精炼-绪论.

1、绪论北京2010主要内容1.1凝固现象与金属铸造工艺1.1.1凝固现象1.1.2凝固理论的发展1.1.3凝固过程的基本特征1.1.4影响金属凝固过程的因素1.1.5金属铸造工艺1.2.钢铁冶金流程和现代连铸技术1.1凝固现象与金属铸造1.1.1凝固现象：（Solidification)液态向固态转变的相变过程；•典型的自然界凝固现象•工业中的凝固现象人类利用凝固过程的历史可以追溯到公元前4000年前后标志人类文明进程的铜器时代！第一阶段：（20世纪，50~60年代：经典凝固理论的诞生时期）一代大师Chalmers(多伦多大学)指导Tiller、Jackon和Rutter于50年代初提出了著名的“成分过冷理论”培养了Weinberg,Jackson,Tiller,Rutter,Aust,Bolling等一批著名的凝固学家=,1964年出版了“凝固原理”1.1.2凝固理论的发展Flemings（MIT）Flemings等从工程的角度出发，进一步考虑了凝固过程两相区的液相流动效应。提出局部溶质再分配方程等理论模型，推动了凝固理论的发展1974年出版了“SolidificationProcessing”1.1.2凝固理论的发展6大野笃美1964年开始，受北大西洋海面冰山的启发，用氯化铵水溶液模拟观察钢锭的凝固过程。发现了等轴晶产生游离现象，并提出了在凝固前沿“过冷度减小”的概念。1973年出版了“金属凝固学”1.1.2凝固理论的发展第二阶段60——80年代，经典凝固理论的应用凝固组织和凝固过程的优化和控制：•提高大型铸钢锭、铸件的冶金质量•连铸电磁搅拌•快速凝固技术•定向凝固、•半固态铸造1.1.2凝固理论的发展第三阶段（20世纪80年代——现代凝固理论的发展）•推动力：•极端条件下的凝固过程：快速、极低速•特殊条件下：微重力凝固、超重力凝固、超高压凝固•计算机的应用：使得过去无法求解的问题成为可能•代表性理论：•快速凝固理论•凝固过程组织形态选择的时间相关性和历史相关性理论•枝晶间距选择的容许范围1.1.2凝固理论的发展1.1.3金属凝固过程的基本特征放出热量液态钢的显然——20KJ/Kg钢凝固潜热——300KJ/Kg钢固态钢的显热——900－1000KJ/Kg钢体积收缩——疏松、缩孔选分结晶——偏析形成晶粒1.1.4影响金属凝固过程的因素：传热传质流体流动1.1.5金属铸造工艺金属成型工艺金属材料的一般加工过程铸造：Casting—topourhotmetalintoaspeciallyshapedcontainer(mould)tomakeacast.金属液＋铸模＝铸件（铸锭、铸坯）1.1.5金属铸造工艺凝固理论－铸造、连铸的理论基础•钢铁生产过程采矿→炼铁→炼钢→浇注→轧制(加工成型)物质形态冶金方法学科液←化学冶金冶金→固物理冶金材料1.2钢铁冶金流程与现代连铸技术1.2.1钢水浇注工艺•将冶炼合格的钢水变成一定形状的钢钉或钢坯，是炼钢产品的最终成形工序。其产品可作为下一步轧钢工序的原料。可分为：•锭模浇注：产品为钢锭•连续铸钢：产品为钢坯•压力浇注•真空浇注1.2.1钢水浇注工艺•模铸工艺下注法：钢液由钢包经过中注管、流钢砖、再分别从钢锭模底部注入钢锭模下部。1.2.2钢水浇注工艺•连铸工艺直接将钢液用连铸机连续浇注、冷凝、切割成钢坯。1.2.3连铸工艺技术•连铸工艺的产生和发展•1840年，美国SELLERS获得连铸铅管专利•1846年，Bessemer使用水冷旋转双辊式连铸机生产锡箔、铅板和玻璃板•1872年，美国戴维尔提出移动结晶器连续浇注概念•1886~1889年，提出垂直浇注的立式连铸机设计•1921年，皮尔逊提出结晶器振动概念，使铸坯和结晶器之间做连续相对运动1.2.3连铸工艺技术•1933年，德国人Junghhans建设第一台1700t/月立式带振动结晶器的连铸机浇注铜铝合金获得成功•1943年，Junghhans在德国建成第一台用于钢水浇注的试验铸机，奠定现代连铸机基础•50年代，连续铸钢进入工业应用阶段：•1951年，前苏联红十月钢厂建成第一台不锈钢板坯连铸机，断面180mm*800mm，年产36000t1.2.3连铸工艺技术•50年代，连续铸钢进入工业应用阶段：•1951年，前苏联红十月钢厂建成第一台不锈钢板坯连铸机，断面180mm*800mm，年产36000t•…………•70年代，连铸大发展时期，连铸机具备了和大型氧气顶吹转炉相配合的工业生产可能性，技术体系基本成熟1.2.3连铸工艺技术•中国连铸的发展历程：•1957年，开始进行连铸试验研究•1958年，重钢三厂建成立式双流连铸机，采用500t飞剪，175mm*200mm断面•1960年，唐山钢厂建成140mm*140mm方坯立式连铸机•1964年，重钢三厂建成第一台弧形板坯和方坯兼用的连铸机，是世界上最早用于工业生产的弧形连铸机，首次采用1500t飞剪•1967年，重钢建成当时世界上最大的弧形连铸机•1964~1967年