炼钢-连铸工艺介绍

阳春新钢铁连铸工艺介绍 授课人 谢凯 连铸工艺流程 大包钢水 回转台 中间包 结晶器 二冷室 拉矫机 脱坯辊 切前辊道 夹持辊 火切机 切后辊道 翻钢机 冷床 移坯车 热送辊道或铸坯集积 连铸工序主要设备及用途 1 大包回转台 它的作用是将位于受包位置的满载钢包转至浇钢位置进行浇注 将浇完钢水的空包回转至受钢位置准备吊走 2 中间包 它的作用是减压 稳流 去渣 贮钢 分流和中间包冶金等重要作用 3 中包小车 它的作用是用来支撑 运输 更换中间包的设备 4 结晶器 它的作用是一个水冷的钢锭模 是连铸机非常重要的部件 是连铸设备的心脏 5 结晶器振动装置 它的作用是固定结晶器 铸坯脱模 6 二次冷却系统装置 它的作用是冷却 支撑 导向 7 拉矫机 它的作用是拉坯 矫直 送引锭 8 引锭存放装置 它的作用是存放引锭杆 9 火焰切割装置 它的作用是把铸坯安照要求切割成规定的尺寸 10 辊道 它的作用是支撑 输送钢坯 11 冷床 它的作用是冷却 贮存钢坯 12 推钢机 它的作用是负责把钢坯集中在一起 连铸机的主要工艺参数 连铸机的工艺设计及装备水平和控制方式 1 工艺设计1 两台五机五流连铸机本体及其能源介质设施的自动化仪表系统 2 可以生产各种150mm 150mm的品种方坯如 碳素结构钢Q235 Q195 优碳钢45A 45E 低合金钢HRB335 HRB400 高碳钢65 冷墩钢ML10 45 焊条钢H08 焊丝钢ER70S 6 等 2 装备水平和控制方式两台铸机配置技术先进 经济合理 可靠的PLC控制系统对连铸机生产过程进行监控 管理 为保证基础自动化系统的统一性 完整性及可靠的通讯 拟选用电气 仪表一体化的PLC控制系统 主要功能包括连铸工艺过程实时数据采集控制 回路的参数设定 计算和控制 系统联锁控制 二次冷却水控制 设备故障报警 连铸设备状态信息检测 连铸工艺过程主要控制系统的简要说明 1 结晶器液面控制系统结晶器液面控制通过放射性同位素传感器测得液面信号 控制中间罐的塞棒移动 必要时也调节拉坯速度 以稳定钢水液面 在自动开浇过程中 结晶器液面控制将按照一个储存的时间斜率进行控制 在正常浇铸过程中 按PI控制规律实现闭环自动控制 可以有效的提高铸坯质量 2 二次冷却水控制系统为了保证铸坯在二冷段表面温度达到预定目标值 准确控制铸坯凝固点的位置 二次冷却采用气水喷雾冷却方式 根据一定的钢种 断面和拉速测量值由PLC根据给水数学模型运算给出二冷水各回路设定值 按PID控制调节阀 实现二冷水的自动控制 二冷水区分为三段控制 其中二冷II段采用双回路给水 以保正喷淋均匀 并同时满足浇优质合金钢时给水量小的弱冷和浇普钢时给水流量大的强冷 连铸工艺与铸坯质量 1 钢洁净度概论1 1钢洁净度概念1 1 1钢的洁净度 钢中氧化物夹杂的种类 数量 尺寸和分布1 1 2钢的纯净度 钢中有害元素S P N H O 总氧 水平 定义 当钢中非金属夹杂物直接或间接影响产品性能和使用性能时 该钢就不是洁净钢 反之就是洁净钢 1 2连铸坯夹杂物的特点和来源 1 2 2钢中夹杂物的类型 