连铸工艺与设备培训课程

1、连铸工艺与设备 课程编号课程编号：01024035 课程类型课程类型：选修课 学学 时时： 32 学 分：2 开课对象开课对象：材料成型及控制工程专业本科生 先修课程先修课程：认识实习、机械设计、金属学、生产实习 0 绪论1 1 连续铸钢技术发展的概况连续铸钢技术发展的概况 1)早在19世纪中期美国人塞勒斯(1840年)、赖尼(1843年)和英国人贝塞麦(1846年)就曾提出过连续浇注液体金属的初步设想，并用于低熔点有色金属的浇铸；类似现代连铸设备的建议是由美国人亚瑟(1886年)相德国人戴伦(1887年)提出来的。 0绪论1 1 连续铸钢技术发展的概况连续铸钢技术发展的概况 2)1933年德

2、国人容汉斯建成一台结晶器可以振动的立式连铸机。并用其浇铸黄铜获得成功，后又用于铝合金的工业生产。 3)结晶器振动的实现，不仅可以提高浇注速度，而且使钢液的连铸生产成为可能，因此容汉斯成为现代连铸技术的奠基人。 4)英国人哈里德则提出了“负滑脱”概念。在哈里德的负滑脱振动方式中，结晶器下振速度比拉坯速度快，铸坯与结晶器壁间产生了相对运动，真正有效地防止了铸坯与结晶器壁的粘连，钢连续浇铸的关键性技术得到突破。因而在20世纪50年代连续铸钢步入了工业生产阶段。 0绪论1 1连续铸钢技术发展的概况连续铸钢技术发展的概况 5）进入20世纪60年代，弧形连铸机的问世，使连铸技术出现了一次飞跃。世界第一台弧

3、形连铸机于1964年4月在奥地利百录厂诞生。 6）进入20世纪80年代以后，连铸技术日趋成熟。 0 绪论1 1连续铸钢技术发展的概况连续铸钢技术发展的概况q 世界上第1台工业性生产连铸机于1951年在前苏联“红十月”冶金厂建成，是1台立式双流板坯半连续铸钢设备。q 1952年第1台立弯式连铸机在英国巴路厂投产。 q 1952年在奥地利卡芬堡钢厂建成1台双流连铸机，它是多钢种、多断面、持殊钢连铸机的典型代表。q 1954年在加拿大阿特拉斯钢厂投产第1台方坯和板坯兼用连铸机。0 绪论1 1连续铸钢技术发展的概况连续铸钢技术发展的概况0 绪论1 1连续铸钢技术发展的概况连续铸钢技术发展的概况0绪论2

4、我国连续铸钢技术发展概况 1）我国是连续铸钢技术发展较早的国家之一，早在20世纪50年代就已开始研究和工业试验工作。 2）1957年当时上海钢铁公司中心试验室的吴大柯主持设计并建成第1台立式工业试验连铸机，浇铸75mm180mm的小断面铸坯。 3）由徐宝升教授主持设计的第1台双流立式连铸机于1958年在重钢三厂建成投产。 4）徐宝升教授主持设计的第1台方坯和板坯兼用弧形连铸机于1964年6月24日在重钢三厂诞生投产，这是世界上最早的生产用弧形连铸机之一。 0绪论2我国连续铸钢技术发展概况q 据统计，到1995年底我国运转和在建的连铸机已有300多台，其中自行设计制造的占80，由国外引进的只有7

5、0台左右。 q 2004年，我国连续铸钢发展势头强劲，全国连铸比约达96.03%，比2003年提高0.63个百分点。0绪论2我国连续铸钢技术发展概况0绪论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：1）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。2）同步运动式结晶器的各种连铸机。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。这些也是正在开发中的连铸机机型。 0绪论4 4连续铸钢的优越性连续铸钢的优越性1 1）简化了工序，缩短了流程）简化了工序，缩短了流程; ; 2 2）提高了金属收得率）

6、提高了金属收得率; ; 3 3）降低了能源消耗）降低了能源消耗; ;4 4）生产过程机械化、自动化程度高）生产过程机械化、自动化程度高; ; 5 5）提高质量，扩大品种）提高质量，扩大品种 。 1连铸机的工艺流程与设备 1.1连铸机的工艺流程连铸机的工艺流程 由炼钢炉炼出的合格钢水经炉外精炼处理后，用钢包由炼钢炉炼出的合格钢水经炉外精炼处理后，用钢包运送到浇铸位置注人中间包，通过中间包注入强制水冷运送到浇铸位置注人中间包，通过中间包注入强制水冷的铜模的铜模结晶器内。结晶器内。 结晶器是无底的，在注入钢水之前。必须先装上一个结晶器是无底的，在注入钢水之前。必须先装上一个“活底活底”，它同时也起到

7、引出铸锭的作用，这个，它同时也起到引出铸锭的作用，这个“活底活底”就称为引锭链。注入结晶器的钢水在迅速冷却凝固成形就称为引锭链。注入结晶器的钢水在迅速冷却凝固成形的同时，其前部与伸入结晶器底部的引锭链头部凝结在的同时，其前部与伸入结晶器底部的引锭链头部凝结在一起。引锭链子的尾部则夹持在拉坯机的拉辊中，当结一起。引锭链子的尾部则夹持在拉坯机的拉辊中，当结晶器内钢水升到要求的高度后，开动拉坯机，以一定的晶器内钢水升到要求的高度后，开动拉坯机，以一定的速度把引锭杆速度把引锭杆( (牵着铸坯牵着铸坯) )从结晶器中拉出。从结晶器中拉出。1.1连铸机的工艺流程连铸机的工艺流程 为防止铸坯壳被拉断漏钢和减

