冶金工程概论4(连铸部分).ppt

1、1/74,冶金工程概论 连铸工艺与设备,2/74,炼,铸,轧,铁矿石,喷 煤,煤,焦 炉,造渣料,高 炉,竖 炉,废 钢,电 炉,转 炉,炉外精炼,铸铁机,天然气,连 铸,加热炉,板坯 薄板坯,大方坯 小方坯,板坯 和 薄板坯,方坯 和 小方坯,板 材,管 材,热轧,热轧板,热卷带,酸洗机,冷轧,酸洗板,冷轧板带,热处理、镀层线,轧 钢,无缝管,型材,棒线材,典型的现代钢铁生产流程,液态,固态,3/74,什么是钢水的浇铸 ?,钢的生产包括炼钢、浇铸两大环节。 浇铸：是将合格钢水铸成适合于轧制或锻压加工所 需一定形状、尺寸和单重的铸坯(或钢锭)。 浇铸两种工艺方式： 钢锭模浇铸，模铸工艺，成品为

2、钢锭； 连续铸钢，连铸工艺，产品为连铸坯。,4/74,钢锭浇铸,钢水经钢包注入铸模凝固成钢锭的过程。,5/74,钢锭模类型,6/74,7/74,上注,下注,按钢水进入钢锭模的方位可分为：上注和下注,8/74,9/74,10/74,11/74,铸造最适合于制造形状复杂，特别是有复杂内腔的毛坯件,曲轴,飞机叶轮,航天器,12/74,13/74,钢包,中间包,结晶器,火焰切割,长水口,浸入式 水口,二冷区,拉矫机,钢坯,连铸,14/74,钢水下注到中间包,钢水下注到结晶器,二冷区,拉矫机,15/74,定尺切割（1）,定尺切割（2）,冷床（1）,冷床（2）,16/74,钢包,中间包,结晶器,火焰切割,

3、长水口,浸入式 水口,二冷区,拉矫机,钢坯,17/74,大包,中间包,结晶器,钢液的流向,18/74,19/74,1.结晶器,强制水冷的无底钢锭模，“水冷漏斗” 组成：结晶器铜管、外水套、内水套、 冷却水系统、振动系统 最关键的部件，连铸设备的“心脏” 作用：使钢水均匀快速地凝固，形成 厚度均匀、表面良好的初生坯壳， 保证连铸顺行。 这一过程是在坯壳与结晶器壁连续、 相对运动下进行的。 连铸结晶器需要和保护渣一同使用。 脱模：振动 类型：方坯、矩形坯、圆坯、板坯,20/74,结晶器的上下往复运行，“脱模” 的作用。 坯壳与铜板间的粘附力因结晶器振动而减小，防止了在初生坯壳表面产生过大应力而导致

4、裂纹的产生或引起更严重的后果。 当结晶器向下运动时，因为“负滑脱”作用，可“愈合”坯壳表面裂痕，并有利于获得理想的表面质量。 根据结晶器振动的运动轨迹将振动方式分为非正弦振动和正弦振动两大类。,结晶器的振动：,通过振动台支撑结晶器，使结晶器沿相应于浇铸半径的弧度作弧形振动。,21/74,结晶器的振动：,振动主要参数 振幅：振动曲线半波的行程（A）。 振频：单位时间内振动的次数 振动速度:即振动线速度,平均振动速度:即完整周期中振动速度的平均值 最大振动速度：振动周期中速度达到的最大值 负滑脱时间：即结晶器向下振动时，速度超过拉速的那一段时间. 负滑脱率，通常用下式表达,22/74,为了提高连续

5、浇注钢坯的质量，强化保护浇注工艺，使用一种固态粉渣覆盖在结晶器钢液面上形成一层保护渣。,结晶器保护渣,五大作用：,1 覆盖钢水绝热保温； 2 隔绝空气，防止钢水二次氧化； 3 吸收上浮到钢渣界面上的非金属夹杂物； 4 降低拉坯阻力，润滑铸坯和结晶器作用； 5 流入坯壳和结晶器间隙内的液态渣形成 渣膜，以控制铸坯向结晶器传热速度， 保持坯壳均匀生长。,23/74,保护渣的渣层结构,纵向渣层结构： 绝热保温 防止钢液二次氧化 吸收夹杂物,横向渣层结构： 润滑 传热,合适的熔化性能、粘度和结晶性能 形成渣池 保证横向结构润滑和传热的前提,24/74,连铸保护渣的熔融结构：,连铸过程中，由于热量传递、

