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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41.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铸成钢坯的工艺。•钢液凝固成型有两种方法：模注—获得钢锭连铸—获得钢坯一般钢材的生产工艺是：•若采用模注钢锭—轧制或锻压—钢坯—轧制—钢材若采用连铸钢坯—轧制—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。72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%。93.连铸机的机型立式连铸机：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。优点：四周冷却均匀，不易产生内部和表面裂纹，有利于夹杂物上浮；缺点：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：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：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：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161.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.172.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→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183.启车拉矫启车: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:中间包开浇后加保护渣,勤加少加,均匀覆盖;0.5-0.6kg/t;拉坯:结晶器液面波动80-120mm±3mm;矫直: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.194.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。205.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。216.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。227.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：大包长水口关闭后，提升并脱长水口，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。238.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251.钢包及回转台作用：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：由本体、滑动水口连接板、透气砖、倾翻吊环组成；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：运载钢包并支撑钢包进行浇注；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。272.中间包及中间包车中间包作用：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；结构：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：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。293.等离子加热装置加热原理：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。304.结晶器及振动台作用：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，防止漏钢；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：振动使结晶器内壁获得良好润滑，减少摩擦力，防止内壁粘结；结构：采用偏心四连杆机构；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。325.电磁搅拌设备作用：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；原理：应用移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。336.二冷段作用: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;结构:由活动导向段和弧形导向段组成。347.拉矫机作用：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；结构：主框架、上辊、下辊、压下定位装置和主传动装置组成。358.切割机作用：根据要求将矫直后的铸坯切割成定尺或倍尺；结构：主框架、切割小车、切割枪、驱动系统和供水系统组成。369.引锭杆存放装置作用：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381.浇注温度的确定概念：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。392.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403.一冷确定一冷作用：指结晶器冷却作用，是确保在其中形成一定厚度的坯壳；结晶器内坯壳厚度：δ=kt1/2k-凝固系数，t-凝固时间；确定原则：根据经验确定，结晶器进出水温差＜8℃，供水量2L/min，压力0.4-0.6Mpa414.二冷确定二冷作用：指出结晶器的铸坯在二冷段的冷却过程。根据不同钢种冷却使其完全凝固；冷却方式：喷雾冷却和水-汽喷雾冷却；冷却强度：1.0-1.2L/kg钢（低合金钢）0.6-0.8L/kg钢（中高碳钢）