连铸设备与工艺

5、连铸设备与工艺,5.1连铸主要设备5.2连铸工艺,2,5.1连铸主要设备,5.1.1概述5.1.2连铸机机型及特点5.1.3连铸基本工艺及设备参数5.1.4连铸机主要设备,3,5.1.1概述,模铸过程：把钢水浇铸在由生铁制造的若干个钢锭模内。本质钢水的热量传递给钢锭模钢由液态（钢水）固态（钢锭）产品：钢锭方法：上铸法下铸法,4,上铸法1-钢包2-中间漏斗3-底座4-保温帽5-钢锭模,上铸法示意图,5,下铸法,王158,6,钢锭的结构缩孔偏析晶区,7,传统的钢材加工流程钢锭初轧钢坯成型轧制钢材初轧（开坯）。初轧机设备庞大，需要很大的电机驱动，投资很大。炼钢炉容量增大，钢锭重量增加。要求大的初轧机。能否直接将钢水铸成一根钢坯？,连铸技术的产生和发展,8,连铸的设想最早由英国的发明家Bessemer提出（1857年）,9,1930年，铜和铝的连续铸造开始应用于生产。钢的连铸要困难的多。钢的熔化温度高，导热性差，不容易在短时间内形成足够厚的外壳，外壳很容易拉断。40年代德国人S.Junghans发明了使结晶器振动的方法。1947年美国的工程师和投资人I.Rossi开发出Junghans-Rossi连铸机，用来铸钢，获得成功。,10,1958年我国的第一台连铸机在重庆第三钢铁厂建成。5060年代，连铸技术发展缓慢。连铸坯的质量不如模铸。对已经建成的初轧机的依赖。70年代初，新日铁大分钢厂实现全连铸，推动了连铸技术的发展。凝固理论的研究，使连铸工艺科学化。,11,12,连铸的优点(与摸铸比较）,提高金属的收得率712%。建设费用降低30%左右。有助于实现钢铁生产的紧凑化和连续化。改善作业环境。节约能源及原材料消耗，降低人工费用.,13,1)连铸机的机型(1)按外形分类；,5.1.2连铸机的机型及其特点,14,(2)按铸坯断面分类,表各种机型浇注的铸坯断面（）,15,（1）立式连铸机：结晶器、二冷段、拉坯和剪切沿垂直方向排列优点：无弯曲变形、冷却均匀，裂纹少。夹杂物容易上浮。缺点：设备高，建设费用大。钢液静压大，容易产生鼓肚。,2)机型的特点,16,结晶器下有垂直段，铸坯通过拉坯辊后（钢水完全凝固或接近完全凝固），用顶弯机使铸坯弯曲，进入圆弧段。优点：机身高度比立式低；有垂直段，夹杂物容易上浮且分布均匀；水平出坯，可以适当加长机身，铸坯的定尺不受限制；缺点：铸坯在一点弯曲，一点矫直，容易形成裂纹；要求全凝固矫直，限制了生产率。,（2）立弯式连铸机,机型的特点,17,（3）带直线段的弧形连铸机有垂直段，夹杂物容易上浮，具有立弯式连铸机的优点；多点弯曲。减小应力集中，裂纹少；可在未完全凝固进入弧形段，故可以提高生产率，增大拉速。例如：宝钢板坯连铸机：直线段：2.55m弯曲半径：48.5/22.5/16.5/12/9.555m矫直半径：9.555/11.5/16/31m连铸机长度：39.39m,机型的特点,18,（4）弧形连铸机分为弧形结晶器和直结晶器两种优点：机身高度为立式连铸机的1/21/3,占地面积和立弯式相同，基建费用低；钢液静压小，鼓肚、裂纹等缺陷少；加长机身容易，可高速浇铸，生产率高；,机型的特点,19,缺点：机器设备占地面积较立式大；内弧夹杂物容易集聚；弧形结晶器加工较复杂；直结晶器在出口处为弧形和直线切点，容易漏钢。