8、少结晶器中的拉坯阻力，为防止铸坯壳被拉断漏钢和减少结晶器中的拉坯阻力，在浇铸过程中既要对结晶器内壁润滑又要它做上下往复振在浇铸过程中既要对结晶器内壁润滑又要它做上下往复振动。动。 铸坯被拉出结晶器后，为使其更快地散热，需进行喷水铸坯被拉出结晶器后，为使其更快地散热，需进行喷水冷却，称之为二次冷却，通过二次冷却支导装置的铸坯逐冷却，称之为二次冷却，通过二次冷却支导装置的铸坯逐渐凝固。这样，铸坯不断地被拉出，钢水连续地从上面注渐凝固。这样，铸坯不断地被拉出，钢水连续地从上面注入结晶器，便形成了连续铸坯的过程。入结晶器，便形成了连续铸坯的过程。 当铸坯通过拉坯机、矫直机当铸坯通过拉坯机、矫直机(立式

9、和水平式连铸不需矫立式和水平式连铸不需矫直直)后，脱去引锭链。完全凝固的直铸坯由切割设备切成后，脱去引锭链。完全凝固的直铸坯由切割设备切成定尺，经运输辊道进入后步工序。定尺，经运输辊道进入后步工序。 图图1-1 弧形连弧形连铸工艺流程铸工艺流程和设备和设备1-钢包；钢包；2-中中间包；间包；3-结晶结晶器及振动装器及振动装置；置；4-电子搅电子搅拌器；拌器；5-二冷二冷区支导装置区支导装置；6-拉矫机；拉矫机；7-切割装置；切割装置；8-辊道；辊道；9-坯坯料料1.21.2连铸设备组成简介连铸设备组成简介主体设备主要包括：浇铸设备主体设备主要包括：浇铸设备钢包运载设备、中间包钢包运载设备、中间

10、包及中间包小车或旋转台、结晶器及振动装置、二次冷却及中间包小车或旋转台、结晶器及振动装置、二次冷却支撑导向装置；如在弧形连铸设备中采用直结晶器时，支撑导向装置；如在弧形连铸设备中采用直结晶器时，需设顶弯装置，拉坯矫直设备需设顶弯装置，拉坯矫直设备拉坯机、矫直机、引锭拉坯机、矫直机、引锭链、脱锭与引锭链存放装置；切割设备链、脱锭与引锭链存放装置；切割设备火焰切割机与火焰切割机与机械剪切机机械剪切机( (摆式剪切机、步进式剪切机等摆式剪切机、步进式剪切机等) )。辅助设备主要包括：出坯及精整设备辅助设备主要包括：出坯及精整设备辊道、拉辊道、拉( (推推) )钢钢机、翻钢机、火焰清理机等；工艺性设备

11、机、翻钢机、火焰清理机等；工艺性设备中间包烘烤中间包烘烤装置、吹氖装置、脱气装置、保护渣供给与结晶润滑装装置、吹氖装置、脱气装置、保护渣供给与结晶润滑装置等；自动控制与测量仪表置等；自动控制与测量仪表结晶器被面测量与显示系结晶器被面测量与显示系统、过程控制计算机、测温、测重、测长、测速、测压统、过程控制计算机、测温、测重、测长、测速、测压等仪表系统。等仪表系统。 工艺流程和主要机械设备的说明可知，连续铸钢设备必须适应高温钢水由液态弧形连铸机变成液-固态，又变成固态的全过程。其间进行着一系列比较复杂的物理与化学变化。显然，连续铸钢具有连续性强、工艺难度大和工作条件差等特点。因此生产工艺对机械设备

12、提出了较高的要求，主要有：设备应具有抗高温、抗疲劳强度的性能和足够的刚度，制造和安装精度要高，易于维修和快速更换，要有充分的冷却和良好的润滑等。 1.21.2连铸设备组成简介连铸设备组成简介1.31.3弧形连铸机弧形连铸机1.31.3弧形连铸机弧形连铸机 1.3.11.3.1连铸机特性参数的表示连铸机特性参数的表示 1）台数：凡是共用一个盛钢桶，浇铸1流或多流铸坯的1套连铸钢设备称为l台连铸机。 2）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。 3）流数：1台连铸机能够同时浇注铸坯的总根数称之为

13、连铸机的流数。 1.31.3弧形连铸机弧形连铸机连铸机的规格表示如下：aRbC这里：a机数，若机数为1，则可省略； R机型为弧形或椭圆形连铸机； b连铸机的圆弧半径，m；若椭圆形连铸极为多个半径之乘积，也标志可浇铸连铸坯的最大厚度； C表示拉坯辊辊身长度，mm；它标志着连铸机可容纳的连铸坯的最大宽度。 1.31.3弧形连铸机弧形连铸机例如：1）3R5.25240表示此台连铸机为3机，弧形连铸机，其圆弧半径为5.25m，拉坯辊辊身长度为240mm。2）R346122350表示该连铸极为1机，四段椭圆形连铸机，圆弧半径分别为3m、4m、6m和12m，拉坯辊辊身长度为350mm。 1.3.2弧形连铸

14、机主要参数的确定弧形连铸机主要参数的确定 1.3.2.1 1.3.2.1铸坯断面尺寸规格铸坯断面尺寸规格 铸坯断面尺寸是确定连铸机的依据。由于成材需要，铸坯断面形状和尺寸也不同。目前已生产的连铸坯形状和尺寸范围如下：v小方坯：70mm70mm200mm200mm；v大方坯：200mm200mm450mm450mm；v矩形坯：150mml00mm400mm560mm；v板坯： 150mm600mm300mm2640mm；v圆坯： 80mm450mm。 确定铸坯断面和尺寸的依据 1)根据轧材需要的压缩比确定。 2)根据炼钢炉容量和铸机生产能力及轧机规格来考虑。一般大型炼钢炉与大型连铸机相匹配，这样

