钢的连续浇铸讲解课件

1、钢的连续浇铸第1页，共127页。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 第2页，共127页。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。 第3页，共127页。第4页，共127页。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.Daele

2、n）(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。19201935年间，连铸过程主要用于有色金属，尤其是铜和铝的领域。 第5页，共127页。 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.Jungha

3、ns）真正将这一想法付诸实施。第6页，共127页。 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。 第7页，共127页。1.2.2 40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

4、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。 第8页，共127页。1.2.3 50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180mm600mm。 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50mm50mm和180mm90mm的小方坯。第9页，共127页。 1954年投用的加拿大阿特拉

5、斯钢厂（Atlas）的方板坯兼用不锈钢连铸机。它可以生产一流的168mm620mm板坯，也可以生产两流的150mm150mm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。第10页，共127页。1.2.4 60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

6、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200mm200mm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。 第11页，共127页。1.2.5 70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

7、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。 第12页，共127页。1.2.6 80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 第13页，共127页。1.2.7

8、90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。 第14页，共127页。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

9、式连铸机，轮带式连铸机等。 第15页，共127页。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。第16页，共127页。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 第17页，共127页。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轮带式连铸机第18页，共127页。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

10、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。 第19页，共127页。1盛钢桶；2中间罐；3导辊；4结晶器；5拉辊；6切割装置；7移坯装置第20页，共127页。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，

11、在不同方向切割出坯，它主要适用于小断面铸坯的浇铸。第21页，共127页。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。

12、第22页，共127页。 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第23页，共127页。多点弯曲、多点矫直连铸机机型示意图 第24页，共127页。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。 第25页，共127页。椭圆形连铸机机型

13、示意图 第26页，共127页。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。 第27页，共127页。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4

14、0%，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%。 第28页，共127页。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。 第29页，共127页。1.5 连铸机的台数、机数、流数

15、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。第30页，共127页。2 连铸机的主要设备第31页，共127页。第32页，共127页。 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

16、规格表示方法为：aRb-C a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/(3036) mm C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(150200) mm第33页，共127页。 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，拉坯辊身长为240mm。 （2）R102300 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2300150200）=

17、（21502100）mm。第34页，共127页。2、铸坯断面的尺寸规格 小方坯：7070200200mm2； 大方坯： 200200450450mm2； 矩形坯：150100400560mm2； 板坯： 1506003002640mm2； 圆坯： 80mm450mm。 第35页，共127页。 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：钢水密度，t/m3； a铸坯宽度，m； D铸坯厚度，m。第36页，共127页。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

18、长，mm；A铸坯断面面积，mm2； 断面形状速度系数，mmm/min。 的经验值是： 小方坯： =65-85； 大方坯（矩形坯）=55-75； 圆坯： =45-55。 第37页，共127页。 用铸坯的宽厚比确定拉速 D 铸坯厚度，mm；f 系数，mmm/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矩形坯八角坯圆坯板坯系数/mmmmin-1300280260150第38页，共127页。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厚度。对于小断面铸坯坯壳安全厚度为8-10mm；大断面板坯坯壳厚度应15mm。 vmax 最大拉坯速度，m/min； Lm结

19、晶器有效长度（结晶器长度100mm）； Km结晶器内钢液凝固系数，mm/min0.5; 坯壳厚度，mm。 第39页，共127页。4、 圆弧半径 铸机圆弧半径R是指铸坯外弧曲率半径，单位为m。它是确定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。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： R连铸机圆弧半径；D铸坯厚度；c系数。 小方坯取30-40，大方坯铸机取30-50，板坯铸机取40-50。国外，普通钢取33-35，优质钢取42-45。 第40页，共127页。5、液相穴深度和冶金长度 液相穴深度是指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。 第41页