,机型的特点,20,（5）椭圆型连铸机（超低头连铸机）优点：机身高度低，厂房高度降低；多次变形，每次变形量不大，铸坯质量好；钢液静压小，坯壳鼓肚量小，质量好。缺点结晶器内夹杂物不能上浮分离，且内弧集聚；多半径，连铸机的对弧、安装、调整困难，设备较复杂。,机型的特点,21,（6）水平连铸机,高度仅为立式连铸机的1/10节约基建费用；技术不成熟。,机型的特点,22,满足钢种和断面规格的要求；满足铸坯的质量要求；节约建设投资。,3）连铸机机型选择的原则,23,(1)铸坯断面选择的原则满足产品质量的要求，不同产品需要满足不同的压缩比。压缩比：铸坯断面积和轧材断面积之比。,5.1.3连铸基本工艺及设备参数,表:各种产品要求的压缩比,24,与炼钢能力合理匹配大转炉-大板坯,大方坯;小转炉小方坯与轧机组成、轧材品种和规格相匹配小方坯高速线材轧机线材板坯中厚板轧机中厚板适合连铸工艺要求采用浸入式水口，方坯最小尺寸120X120mm,铸坯断面选择的原则,25,(2)连铸机的流数,铸机流数计算公式,N铸机流数G-钢包容量F铸坯断面面积V-平均拉速钢包浇注时间,26,（3）连浇炉数,一个中间包连续浇注的炉数,27,（4）连铸机的弧形半径,铸机的弧形半径：弧形半径大，矫直变形率减小；但铸机高度增加，设备投资增大；钢水静压力大，铸坯鼓肚变形量增大。按铸坯断面确定小方坯连铸机R(3040)D大方坯连铸机R=(3050)D板坯连铸机R=(4050)D按钢种确定普碳钢和低合金钢R=(3040)D优质钢和高合金钢R（4050）D按凝固计算确定：完全凝固，允许变形速率,28,（5）冶金长度,铸坯的液芯长度结晶器钢液面到铸坯中心液相完全凝固点的长度。,冶金长度：结晶器内钢液面到拉矫机最后一对辊子中心线的长度。,29,（6）设计拉速,最大理论拉速按结晶器出口处坯壳厚度计算,按铸机的冶金长度计算,30,设计拉速,影响因素钢种影响铸坯断面的影响结晶器出口处坯壳厚度拉速对铸坯质量的影响,31,实际拉坯速度影响因素：（1）铸坯断面大小（2）钢种（3）浇铸温度（4）铸坯质量（5）冶金长度、保护渣、结晶器振动等。,32,5.1.4连铸机主要设备,33,钢包：盛钢液保温性要好容量要和炼钢炉的容量相匹配。底部吹氩搅拌，均匀成分和温度，去除夹杂物。,（1）钢包及支撑装置,34,35,钢包回转台：钢包过跨，快速换包,钢包及支撑装置,36,中间包：保持一定的浇铸速度、控制钢水流的中间容器。储存钢液（换钢包）分配钢液（分流）保温中间包冶金功能：挡墙、吹气、过滤及加热,（2）中间包及其支撑装置,37,38,中间包车,升降机构走行机构横向走行机构摆槽机构卷曲电缆,39,结晶器的作用：规定铸坯形状；强制钢水冷却，保证形成足够强度和厚度的均匀坯壳。,（3）结晶器及其振动装置,对结晶器的要求:1、良好导热性；2、好的刚性，便于拆装，且易于加工；3、较好的耐磨性及抵抗热应力；4、重量轻，便于振动。,40,铜和铜合金的技术特性,结晶器的材质,41,结晶器形式,结晶器按形式可以分三种：1、整体式2、铜管式3、组合式,42,整体式结晶器,整体式结晶器是用一块铜锭制成，靠近内腔表面的四周钻有许多冷却水通道。