6、化学反应、机械振动和物质迁移，结晶器内的保护渣构成了一个非稳态体系因此，凝固过程的影响变得复杂和难于控制。 最典型的保护渣熔融结构为三层结：即由上至下依次为粉渣层、烧结层和熔融层。,25/74,连铸保护渣成分：,工作条件和设计原则的要求，国内外均采用硅酸盐为基础的玻璃渣体系作基料成分。 按基料组成可分为三个渣系： 即SiO2-Al2O3-CaO系、SiO2-Al2O3-FeO系、SiO2-Al2O3-Na2O系，其中SiO2-Al2O3-CaO 系应用最为普遍。 在基料基础上辅加少量的添加剂(如碱金属或碱土金属氧化物、氯化物)和控制熔化速度的碳质材料(如碳黑、石墨等)。,26/74,熔化温度和

7、熔化速度的测定方法,将保护渣加工成如左图的锥形或者圆柱形试样，推入高温炉内的恒温区，以10/min的升温速度升温，观察渣料的熔化情况，进而定义保护渣的熔化温度。 将炉温升至1300或1350恒温，然后迅速将左图渣料推入恒温区，观察渣料完全熔化后所需时间。,27/74,保护渣粘度测定方法,将配制好的保护渣粉末混匀。 将炉温恒定在1350，称取140g渣料加入坩埚，10min后渣料均匀熔化； 将Mo转头下降到熔渣表面充分预热； Mo转头下端距离石墨坩埚底部10mm，搅拌一段时间，使炉渣尽可能均匀； 以5min-1的速度降低炉温，将测得频率与零点频率值比较得到保护渣粘度数值； 系统连续采集数据即可得

8、到粘度温度曲线。,28/74,连铸过程中弯月面形成：,随着结晶器的上下振动，钢液注入结晶 器内，且保持一定的液面高度，由于钢 液是金属键，强度大，表面张力大，因 而在结晶器铜壁处钢液形成了向内壁突 出的弯月面。 弯月面是凝固坯壳生长的起始点，它的 性质在很大程度上决定了铸坯表面质量。 连铸结晶器弯月面区域的定义为:从弯月 面根部以下45mm到根部以上45mm从结 晶器内壁到离壁20mm处的区域。,29/74,结晶器内坯壳生长的行为特征：,钢水进入结晶器，与铜板接触形成弯月面。在弯月面的根部由于冷却速度很快（可达100/s），初生坯壳迅速形成，而随着钢水不断流入结晶器且坯壳不断向下运动，新的初生

9、坯壳就连续不断的生成，已生成的坯壳则不断增加厚度。 已凝固的坯壳，因发生相变，使坯壳向内收缩而脱离结晶器铜板，直至与钢水静压力平衡。 由于第（2）条的原因，在初生坯壳与铜板之间产生了气隙，这样坯壳因得不到足够冷却而开始回热，强度降低，钢水静压力又将坯壳贴向铜板。 上述过程反复进行，直至坯壳出结晶器。坯壳的不均匀性总是存在的，大部分表面缺陷就是起源于这个过程之中。 角部的传热为二维，开始凝固最快，最早收缩，最早形成气隙。角部的传热始终小于其他部位，致使角部区域坯壳最薄，这也是产生角部裂纹和发生漏钢的薄弱环节。,30/74,连铸工艺和设备,31/74,钢包回转台 将从精炼跨接受的钢包回转到浇注跨，

