连铸500问

连铸浇钢工艺知识(500问中的精华)第一章连铸钢水的准备1、连铸对钢水质量的基本要求：连铸对钢水质量提出了很严格的要求，所谓连铸钢水质量主要是指：1.1钢水温度：连铸钢水的要求是：低过热度、稳定、均匀。1.2钢水纯净度：最大限度的降低有害杂质（如S、P）和夹杂物含量，以保证铸机的顺行和提高铸坯质量。如钢水中S含量大于0.03%，容易产生铸坯纵裂纹，钢水中夹杂物含量高，容易造成弧形铸机铸坯中内弧夹杂物集聚，影响产品质量。1.3钢水的成分：保证加入钢水中的合金元素能均匀分布，且成分控制在较窄的范围内，保证产品性能的稳定性。1.4钢水的可浇性，要保持适宜的稳定的钢水温度和脱氧程度，以满足钢水的可浇性。如铝脱氧，钢水中Al2O3夹杂含量高，流动性差，容易造成中间包水口堵塞而中断浇注。因此要根据产品质量和连铸工艺要求，对连铸钢水温度、成分和纯净度进行准确和适度的控制，有节奏地、均衡地供给连铸机合格质量的钢水是连铸生产顺利的首要条件。2、对连铸钢水浇注温度的要求：合理选择浇注温度是连铸的基本参数之一。浇注温度偏低，会使1）钢水发粘，夹杂物不易上浮；2）结晶器表面钢水凝壳，导致铸坯表面缺陷；3）水口冻结，浇注中断。浇注温度太高会使1）耐火材料严重冲蚀，钢中夹杂物增多；2）钢水从空气中吸氧和氮；3）出结晶器坯壳薄容易拉漏；4）会使铸坯柱状晶发达，中心偏析加重。如果说不合适的浇注温度在模铸时还能勉强浇注，而连铸时就会造成麻烦（如拉漏、冻水口），因此对连铸钢水温度要比模铸严格得多。对连铸钢水温度的要求是：（1）低过热度，在保证顺利浇注的前提下过热度尽量偏下限控制，小方坯一般控制在20～30℃。（2）均匀，实际上钢包内钢水温度是上下偏低，而中间温度高，这样会造成中间包钢水温度也是两头低中间高，不利于浇注过程的控制，因此要求钢包内钢水温度上下均匀。（3）稳定，连浇时供给的各炉钢水温度不要波动太大，保持在10℃范围内。3、浇注温度的确定：连铸浇注温度是指中间包钢水温度。钢水浇注温度包括两部分：一是钢水凝固温度（也叫液相线温度），因钢种不同而异。二是钢水过热度，即超过凝固温度的值。以TC代表浇注温度，TL代表液相线温度，ΔT代表钢水过热度，则：TC=TL+ΔT计算TL有不同的公式，常用的公式如下：TL=1537℃-[88C%+8Si%+5Mn%+30P%+25S%+5Ca%+4Ni%+2Mo%+2V%+1.5Cr%]如Q235钢（原A3钢）合金化后钢包钢水成分为：C0.15%、Si0.25%、Mn0.45%、P0.025%、S0.025%。将各成分代入公式得：TL=1537℃-[88×0.15+8×0.25+5×0.45+30×0.025+25×0.025]=1518℃也就是说，钢水开始凝固温度为1518℃。对于C=0.10～0.20%钢，钢水凝固温度一般波动在1510～1520℃。过热度ΔT的确定原则与产品质量有关。对于中厚板材，为减轻铸坯内部裂纹和中心偏析，ΔT以偏低为好（10～15℃）。这样根据钢种计算得到了液相线温度，再加上过热度就可得到浇注温度，也就是说浇注过程中间包所需要保持的钢水目标温度。实践证明，控制好中间包钢水目标温度是保证连铸机产量和铸坯质量的关键工艺参数。必须予以充分重视。4、出钢温度的确定：当中间包钢水目标温度确定之后，如何确定炼钢炉的出钢温度呢？出钢温度可表示为：Ｔ出＝ＴＣ＋ΔT１＋ΔT２＋ΔT３＋ΔT４ΔT１为出钢温度损失。对转炉出钢温度损失的经验数据是：大于50t转炉，出钢时间为3～6min，平均温降为10℃/min；小于50t转炉，出钢时间为2～4min，平均温降为15℃/min；一般出钢温降在40～60℃。ΔT２为吹氩搅拌（或其他炉外处理）钢水温降（转炉吹氩时间一般为3～5min）。吹氩钢水温降与钢包容量、吹氩时间有关。吹氩引起的温降为4～6℃/min。ΔT３为钢包运输、静置时间的钢水温降。钢包内钢水自然温降与钢包衬耐火材料质量、钢包加覆盖剂或加盖等有关。