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25.1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35.1.1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）Æ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1586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。†50~60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。1112连铸的优点(与摸铸比较）†提高金属的收得率7~12%。†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.131)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（㎜×㎜）机型最大断面mm×mm最小断面mm×mm经常浇注断面mm×mm板坯300×2640310×2500130×250180×700～300×2000大方坯600×600200×200250×250～450×450240×280～400×560小方坯160×16055×5590×90～150×150圆坯φ450φ100φ200～φ300异型坯工字型460×460×120中空坯φ450/6100椭圆型120×14015（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。9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；9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9有垂直段，夹杂物容易上浮，具有立弯式连铸机的优点；9多点弯曲。减小应力集中，裂纹少；9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：9机身高度为立式连铸机的1/2～1/3,占地面积和立弯式相同，基建费用低；9钢液静压小，鼓肚、裂纹等缺陷少；9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：9机身高度低，厂房高度降低；9多次变形，每次变形量不大，铸坯质量好；9钢液静压小，坯壳鼓肚量小，质量好。缺点9结晶器内夹杂物不能上浮分离，且内弧集聚；9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9满足产品质量的要求，不同产品需要满足不同的压缩比。9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354.08.04.0目前使用的压缩比4.04.04.04.0具有一定安全系数的最小压缩比3.02.5~4.03.01.5~3.2满足产品机械性能要求的压缩比板坯板坯方坯圆坯连铸坯薄板厚板型材无缝钢管最终产品表: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ρτFvGN=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＝(30~40)D„大方坯连铸机R=(30~50)D„板坯连铸机R=(40~50)D†按钢种确定„普碳钢和低合金钢R=(30~40)D„优质钢和高合金钢R＝（40～50）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。224KvDL=‡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tk=δ„按铸机的冶金长度计算vlkD=2130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。325.1.4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3435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3738♦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化学成分，％机械性能铜其它抗张强度N/mm2屈服强度N/mm2延伸率％硬度HB导电率％(20℃)99.920040404598Cu+Ag99.9Ag0.07-0.12250200108098Cu+Ag99.9Ag0.07-0.12P0.004-0.01525020015808598.0Cr0.5-1.5350280101108098.0Cr0.5-1.5Zr0.08-0.33502801011070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5~7mm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1－3％。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8－15mm。从钢液面到结晶器顶面一般留100mm，故实际结晶器长度＝L＋10047结晶器倒锥度方坯：ε=(S1－S2)/S1×100％板坯：ε=(L1－L2)/L1×100％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0.4－0.8%，对板坯结晶器倒锥度取0.5－1.0%。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：Vm＝3V下降时：Vm＝V式中，V：拉速，m/minVm：结晶器运动速度，m/min51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+ε）V，V2—结晶器下降速度ε—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，ε：负滑动率；Vm：结晶器运动速度；Vc：拉速；％－100×=VcVcVmεε目前一般取5～10％，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：K＝a2/a1＝2～355•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0－250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2－4mm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