15、可充分发挥设备生产能力，简化生产管理。 3)要适合连铸工艺的要求。若采用浸入式水口浇注 时 ， 铸 坯 的 最 小 断 面 尺 寸 为 ： 方 坯 在150mm150mm以上，板坯厚度也应在120mm以上；如浇注时间不长，可用薄壁浸入式水口，浇注的最小断面可以为120mm120mm。1.3.2.21.3.2.2拉坯速度拉坯速度( (浇注速度浇注速度) ) 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. qDBvc1式中： 钢水密度， ； B铸坯宽度，m； D铸坯厚度，m。 3mt拉还速度的确定拉还速度的确定 FlKvc a 用铸坯断面选取拉速 : : l铸坯断面周长，mm； F

16、铸坯断面面积，mm2 ； K断面形状速度系数，mmm/min。 b用铸坯的宽厚比选取拉坯速度: Dfvc D 铸坯厚度，mm； f 系数，mmmmin。 最大拉坯速度最大拉坯速度 限制拉坯速度的因素主要是铸坯出结晶器下口坯壳的安全限制拉坯速度的因素主要是铸坯出结晶器下口坯壳的安全厚度。对于小断面铸坯坯壳安全厚度为厚度。对于小断面铸坯坯壳安全厚度为810mm；大；大断面板坯坯壳厚度应断面板坯坯壳厚度应15mm。 22maxmmLKv Lm 结晶器有效长度(结晶器长度-100mm)； 结晶器内钢液凝固系数， ； 坯壳厚度，mm。 mK1/2mm/minmaxvLKmm1.3.2.31.3.2.3圆

17、弧半径圆弧半径 铸机的圆弧半径只是指铸坯外弧曲率半径，单位是铸机的圆弧半径只是指铸坯外弧曲率半径，单位是m。它。它是确定弧形连铸机总高度的重要参数，也标志所能浇铸铸是确定弧形连铸机总高度的重要参数，也标志所能浇铸铸坯厚度范围的参数。如果圆弧半径选得过小，矫直时铸坯坯厚度范围的参数。如果圆弧半径选得过小，矫直时铸坯内弧面变形太大容易开裂。内弧面变形太大容易开裂。生产实践表明，对碳素结构钢和低合金钢，铸坯表面允许生产实践表明，对碳素结构钢和低合金钢，铸坯表面允许延伸率在延伸率在1.52；铸坯凝固壳内层表面所允许的延伸率在；铸坯凝固壳内层表面所允许的延伸率在0.10.5%范围内。连铸对一点矫直铸坯延

18、伸率取范围内。连铸对一点矫直铸坯延伸率取0.2以下，以下，多点矫直铸坯延伸率取多点矫直铸坯延伸率取0.10.15。适当增大圆弧半径，。适当增大圆弧半径，有利于铸坯完全凝固后进行矫直，以降低铸坯矫直应力，有利于铸坯完全凝固后进行矫直，以降低铸坯矫直应力，也有利于夹杂物上浮。但过大的圆弧半径会增加铸机的投也有利于夹杂物上浮。但过大的圆弧半径会增加铸机的投资费用。资费用。1.3.2.31.3.2.3圆弧半径圆弧半径 可用经验公式确定基本圆弧半径，也是连铸机最小圆弧半径 cDR R连铸机圆弧半径， D铸坯厚度； c系数，一般中小型铸坯取3036；对大型板坯及合 金钢，取40以上。国外，普通钢取3335

19、，优质 钢取4245。液相深度液相深度 液相深度L液是指铸坯从结晶器液面开始到铸坯中心液相凝固终了的长度，也称为液心长度。vtL液 L液连铸坯液相深度，m； v拉坯速度，mmin； t铸坯完全凝固所需要的时间，min。 冶金长度冶金长度 根据最大拉速确定的液相深度为冶金长度L冶。冶金长度是连铸机的重要结构参数；决定着连铸机的生产能力，也决定了铸机半径或高度，从而对二次冷却区及矫直区结构乃至铸坯的质量都会产生重要影响。max224vKDL凝冶铸机长度铸机长度 n铸机长度是从结晶器液面到最后一对抗矫辊之间的实际长度。这个长度应该是冶金长度的1.11.2倍。 1.3.2.41.3.2.4连铸机流数的

20、选择连铸机流数的选择 TvFGnn1台连铸机浇注的流数；G盛钢桶容量，t；v平均拉还速度，m/min； 连铸坯密度；T允许浇注时间，min。 1.4弧形连铸机主要设备弧形连铸机主要设备 1.1.盛钢桶盛钢桶盛钢桶尺寸的确定盛钢桶尺寸的确定 盛钢桶的容量应与炼钢炉的最大出钢量相匹配。为了减少热量的损失和便于夹杂物的上浮，盛钢桶的高宽比(砌砖后深度H和上口内径D之比)一般1：11.2：1；为了吊运的稳定，耳轴的位置应比满载重心高200400mm；为便于清除残钢残渣，盛钢桶桶壁应有1015的倒锥度，大型盛钢桶桶底应向水口方向倾斜3%5。盛钢桶的结构盛钢桶的结构 盛钢桶由外壳、内衬、和注流控制机构三部

21、分组成。如图示。 盛钢桶的外壳一般由锅炉钢板焊接而成，桶壁和桶底钢板厚度分别为1430mm和2440mm之间，为了保证烘烤时水分顺利排出，在盛钢桶外壳上钻有一些直径为810mm的小孔。大型盛钢桶还安有底座。盛钢桶外壳腰部焊有加强箍和加强筋，耳轴对称地安装在加强箍上。 外壳盛钢桶内衬一般由保温层、永久层和工作层组成。保温层紧贴外壳钢板，厚约1015mm，主要作用是减少热损夫，常用石棉板砌筑。永久层厚约3060mm，为了防止盛钢桶烧穿事故，一般由一定保温性能的粘土砖或高铝砖砌筑；工作层直接与钢液、炉渣接触，受到化学侵蚀、机械冲刷和急冷急热作用及由其引起的剥落。内衬盛钢桶通过滑动水口开启、关闭来调节

