连 铸基础理论

1、1 冶金概论 -连铸 主讲：冶金工程系 孙丽娜(教授) 2 主要内容 一、概 述 二、生产模拟 三、生产工艺 四、连铸设备 五、工艺参数 3 一、概 述 1.连铸的发展概况 2.连铸机的特点 3.连铸机的机型 4 1.连铸的发展概况 连铸是将成分、温度合格的钢液通过连铸机直接连铸是将成分、温度合格的钢液通过连铸机直接 铸成钢坯的工艺。铸成钢坯的工艺。 钢液凝固成型有两种方法：钢液凝固成型有两种方法： 模注模注获得钢锭获得钢锭 连铸连铸获得钢坯获得钢坯 一般钢材的生产工艺是：一般钢材的生产工艺是： 若采用模注若采用模注 钢锭钢锭轧制或锻压轧制或锻压钢坯钢坯轧制轧制钢材钢材 若采用连铸若采用连铸

2、钢坯钢坯轧制轧制钢材钢材 5 连铸的特点 1）节省工序缩短流程 2）提高金属收得率 3）降低能量消耗 4）机械化和自动化程度高 5）产品质量提高 6 连铸液体金属是19世纪提出的。最初只能用 于浇铸低熔点的有色金属。1933年现代连铸之父 容汉斯提出连铸振动系统，1943年建成第一台实 验性连铸机。80年代后世界各国连铸技术迅速发 展。 目前国外对于中低碳钢、普通高碳钢、沸腾 钢代用钢、低合金钢、弹簧钢、轴承钢等已实现 连铸。 7 2连铸工艺流程 打开钢包底部的滑动水口 钢水从钢包流入 中间包当中间包里的钢液面达到一定高度时打 开中间包底部的滑动水口钢水流入到强制水冷 的结晶器当结晶器内钢液面

3、达到 一定高度时并 且钢液四周已凝固成具有一定厚度的坯壳启动 拉矫机咬住引锭杆向下移动因钢水与引锭杆黏 结一起故钢水被拉出结晶器钢坯进入二冷区 因坯壳很薄内部是钢液故喷水冷却完全凝固的 钢坯经矫直切成所需长度。 8 我国于1957年开始连铸试验研究，80 年代采用自行研制开发和引进相结合的方 法，使连铸技术得到很快发展，目前我国 转炉炼钢连铸比100%，电炉炼钢连铸比近 70%。 9 3.连铸机的机型 立式连铸机：立式连铸机： 钢水从结晶器内开始 凝固到铸坯完全凝固后切 成定尺，铸坯始终沿直线 运动，中间包、结晶器、 导辊、拉坯辊和切割机都 沿直线布置。 优优 点：点： 四周冷却均匀，不易 产

4、生内部和表面裂纹，有 利于夹杂物上浮； 缺缺 点：点： 设备高度大，投资费 用高，铸坯断面和定尺长 度及拉速受到限制。 10 立弯式连铸机：立弯式连铸机： 可适应较长定尺的 要求（2m），钢水从 结晶器开始凝固，完 全凝固后进入弯曲段， 在水平方向出坯，铸 机的中间包、结晶器、 导辊、引锭杆沿垂线 布置，拉矫机、切割 机沿水平布置。 缺缺 点：点： 高度比立式下降， 但由于增加了一次弯 曲和矫直，易造成裂 纹。 11 弧型连铸机： 设备高度明显下降，能够 适应提高拉速和加大断面的要 求 又分为: 直弧型连铸机: 采用直结晶器从结晶器下 保留2m直线段,然后为弧型段, 铸坯由直变弯,最后通过拉矫

5、机 将弧形坯矫直; 优点:夹杂物易上浮,且比立弯式 高度低; 全弧型连铸机: 铸坯的运动轨迹是一条弧 线.结晶器,二冷段全为弧型,拉 矫机、切割机和出坯系统布置 在水平线上. 12 椭圆连铸机：椭圆连铸机： 又称带有多点矫直 的弧型连铸机，又称超 低头连铸机。它分段依 次改变圆弧部分的曲率 半径，使结晶器和二冷 段夹棍布置在1/4椭圆 上。这种结构的机型除 了弧形区是采用多半径 外，其它基本特点与弧 型连铸机相同。该机型 与纯净钢水的生产技术 相结合，可生产无缺陷 铸坯。 13 水平连铸机：水平连铸机： 其主要设备结晶器、 二冷装置、拉矫机和切 割设备等均不止在水平 线上，水平连铸机的结 晶器