间，建成40多台弧形连铸机•…………2.3连铸工艺技术•中国连铸的发展历程：•进入90年代，连铸快速发展•引进薄板坯连铸连轧（珠钢、包钢、邯钢）•连铸比达到99%以上，薄板坯连铸连轧快速发展•品种质量得到很大提高1.2.3连铸工艺技术•连铸工艺的优点：•节省工序，缩短生产流程•提高金属收得率•降低能耗•生产过程机械化、自动化程度高•生产产量高•品种、质量逐步提高凝固理论和连铸工艺冶金传输原理（传热、传质、流动）凝固理论冶金热力学和动力学晶体生长理论物理化学现象：钢水结晶与生长化学反应C—O、H—O元素的扩散体积变化流动传热►宏观组织（晶粒形态与尺寸）►微观组织（亚晶界、枝晶间距、次生相）►强化相的形态、尺寸及分布►多相合金的相结构►组织的均匀性►成分的均匀性（宏观与微观偏析）►组织致密性►夹杂、气孔等►应力、变形、开裂等►晶体结构缺陷（点缺陷、位错、孪晶等）►非晶、微晶、纳米晶及非平衡晶1.2.4凝固理论和连铸工艺•从钢铁产品质量-凝固理论1）组织均匀性——偏析（微观、宏观）2）组织致密性——缩孔、疏松3）裂纹4）气孔5）夹杂物关键技术•合格钢水供应•浇注过程钢水保护•中间包冶金•结晶器冷却过程控制•二次冷却过程控制•拉坯矫直过程铸坯控制凝固过程直接相关1.2.4凝固理论和连铸工艺连铸机浇注原理图中间包上方的钢包回转台和钢包板坯连铸机正面实物图第一块板坯切头处于切割工位的板坯切割完毕等待运出的板坯方坯连铸机正视图方坯连铸机侧面图方坯连铸机侧面图1.2.5钢铁冶金流程脱硫脱磷脱硅现代连铸技术和钢铁冶金流程现代连铸技术和钢铁冶金流程02004006008001000120014001600180002004006008001000120014001600180020002200240026002800300032003400时间（min）123456789101112薄板坯连铸－连轧流程温度（℃）020040060080010001200140016001800050010001500200025003000350040004500500055006000650070007500温度（℃）模铸－钢锭红送流程12345678910111211'1314020040060080010001200140016001800050010001500200025003000350040004500500055006000650070007500温度（℃）模铸-钢锭冷装流程1234567810111211'13148'902004006008001000120014001600180002004006008001000120014001600180020002200240026002800300032003400温度（℃）连铸－热装热送流程12345678910111202004006008001000120014001600180002004006008001000120014001600180020002200240026002800300032003400温度（℃）连铸－冷装流程1234567891011129'模铸流程：1、原料2、烧结3、矿槽4、高炉出铁5、兑铁6、转炉出钢7、浇注8(8’)、钢锭9、均热炉10、初轧机11(11’)、板坯库12、加热炉13、精轧机－卷取14、成品库连铸流程：1、原料2、烧结3、矿槽4、高炉出铁5、兑铁6、转炉出钢7、精炼8、连铸9(9’)、板坯库10、加热炉11、轧制－卷取12、成品库薄板坯连铸－连轧流程：1、原料2、烧结3、矿槽4、高炉出铁5、兑铁6、转炉出钢7、精炼8、连铸9、板坯输送10、加热炉11、轧制－卷取12、成品库现代连铸技术和钢铁冶金流程时代时期时代性代表技术工程逻辑工程方法特点与目标第一代五十年代-七十年代初氧气转炉等模铸-初轧/开坯为核心叠加-间歇-万能化简单划分(解析)简单叠加追求规模还原论第二代七十年代初-八十年代末全连铸体制、电炉短流程临界/紧凑-连续/准连续-合理规模和产品“专业化”、深加工不仅注重流程功能的解析，而且越来越注意功能的综合结构优化的合理经济规模;还原论与系统第三代九十年代以来近终形连铸-紧凑型钢厂在第二代基础上进一步紧凑化集成以及在此基础上流程的结构优化。论结合现代连铸技术和钢铁冶金流程钢铁冶炼工序的功能分布和组成工序任务高炉铁水预处理转炉电炉钢的二次冶金中间包结晶器还原增碳×××○××脱碳×○○××脱硫○/×○/○××脱磷×○//○○○/×××脱硅×○○×××升温×/○/○○/××脱氧××○○○×脱气××○×○×除夹杂×××××/○合金化××○○××均匀化○×○○×效果：很好；○一般；×没有。现代连铸技术和钢铁冶金流程凝固、轧制工序功能分布和组成工序任务结晶器加热炉（均热炉）初轧机组中间加热炉终轧机组凝固××××成型××××组织性能○/○/×○/○/温控×○○/变形×××表面质量○/×/○○/○/内部质量×/○○/○○/效果：很好；○一般；×没有。