20、，共127页。根据最大拉速确定的液相穴深度为冶金长度。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。 铸机长度是从结晶器液面到最后一对拉矫辊之间的实际长度。这个长度应该是冶金长度的1.1-1.2倍。 第42页，共127页。6、连铸机流数的选择 一台连铸机能够同时浇铸铸坯的个数称之为连铸机的流数。在生产中，有1机1流、1机多流和多机多流3种形式的连铸机。近年来，生产大型方坯最多浇注4-6流，实际生产中多数采用1-4流。生产大型板坯多数采用1-2流。 n 1台连铸机浇注的流数；G 钢包容量，t； v 平均拉速，m/min；铸坯密度，t/m3； t 钢包浇注时间，m

21、in。 第43页，共127页。2.2 钢包和钢包回转台 钢包的容量应与炼钢炉的最大出钢量相匹配。考虑到出钢量的波动，留有10%的余量和一定的炉渣量。大型钢包的炉渣量为金属量的3%-5%，小型钢包的渣量为5%-10%。另外，钢包上口还应留200mm以上的净空，作为精炼容器时要留出更大的净空。 第44页，共127页。第45页，共127页。钢包通过滑动水口开启、关闭来调节注流的流量。 滑动水口由上水口、上滑板、下滑板、下水口组成部分，如图1-4。靠下滑板带动下水口移动调节上下注孔间的重合程度来控制注流大小。驱动方式有液压和手动两种。 第46页，共127页。长水口又称保护套管，用于钢包与中间包之间保护

22、注流，避免了注流的二次氧化、飞溅以及敞开浇注带来的卷渣问题。目前长水口的材质有熔融石英质和铝碳质两种。第47页，共127页。2.3 中间包及其运载设备 中间包简称中包。中间包是位于钢包与结晶器之间用于钢液浇注的装置，起着减压、稳流、去渣、贮钢、分流及中间包冶金等重要作用。 中间包的容量是钢包容量的20%-40%。在通常浇注条件下，钢液在中间包内停留时间应在8-10min，才能起到上浮夹杂物和稳定注流的作用，为此，中间包目前是朝大容量和深熔池方向发展，容量可达60-80t，熔池深为1000-1200mm。第48页，共127页。第49页，共127页。 水口与塞棒 水口直径应根据连铸机在最大拉速时所

23、需的钢水流量来确定。 Q 一个水口全开时的钢液流量，t/h； H 中间罐的钢液深度，mm； d 水口直径，mm。第50页，共127页。中间包用塞头与水口相配合来控制注流。由于塞棒长时间在高温钢液中浸泡，容易软化、变形，甚至断裂。为提高塞棒使用寿命，一般用厚壁钢管作棒芯，浇注时在芯管内插入直径稍小的钢管引入压缩空气进行冷却，这对延长塞棒寿命有一定效果。也可以将塞棒作为中间包吹氩棒，这样不仅可以控制注流，还可以在一定程度上起到净化钢液的作用。 第51页，共127页。第52页，共127页。中间包采用滑动水口，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

24、中间包与结晶器之间的距离，增大了中间包升降行程。同时对结晶器内钢液的流动也有不利影响。 第53页，共127页。第54页，共127页。浸入式水口 目前除了部分小方坯连铸机外，都采用了浸入式水口加保护渣的保护浇铸。浸入式水口的形状和尺寸直接影响结晶器内钢液流动的状况。 目前作用最多的浸入式水口有单孔直筒形和双侧孔式两种。双侧孔浸入式水口其侧孔有向上倾斜、向下倾斜和水平状三类。浇注大型板坯时可采用箱式浸入式水口。 第55页，共127页。第56页，共127页。2.4 结晶器结晶器是连铸机非常重要的部件，称之为连铸设备的“心脏”。钢液在结晶器内冷却初步凝固成一定坯壳厚度的铸坯外形，并被连续地从结晶器下口