这种结晶器刚性好，成本高，难于修理，近来很少采用。结晶器结构如下图所示。,43,铜管式结晶器,它是由弧形铜管、钢质外套和足辊等几部分组成。铜管外面套者钢质外罩，形成57mm水逢。,44,组合式,大方坯、矩形坯和板坯采用此类结晶器。,由4块复合壁板组装而成，每块壁板由一块铜板内壁和一块钢板外壳用螺栓联接而成。铜板上铣出许多沟槽，在铜板与钢板之间形成冷却水缝。,组合式结晶器,45,可调宽度结晶器,46,结晶器的设计参数,断面尺寸:结晶器的断面尺寸应比铸坯公称尺寸大13。结晶器长度:根据结晶器出口坯壳厚度确定，出口坯壳厚度应大于815mm。,从钢液面到结晶器顶面一般留100mm，故实际结晶器长度L100,47,结晶器倒锥度,方坯：=(S1S2)/S1100板坯：=(L1L2)/L1100,倒锥度过小，坯壳过早脱离结晶器壁，影响传热；倒锥度过大，摩擦阻力增加，加速结晶器磨损。,根据经验，对方坯结晶器倒锥度取0.40.8%，对板坯结晶器倒锥度取0.51.0%。,48,结晶器的润滑,润滑油主要用于敞开浇铸的小方坯。用时部分润滑油燃烧，大部分润滑油沿结晶器流下，形成一层薄油膜，起到润滑作用。保护渣作用：1)结晶器内钢水上表面与空气隔绝；2)吸收钢水中的夹杂物；3)控制坯壳与结晶器壁间的传热；4)润滑。,49,结晶器振动装置,对结晶器振动的要求：,有效地防止粘结性拉漏；得到良好的铸坯表面(光滑、浅的振痕);准确地实现圆弧轨迹，不产生过大的加速度引起的冲击和摆动；制造、安装和维护方便，便于处理事故。,50,结晶器的振动方式,同步振动,特点是结晶器在下降时与铸坯同步运动，然后再以三倍拉速的速度上升，即：,上升时：Vm3V下降时：VmV,式中，V：拉速，m/minVm：结晶器运动速度，m/min,51,采用同步振动方式，结晶器在由下降转为上升时，转折点处速度变化很大，影响结晶器的平稳性，机构也复杂，已不再应用。,52,负滑脱振动结晶器运动速度变化：,负滑脱振动先是结晶器以稍大于拉速的速度下降，然后再以较高的速度上升。V2=（1+）V，V2结晶器下降速度负滑脱率V1=（2.8-3.2）V，V1结晶器上升速度,负滑脱振动是同步振动的一种改进，加速度有所降低，有利于愈合因粘结而被拉裂的坯壳。,53,负滑动振动的主要特点:,结晶器下降速度稍大于拉速，因此在结晶器下降时坯壳中产生压应力，有利于防止裂纹，也有利于脱模。,式中，：负滑动率；Vm：结晶器运动速度；Vc：拉速；,目前一般取510，负滑动时间一般取整个周期的60左右。,54,结晶器在上升和下降的转折点处，速度变化比较缓和，有利于提高运动的平稳性。,结晶器上升时坯壳承受拉应力，下降时承受压应力，因此在确定振动参数时，应使开始下降时的加速度a2大些，开始上升时的加速度a1小些。,比值：Ka2/a123,55,正弦振动,最普遍的振动方式，结晶器在整个过程速度一直在变化，既铸坯与结晶器臂间时刻存在相对运动，且结晶器下降时，还有一段负滑动。最大特点是用简单的偏心轮就能实现，设计制造都很容易。易实现高频小振幅。,特点：没有稳定的速度阶段;结晶器与铸坯之间没有同步运动阶段，但有一小段负滑动时间；过渡平稳，没有很大冲击；因加速度小，有可能提高振动频率；正弦振动是通过偏心轮实现的，制造比较容易。