22、钢液注流。靠下滑板带动下水口移动调节上下注孔间的重合程度控制注流大小；驱动方式有液压和手动两种。 注流控制机构滑动水口滑动水口 图图1-5 滑动水口控制原理图滑动水口控制原理图a-全开；全开；b-半开；半开；c-全闭全闭1-上水口；上水口；2上滑板；上滑板；3-下滑板；下滑板；4-下水口下水口 供给连铸用的合格钢液经吹氩调温或精炼处理后，将盛钢桶送到中间罐上方进行浇注。目前承托盛钢桶的方式主要有盛钢桶回转台和盛钢桶支架等。盛钢桶回转台能够在转臂上同时承放两个盛钢桶，一个用于浇注，另一个处于待浇状态。回转台可以减少换桶时间，有利于实现多炉连浇；而转台本身即可完成钢液的异跨运输，对连铸生产进程的干

23、扰也少，并且占地面积小。盛钢桶回转台有直臂式和双臂式两种。盛钢桶运载设备盛钢桶运载设备 盛钢桶运载设备盛钢桶运载设备 目前盛钢桶回转台趋于多功能化，增加了吹氩、调温、倾翻倒渣、加盖保温等功能。 图图1-6 盛钢桶回转台盛钢桶回转台a-直臂式；直臂式；b-双臂单独升降式；双臂单独升降式；c-带钢水包加盖功能带钢水包加盖功能 2 2 中间罐中间罐 中间罐也叫做中间罐也叫做中间包中间包或中包。或中包。中间罐是位于盛钢桶与结晶器之间用于钢液浇注的装置。中间罐是位于盛钢桶与结晶器之间用于钢液浇注的装置。主要作用主要作用是：是： 1)中间罐可减少钢液静压力，使注流稳定；中间罐可减少钢液静压力，使注流稳定；

24、 2)中间罐利于夹杂物土浮，净化钢液；中间罐利于夹杂物土浮，净化钢液； 3)在多流连铸机上，中间罐将钢液分配给每个结晶器；在多流连铸机上，中间罐将钢液分配给每个结晶器； 4)在多炉连浇时，中间罐贮存一定量的钢液，更换盛在多炉连浇时，中间罐贮存一定量的钢液，更换盛钢桶时不会停浇；钢桶时不会停浇； 5)可将部分炉外精炼手段移到中间罐内实施，即中间可将部分炉外精炼手段移到中间罐内实施，即中间罐冶金。罐冶金。 中间罐容量及主要尺寸的确定中间罐容量及主要尺寸的确定 v 中间罐的容量是盛钢桶容量的2040。在通常浇注条件下，钢液在中间罐内应停留810min，才能起到上浮夹杂物和稳定注流的作用；为此，中间罐

25、有向大容量和深熔池方向发展的趋势；容量可达6080t，熔池深为l0001200mm。v中间罐容量应与存贮钢液量相匹配。根据钢液存贮数量，可以计算出中间罐的容积，以确定其它各部位尺寸。v中间罐内型尺少主要有：中间罐高度 ；中间罐长度；中间罐角度；中间罐宽度。罐体结构罐体结构 中间罐的结构、形状应具有最小的散热面积，良好的保温性能。一般常用的中间罐断面形状为圆形、椭圆形、三角形、矩形和“T”字形等，如图1-7。 图图1-7 中间罐断面的各种形状示意图中间罐断面的各种形状示意图1-盛钢桶注流位置；盛钢桶注流位置；2-中间罐水口位置；中间罐水口位置；3-挡渣墙挡渣墙a、e-单流；单流；b、f、g-双流

26、；双流；c-4流；流；d-6流；流；h-8流流 水口与塞棒水口与塞棒 HQd3752水口直径水口直径 ：式中：Q一个水口全开时的钢液流量，th； H中间罐的钢液深度，mm； d水口直径，mm。中间罐塞棒中间罐塞棒 中间罐用塞头与水口相配合来控制注流。 中间罐滑动水口中间罐滑动水口 中间罐采用滑动水口，虽然有安全可靠，利于实现自动控制等优点，但机构比较复杂，尤其在装有浸入式水口的情况下，加大了中间罐与结晶器之间的距离，增大了中间罐升降行程。同时对结晶器内钢液的流动也有不利影响。采用浸入式滑动水口进行浇注时，由于水口太长，不便于移动，也存在难于对中问题，故中间罐的滑动水口装置通常做成3层滑板。 浸

27、人式水口浸人式水口 目前使 用 最 多的 浸 入 式水 口 有 单孔 直 筒 形和 双 侧 孔式两种。图图1-8浸入式水口基本类型浸入式水口基本类型a-单孔直筒式水口；单孔直筒式水口；b-侧孔向上倾斜状水口；侧孔向上倾斜状水口；c-侧孔向下倾侧孔向下倾斜呈倒斜呈倒Y形水口；形水口；d-侧孔呈水平状水口侧孔呈水平状水口中间罐小车中间罐小车 q中间罐小车是用来支承、运输、更换中间罐的设备。小车的结构要有利于浇注、捞渣和烧氧等操作；同时还应具有横移和升降调节装置。q中间罐小车有悬臂型、悬挂型、门型、半门型等。 3 结晶器结晶器结晶器是一个水冷的钢锭模，是连铸机非常重要的部件，称之为连铸设备的“心脏”

28、。钢液在结晶器内冷却、初步凝固成型，且形成一定的坯壳厚度。这一过程是在坯壳与结晶器壁连续、相对运动下进行的。为此，结晶器应具有良好的导热性和刚性，不易变形；重量要小，以减少振动时的惯性力；内表面耐磨性要好，以提高使用寿命；结晶器结构要简单，以便于制造和维护。 结晶器的构造结晶器的构造 按结晶器的外形可分为直结晶器和弧形结晶器。直结晶器用于立式、立弯式及直弧形连铸机，而弧形结晶器用在全弧形和椭圆形连铸机上。从其结构来看，有管式结晶器和组合式结晶器；小方坯及矩形坯多采用管式结晶器，而大型方坯、矩形坯和板还多采用组合式结晶器。 结晶器的构造结晶器的构造 管式结晶器管式结晶器 管式结晶器结管式结晶器结