一般为1～1.5℃/min。ΔT４为浇注过程中钢水温降，一般是小于1℃/min。以某厂50t钢包为例，钢种为Q235，计算得TL=1510℃，测定的各阶段钢水温度损失为：ΔT１=60℃，ΔT２=30℃，ΔT３=6℃，ΔT４=45℃，所以Ｔ出：Ｔ出=1510+30+60+30+6+45=1681℃也就是说出钢温度为1681℃。出钢后钢包在各阶段的钢水温降，可用插入式热电偶进行实际测定，进行统计分析，得出平均值。然后制成图或表来指导生产。5、减少钢包过程温降的措施：影响钢包过程温降最突出的因素是钢包容积、包衬材质及使用状况。生产实践表明，下述保温措施是行之有效的：5.1钢包加砌绝热层，减少包衬散热损失。如110t钢包加砌30mm厚的绝热层，温降速度比无绝热层平均降低20～40%，出钢后40min，包内钢水温度降低17～20℃。5.2钢包高温烘烤：如70t钢包采用快速烘烤装置，烘烤15min包衬温度可达850℃以上，烘烤的钢包平均温降由80～90℃减少到30～60℃。5.3红包出钢：加快钢包周转，提高钢包衬温度。35t钢包红包出钢，可使出钢温度平均下降17℃。5.4钢包表面加碳化稻壳或保温材料，减少热损失。5.5钢包加盖。这一方面可使钢包长时间有效保温，还可使钢液面上的熔渣保持为液态，便于注后清渣，另外可减少包衬散热，提高钢包温度。采用上述措施，可以减少钢包过程温降，有利于连铸钢水温度的稳定性。6、调节钢水温度的几项措施：6.1在实际生产中，由于原料和操作等因素的影响，往往出钢温度控制得不那么准确，往往都是比预定的出钢温度要高。为满足连铸浇注温度的要求，出钢后对钢水温度进行调节，一般的方法是：（1）搅拌法。在钢包顶部或底部吹入氩气搅拌钢水，使钢包上下部温度和成分均匀。（2）搅拌+冷废钢。在吹气搅拌的同时，加入轻型、清洁废钢，借助于废钢熔化吸热来降温。钢水温度降低1℃，需加废钢0.7kg/t。6.2如果按预定目标温度出钢，钢水又要进行炉外精炼处理，由于处理过程中的热损失，就不能保证所要求的中间包浇注温度，这样需要在钢包进行热补偿，采用方法有：（1）电弧加热法：利用石墨电极产生高温电弧（4000℃）加热钢水。钢包容量越大，加热效率越高。如20t钢包，加热效率为30%，250t钢包，加热效率为75%，升温速度为3～6℃/min。（2）感应加热法：利用线圈产生的交流磁场在钢水中产生感应电势使其钢水加热。加热效率可达70%，升温速度为2.5℃/min。（3）等离子加热法：气体（如氩、氮）被加热到高温会变成等离子状态，利用高温等离子体（温度可达3000℃以上）来加热钢水，升温速度为5～6℃/min，热效率可达70～80%。7、连铸钢水为什么要进行吹氩气搅拌？从转炉出到钢包的钢水，在钢包内钢水温度分布是不均匀的，由于包衬吸热和钢包表面的散热，在包衬周围钢水温度较低，而钢包中心区域温度较高。如25t钢包，上、下层温差为70～100℃，50t为60～70℃。这样如把钢水注入中间包，由于中间包衬的吸热再加上钢包底部钢水温度较低，就会造成中间包钢水温度降低过大而接近液相线温度，导致水口冻钢，浇注中断。另外，钢包上、下部钢水温度低而中间温度高的特点，也会导致浇注过程中中间包钢水温度前、后期低，中期温度高，这样会引起结晶器坯壳生长厚度的不均匀性，同时对铸坯内部质量也有不利影响。因此，各厂都规定供给连铸的钢水必须进行钢包吹氩气搅拌，以使浇注过程中钢水温度稳定均匀。吹氩气搅拌已成为保证连铸钢水质量必要的技术措施。钢包吹氩气搅拌钢水的目的是：⑴均匀钢水温度：对25t钢包吹氩搅拌钢水试验表明，吹氩气1min降温约10℃。吹气搅拌后浇注前、中期中间包钢水温度差平均为3℃；而未吹气搅拌的炉次，前、中期钢水温差为14℃。这说明吹气搅拌促使钢包上、下钢水温度的均匀。⑵均匀钢水成分；出钢时在钢包内加入大量的铁合金（如硅锰、硅铁等），吹氩搅拌可使钢水成分均匀。⑶促使夹杂物碰撞上浮，如某厂30t钢包吹氩3min，氧化物夹杂平均减少28%，总氧含量降低17.5%。