6、和中间包是紧密相 连的，在中间包水口和 结晶器连接处安装有分 离环。此外，拉坯时结 晶器不振动，而是拉坯 机带着铸坯作“拉-反推 -停”不同组合的周期运 动。 14 二、生产模拟 连铸工位全景连铸生产模拟 15 三、连铸生产工艺 中间包更换 上引锭杆 开 浇 启车拉矫 脱引锭杆 切 割 钢包更换 停 车 16 1.上引锭杆 油缸驱动引 锭杆放到中间轨道 送入拉矫机引锭杆经 二冷段入结晶器上 100-150mm反向 至 结 晶 器 下 口 150mm处拉矫机 引锭杆夹紧定位完 成安装操作. 17 2.开 浇 精炼处理后钢水 连铸回转台加保 温盖转至浇注工位 中间包小车至浇注 工位中间包基座下 降

7、水口与结晶器对 中开大包水口中 间包加保温剂开中 间包滑动水口实现 开浇 18 3.启车拉矫 启启 车车: : 从中间包开浇到拉矫机启 动时间为10-15s,开始拉坯速 度为0.5m/min。2min后达正常 速度,之后根据钢水过热度调 整拉速,启动拉矫机同时结晶 器振动,二冷喷水; 加保护渣加保护渣: : 中间包开浇后加保护渣, 勤加少加,均匀覆盖;0.5- 0.6kg/t; 拉拉 坯坯: : 结晶器液面波动80-120mm3mm; 矫矫 直直: : 铸坯在高温下通过拉矫机 连续矫直,使弧形坯变成直线 铸坯. 19 4.脱引锭杆 引 锭 杆 头 部 凹槽与注入结晶器 钢水接触凝固成凸 台，将

8、铸坯与引锭 杆挂接一起，拉出 拉矫机后，将引锭 头抬起，实现铸坯 与引锭杆分离。 20 5.切 割 铸坯切割长度 由PLC系统自动调 节，当满足用户和 下部工序要求时， 夹钳夹住铸坯并与 之同步，切割枪开 始工作，切割完毕， 夹钳松开，切割机 复位。 21 6.钢包更换 根据回转台上重 力传感器指示的钢水 状态，在浇注近结束 时控制滑动水口开度， 根据大包下渣检测装 置测定下渣情况，关 闭水口。大包提起， 脱长水口，回转180， 将待浇钢包旋至中间 包上方，实现多炉连 浇。 22 7.中间包更换 根据包衬和浸入式水 口寿命决定，一般10-15次。 更换过程：更换过程： 大包长水口关闭后， 提升

9、并脱长水口，至中间 包液面高度200mm时，关中 包滑动水口并停拉矫，中 包升起至待机位，另一预 热好的中包开到浇钢位， 机座下降，对中水口，按 开浇操作进行。 23 8.停 车 大包和中包滑动 水口关闭。当中包水 口关闭时向结晶器内 加冷钢，以加速尾坯 凝 固 。 降 低 拉 速 到 0.5m/min，同时二冷 强度下降。待尾坯凝 固后，将其拉出。 24 四、连铸设备 中 间 包 及 中 间 包 车 钢 包 及 回 转 台 等 离 子 加 热 装 置 结 晶 器 及 振 动 台 电 磁 搅 拌 设 备 二 冷 段 拉 矫 机 切 割 机 引 锭 杆 存 放 装 置 25 1.钢包及回转台 作

10、作 用：用： 存储钢水，并将钢水 运输至连铸机，同时底部 设吹Ar管起精炼作用； 结构与功能：结构与功能： 由本体、滑动水口连 接板、透气砖、倾翻吊环 组成； 滑动水口：滑动水口： 由上、下滑板、弹性 压紧装置、开关驱动机构 及座砖组成。 26 回转台作用：回转台作用： 运载钢包并支撑 钢包进行浇注； 结构与功能：结构与功能： 钢结构、旋转装 置、锁定装置、升降 装置组成； 设置在钢水跨和 浇注跨之间，向中包 提供钢水。 27 2.中间包及中间包车 中间包作用：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、均匀温度和成分的作 用