29、构简单，易于构简单，易于制造、维修，制造、维修，广泛应用于中广泛应用于中小断面铸坯的小断面铸坯的浇注，最大浇浇注，最大浇注断面为注断面为180mm180mm。 结晶器的构造结晶器的构造 组合式结晶器组合式结晶器 结晶器的构造结晶器的构造 组合式结晶器组合式结晶器: :组合式结晶器是内组合式结晶器是内4 4块复合壁板组合块复合壁板组合而成。每块复合壁板都是由铜质内壁和钢质外壳组而成。每块复合壁板都是由铜质内壁和钢质外壳组成。在与钢壳接触的铜板面上铣出许多沟槽形成中成。在与钢壳接触的铜板面上铣出许多沟槽形成中间水缝。间水缝。对弧形结晶器来说，两块侧面复合板是平的，内外对弧形结晶器来说，两块侧面复合

30、板是平的，内外弧复合板做成弧形的。而直形结晶器四面壁板都是弧复合板做成弧形的。而直形结晶器四面壁板都是平面状的。平面状的。 结晶器的构造结晶器的构造 漏钢检测装置漏钢检测装置 :为了能够预报结晶器漏钢事故，在结晶器四面铜壁外通过均匀的螺栓埋入多套康铜热电偶；热电偶测到的温度数据输入计算机或在仪表上显示。热电偶的套数越多，检测也越精确。 也有根据结晶器内壁与铸坯坯壳间摩擦力的大小来测定结晶器内坯壳是否有漏钢。 结晶器的构造结晶器的构造 多级结晶器多级结晶器: :多级结晶器即多级结晶器即在结晶器下口在结晶器下口安装足辊、铜安装足辊、铜板或冷却格栅。板或冷却格栅。 结晶器的重要参数结晶器的重要参数

31、结晶器断面尺寸结晶器断面尺寸 圆坯结晶器圆坯结晶器 : 0%5 . 21DD）（下 式 1-11 式中：下D结晶器下口内腔直径，mm； 0D铸坯公称直径，mm。 b 方方坯坯和和矩矩形形坯坯结结晶晶器器 结晶器的重要参数结晶器的重要参数 b 方坯和矩形坯结晶器方坯和矩形坯结晶器 考虑别铸坯可能压缩与宽展： cDD0%5 . 21）（下 式 1-12 cBB0%9 . 11）（下 式 1-13 式中：下D结晶器下口内腔厚度，mm； 0D铸坯公称厚度，mm； 下B结晶器下口内腔宽度，mm； 0B铸坯公称宽度，mm； c增减值，按断面尺寸大小选取。 断面160mm160mm 时，c1mm； 断面16

32、0mm160mm 时，c15mm； 方坯结晶器内腔尺寸厚度与宽度尺寸相同可用下式确定： 0%5 . 21DD）（下 式 1-14 0%9 . 11BB）（下 式 1-15 c 板坯结晶器板坯结晶器 结晶器断面尺寸结晶器断面尺寸方坯和矩形坯结晶器方坯和矩形坯结晶器 :结晶器的重要参数结晶器的重要参数c 板坯结晶器板坯结晶器 结晶器宽边： 0%5 . 2%5 . 11BB）（上 式1-16 0%5 . 2%5 . 11BB宽下）（ 式 1-17 式中：上B结晶器上口宽度，mm； 下B结晶器下口宽度，mm； 0B铸坯公称宽度，mm； 宽结晶器宽面锥度，%。 结晶器窄边： 2%5 . 110DD）（上

33、 式 1-18 2%5 . 110DD）（窄下 式 1-19 式中：上D结晶器上口宽度，mm； 下D结晶器下口宽度，mm； 0D铸坯公称厚度，mm； 窄结晶器宽面锥度，%。 d 结晶器长度结晶器长度 结晶器的重要参数结晶器的重要参数d 结结晶晶器器长长度度 确定结晶器长度的主要依据是铸坯出结晶器下口时的坯壳最小厚度。 料坯壳过薄， 铸坯就会出现鼓肚变形，甚至拉漏。对于大断面铸外，要求坯壳厚度大于 15mm；小断面铸坯为81mm。结晶器长度一般在 700900mm 比较合适；但也有 1200mm 长的；现在大多数倾向于把结晶器长度增加到 900mm，以适应高拉速的需要。 e 倒倒锥锥度度 e 倒

34、锥度倒锥度 钢液在结晶器内冷却凝固生成坯 I 壳，进而收缩脱离结晶器壁，产生气隙。因而导热性能大大降低，由此造成铸还的冷却不均匀；为了减小气隙，加速坯壳生长，结晶器的下口要比上口断面略小，称结晶器倒锥度。常见表示方法： %100mllSSS上上下 式 1-20 式中：l结晶器每米长度的倒锥度，%/m； 下S结晶器下口断面积，mm 2； 上S结晶器上口断面积，mm 2； ml结晶器的长度，m。 倒锥度绝对值过小则气隙较大， 结晶器的材质和寿命结晶器的材质和寿命要求其内壁材质导热系数要高。膨胀系数要低，在高温下要求其内壁材质导热系数要高。膨胀系数要低，在高温下有足够的强度和耐磨性；塑性还要好，易于

35、加工。有足够的强度和耐磨性；塑性还要好，易于加工。在铜中加入含量为在铜中加入含量为0.080.080.120.12的银，就能提高结晶器内的银，就能提高结晶器内壁的高温强度和耐磨性。在铜中加入含量力壁的高温强度和耐磨性。在铜中加入含量力0.5%0.5%的铬或加的铬或加入入定量的磷，可显著提高结晶器的使用寿命。还可以使定量的磷，可显著提高结晶器的使用寿命。还可以使用铜用铜- -铬铬- -锆锆- -砷台金或铜砷台金或铜- -锆锆- -镁合金制作结晶器内壁，效果镁合金制作结晶器内壁，效果都不错。都不错。在结晶器的铜板上镀层，能提高耐磨性。目前，单一镀层在结晶器的铜板上镀层，能提高耐磨性。目前，单一镀层

