连续铸钢2(工艺篇)68页-BD

9.3工艺篇9.3.1连铸钢水的准备9.3.2连铸工艺控制技术9.3.3连铸坯凝固与传热9.3.4连铸保护渣9.3.1连铸钢水的准备对钢水温度进行准确控制以及成分控制、脱氧控制及净化处理等。9.3.1.1连铸钢水温度控制提供合格钢水的基本参数之一，是保证合理的浇注温度。若浇注温度过低，易引起中包水口冻结，迫使浇注中断；太高，易引起钢包水口失控，坯壳减薄，造成漏钢。连铸对钢水的要求：1）高温；2）稳定；3）均匀故为确定合适的浇注温度，需知道各个阶段的温度损失，多采用现场统计方法。连铸钢水温度控制1）出钢过程温降2）钢包内温降3）注流温降4）中间包温降液相过程出钢tttT影响因素：钢流辐射热损失；包衬传导热损失；钢流对流热损失；钢包容量和加入铁合金数量。钢水浇注温度iillCCttt%054321tttttt过程钢水浇注温度确定钢水浇注温度确定浇注钢种板坯、大方坯小方坯高碳钢、高锰钢+10℃+15～20℃合金结构钢+5～10℃+15～20℃铝镇静钢、低合金钢+15～20℃+25～30℃不锈钢+15～20℃+20～30℃硅钢+10℃+15～20℃连铸钢水温度控制要点1.连铸钢水温度控制着眼点连铸工艺要求钢水出钢温度高、浇注温度范围窄，使控制难度增加。着眼点：1）尽可能减少过程温降；2）提高出钢温度命中率。2.稳定转炉出钢温度要点保证入炉原料成分稳定和数量准确，吹炼条件相对稳定。3.减少和稳定过程温降要点1）钢包加砌绝热层，减少包衬散热损失；2）加速钢包周转和包衬高温烘烤，实现“红包出钢”；3）钢包以滑动水口或旋转水口取代塞棒水口；4）钢包内液面保温(如加碳化稻壳)，减少散热损失；5）钢包加盖。包衬温度对热流速度的影响连铸钢水温度调整连铸钢水温度调整是指在包内进行的温度矫正，包括两种情况：1）对包内钢水温度的不均匀性进行正常调整；2）对包内钢水温度偏高或偏低进行的应急调整。1.钢包吹气搅拌调温冶金效果吹气搅拌的冶金效果连铸钢水温度调整2.加废钢调温钢水温度偏高，可在吹气搅拌的同时加入轻型废钢降温。钢水每降低1℃，需加废钢0.7Kg/t钢。3.钢包内钢水加热调温1）电弧加热法如ASEA-SKF，VHD，VAD，LF等。2）化学加热法如RH-OB、CAS-OB、IR-UT等，CAS-OB吹氧4分，铝粉耗量0.5Kg/t时，350吨钢包内钢水温度可升高约20℃；LF炉加热效果连铸钢水温度调整5.连铸中间包内钢水加热调温加热方法有感应加热法和等离子加热法。电磁感应加热，可使钢水温度相对稳定，且由于电磁搅拌的作用，还可使钢中夹杂物上浮。利用等离子加热，可以把整个浇注过程中钢水温度波动控制在±5℃以内，且不产生增碳和三氧化二铝夹杂污染钢水的问题。但有增氮的趋势。9.3.1.2连铸钢水成分控制连铸对钢水质量的要求：①成分稳定性(多炉连浇)；②钢水可浇性(流动性)；③抗裂纹敏感性；④纯净性；9.3.1.2连铸钢水成分控制1)碳含量控制多炉连浇要求，各炉、包次之间钢水含碳量的差别0.02%，碳对钢的热裂纹敏感性有重要影响。2)Si、Mn含量控制Mn/Si比提高，可改善钢水的流动性，同时可避开碳的热裂纹敏感区。9.3.1.2连铸钢水成分控制3)S、P含量控制S对钢的热裂纹敏感性有突出影响，一般要求Mn/S25。硫含量对钢延伸率的影响9.3.1.2连铸钢水成分控制4）其它元素含量控制含Ti不锈钢中的Ti、铝镇静钢中的Al，都极易发生二次氧化，影响钢水的可浇性，需注意保护。钢水中Cu0.2%，Sn0.02%。5)连铸钢水脱氧控制脱氧剂加入方法；转炉挡渣出钢；电炉偏心炉底出钢。9.3.2连铸工艺控制技术1.中间包内钢水温度变化规律）浇注技术，（实施‘0T0Tmaxminmax'TTT中间包内钢水温度控制2.