,56,结晶器的振动参数：,周期：结晶器上下振动一次的时间为振动的周期，用T表示，频率：结晶器每分钟振动的次数，用f表示，次/min振幅：结晶器从水平位置运动到最高或最低位置所移动的距离，用S表示，mm.,频率高对防止拉漏、提高拉速和减轻振痕有利，目前采用0250次/min，已开始采用400次/min或更高的频率。振幅小，结晶器钢水表面波动小，铸坯表面振痕小，通常在25mm以下，多偏于下限。已有取24mm的。,57,结晶器非正弦波振动,结晶器的振动对润滑、防止拉漏以及铸坯表面质量均具有重要的影响，非正弦波振动已为板坯连铸和薄板坯连铸广泛采用。,任意波形的振动，典型为液压振动,58,液压振动的优点：,连铸中可以调整振幅；易于采用高频率、小振幅振动；振动精度高；可根据反馈信息调整振动参数；可以采用非对称波形，及非正弦波并可以调整波形的非对称程度。,59,德国Thyssen公司Ruhrort厂采用非正弦波振动后的结果：,摩擦力减少了1020；铸坯表面振痕深度减少了30；结晶器窄边磨损减少，铜板寿命增加到1700炉；表面裂纹敏感钢种铸坯的表面清理率减少了27(65000吨/年).,60,振动参数对铸坯质量的影响,频率提高，振痕深度减小，振幅增大，振痕深度增加，频率由100次/分增加到300次/分，振痕深度由0.3mm到0.1mm，在一定的频率下，如200次/分，振幅由3mm提高到8mm时，振痕深度由0.25mm增加到0.45mm；负滑动时间增大，振痕深度增加，负滑动时间由0.05s增加到0.25s时，振痕深度由0.1mm-0.2mm增加到0.4mm-0.6mm；负滑动时间对横裂纹指数有很大影响，负滑动时间从0.26s增加到0.29s，横裂纹指数由0.3增加到1。,61,要求：冷却效率高，传热快均匀冷却，表面温度均匀支撑导向部件有足够的强度和刚度各段对中准确快速更换,（4）二次冷却区,作用：采用直接喷水冷却铸坯，使铸坯加速凝固；通过夹棍和侧导棍，对带有液芯的铸坯起支撑作用，防止并限制铸坯发生鼓肚、变形和漏钢事故；对引锭杆起导向和支撑作用；对带直结晶其的直弧形连铸机，完成对铸坯的顶弯作用。,62,板坯连铸机,63,二冷区系统,作用：带液芯铸坯借助于水或气水直接冷却，直至完全凝固后，进入矫直区引导、支承铸坯，防止铸坯变形对引锭杆起支撑、导向弧形连铸机对铸坯顶弯部分拉坯分段矫直排出水蒸汽,64,二冷区系统,对二冷区系统的要求：(1)在高温铸坯作用下有足够的强度和刚度；(2)结构简单、调整方便、能适应改变铸坯断面的要求；(3)能按要求调整二冷区水量，以适应改变铸坯断面、钢种、浇注温度和拉坯速度的变化。类型：箱式房式,65,二冷区系统,箱式：早期结构封闭扇形段箱体连接所有支撑导向、冷却水喷嘴都装在封闭箱体内风机直接从箱体内抽走蒸汽特点：刚性好占空间小抽气方便观察不方便,66,二冷区系统,房式：夹辊全部布置在牌坊结构上二冷区由若干段开式机架组成周围用钢板焊接成封闭房室特点结构简单观察方便风机容量大占空间大,67,二冷区系统,二次冷却喷嘴及其布置喷嘴类型压力喷嘴气水冷却喷嘴喷嘴的布置小方坯大方坯大板坯,68,二冷区系统,压力喷嘴依靠冷却水自身压力将水雾