36、主要用铬或镍，复合镀层用镍、镍合金和铬三层镀层，比主要用铬或镍，复合镀层用镍、镍合金和铬三层镀层，比单独镀镍寿命提高单独镀镍寿命提高5757倍；还有镍、钨、铁镀层，由于钨倍；还有镍、钨、铁镀层，由于钨和铁的加入，其强度和硬度都适合高拉速铸机使用。和铁的加入，其强度和硬度都适合高拉速铸机使用。 结晶器的材质和寿命结晶器的材质和寿命结晶器的寿命，可用结晶器浇注铸坯的长度来表示。在一般操作条件下，一个结晶器可浇注板坯1000015000m长。也有用结晶器从开始使用到修理前所浇注的炉数来表示，其范围为100150炉。 提高结晶器寿命的措施有：提高结晶器冷却水水质；保证结晶器足辊、二次冷却区的对弧精度；

37、定期检修结晶器；合理选择结晶器内壁材质及设计参数等。 结晶器断面调宽装置结晶器断面调宽装置 结晶器的润滑结晶器的润滑 1 1）润滑油润滑）润滑油润滑结晶器加油需要润滑装置。润滑剂可以用植物油或结晶器加油需要润滑装置。润滑剂可以用植物油或矿物油、目前用植物油中的菜籽油者居多。这种装矿物油、目前用植物油中的菜籽油者居多。这种装置主要应用在小方坯连铸机上。置主要应用在小方坯连铸机上。2 2）保护渣润滑）保护渣润滑采用保护渣同样可以达到润滑的目的，保护渣可人采用保护渣同样可以达到润滑的目的，保护渣可人工加入，也可用振动给料器加入。工加入，也可用振动给料器加入。 结晶器的振动装置结晶器的振动装置 结晶器

38、的振动目的：结晶器的振动目的：1.51.5二次冷却系统装置二次冷却系统装置 二次冷却的作用二次冷却的作用 ：1）带液心的铸还从结晶器中拉出后，需喷水或喷气水直接冷却，使铸坯快速凝固，以进入拉矫区；2）对末完全凝固的铸坯起支撑、导向作用，防止铸坯的变形；3）在上引锭杆时对引锭杆起支撑、导向作用；4）倘若是采用直结晶器的弧形连铸机，二冷区的第一段要把直坯弯成弧形坯；5）如果采用多辊拉矫机时，二冷区的部分夹辊本身又是驱动辊，起到拉坯作用；6）对于椭圆形连铸机，二冷区本身又是分段矫直区。弧形连铸机的二次冷却装置的重要性不亚于结晶器，它直接影响铸坯的质量、设备的操作和铸机作业率。二次冷却装置的结构形式二

39、次冷却装置的结构形式 二次冷却装置的主要结构形式分为箱式及房式两大类。a）箱式结构）箱式结构所有支撑导向部件和冷却水喷嘴系统都装在封闭的箱体内；封闭的目的是便于把喷水冷却铸坯时所产生的大量蒸汽抽掉，以免影响操作。 箱式结构刚性较好，所占空间小，所需抽风机容量小。检修相处理事故还算方便。b）房式结构）房式结构 房式结构的夹辊全部布置在敞开的牌坊结构的支架止，整个二冷区是由一段或若干段开式机架组成。在二冷区的四周用钢板构成封闭的房室，故称为房式结构，见图142。具有结构简单，观察设备和铸坯方便等一系列优点。问题是风机容量和占地面积较大。日前新设计的连铸机构采用房式结构。 二次冷却二次冷却箱式结构箱

40、式结构 二次冷却房式结构二次冷却房式结构 1.61.6拉坯矫直装置拉坯矫直装置 弧形连铸机的铸坯需矫直后水平拉出，因而早期的连铸机的弧形连铸机的铸坯需矫直后水平拉出，因而早期的连铸机的拉坯辊与矫直辊装在一起，称为拉还矫直机，也叫拉矫机。拉坯辊与矫直辊装在一起，称为拉还矫直机，也叫拉矫机。现代化板坯连铸机采用多辊拉矫机，辊列布置现代化板坯连铸机采用多辊拉矫机，辊列布置“扇形段化扇形段化”，驱动辊已伸向弧形区和水平段，实际上拉坯传动已分散到多驱动辊已伸向弧形区和水平段，实际上拉坯传动已分散到多组辊上，所以拉矫机已不是原来的含义了，由一对拉辊变成组辊上，所以拉矫机已不是原来的含义了，由一对拉辊变成了

41、驱动辊列系统。了驱动辊列系统。 弧形连铸机弧形铸坯的自重产生下滑力，但它不能克服铸弧形连铸机弧形铸坯的自重产生下滑力，但它不能克服铸坯的阻力自动运行，仍需拉坯辊拉坯，立式连铸机是垂直布坯的阻力自动运行，仍需拉坯辊拉坯，立式连铸机是垂直布置的，铸坯自重产生的下滑力很大，足以克服铸坯的运行阻置的，铸坯自重产生的下滑力很大，足以克服铸坯的运行阻力；为了平衡下滑力和控制铸坯拉出速度，也设置了拉坯辊，力；为了平衡下滑力和控制铸坯拉出速度，也设置了拉坯辊，是用来产生制动力以平衡铸坯的下滑力。是用来产生制动力以平衡铸坯的下滑力。对拉坯矫直装置的要求对拉坯矫直装置的要求 1)应具有足够的拉坯力，以在浇注过程个