外来夹杂物 二次氧化物 夹渣 耐火材料的浸蚀物 内生夹杂物 脱氧产物 凝固再生夹杂物1 4钢中夹杂物评价直接分析法 非金属夹杂物评级法A类 硫化物夹杂 具有高的延展性 夹杂物形态比较大 呈黑色 一般端部呈圆角 B类 氧化铝 大多数不变形 带菱角 形态比小 小于3 呈黑色粒状 沿轧制方向排成一行 C类 硅酸盐 延性好 形态比较大 大于3 呈黑色或灰色 一般端角呈锐角 D类 球状氧化物 不变形 带菱角或圆形 形态比较小 小于3 无规则分布 呈黑色或蓝色 Ds类 单颗粒球状 夹杂物呈圆形或近似球形 是直径大于13 m的单颗粒夹杂物 金相显微镜观察法 间接分析法 钢中总氧法钢中的氧以两种形式存在 溶解于钢中的溶解氧和存在于氧化物的氧 钢中的总氧含量是两者之和 钢中的总氧含量越低 说明钢中氧化物夹杂越少 钢就越干净 钢中酸溶铝损失法 定义 二次氧化是指钢水中的合金元素与空气中的氧 炉渣 耐火材料中的氧化物发生化学反应 生成新的氧化物相而污染钢水 2 1 钢水与空气的二次氧化 2 1 1 注流与空气接触吸氧2 1 2 注流卷入空气吸氧2 1 3 钢水裸露吸氧2 2 钢水与耐火材料的二次氧化 2 2 1 中间包衬包衬材料中含有SiO2被钢水中的Al还原生成Al2O3 使钢洁净度降低 因此 中间衬向碱性材质方向发展 2 2 2 浸入式水口钢水与熔融石英水口会发生反应 生成MnO Sio2 熔点为1200 左右 水口被侵蚀 生成物成为外来夹杂物 因此 浇注高 Mn 和含 Al 的钢时 必须使用铝锆碳质水口 2 2 3 浇注过程中下渣 卷渣2 3 铸坯中的夹杂物 外来夹杂物 钢包下渣 卷渣 41 二次氧化39 脱氧产物20 2 4 从来源上说 钢中夹杂物可分为三类 2 4 1 没有上浮的脱氧产物 2 4 2 浇注过程中生成的二次氧化产物 2 4 3 凝固过程中形成的夹杂物 措施 防止二次氧化 保护浇注 碱性包衬 碱性覆盖剂 防止浇注过程下渣 出钢挡渣 中间包恒重操作 中间包液面高度监测 提高钢包自开率和长水口操作水平 防止结晶器卷渣 结晶器液面自动控制 波动 3mm 3mm 合适的保护渣 提高非稳态浇注的操作水平 3 1 中间包作为精炼反应器时 可以完成以下冶金功能 3 1 1 消除钢水中夹杂物的污染 如杜绝钢水二次氧化 耐火材料的侵蚀和钢包下渣 3 1 2 改善钢水流动形态 延长钢水在中间包内停留时间等 促使钢水中夹杂物的上浮分离 3 1 3 防止中间包内钢水漩涡和表面波的生成 以阻止中间包表面覆盖渣卷入钢水 3 1 4 采用附加的冶金工艺完成中间包精炼功能 如夹杂物形态控制 钢水成分微调 钢水温度的精确控制等 3 2 中间包控制流动3 2 1 挡渣墙作用是封闭钢包注流冲击区的紊流 防止表面卷渣 延长钢水平均停留时间 利于夹杂物上浮 3 2 2 挡渣坝作用是减少死区 延长钢水平均停留时间 增加夹杂物分离的几率 4 1 结晶器钢水流动与铸坯表面缺陷4 1 1 钢水从中间包浸入式水口流出进入结晶器 钢水迅速凝固成规定形状的坯壳 且边传热 边凝固 边运动 形成了一个很长的液相穴 从弯月面开始 在结晶器区域内对钢水的流动要求是 