中间包内钢水温降主要取决于钢包及中间包的热工状况。中间包内钢水温度控制3.浇注温度的确定maxTTTlc最大过热度的选取要根据钢种、铸坯断面、浇注条件等因素确定。注流控制与管理1.中间包钢流要求浇钢速率和拉速相适应，水口直径要与浇注铸坯的钢水流量相配合。中间包流出钢水量为:取下限。，流动性差的低碳铝镇钢取上限；对硅钢、高碳、锰钢，数水口初始截面的变化系镇静钢流量系数其中：)0.86(-0.97-C242ghdCQ注流控制与管理流出钢水量和拉坯量一致时，有ghCabvdghdCabv24242注流控制与管理2.中间包钢流的保护1)气封式保护2）浸入式水口保护浇注工艺操作1.拉速确定①按结晶器出口处坯壳厚度计算2minminmmmmKLVVLKtK2''DK4LV2VLKD②按铸机冶金长度计算浇注工艺操作③按以下经验公式计算是铸坯宽厚比取下限。小断面取上限，大断面板坯圆坯小方坯小方坯BB)0.118(1V8055,6045,7555,10065VdBffffSLf铸坯断面周长铸坯断面面积浇注工艺操作2.铸坯冷却控制1)结晶器坯壳凝固特征凝固过程中，角部首先产生气隙，逐渐向中部扩展，所以角部的坯壳最薄。浇注工艺操作2.二次冷却1）冷却强度钢种类别冷却强度l/kg普碳钢、低合金钢1.0-1.2中高碳钢、合金钢0.6-0.8裂纹敏感性强的钢0.4-0.6高速钢0.1-0.32)冷却水分配铸坯凝固时，凝固前沿放出潜热，dtdSLmf1二次冷却tLTTSmfSLm)(凝固潜热传至铸坯表面被二冷水带走，STTdtdSLSLmmf)(积分凝固坯壳传导的热流由喷雾水带走)()()(0TThtLTTTTSmfSLmSLm二次冷却由上式可知：VtthH1Q1Q1设二冷区供水分n段，各段冷却水量分配为：1HQQ1HQQ1111H1QQQQQ1::1:1:1::::2211321n321321321iininnHHHHHHHHHHQQQQ二冷总水量二次冷却二冷区喷水量随铸坯表面热流从上到下逐渐减少，实际生产中对二冷水量的分配方案有以下三种：1)等表面温度变负荷给水；2)分段按比例递减给水量；3)等负荷给水。第二种方式最常用，第三种方式仅在小方坯上部分使用。9.3.3连铸坯凝固与传热一、连铸坯凝固传热特点1.连铸坯的凝固过程就是一个传热过程钢液固体+Q单位重量钢水放出的热量Q包括：）（过热LClT-TC)1fL)2潜热）（显热0SST-TC)3连铸坯凝固与传热连铸机可分为三个传热冷却区：1)一次冷却区（结晶器）2)二次冷却区（喷水区）3)三次冷却区（空冷区）从连铸机热平衡来看：1)钢水从结晶器二冷区辐射区大约有60%热量放出，铸坯才能完全凝固，这部分热量的放出速度决定了铸机生产率和铸坯质量；2)铸坯切割后约还有40%的热量放出，为利用此部分热量，可进行铸坯热装和连铸-连轧。连铸坯凝固与传热2.连铸坯凝固是沿液相穴在凝固温度区间把液体转变为固体的加工过程3.分阶段的凝固过程铸坯的凝固经历三个阶段：Ⅰ钢水在结晶器内形成初生坯壳；K=20Ⅱ带有液芯的坯壳在二冷区稳定生长；K=25Ⅲ临近凝固末期的坯壳加速生长。K=27-304.已凝固坯壳的冷却可看成是经历“形变热处理”过程1）承受热应力和机械力的作用；2）随着温度的下降，坯壳发生相变。连铸坯凝固与传热二、结晶器的凝固传热1.结晶器内坯壳形成a-形成坯壳；b-平衡状态；c-形成皱纹与凹陷；d-坯壳出结晶器mmr21043.5连铸坯凝固与传热2.