吹氩时，吹气压力和流量的控制应以不使钢水裸露翻腾为原则，否则钢水二次氧化严重，而且会使钢中氮和夹杂物含量有所增加。8、钢包吹氩气搅拌的吹气流量和吹气压力的确定：吹气流量和压力的选择是影响钢包吹气搅拌效果的一个重要参数。吹入钢水中的气体，分散成无数的小气泡而上浮，同时，在高温钢水中气体被加热而膨胀，这样产生的上浮力，抽引相当于吹入气体体积50～100倍钢水进行循环流动，从而产生了强烈的搅拌作用。随着吹气量的增加，搅拌强度增大。然而吹气量的增加是有一个临界值的。如果吹气量超过某一临界值，吹入的气体从钢包底部向上部形成所谓贯穿流，容易引起钢水发生喷溅，加重了钢水的二次氧化，减轻了搅拌强度。吹入的气量是与吹气压力、吹气喷嘴结构等因素有关的，可由试验决定。在生产中人们通常根据不冲破钢包渣层裸露钢水为原则来确定吹气压力。如70t钢包，底吹氩量为0.3Nm3/min左右,吹氩3～5min,钢中总氧含量减少40～60%。吹气搅拌时间应大于钢水温度和成分混匀时间，生产经验表明，吹气搅拌3～5min就可满足要求。9、连铸钢水成分控制有哪些要求？钢水成分的控制首先应满足钢种规格的要求。钢水中含有的元素大致可分为以下几类：⑴合金元素：有意加入到钢水中，使其达到规定的成分范围，保证钢的机械性能和使用性能。⑵杂质元素：是指不希望在钢中存在的，也不是有意加入的元素，对钢的性能起有害作用。如硫（S）、磷（P）。⑶残余元素：是指由原材料（如废钢），或耐火材料带入钢中而不是有意加入的元素如砷（As）、锑（Sb）、锡（Sn）、铜（Cu）等，它们对钢的热脆性、腐蚀性有不良影响。⑷微量元素：有意加入钢中的元素，如加入钢中硼（B）、铌（Nb）、钒（V）、钛（Ti）改变产品某一性能，其含量均小于0.1%。钢中这些元素有的是有意加入的，有的是因清除不净留下来的，它们对钢水的浇注性能和产品质量有重要影响。对连铸钢水成分控制的要求是：9.1成分稳定性：为保证多炉连浇时工艺操作稳定性和铸坯质量的均匀性，必须要求各炉钢水成分控制在较窄的范围内，来保证各炉钢水成分的相对稳定。9.2钢水可浇性：中间包水口直径小，浇注时间长，必须保证钢水具有良好的流动性，不堵塞、冻结水口。9.3抗裂纹敏感性：由于铸坯在连铸机内边运动边凝固，受到外力作用和冷却水的强制冷却，坯壳容易产生裂纹，因此对钢的高温力学性能有强烈降低作用的元素如硫（S）、磷（P）、应加以限制，以提高铸坯抗裂纹的能力。9.4钢水纯净度：应尽可能减少钢水在浇注过程中的再污染，减少或杜绝钢中夹杂物的来源，提高产品质量。10、连铸钢水常规成分控制有哪些要求？浇注过程中对钢水常规元素的控制要求是：碳（C）：是对钢的性能影响最大的基本元素。若多炉连浇时，各炉之间钢水中碳含量差别要求小于0.02%。实践证明，钢中C=0.12～0.17%，连铸坯易产生纵裂、角裂、甚至造成漏钢事故。为了减少这类钢对裂纹的敏感性，通常在保证机械性能的前提下，把钢的含碳量控制在0.16～0.22%范围内，而把锰（Mn）含量提高到0.7～0.8%。硅（Si）、锰（Mn）含量控制：硅、锰含量既影响钢的机械性能，又影响钢水的可浇性。首先要求把钢中硅、锰含量控制在较窄的范围内（波动值Si±0.05%、Mn±0.10%），以保证连浇炉次铸坯中硅、锰含量的稳定。其次要求适当提高Mn/Si比。Mn/Si大于3.0，可得到完全液态的脱氧产物，以改善钢水的流动性。因此，应在钢种成分允许的范围内适当增加Mn/Si比，使生成的脱氧产物（MnO?SiO2）为液态。如以Q235钢为例，规格成分Si为0.12～0.30%,Mn为0.4～0.6%。如按成分中限控制，Mn/Si比为2.5，此时脱氧产物为SiO2，它熔点高呈固态，使钢水的流动性变差，影响了钢水的可浇性。如将Si按中、下限控制，Mn按中、上限控制，把Mn/Si比控制在3.0左右，此时钢水的脱氧生成物为液态的硅酸锰（MnO?SiO2），改善了钢水流动性，保证了连