不应把结晶器保护渣卷入钢水内部 钢水的流动应有利于液相穴夹杂物上浮 钢水运动不应对凝固壳产生冲刷作用 4 1 2 与结晶器内钢水流动模式有关的铸坯缺陷有 从浸入式水口流出的流股冲向窄面区域 使窄面坯壳变薄 这样会产生角部纵裂纹 严重时甚至漏钢 沿窄面向上流股动量太强 或流股中含有气泡降低了密度 流股向上提升 引起了弯月面区液面波动太大 液渣渗入到坯壳与铜板的气隙困难 导致弯月面的不均匀热流 从而产生纵裂纹 结晶器钢水流动模式的改变引起过大的液面波动 破坏了弯月面的稳定凝固 在铸坯表面形成深振痕和局部卷渣等表面缺陷 结晶器弯月面区表面流速太弱或钢水温度太低 造成局部冷凝形成深振痕和弯月面区初生坯壳呈 镰刀弯 形状 会捕捉渣滴 夹杂物和气泡进入凝固坯壳 因此 铸坯表面缺陷的形成在很大程度上是与结晶器液面波动密切相关的 而液面波动程度取决于结晶器内钢水流动模式 从生产洁净钢观点来看 带有夹杂物和气泡的钢水从中间包流入到结晶器 在 结晶器内应创造良好的流动模式 既要促进钢水中夹杂物上浮被保护渣吸收 又要保护渣不卷入到凝固坯壳内 连铸坯缺陷有哪几种类型 连铸坯缺陷可分为以下三类 表面缺陷 包括表面纵裂纹 表面横裂纹 皮下夹渣 皮下气孔 表面凹陷等 内部缺陷 包括中间裂纹 边部裂纹 角部裂纹 夹杂 中心裂纹和偏析等 形状缺陷 方坯菱变 脱方 和鼓肚 提高连铸坯表面质量的措施 连铸坯表面质量主要受结晶器内钢水凝固过程控制 综上所述 提高连铸坯表面质量的主要措施可以概括为以下几个方面 1 结晶器液面的稳定性 钢液面波动会引起坯壳生长的不均匀 渣子也会被卷入坯壳形成皮下夹渣 钢液面波动在 5mm以内 可消除皮下夹渣 因此选择灵敏可靠的液面控制系统 保证液面波动在允许的范围内是非常重要的 2 结晶器振动 铸坯表面薄弱点是弯月面坯壳形成 振动痕迹 易在波谷处形成横裂纹 气泡 采用高频小振幅的结晶器振动机构 可以减少振痕深度 3 初生坯壳的均匀性 结晶器弯月面初生坯壳不均匀会造成纵裂和凹陷 导致拉漏 坯壳生成的均匀性决定于钢成分 结晶器冷却 钢液面稳定性和保护渣润滑性能 4 结晶器钢液流动 结晶器由注流引起的强制流动 浸入式水口的插入深度小于50mm或大于170mm 炼钢厂规定是80 120mm 都易导致卷渣而形成皮下夹渣 5 保护渣性能 应有良好的吸收夹杂物能力和渣膜润滑能力 提高连铸坯表面质量的措施 铸坯内部缺陷的产生 涉及到铸坯凝固传热 传质和应力的作用 生成机理是极其复杂的 主要决定于铸坯在二冷区的凝固冷却过程和铸坯的支撑系统的精度 合理的二冷水流分布 支承辊的严格对中 防止铸坯鼓肚变形等 是提高内部质量的关键 但总的来说 铸坯内部缺陷是受二次冷却区铸坯凝固过程控制的 在很大程度上和铸坯的二次冷却以及自二冷区至拉矫机的设备状况有关 其主要缺陷有 内部裂纹 中心偏析和中心疏松 以及铸坯内部的宏观非金属夹杂物等 提高铸坯内部质量的主要措施可以概括为以下四个方面 提高连铸坯内部质量的措施 1 控制铸坯结构 首要的是扩大铸坯中心等轴晶区 抑制柱状晶生长 可减轻中心偏析和中心疏松 为此采用钢水低过