连铸基础工艺

连铸基础工艺内容提要◆概述◆连铸机设备◆钢的结晶与连铸坯结构◆连铸操作工艺◆中间包冶金◆连铸坯质量1概述1.1连铸过程钢水直接铸成接近最终产品尺寸的钢坯。这一想法经过一百多年的努力探索，终于使该技术在本世纪70年代开始大规模用于实际，并逐步形成了今天的连铸技术。主要设备由钢包、中间包、结晶器、结晶器振动装置、二次冷却和铸坯导向装置、拉坯矫直装置、切割装置、出坯装置等部分组成。1.2连铸的发展史1.2.1早期尝试美国亚瑟（B.Atha）（1866年）和德国土木工程师达勒恩（R.M.Daelen）(1877年)最早提出以水冷、底部敞口固定结晶器为特征的常规连铸概念。前者采用一个底部敞开、垂直固定的厚壁铁结晶器并与中间包相连，施行间歇式拉坯；后者采用固定式水冷薄壁铜结晶器、施行连续拉坯、二次冷却，并带飞剪切割、引锭杆垂直存放装置。1920～1935年间，连铸过程主要用于有色金属，尤其是铜和铝的领域。炼钢生产的大炉容量、高浇铸温度和钢本身比热低，这些在有色金属生产中未曾遇到过。一项最重要的开拓性工作是如何提高一台连铸机的浇铸能力，最关键的是浇铸速度。1913年，瑞典人皮尔逊提出结晶器以可变的频率和振幅做往复振动的想法。1933年德国人容汉斯（S.Junghans）真正将这一想法付诸实施。振动结晶器的构想和付诸实施，不仅使浇铸速度提到一个较高的水平，而且是连铸技术成为通向钢铁领域发展的基石。从此，连续铸钢技术经历了“从本世纪40年代的试验开发、50年代开始步入工业生产、60年代弧形铸机的出现、70年代由能源危机推动的大发展、到80年代日趋成熟的技术和90年代面临新的变革”的60年历史发展历程。1.2.240年代连续铸钢的试验开发在40年代钢的连铸试验开发主要集中在美国和欧洲。虽然振动式结晶器是钢得以顺利连铸的开创性的技术关键，但真正有效防止坯壳与结晶器粘结的突破性进展的技术贡献，应当归功于英国人哈里德（Halliday）提出的“负滑脱”概念，这有改善润滑、减轻粘结的优点，更便于实现高速浇铸。1.2.350年代开始步入工业化初期的连铸设备大部分装在特殊钢生产厂。设备设计主要被容汉斯、罗西和原苏联包揽，机型主要是立式。50年代制造的40台连铸机中，有25%是立弯式。世界上第一台工业生产性连铸机是1951年在原苏联红十月钢厂投产的立式半连续式装置。它是双流机，断面尺寸180mm×600mm。作为连续式浇铸的铸机是1952年建在英国巴路钢厂的双流立弯式铸机，其生产断面尺寸为50mm×50mm和180mm×90mm的小方坯。1954年投用的加拿大阿特拉斯钢厂（Atlas）的方板坯兼用不锈钢连铸机。它可以生产一流的168mm×620mm板坯，也可以生产两流的150mm×150mm方坯。宽板坯铸机于1959年建在原苏联的新列别茨克厂。日本住友和罗西为新日铁光厂提供的世界上第一台不锈钢宽板坯连铸机在1960年12月投产，宽度为1050mm。在整个50年代，连续铸钢技术尽管开始步入工业生产，但产量很少，1960年的产量仅为115万吨，连铸比仅为0.34﹪。1.2.460年代弧形铸机引发的一场革命采用了弧形连铸后，连铸技术的应用才实现了一次真正的突破，不仅提供了生产率，降低了设备投资，而且更有利于安装在原有的钢厂内。1952年德国人欧.萨波尔提出弧形连铸机的概念早在来了。瑞士冯.莫斯于1956年也申请了同一思路的弧形连铸机专利。1960年中国的徐宝教授也设计了一台浇200mm×200mm方坯的弧形铸机。最先把弧形结晶器连铸机的设想付诸工业性试验的却是德国曼内斯曼公司。从全球来看，到本世纪60年代末，铸机总数已达200多台，尽管总的设备能力已近5000万t/a,但实际上连铸钢的产量只有2600万t/a。1.2.570年代两次能源危机推动了连铸技术迅速发展经历了1973年～1974年第一次全球能源危机之后，积极采用连铸的势头更加强烈。1979年的第二次能源危机成为推动了连铸的飞速发展的主要动力。