42、能够克服结晶器、二次冷却区、矫直辊、切割小车等一系列阻力，将铸坯顺利拉出。 2)能够在较大范围内调节拉速，适应改变断面和钢种的工艺要求，快速送引锭杆的要求；拉坯系统应与结晶器振动、液面自动控制、二次冷却区配水实现计算机闭环控制。 3)应具有足够矫直力，以适应可浇注的最大断面和最低温度铸坯的矫直，并保证在矫直过程中不影响铸坯质量。 4)在结构上除了适应铸坯断面变化和输送引锭杆的要求外，还要考虑使末矫直的冷铸坯通过，以及多流连铸机在结构布置的特殊要求；结构要简单，安装调整要方便。 小方坯铸机的拉矫装置小方坯铸机的拉矫装置一点矫直、多点矫直和连续矫直一点矫直、多点矫直和连续矫直 对拉坯矫直装置的要求

43、对拉坯矫直装置的要求 1)应具有足够的拉坯力，以在浇注过程个能够克服结应具有足够的拉坯力，以在浇注过程个能够克服结晶器、二次冷却区、矫直辊、切割小车等一系列阻力，晶器、二次冷却区、矫直辊、切割小车等一系列阻力，将铸坯顺利拉出。将铸坯顺利拉出。 2)能够在较大范围内调节拉速，适应改变断面和钢种能够在较大范围内调节拉速，适应改变断面和钢种的工艺要求，快速送引锭杆的要求。的工艺要求，快速送引锭杆的要求。 3)应具有足够矫直力，以适应可浇注的最大断面和最应具有足够矫直力，以适应可浇注的最大断面和最低温度铸坯的矫直，并保证在矫直过程中不影响铸坯质低温度铸坯的矫直，并保证在矫直过程中不影响铸坯质量。量。

44、4)在结构上除了适应铸坯断面变化和输送引锭杆的要在结构上除了适应铸坯断面变化和输送引锭杆的要求外，还要考虑使末矫直的冷铸坯通过，以及多流连铸求外，还要考虑使末矫直的冷铸坯通过，以及多流连铸机在结构布置的特殊要求；结构要简单，安装调整要方机在结构布置的特殊要求；结构要简单，安装调整要方便。便。 小方坯铸机的拉矫装置小方坯铸机的拉矫装置 由工作机座和传动系统组成 一点矫直、多点矫直一点矫直、多点矫直 连续矫直连续矫直 1.6拉坯矫直装置拉坯矫直装置 所有的连铸机都装有拉坯机。因为铸坯的运行需所有的连铸机都装有拉坯机。因为铸坯的运行需要外力将其拉出。拉坯机实际上是具有驱动力的要外力将其拉出。拉坯机实

45、际上是具有驱动力的辊子，也叫拉坯辊。弧形连铸机的铸坯需矫直后辊子，也叫拉坯辊。弧形连铸机的铸坯需矫直后水平拉出，因而早期的连铸机的拉坯辊与矫直辊水平拉出，因而早期的连铸机的拉坯辊与矫直辊装在一起，称为拉坯矫直机，也叫拉矫机。装在一起，称为拉坯矫直机，也叫拉矫机。现代化板坯连铸机采用多辊拉矫机现代化板坯连铸机采用多辊拉矫机 。 1.71.7引锭装置引锭装置 引锭装置的作用及组成引锭装置的作用及组成 ：引锭秆是结晶器的：引锭秆是结晶器的“活活底底”；开浇前用它堵住结晶器下口；浇铸开始后，；开浇前用它堵住结晶器下口；浇铸开始后，结晶器内的钢液与引锭头凝结在一起；通过拉矫机结晶器内的钢液与引锭头凝结在

46、一起；通过拉矫机的牵引，铸坯随引锭杆连续地从结晶器下口拉出，的牵引，铸坯随引锭杆连续地从结晶器下口拉出，直到铸坯通过拉矫机，与引锭杆脱钩为止，引锭装直到铸坯通过拉矫机，与引锭杆脱钩为止，引锭装置完成任务；铸机进入正常拉坯状态。引锭杆运至置完成任务；铸机进入正常拉坯状态。引锭杆运至存放处，留待下次浇注时使用。存放处，留待下次浇注时使用。引锭杆由引锭头及引锭杆本体两部分组成，引锭杆由引锭头及引锭杆本体两部分组成，引锭杆有挠性和刚性两种结构。挠性引锭杆引锭杆有挠性和刚性两种结构。挠性引锭杆般制般制成链式结构。链式引锭杆又有长节距和短节距之分。成链式结构。链式引锭杆又有长节距和短节距之分。 脱引锭头装

47、置脱引锭头装置 铸坯是在连续运行中完成切割，因此切割装置必须与铸铸坯是在连续运行中完成切割，因此切割装置必须与铸坯同步运动。目前连铸机所用切割装置有：火焰切割相坯同步运动。目前连铸机所用切割装置有：火焰切割相机械剪切两种类型。机械剪切两种类型。火焰切割装置包括有切割小车、切割定尺装置、切缝清火焰切割装置包括有切割小车、切割定尺装置、切缝清理装置和切割专用辊道等。理装置和切割专用辊道等。 机械剪切设备又称为机械剪或剪切机；出于是在运动机械剪切设备又称为机械剪或剪切机；出于是在运动过程中完成铸坯剪切的，因而也称为飞剪。机械剪切按过程中完成铸坯剪切的，因而也称为飞剪。机械剪切按驱动方式不同又分为机械

48、飞剪和液压飞剪。前者通过电驱动方式不同又分为机械飞剪和液压飞剪。前者通过电机、机械系统驱动；后者通过液压系统驱动。机、机械系统驱动；后者通过液压系统驱动。 1.81.8铸坯切割装置铸坯切割装置 1.91.9辊道及后步工序其他设备辊道及后步工序其他设备 1）辊道）辊道 在连铸生产中，辊道是输送铸坯、连接各工序在连铸生产中，辊道是输送铸坯、连接各工序的主要设备。的主要设备。2）拉钢机或推钢机）拉钢机或推钢机拉钢机或惟钢机的作用主要是横向移动铸坯。拉钢机或惟钢机的作用主要是横向移动铸坯。3）翻钢机与垛板机）翻钢机与垛板机 翻板机是配合对铸坯进行检验和表面清理用的。翻板机是配合对铸坯进行检验和表面清理