10、为连铸机提供钢水，实现多炉连浇，提高连铸机作业率。 由底座、回转臂、驱动装置、回转支撑、事故驱动控制系统、润滑系统和锚固件6部分组成。,32/74,中间包,作用： 介于大包和结晶器之间，接受来自大包的钢水，并向结晶器分流，起到减压、稳流、除渣、储钢分流、均匀温度和成分及冶金的作用； 结构： 呈“T”型，由包体、包盖组成，底部设有滑动水口机构，浸入式水口及夹持装置，并设溢流槽。,33/74,安装在钢包和中间包底部以实现调节钢水流量的装置。 通过液压缸8带动活动滑板2移动，从而使它与上下固定滑板1、3进行相对错位来实现调节钢流。,滑动水口,l:上固定滑板；2:活动滑板； 3:下固定滑板；4:浸入式

11、水口； 5:滑动水口箱体；6:结晶器； 7:连杆；8:液压缸；9:中间包,34/74,二冷固定扇形段（二冷区）,结晶器与拉矫机之间，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。,35/74,拉矫机,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。 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 上下两辊式结构。上辊是主动辊，下辊是被动辊。主动辊由齿轮电机驱动，电机带变频，可调速。由四个单体组成，多点矫直，矫直的压力小。 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。 对拉矫机要求是：足够的拉坯能力，能克服铸坯各点阻力；

12、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。,36/74,电磁搅拌,电磁力控制钢液凝固过程，改善铸坯质量的工艺。 电磁搅拌器是借助在铸坯液相穴中感生的电磁力，强化钢水的运动。 搅拌器激发的交变磁场渗透到铸坯钢水内，感应起电流，感应电流与当地磁场相互作用产生电磁力，电磁力是体积力，作用在钢水体积元上，从而能推动钢水运动。 结晶器电磁搅拌： 搅拌器安装在结晶器铜管外面。 二冷区电磁搅拌：搅拌器安装在铸坯外面。 凝固末端电磁搅拌：搅拌器安装在铸坯外面,37/74,电磁搅拌作用,铸坯内部质量和均质性的改善; 铸坯表面及皮下质量的改善; 减轻中心偏析; 铸坯“白亮带”现象的产生.,38

13、/74,引锭杆是结晶器的“活底”，开浇前用它堵住结晶器下口； 浇铸开始后，结晶器内的钢液与引锭杆头凝结在一起； 通过拉矫机的牵引，铸坯随引锭杆连续地从结晶器下口拉出，直到铸坯通过拉矫机，与引锭杆脱钩为止，引锭装置完成任务，铸机进入正常拉坯状态； 引锭杆动致存放处，留待下次浇注时使用。,引锭杆,功能：从结晶器铸坯导向段内牵引出来。 位置：开浇时，插入到连铸机头部。平时存放在引锭杆存放装置上。 结构：包括引锭头、过渡段和引锭杆杆体。 引锭杆头部用销子与引锭杆杆体相连接。与铸坯的连接由一种为了能快速断开而采用的一次性的起始片来保证。引锭杆杆体由5段用铰制螺栓连接的刚性弧形扇形段组成。,39/74,拉

14、矫机脱锭示意图,40/74,功能：将从连铸机拉出来的铸坯，按要求切割成定尺长度的铸坯，还可以用于切割试样，切头、切尾。 该设备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。 厚度大于50mm的厚钢板一般采用火焰切割，也叫氧气切割,火焰切割机,41/74,42/74,1) 台数：凡是共用一个盛钢桶，浇铸1流或多流铸坯的1套连铸钢设备称为1台连铸机。 2) 机数：凡具有独立传动系统和独立工作系统，当它机出现故障机仍能照常工作的一组连续铸钢设备，称之为1个机组。1台连铸机可以由1个机组或多个机组组成。 3) 流数：1台连铸机能够同时浇注铸坯的总根数称之为连铸机的流数。 4）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,连铸机特性参数：,43/74,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，也称液心长度。,L液连铸坯液相深度，m； v拉坯速度，m/min； t铸坯完全凝固所需要的时间，min。,44/74,冶金长度,根据最大拉速确定的液相深度为冶金长度L冶。 冶金长度是连铸机的重要结构参数；决定着连铸机的生产能力，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。,铸机长度,铸机长度是从结晶器液面到最后一对