化成水滴表面温度小于3000C时，冷却效率大于80%表面温度大于3000C时，冷却效率小于20%实际表面温度远高于3000C，冷却效果较差但结构简单,69,二冷区系统,70,二冷区系统,气水冷却喷嘴利用高压空气和水从不同角度汇合，用高压空气的能量雾化水滴冷却效果好不易堵塞节水结构复杂用于大方坯、板坯等两种类型：单孔型双孔型,71,二冷区系统,气水冷却喷嘴利用高压空气和水从不同角度汇合，用高压空气的能量雾化水滴冷却效果好不易堵塞节水结构复杂用于大方坯、板坯等两种类型：单孔型双孔型,72,二冷区系统,73,二冷区系统,74,二冷区系统,小方坯连铸机的二冷系统,结晶器下面一段，只有喷水管，无支撑导辊。根据三点决定一圆的原理，在导向段有三个支撑辊足以控制刚性引锭杆的走向从结晶器下约200300有一对可调导向辊，用于调节引锭头进人结晶器下口的位置，从调节辊到拉矫机第一对辊间，根据弧形半径大小，一般设24个支承辊，为控制引锭杆或铸坯跑偏，可在托辊上加突缘。,75,二冷区系统,板坯连铸机的二冷系统板坯连铸机的铸坯导向装置比方坯连铸机复杂得多。如图所示现代直弧形板坯连铸机的铸坯导向装置。一流连铸机的铸坯导向区域从结晶器下口到最后一对夹辊间的主体设备由一个弯曲段和许多个标准模块式扇形段及扇形段底座组成。其他还有驱动装置、扇形段更换导轨、漏钢保护板、二冷蒸汽排出及流体系统等相关部分。,76,二冷区系统,弯曲段位于结晶器下方作用：对液芯铸坯和引锭杆进行支承和引导对液芯铸坯表面进行强制喷水或气水雾化冷却将垂直形热铸坯经连续弯曲（或多点弯曲）成圆弧形铸坯后，引导至连铸机的标准弧形段中。,77,二冷区系统,扇形段根据工艺设计的冶金长度、辊列布置的辊数及直径大小分为若干个扇形段分别布置在弧形段、矫直段和水平段内每个扇形段均由内、外弧框架，内、外弧连接装置，夹紧装置，压下装置，厚度调节装置，传动装置，辊子装配件及流体系统等部件构成。,78,（5）铸坯导向和拉坯矫直机作用：拉坯矫直送引锭杆，调节拉速引锭杆：开浇时的凝固底板传递拉坯力,79,（6）切割装置作用：定尺、切割。方式：火焰、机械火焰切割设备轻，不受断面限制，切口齐，有金属损耗；机械切割：切割速度快无金属损耗操作安全可靠设备投资大，重量较大。,5.2连铸工艺,5.2.1钢水准备5.2.2连铸操作工艺,81,5.2.1钢水准备-钢水温度的控制,过热度对连铸生产的影响,高过热度拉速低增加拉漏危险形柱状晶发达，中心等轴晶区小中心偏析加重有利于夹杂物上浮,低过热度拉速高拉漏几率小柱状晶区小，等轴晶区大中心偏析减轻夹杂物上浮困难,82,T过程=T1+T2+T3+T4+T5,浇铸过程钢水温度变化示意图,钢水准备-钢水温度的控制,钢水传递过程中温度变化规律,83,钢水准备-钢水温度的控制,连铸钢水浇注温度的确定Tc=TL+T,TL=1536-(90*C+6.2*Si+1.7*Mn+28*P+40*S+2.6*Cu+2.9*Ni+1.8*Cr+5.1*Al),确定过热度需考虑的因素：钢种、中间包形状和容量、铸坯断面等,84,钢水准备-钢水温度的控制,出钢温度的确定T出钢TC+T总,85,中间包：中间包加热；加废钢降温；,调整钢水温度的措施：,钢水准备-钢水温度的控制