25、拉出，进入二冷区。结晶器应具有良好的导热性和刚性，不易变形和内表面耐磨等优点，而且结构要简单，便于制造和维护。 第57页，共127页。第58页，共127页。第59页，共127页。2.4.1 结晶器参数 1、长度 作为一次冷却，结晶器长度是一个非常重要的参数。结晶器越长，在相同的拉速下，出结晶器坯壳越厚，浇铸安全性更好。然而，结晶器过于长的话，冷却效率就降低。目前世界上通常采用的结晶器长度有两种，即700mm和900mm。 第60页，共127页。 2、结晶器锥度 由于铸坯在结晶器内凝固的同时是伴随着体积的收缩，因此，结晶器铜板内腔必须设计成上大下小的形状，即所谓的结晶器锥度。 结晶器锥度分为宽度

26、方向和厚度方向两种。 第61页，共127页。 宽度方向的锥度：结晶器宽度方向上的锥度比厚度方向上的锥度更为重要。因此，通常所说的结晶器锥度就是指结晶器宽度方向上的锥度。 铸坯的收缩与拉速有关，从理论上讲，结晶器锥度应根据拉速变化而变化。第62页，共127页。 3、结晶器宽度 结晶器宽度的设定要考虑从液态钢液完全凝固以及冷却到常温所有收缩量。根据钢的成分以及连铸机型等因素，这种总的收缩取1.3%2.5%为宜，普通深冲钢可取1.5%。 第63页，共127页。2.4.2 结晶器振动 结晶器振动在连铸过程中扮演非常重要的角色。结晶器的上下往复运行，实际机上起到了“脱模” 的作用。由于坯壳与铜板间的粘附

27、力因结晶器振动而减小，因而防止了在初生坯壳表面产生过大应力而导致裂纹的产生或引起更严重的后果。当结晶器向下运动时，因为“负滑脱”作用，可“愈合”坯壳表面裂痕，并有利于获得理想的表面质量。 第64页，共127页。1、振动方式 根据结晶器振动的运动轨迹可将振动方式分为非正弦振动和正弦振动两大类。非正弦振动使结晶器振动的速度变化较大，引起较大惯性力矩，对重要的零件和轴承产生很大负荷。正弦型振动以四偏心机构为首推，结构简单，运动平稳，零件寿命长等优点。第65页，共127页。2、振动主要参数振幅：振动曲线半波的行程，或上下运行总行程的1/2，常用字母A表示。振频：单位时间内振动的次数振动速度:即振动线速

28、度 第66页，共127页。平均振动速度:即完整周期中振动速度的平均值最大振动速度：振动周期中速度达到的最大值负滑脱时间：即结晶器向下振动时，速度超过拉速的那一段时间.负滑脱率，通常用下式表达第67页，共127页。3、振动参数的确定和控制 早先的板坯机采用振幅为58mm，振频最大不超过120min-1，负滑脱率一般取40%。采用高频小振幅，振幅一般为24mm，振频达到200min-1，负滑脱率取20%40%。有特殊需要，振幅可进一步减小到12mm，振频最高可达到400 min-1。第68页，共127页。2.4.3 结晶器保护渣 保护渣的作用 绝热保温 防止氧化 吸收夹杂物、 润滑和改善传热第69

29、页，共127页。 1、绝热保温、防止钢液面结壳 在高温钢液面上加入低熔点的保护渣，一般要求保护渣形成液渣层、烧结层和原渣层三层结构。 保护渣三层温度，液渣层温度较高，同钢液温度相近，烧结层在800900C左右，原渣层400500C。加入保护渣后，钢水扩散的热量比裸露钢液散热小10倍，可以减少大量的热损失，防止结壳。 2、隔绝空气防止二次氧化第70页，共127页。3、吸收钢水中的夹杂物 要求保护渣具有良好的吸收熔解夹杂物的能力。通过认为，粘度低夹杂物熔解速度增加，液渣的高碱度、低SiO2、Al2O3、高Na2O、CaF2有利于提高夹杂物的熔解度。4、渣膜的润滑作用 结晶器内钢水表面张力和铜壁的冷

