁粉装置 在切割不锈钢时配置喷铁粉装置 可以切割钢坯 包括不锈钢 厚度大于50mm的厚钢板一般采用火焰切割 也叫氧气切割 2 2 15火焰切割机系统 26 27 28 2 2 16弧形连铸机 弧形连铸机采用的是弧形结晶器 其结晶器 二次冷却装置都布置在某一半径的一个圆的四分之一弧度上 铸坯在结晶器内凝固时就已弯曲 带液芯铸坯从结晶器拉出来 沿着弧形轨道运行 继续喷水冷却 在四分之一圆弧处完成凝固 然后矫直并拉出送至切割站 弧形连铸机的高度较低 建设费用低 钢水静压力小 铸坯在辊间的鼓肚小 铸坯质量好 加长机身也比较容易 故可高速浇注 生产率高 铸坯弯曲矫直 容易引起内部裂纹 铸坯内夹杂物分布不均匀 内弧侧存在夹杂集聚 设备较为复杂 维修也较困难 弧形连铸机虽有缺点 但由于在设备和工艺上技术的进步 仍然是世界各国钢厂采用最多的一种机型 29 2 2 17弧形连铸机主要参数的确定 铸坯断面尺寸规格是确定连铸机的依据 由于成材需要 铸坯断面形状和尺寸也不同 目前已生产的连铸坯形状和尺寸范围如下 小方坯 150mm 150mm 大方坯 151mm 151mm 450mm 450mm 矩形坯 150mm l00mm 400mm 630mm 板坯 150mm 600mm 300mm 2640mm 圆坯 80mm 450mm 30 2 2 18拉坯速度 浇铸速度 拉坯速度是指每分钟拉出铸坯的长度 单位是m min 简称拉速Vc 式中 钢水密度 B 铸坯宽度 m D 铸坯厚度 m q 每分钟每流浇铸的钢水量 31 2 2 19最大拉坯速度 限制拉坯速度的因素主要是铸坯出结晶器下口坯壳的安全厚度 对于小断面铸坯坯壳安全厚度为8 10mm 大断面板坯坯壳厚度应 15mm L 结晶器有效 理论 长度 结晶器 实际 长度L 钢液离结晶器上口距离 一般取80 120mm K 结晶器内钢液凝固系数 坯壳厚度 mm 32 2 2 20钢包允许浇铸时间 为保证浇铸操作顺利进行 获得优质铸坯和防止浇铸过程中水口冻结停浇 不同容量钢包应有合适允许浇铸时间 为延长浇铸时间 而过分提高出钢温度 对操作和铸坯质量都是不利的 根据经验 连铸的浇铸温度应高于液相线温度20 60 允许最大浇铸时间 G 钢包容量 吨 该式用于100吨钢包以下 T 允许最大浇铸时间 分 f 质量分数 要求严格钢种f 10 要求低的f 16 33 铸机半径的大小是由铸坯矫直决定 对固相矫直 铸机半径R受到铸坯矫直时表面应变量和液芯长度的限制 得出铸机半径R与铸坯厚度H 拉坯速度Vc和凝固系数K 冷却条件 有关 其关系式如下 R HR Vc K2 铸坯越厚 拉速Vc越快 铸机半径R就越大 铸机半径R与凝固系数平方成反比 对高拉速连铸机 铸机半径相当大 为了减小铸机半径 而采用带液芯多点矫直 2 2 21圆弧半径 34 铸机圆弧半径指铸坯外弧曲率半径 是确定弧形连铸机总高度重要参数 标志所能浇铸铸坯厚度范围的参数 如果圆弧半径选得过小 矫直时铸坯内弧面变形太大容易开裂 可用经验公式确定基本圆弧半径即连铸机最小圆弧半径 R 连铸机圆弧半径 D 铸坯厚度 c 系数 一般中小型铸坯取30 36 对大型板坯及合金钢 取40以上 国外 普通钢取33 35 优质钢取42 45 35 2 2 22液相深度 液相深度L液是指铸坯从结晶器液面开始到铸坯中心液相凝固终了的长度 也称为液芯长度 L液 连铸坯液相深度 m vc 拉坯速度 m min t 铸坯完全凝固所需要的时间 min 36 2 2 23冶金长度 根据最大拉速确定的液相深度为冶金长度L冶 冶金长度是连铸机重要结构参数 决定着连铸机生产能力 也决定了铸机半径或高度 从而对二次冷却区及矫直区结构乃至铸坯的质量都会产生重要影响 Le 铸机冶金长度 m D 铸坯厚度 mm K 铸坯凝固系数 mm mi