49、用的。垛板机是板坯的一种集料装置。垛板机是板坯的一种集料装置。4）铸坯表面精整）铸坯表面精整2 钢的结晶与连铸坯凝固结构钢的结晶与连铸坯凝固结构 钢的结晶需两个条件：钢的结晶需两个条件：(1)(1)一定的过冷度，此为一定的过冷度，此为热力学条件；热力学条件；(2)(2)必要的核心，此为动力学条件。必要的核心，此为动力学条件。 2.1连铸坯的凝固特征和结构特点连铸坯的凝固特征和结构特点连铸钢液的凝固是在过冷条件下进行的，经历了形连铸钢液的凝固是在过冷条件下进行的，经历了形核和长大完成结晶的过程，并伴随有体积的收缩和核和长大完成结晶的过程，并伴随有体积的收缩和成分偏析等。注入结晶器的钢液除受结晶器

50、壁的强成分偏析等。注入结晶器的钢液除受结晶器壁的强制冷却外，还通过钢液面辐射传热及拉坯方向的传制冷却外，还通过钢液面辐射传热及拉坯方向的传导传热。其传出热量的比值大约为导传热。其传出热量的比值大约为30：0.15：0.03，因此铸坯凝固过程可近似地看做钢液向结晶器壁的因此铸坯凝固过程可近似地看做钢液向结晶器壁的单间传热。钢液的热量通过坯壳、气隙、结晶器铜单间传热。钢液的热量通过坯壳、气隙、结晶器铜壁和冷却水界面最后由冷却水带走。据计算各段热壁和冷却水界面最后由冷却水带走。据计算各段热阻约为：坯壳阻约为：坯壳25；气隙；气隙71；结晶器同器；结晶器同器1；钢；钢壁与冷却水界面壁与冷却水界面2。可

51、见气隙是钢液向结晶器传热。可见气隙是钢液向结晶器传热的限制性环节。的限制性环节。 2.1.1连铸坯的凝固特征连铸坯的凝固特征坯壳及气隙的形成过程坯壳及气隙的形成过程a a）弯月面的形成）弯月面的形成 a a）弯月面的形成）弯月面的形成在弯月面的根部，钢液与水冷铜壁接触，立即受到铜壁的激冷作用，初生坯壳迅速形成。弯月面对初生坯壳是很重要的，良好稳定的弯月面可确保初生坯壳的表面质量和坯壳的均匀性。当钢水中上浮的夹杂物末被保护渣吸附时，会降低钢液表面张力，弯月面半径减小，从而破坏了弯月面的薄膜性能，弯月面破裂。这时夹杂物随同钢液在破裂处和铜壁形成新的凝固层，夹杂物牢牢地粘附在这层凝固层上而形成表面夹

52、渣。带有夹渣的坯壳是薄弱部位，易发生漏钢。因此必须保持弯月面的稳定状态。最根本的方法是提高钢液的纯洁度，减少夹杂物含量；选用性能良好的保护渣，吸附弯月面上的夹杂物，可保持弯月面薄膜的弹性；另外可人工及时清除弯月面下的夹杂物以防拉漏。 b b）气隙的形成）气隙的形成 已凝固的高温坯壳发生的相变，引起坯壳收缩，已凝固的高温坯壳发生的相变，引起坯壳收缩，收缩力牵引还壳离开铜壁，气隙开始形成。气体收缩力牵引还壳离开铜壁，气隙开始形成。气体的热阻很大，气隙的形成使坯壳向铜壁的传热迅的热阻很大，气隙的形成使坯壳向铜壁的传热迅速减少；离开铜壁的坯壳回热升温，甚至凝固前速减少；离开铜壁的坯壳回热升温，甚至凝固

53、前沿部分初生坯壳还会熔融。沿部分初生坯壳还会熔融。 c）气隙、坯壳的稳定）气隙、坯壳的稳定 由于坯壳温度的回升，由于坯壳温度的回升，其强度降低，在钢水其强度降低，在钢水静压力作用下使其再静压力作用下使其再次贴紧铜壁，传热条次贴紧铜壁，传热条件有所改善，坯壳增件有所改善，坯壳增厚。于是又产生冷凝厚。于是又产生冷凝收缩，牵引坯壳再次收缩，牵引坯壳再次离开铜壁，这样周期离开铜壁，这样周期性的离合性的离合23次，坯次，坯壳达到一定厚度并完壳达到一定厚度并完全脱离铜壁，气隙稳全脱离铜壁，气隙稳定生成。以上过程见定生成。以上过程见图图2-3。 结晶器横向气隙形成示结晶器横向气隙形成示 坯壳的生长规律坯壳的

54、生长规律 被拉出结晶器的铸坯其坯壳须有足够约厚度，以防在失去铜壁支撑后而变形或漏钢。一般而言，小方坯要求出自晶器下口坯壳厚度为810mm，板坯要求厚度大于15mm。怎样才能达到这一厚度呢?这就要分析在结晶器长度方向上坯壳增厚的规律。实际中有很多方法研究这个规律，各种方法得出的结果是一致的。坯壳增厚服从以下公式： tK凝铸坯的凝固特征铸坯的凝固特征 1)连铸坯的冷却过程为强制冷却过程。从结晶器到二次冷却区甚至冷床均为强制冷却，冷却强度大。同时铸坯的冷却可控性强，通过改变冷却制度在一定程度上可以控制铸坯的结构。2)连铸坯边下行，边传热，边凝固，因而形成了很长的液相穴，板坯有的可达20多米。液相穴内液体的流动对坯壳的生长和夹杂物的上浮有一定的影响。 3)连铸坯的凝固是分阶段的凝固过程。 4)由于连铸坯不断向下运动，所以铸还