30、却作用，形成了向内弯曲的凝固壳，加之结晶器振动和气隙的毛细管的作用，可把弯月面上的液渣吸入坯壳与铜壁间的气隙形成渣膜，起润滑作用。 第71页，共127页。5、改善结晶器传热 结晶器内坯壳的收缩产生了气隙，使热阻增加，导致热流减少，如果气隙内充满均匀渣膜，气隙热阻减少将改善传热，凝固坯壳均匀生长。 第72页，共127页。2.6 二次冷却系统装置 二次冷却的作用是：带液心的铸坯从结晶器中拉出后，需喷水或喷气水直接冷却，使铸坯快速凝固，以进入拉矫区；对未完全凝固的铸坯起支撑、导向作用，防止铸坯的变形；在上引锭杆时对引锭杆起支撑、导向作用；直结晶器的弧形连铸机，二冷区第一段把直坯弯成弧形坯；采用多辊拉

31、矫机时，二冷区部分夹辊本身又是驱动辊，起到拉坯作用；对于椭圆形连铸机，二冷区本身又是分段矫直区。第73页，共127页。第74页，共127页。二次冷却有用水喷雾冷却和气喷雾冷却两种方法。主要根据铸坯断面和形状，冷却部位的不同要求，选择喷嘴类型。第75页，共127页。从喷嘴喷出的水滴以一定速度射到铸坯表面，靠水滴与铸坯表面之间的热交换，将铸坯热量带走。研究表明：当铸坯表面温度低于300时，水滴与铸坯表面润湿，冷却效率高达80%左右；若铸坯表面温度高于300时，水滴到达铸坯表面破裂，冷却效率只有20%。生产中，在二冷区铸坯表面的实际温度远高于300；虽然提高冷却水压力，增加供水量，但冷却效率与供水量

32、不成正比；同时雾化水滴较大，平均直径在200-600m，因而水的分配也不均匀，导致铸坯表面温度回升太大，在150-200/m；虽然压力喷嘴存在这些问题，由于它的流量特性和结构简单，运行费用低，仍被使用。 第76页，共127页。气水雾化喷嘴用高压空气和水从不同地方向进入喷嘴内或喷嘴外汇合，利用高压空气的能量将水雾化成极细不的水滴；这是一种高效冷却喷嘴，有单孔型和双孔型两种。气水雾化喷嘴雾化水滴的直径小于50m。在喷淋铸坯时还有20%-30%的水分蒸发，因而冷却效率高，冷却均匀，铸坯表面温度回升较小为50-80/m；所以对铸坯质量很有好处，同时还可节约冷却水近50%；但结构比较复杂。由于气水雾化喷

33、嘴的冷却效率高，喷嘴的数量可以减少。因而近些年来在板坯连铸机上得到应用。第77页，共127页。第78页，共127页。 2.7 拉坯矫直装置 所有的连铸机都装有拉坯机。因为铸坯的运行需要外力将其拉出。拉坯机实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。带液心铸坯矫直多采用多点连续矫直；即铸坯在矫直区的内连续变形，应变力和应变率分散变小，极大地改善了铸坯受力状况，有利于提高铸坯质量。 第79页，共127页。第80页，共127页。第81页，共127页。第82页，共127页。2.8 引锭装置引锭杆是结晶器的

34、“活底”；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杆头凝结在一起；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，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。引锭杆动致存放处，留待下次浇注时使用。 第83页，共127页。第84页，共127页。3 连铸钢水的温度要求 钢水温度过高的危害：出结晶器坯壳薄，容易漏钢；耐火材料侵蚀加快，易导致铸流失控，降低浇铸安全性；增加非金属夹杂，影响板坯内在质量；铸坯柱状晶发达；中心偏析加重，易产生中心线裂纹。 钢水温度过低的危害：容易发生水口堵塞，浇铸中断；连铸表面容易产生结疱、夹渣、裂纹等缺陷；非金属夹