结晶器钢水热量导出1）结晶器热流结晶器热流计算结晶器坯壳生长规律确定凝固坯壳厚度的方法有：1）试验测定利用拉漏的坯壳，沿不同高度锯开，测定坯壳的平均厚度CtKe的曲线和停留时间坯壳厚度te2）经验法5.00.50.50.155e:13700t:17800tWorf热流和坯壳厚度的关系保护浇注敞开浇注：对小方坯的统计经验式3）热平衡法)()(0TTcLTTceLvQssflclm)]()([0TTcLTTcLvQessflclm结晶器传热的改善1）锥度的影响2）结晶器润滑3）结晶器材质4）结晶器参数5）冷却强度6）冷却水质7）钢水成分结晶器壁温度分布二冷区传热)(wsTTh1.二冷区热平衡其它传热变化不大，主要研究喷雾水滴与铸坯之间的热交换，这一过程很复杂，受喷水强度、表面状态、冷却水温、水滴速度等因素影响。研究传热系数h，是设计二冷制度的基础。影响二冷传热的因素1）铸坯表面温度sTsT几乎无关与sTⅠ表面温度小于300℃，Ⅱ表面温度在300-600℃，Ⅲ表面温度大于600℃影响二冷传热的因素2）水流密度)bT-(1AWhwn或nAWh3）水滴速度4）水滴直径影响二冷传热的因素5）铸坯表面状态6）喷嘴的使用状况二冷区传热2.二次冷却路线的制订传热观点：提高二冷区的冷却效率，就是增加传热系数h；冶金质量观点：二冷水量和分布与铸坯质量有关；一般二次冷却制度应根据钢种、钢的高温脆性曲线来决定。连铸二次冷却制度选择连铸冷却冶金准则3.铸坯冷却控制的冶金准则良好的铸坯质量应满足的标准：1）良好的铸坯质量，无皮下夹杂；2）限制铸坯的中心偏析；3）避免内部和表面裂纹的产生；4）铸坯低倍结构中等轴晶比例要尽可能大一些；5）铸坯形状规整。铸坯缺陷的产生与凝固传热的联系1）铸坯纯净度与拉速和过热度有关；2）中心偏析与鼓肚有关；3）铸坯内部裂纹可能来自于坯壳厚度的不均匀性及坯壳回热；4）铸坯表面裂纹可能来自于铸坯在脆性区的变形，的相变以及铸坯温度分布的不均匀性等。铸坯冷却冶金准则1）极限冶金长度HH0CZTT122）出结晶器处最小坯壳厚度e≥e03）铸坯鼓肚极限Ti≤T04）铸坯表面回热限制C为经验值，一般为100℃/m5）脆性区铸坯变形TS≥TsupTS≤Tint6）表面冷却速度限制C=200℃/mCZTT217）其它限制因素如控制开浇温度等。连铸坯凝固传热数学模型通过微元体的热平衡，可推导此数学模型。微元体热量=接收热量-支出热量)()())(2222rTrrTrtTcyTxTtTcxTxTtTc圆坯：（方坯：板坯：1.铸坯凝固传热方程描述连铸坯凝固传热数学模型2.方程的边界条件：1）初始条件：cTTzxt,0,0,00yT0xT）（辐射区：）（二冷区：结晶器：404tB-ATTTThSWS2）铸坯中心：对称传热（绝热）3）铸坯表面：连铸坯凝固传热数学模型3.差分方程的建立：连铸坯凝固传热数学模型求得一维传热偏微分方程的差分方程组为：][)(2:)(2][)(2:)0(]2[)(1211211121nininininininininininininiTTxctTTNixctTTxctTTiTTTxctTT铸坯中心点铸坯表面点内部点：模型输入输出量的关系工艺及介质参数钢种浇注温度TC二冷各段水量Qi冷却水温TW空气温度T0空气传热系数h0辐射系数σ表面黑度ε各钢种的热物性参数及计算条件液、固相线温度TL、TS导热系数λ，热容c，密度ρ凝固潜热Lf对流作用系数m空间步长△x，△y，时间步长△t初始条件和边界条件方程式凝固传热微分方程式及其差分方程组设备及铸坯参数铸坯断面A×B结晶器内钢液高度Lm二冷各段喷水区长度Li钢液面至矫直点长度L铸坯温度场Tin输出参量出结晶器坯壳厚度各段出口坯壳厚度各冷却段凝固系数总凝固系数凝固曲线液相穴深度表面温度分布各段出口表面温度矫直点表面温度模型的验证与应用1.验证1)刺穿坯壳法2)同位素示踪法—加入时刻已凝固的金属不含放射元素。3)打钉法4)W球放入法—测定液相穴长度5)