70年代连铸技术的大发展在不断改善产品质量和提高铸机生产率基础上取得的，而两次能源危机又正好为推动连铸的发展提供了客观契机。从本世纪70年代开始，日本异军突起。到1980年，日本连铸机数量已达156台，连续铸钢产量占钢总量的比例已超过60﹪。而从世界范围看，1980年连铸钢产量已逾2亿吨，相当于1970年产量的8倍。1.2.680年代连铸技术日趋成熟◆连铸已不再是一种“保密的工艺”。◆普遍建立了人员培训和教育制度◆预防性维护◆钢包冶金的完善化有利于连铸的操作。◆结晶器自动调宽、流式结晶器液面控制、漏钢预报、中间包等离子加热等1.2.790年代以后连铸技术又面临一场新的革命目前所能预测的发展方向大致包括近终形连铸（尤其是薄板坯，薄带铸轧）、高速浇铸、高清洁性产品的连铸、低过热度浇铸、半凝固加工技术和过程与质量系统控制技术等。1.3连铸机的机型及其特点按结晶器是否移动可以分为两类：一类是固定式结晶器（包括固定振动结晶器）的各种连铸机，如立式连铸机、立弯式连铸机、弧形连铸机、椭圆形连铸机、水平式连铸机等；另一类是同步运动式结晶器的各种连铸机。这种机型的结晶器与铸坯同步移动，铸坯与结晶器壁间无相对运动，适合于生产接近成品钢材尺寸的小断面或薄断面的铸坯,如双辊式连铸机、双带式连铸机、单辊式连铸机、单带式连铸机，轮带式连铸机等。还可以按铸坯断面形状分为:方坯连铸机、圆坯连铸机、板坯连铸机、异型连铸机、方/板坯兼用型连铸机等.按钢水的静压头可分为:高头型、低头型和超低头型连铸机等。连铸机机型示意图1—立式连铸机；2—立弯式连铸机；3—直结晶器多点弯曲连铸机4—直结晶器弧形连铸机；5—弧形连铸机；6—多半径弧形（椭圆形）连铸机；7—水平式连铸机同步运动结晶器连铸机机型1—双辊式连铸机；2—单辊式连铸机3—双带式连铸机；4—单带式连铸机；5—轮带式连铸机立式连铸机是20世纪50年代至60年代的主要机型。立式连铸机从中间罐到切割装置等主要设备均布置在垂直中心线上，整个机身矗立在车间地平面以上。采用立式连铸机浇注时，由于钢液在垂直结晶器和二次冷却段冷却凝固，钢液中非金属夹杂物易于上浮，铸坯四面冷却均匀，铸坯在运行过程中不受弯曲矫直应力作用，产生裂纹的可能性较小，铸坯质量好，适于优质钢、合金钢和对裂纹敏感钢种的浇铸。1—盛钢桶；2—中间罐；3—导辊；4—结晶器；5—拉辊；6—切割装置；7—移坯装置立弯式连铸机立弯式连铸机是连铸技术发展过程的过渡机型。立弯式连铸机是在立式连铸机基础上发展起来的，其上部与立式连铸机完全相同，不同的是待铸坯全部凝固后，用顶弯装置将铸坯顶弯90oC，在不同方向切割出坯，它主要适用于小断面铸坯的浇铸。弧形连铸机是世界各国应用最多的一种机型。弧形连铸机的结晶器、二次冷却段夹辊、拉坯矫直机等设备均布置在同一半径的1/4圆周弧线上；铸坯在1/4圆周弧线内完全凝固，经水平切线处被一点矫直，而后切成定尺，从水平方向出坯。弧形连铸机的高度比立弯式连铸机又降低了许多，仅为立弯式连铸机的1/3，因而基建投资减少了。为了改善铸坯质量，在弧形连铸机上采用直结晶器，在结晶器下口设2-3m垂直线段，带液芯的铸坯经多点弯曲，或逐渐弯曲进入弧形段，然后再多点矫直。垂直段可使液相穴内夹杂物充分上浮，因而铸坯夹杂物的不均匀分布有所改善，偏析减轻。弧形连铸机机型示意图a—全弧形连铸机；b—多点矫直的弧形连铸机多点弯曲、多点矫直连铸机机型示意图椭圆形连铸机结晶器、二次冷却段夹辊、拉坯矫直机均布置在1/4椭圆圆弧线上。椭圆形圆弧是由多个半径的圆弧线组成，其基本特点与全弧形连铸机相同。它又进一步降低了连铸机和厂房的高度。可为低头和超低头连铸机。低头或超低头连铸机的机型是根据连铸机高度(H)与铸坯厚度(D)之比确定的。连铸机高度是指从结晶器液面到出坯辊道表面的垂直高度。H/D=25-40时，成为低头连铸机；H/D25时，则称为超低头连铸机。椭圆形连铸机机型示意图水平连铸机结晶器、二次冷却区、拉矫机、切割装置等设备安装在水平位置上。