35、杂不易上浮，影响铸坯内在质量。 第85页，共127页。3.1 浇铸温度的确定 浇铸温度是指中间包内的钢水温度，通常一炉钢水需在中间包内测温3次，即开浇后5min、浇铸中期和浇铸结束前5min,而这3次温度的平均值被视为平均浇铸温度。 浇铸温度的确定可由下式表示（也称目标浇铸温度）： T=TL+T 第86页，共127页。3.1.1液相线温度 液相线温度，即开始凝固的温度，就是确定浇铸温度的基础。推荐一个计算公式： T=1536-78%C+7.6%Si+4.9%Mn+34%P+ 30%S+5.0%Cu+3.1%Ni+1.3%Cr+ 3.6%Al+2.0%Mo+2.0%V+18%Ti 第87页，共1

36、27页。3.1.2 钢水过热度的确定 钢水过热度主要是根据铸坯的质量要求和浇铸性能来确定。钢种类别 过热度非合金结构钢 10-20铝镇静深冲钢 15-25高碳、低合金钢 5-15第88页，共127页。3.2 出钢温度的确定 钢水从出钢到进入中间包经历5个温降过程：T总=T1+T2+T3+T4+T5 T1出钢过程的温降； T2出完钢钢水在运输和静置期间的温降 (1.01.5/min)； T3钢包精炼过程的温降（610/min）； T4精炼后钢水在静置和运往连铸平台的温降 (51.2/min）; T5钢水从钢包注入中间包的温降。第89页，共127页。4 连铸过程的传热和凝固 连铸机内，液体钢水转变

37、为固态的半成品钢坯时放出的热量包括: 过热：指钢水进入结晶器时的温度与钢的液相线温度之差。前者也叫浇铸温度，一般把开始浇铸10mm左右经均匀混合后在中间包测得的温度当作浇铸温度。 潜热：指钢水由液相线温度冷却到固相线温度，即完成从液相到固相转变的凝固过程中放出的热量。 显热：指从固相线冷却到出铸机时，表面温度达到1000左右时放出的热量。 第90页，共127页。 上述热量的放出是通过辐射、传导和对流三种方式进行。钢水的凝固传热是在三个冷却区内实现的，即结晶器（一次冷却）、包括辊子冷却系统的喷水冷却区（二次冷却）和向周围辐射传热（三次冷却）三个区域。 辐射传热区一般是从完全凝固后开始的。而从结晶

38、器到最后一个支撑辊之间的传热包括了三种传热机制的综合作用。第91页，共127页。4.1 结晶器传热与凝固 4.1.1 结晶器的作用在尽可能的拉速下，保证铸坯出结晶器是形成足够厚度的坯壳，使连铸过程安全的进行下去，同时决定了连铸机的生产能力； 结晶器内的钢水将热量平稳的传导给铜板，使周边坯壳厚度能均匀的生长，保证铸坯表面质量。 第92页，共127页。4.1.2 结晶器内坯壳生长的行为特征 (1)钢水进入结晶器，与铜板接触就会因为钢水的表面张力和密度在上部形成一个较小半径的弯月面。在弯月面的根部由于冷却速度很快（可达100/s），初生坯壳迅速形成，钢水不断流入结晶器,新的初生坯壳就连续不断的生成，

39、已生成的坯壳则不断增加厚度。 (2)已凝固的坯壳，因发生的相变，使坯壳向内收缩而脱离结晶器铜板，直至与钢水静压力平衡。 第93页，共127页。 (3)由于第（2）条的原因，在初生坯壳与铜板之间产生了气隙，这样坯壳因得不到足够冷却而开始回热，强度降低，钢水静压力又将坯壳贴向铜板。 (4)上述过程反复进行，直至坯壳出结晶器。坯壳的不均匀性总是存在的，大部分表面缺陷就是起源于这个过程之中。 (5)角部的传热为二维，开始凝固最快，最早收缩，最早形成气隙。角部区域坯壳最薄，这也是产生角部裂纹和发生漏钢的薄弱环节。 第94页，共127页。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