11、； 结结 构：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。 28 中间包车作用：中间包车作用： 将中间包从预热 位置运到浇注位置， 浇注完毕从浇注位置 运回预热位置，浇注 时支撑中间包。 29 3.等离子加热装置 加热原理：加热原理： 通过高压能将气 体电离成离子，通过 离子运动形成电弧， 经中间包钢水，返回 电极形成电流回路， 电弧将热量通过辐射 加热中间包钢水，调 整等离子枪的功率， 控制中间包钢水的温 度。 30 4.结晶器及振动台 作作 用：用： 使浇注到结晶器的钢 水凝固成均匀的坯壳，以 便承受钢水静压力，使铸 坯顺利拉出，防止漏

12、钢； 结构及功能：结构及功能： 结晶器本体由结晶器 铜管、外水套、内水套、 电磁搅拌装置和冷却水系 统组成，足辊用于支撑导 向坯壳很薄的铸坯。 31 振动台作用：振动台作用： 振动使结晶器内壁获 得良好润滑，减少摩擦力， 防止内壁粘结； 结结 构：构： 采用偏心四连杆机构； 振动台驱动装置：振动台驱动装置： 由电机通过齿轮箱驱动 偏心机构，产生正弦振动， 并通过四连杆机构将运动 传动到振动台，使结晶器 上下振动。 32 5.电磁搅拌设备 作作 用：用： 改善铸坯表面和内部 质量，扩大连铸钢种，主 要安装在结晶器、二冷区、 凝固末端，减少表面和皮 下气泡，改善偏析、疏松； 原原 理：理： 应用移

13、动磁场在凝固 前沿的液体产生对流运动， 通过电磁搅拌的离心作用 使夹杂物离开壁面而聚集， 同时打断柱状晶晶梢，防 止疏松。 33 6.二冷段 作作 用用: : 铸坯拉出结晶器时, 坯壳很薄,内部为液态,为 使其凝固,在结晶器和足 辊后设置了二次冷却导向 装置,采用直接喷水和气 水冷却两种方式冷却; 结结 构构: : 由活动导向段和弧形 导向段组成。 34 7.拉矫机 作作 用：用： 根据工艺选择拉 坯速度，在允许变形 条件下，进行多点矫 直并在水平方向将铸 坯送至切割机； 结结 构：构： 主框架、上辊、 下辊、压下定位装置 和主传动装置组成。 35 8.切割机 作作 用：用： 根据要求将矫直

14、后的铸坯切割成定尺 或倍尺； 结结 构：构： 主框架、切割小车、 切割枪、驱动系统和 供水系统组成。 36 9.引锭杆存放装置 作作 用：用： 引锭杆与铸坯脱离后， 应及时将引锭杆存放起来， 并在下次浇注前通过与拉 辊配合，将其送入结晶器； 结结 构：构： 引锭杆由引锭杆头和 引锭杆本体组成；各节之 间由销轴联接；材质为高 强度合金钢。 37 五、工艺参数 浇注温度的确定 拉速确定 一冷确定 二冷确定 38 1.浇注温度的确定 概概 念：念： 指中间包钢水温度， 由合适的过热度+钢种的液 相线温度确定； 在一包钢水浇注1/4时 过热度最大，浇注结束时 最低。过热度高，拉速低 则漏钢危险增加，柱状晶 发达，中心偏析重；过热 度低，拉速高，漏钢几率 减少，中心偏析轻，夹杂 上浮困难。 39 2.拉速确定 拉速的概念： 指每分钟拉出的铸坯长 度； 确定原则： 拉速高，钢水在结晶器 内停留时间短，坯壳薄； 反之，形成厚坯壳。出结 晶器时坯壳厚度应为12- 14mm； 拉速分为： 起步拉速和工作拉速 40 3.一冷确定 一冷作用：一冷作用： 指结晶器冷却作用， 是确保在其中形成一定厚