中间包与结晶器是紧密相连的,相连处装有分离环。拉坯时，结晶器不振动，而是通过拉坯机带动铸坯做拉-反推-停不同组合的周期性运动来实现的。高度最低的连铸机。设备简单、投资省、维护方便。结晶器内钢液静压力最小，避免了铸坯的鼓肚变形，中间罐与结晶器之间是密封连接，有效地防止了钢液流动过程的二次氧化；铸坯的清洁度高，夹杂物含量少，一般仅为弧形连铸机的1/8-1/6。1.4连续铸钢的优越性简化了工序，缩短了流程省去了脱模、整模、钢锭均热、初轧开坯等工序。由此可节省基建投资费用约40%，减少占地面积约30%，劳动力节省约70%。提高了金属收得率采用模铸工艺，从钢水到钢坯，金属收得率为84%-88%，而连铸工艺则为95%-96%，金属收得率提高10%-14%。降低了能源消耗采用连铸工艺比传统工艺可节能1/4-1/2。生产过程机械化、自动化程度高设备和操作水平的提高，采用全过程的计算机管理，不仅从根本上改善了劳动环境，还大大提高了劳动生产率。提高质量，扩大品种几乎所有的钢种均可以采用连铸工艺生产，如超纯净度钢、硅钢、合金钢、工具钢等约500多个钢种都可以用连铸工艺生产，而且质量很好。1.5连铸机的台数、机数、流数台数凡是共用一个盛钢桶，浇注1流或多流铸坯的1套连续铸钢设备称为1台连铸机。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，本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。流数1台连铸机能同时浇注铸坯的总根数称之为连铸机的流数。1台连铸机有1个机组，又只能浇注1根铸坯，成为1机1流；若1台连铸机有多个机组，又同时能够浇注多根铸坯，称其为多机多流；1个机组能够同时浇注2根铸坯的称为1机2流。2连铸机的主要设备打号机等缓冲器、火焰清理机、推钢钢机、翻钢机辊道、冷床、拉钢机、出坯坯设机械剪液压压机械剪切火焰焰切割切割设割引锭锭杆收集存放装、脱引锭脱引锭拉坯坯矫直机、引锭装拉坯坯矫直设二次冷却装置结晶器及其振动装置、成型及冷却设型间包、中间包车钢包、钢包回转台、中钢液浇注及承载设备—————2.1连铸机的几个重要参数1、规格的表示方法弧形连铸机规格表示方法为：aRb-Ca—组成1台铸机的机数，机数为1时可以省略；R—机型为弧形或圆形连铸机；b—连铸机的圆弧半径，m，若椭圆形铸机为多个半径之乘积，也表示可浇铸坯的最大厚度：坯厚=b/(30～36)mmC—表示铸机拉坯辊辊身长度，mm，还表示可容纳铸坯的最大宽度：坯宽=C—(150～200)mm例如：（1）3R5.25—240表示此台连铸机为3机，弧形连铸机，其圆弧半径为5.25m，拉坯辊身长为240mm。（2）R10—2300表示此连铸机为1机，弧形连铸机，其圆弧半径为10m，拉坯辊辊身长度为2300mm，浇注板坯的最大宽度为2300—150~200）=（2150~2100）mm。2、铸坯断面的尺寸规格小方坯：70×70~200×200mm2；大方坯：200×200~450×450mm2；矩形坯：150×100~400×560mm2；板坯：150×600~300×2640mm2；圆坯：80mm~450mm。3、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；浇铸速度是指每分钟每流浇注的钢水量，单位是t/(min•流)，简称注速，式中：ρ——钢水密度，t/m3；a——铸坯宽度，m；D——铸坯厚度，m。qaDvc1拉坯速度可用经验公式来确定：用铸坯断面确定拉速l—铸坯断面周长，mm；A—铸坯断面面积，mm2；ξ—断面形状速度系数，m•mm/min。ξ的经验值是：小方坯：ξ=65-85；大方坯（矩形坯）ξ=55-75；圆坯：ξ=45-55。Alvc用铸坯的宽厚比确定拉速D—铸坯厚度，mm；f—系数，m•mm/min。铸坯断面形状、速度系数经验值铸坯形状厚度/mm方坯宽厚比2矩