40、方向的传导传热。其传出热量的比值大约为30:0.15:0.03。各段热阻约为：坯壳26%；气隙71%；结晶器铜壁1%；铜壁与冷却水界面2%。 第95页，共127页。4.1.3影响结晶器传热的因素 结晶器锥度 结晶器保护渣 冷却水质 结晶器材质 钢水成分 第96页，共127页。 经研究表明，坯壳厚度的生长服从均方根定律 ： K受各种因素的影响，在一定范围内变化，板坯结晶器的K值一般取1822mmmm-0.5。 第97页，共127页。4.2 二冷区的传热与凝固4.2.1 二次冷却传热特点 铸坯从出结晶器开始完全凝固这一过程称为二次冷却，二冷传热的主要方式和比例： 传热方式 约占比例 % 冷却水加热

41、与蒸发 55 铸坯辐射 25 辊子传导 17 空气对流 3第98页，共127页。 在设备和工艺条件一定时，板坯辐射传热和辊子传导传热变化不大，喷淋水的传热就占主导地位，铸坯中心的热量是通过坯壳传导铸坯表面的，当喷雾水滴打到铸坯表面时就会带走一定的热量，而铸坯表面温度会突然降低，使中心与表面形成很大的温度梯度，而这就成了铸坯冷却的动力。第99页，共127页。 从二冷的传热方式可以说明，要提高二冷区的冷却效率，就必须研究喷雾水滴与高温铸坯之间的热交换。可用对流传热方程来表示： 要提高二冷区冷却效率和保证板坯质量就要提高h值和在二冷区各段值的合理分布。 第100页，共127页。4.2.2 影响二冷区

42、传热因素 铸坯表面温度 水流密度 水滴速度 水滴直径 铸坯表面状态 喷嘴使用状态第101页，共127页。4.2.3二次冷却水的计算 “比水量”是指单位重量钢水所使用的冷却水量，用L/kg表示，当确定了二次冷却各区段的冷却水分配比例之后，又知道浇钢的速率，就能计算出每一个冷却区的冷却水量。 “冷却密度”是指铸坯在单位时间及单位面积上所接收到的冷水量，常用L/m.min表示。 第102页，共127页。5 中间包冶金 当前对钢产品质量的要求变得更加严格。中间包不仅仅只是生产中的一个容器，而且在纯净钢的生产中发挥着重要作用。 70年代认识到改变中间包形状和加大中间包容积可以达到延长钢液的停留时间，提高

43、夹杂物去除率的目的；安装挡渣墙，控制钢液的流动，实现夹杂物有效碰撞、长大和上浮。80年代发明了多孔导流挡墙和中间包过滤器。第103页，共127页。 在防止钢水被污染的技术开发中，最近已有实质性的进展。借助先进的中间包设计和操作如中间包加热，热周转操作，惰性气氛喷吹，预熔型中间包渣，活性钙内壁，中间包喂丝，以及中间包夹杂物行为的数学模拟等，中间包在纯净钢生产中的作用体现得越来越重要。 在现代连铸的应用和发展过程中，中间包的作用显得越来越重要，其内涵在被不断扩大，从而形成一个独特的领域中间包冶金。第104页，共127页。第105页，共127页。第106页，共127页。中间包冶金的最新技术 H型中间包 离心流中间包 中间包吹氩 去夹杂的陶瓷过滤器 电磁流控制第107页，共127页。6 连铸坯质量 连铸坯的质量评价 连铸坯的纯净度及控制 连铸坯表面质量及控制 连铸坯内部质量及控制 连铸坯形状缺陷及控制 第108页