连铸工艺基础知识

第六章连铸工艺第一节连铸钢水的准备第二节中间包钢水温度的控制第三节拉速的确定和控制第四节铸坯冷却的控制第五节连铸过程检测与自动控制•要想使连铸生产稳定高效地进行，并且保证铸坯质量，首先要准备好成分、温度、脱氧程度及纯净度都合格的钢水。•这里重点介绍钢水温度的要求。•另外，炼钢工序和连铸工序要紧密配合，步调一致。第一节连铸钢水的准备浇铸温度:指钢水进入结晶器时的温度.也可以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。钢水的浇铸温度要求:(在一定范围内的合理温度)◆在尽可能高的拉速下，保证铸坯出结晶器时形成足够厚度的坯壳，使连铸过程安全的进行下去；◆在结晶器内,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。钢水温度过高的危害：①出结晶器坯壳薄，容易漏钢；②耐火材料侵蚀加快，易导致铸流失控，降低浇铸安全性；③增加非金属夹杂，影响板坯内在质量；④铸坯柱状晶发达；⑤中心偏析加重，易产生中心线裂纹。钢水温度过低的危害：①容易发生水口堵塞，浇铸中断；②连铸表面容易产生结疱、夹渣、裂纹等缺陷；③非金属夹杂不易上浮，影响铸坯内在质量。一、浇铸温度的确定（浇铸温度也称目标浇铸温度）：T浇=TL+△T式中：TL——液相线温度△T——钢水过热度第二节中间包钢水温度的控制1、液相线温度TL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：TL=1537-{88[%C]+8[%Si]+5[%Mn]+30[%P]+25[%S]+5[%Cu]+4[%Ni]+2[%Mo]+2[%V]+1.5[%Cr]}2、钢水过热度△T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℃二、出钢温度的确定㈠钢水过程温降分析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(1.0～1.5℃/min)；△T3钢包精炼过程的温降（6～10℃/min）；△T4精炼后钢水在静置和运往连铸平台的温降(0.5～1.2℃/min）;△T5钢水从钢包注入中间包的温降。•1、△T1钢水从炼钢炉的出钢口流入钢包这个过程的温降分析：•热量损失形式：钢流辐射热损失、对流热损失、钢包吸热。•影响因素：出钢时间、出钢温度及钢包的使用状况。•降低热量损失的措施：①尽量降低出钢温度②减少出钢时间③维护好出钢口，使出钢过程中最大程度保持钢流的完整性④钢包预热⑤保持包底干净•2、△T2出完钢钢包内钢水到精炼开始前经过的运输和静置过程中产生的温降•分析：•热量损失形式：钢水上表面通过渣层的热损失、钢包包衬吸热。•影响因素：钢包的容量、包衬材质及温度，钢包的运输距离。•降低热量损失的措施：•①钢包烘烤、充分预热•②减少留置时间•③在钢包内加入合适的保温剂•3、△T3钢包精炼过程的温降•分析：热量损失取决于二次精炼的时间和方法。例如:向钢包中吹Ar,由于Ar气的搅拌强化了对流传热，同时Ar气本身还吸热,所以随着吹Ar时间的延长及Ar气量的增加,热量损失会增大.4、△T4钢包精炼结束钢水在静置和运往连铸平台的温降分析：热量损失形式：钢水上表面通过渣层的热损失、钢包包衬吸热。热量损失大小：钢包内衬吸热降低加了保温剂，温降减小5、△T5钢水从钢包注入中间包过程中产生的温降分析：热量损失形式：辐射热损失、对流热损失、钢包吸热。影响因素：钢流保护状况；中间包的容量、材质、烘烤温度及保温措施降低热量损失的措施：①钢流需保护，采用长水口②减少浇铸时间③充分预热中间包内衬④中间包钢液面添加保温剂⑤提高连浇炉数•㈡出钢温度的确定T出钢=T浇+△T总控制好出钢温度是保证目标浇铸温度的首要前提。具体的出钢温度要根据每个钢厂在自身温降规律调查的基础上，根据每个钢种所要经过的工艺路线来确定。㈢钢水温度控制要点1、出钢温度控制：①提高终点温度命中率②确保从出钢到二次精炼站，钢包钢水温度处于目标范围之内2、充分发挥钢包精炼的温度与时间的协调作用3、控制和减少从钢包到中间包的温度损失采用长水口保护浇铸；钢包、中间包加保温剂3、钢水在钢包中的温度控制根据冶炼钢种严格控制出钢温度，使其在较窄的范围内变化；其次，要最大限度地减少从出钢、钢包中、钢包运送途中及进入中间包的整个过程中的温降。实际生产中需采取在钢包内调整钢水温度的措施：①钢包吹氩调温。②加废钢调温。③在钢包中加热钢水技术。④钢水包的保温。•一、拉速定义:拉坯速度是以每分钟从结晶器拉出的铸坯长度来表示.拉坯速度应和钢液的浇注速度相一致。•二、拉速控制的意义：拉速控制合理,不但可以保证连铸生产的顺利进行,而且可以提高连铸生产能力,改善铸坯的质量.现代连铸追求高拉速.•三、拉速确定：•1、确定原则:确保铸坯出结晶器时的能承受钢水的静压力而不破裂，对于参数一定的结晶器，拉速高时，坯壳薄；反之拉速低时则形成的坯壳厚。一般，拉速应确保出结晶器的坯壳厚度为8-15mm。第三节拉速的确定和控制•2、影响因素A、机身长度的限制根据凝固的平方根定律，铸坯完全凝固时达到的厚度又机身长度得到拉速DKtLvt22LKvDB、拉坯力的限制拉速提高，铸坯中的未凝固长度变长，各相应位置上凝固壳厚度变薄，铸坯表面温度升高，铸坯在辊间的鼓肚量增多。拉坯时负荷增加。超过拉拔转矩就不能拉坯，所以限制了拉速的提高。C、结晶器导热能力的限制根据结晶器散热量计算出，最高浇注速度板坯为2.5米/分方坯为3-4米/分D、拉坯速度对铸坯质量的影响（1）降低拉速可以阻止或减少铸坯内部裂纹和中心偏析（2）提高拉速可以防止铸坯表面产生纵裂和横裂（3）为防止矫直裂纹，拉速应使铸坯通过矫直点时表面温度避开钢的热脆区。E、钢水过热度的影响一般连铸规定允许最大的钢水过热度，在允许过热度下拉速随着过热度的降低而提高。F、钢种影响就含碳量而言，拉坯速度按低碳钢、中碳钢、高碳钢的顺序由高到低；就钢中合金含量而言，拉速按普碳钢、优质碳素钢、合金钢顺序降低。•钢水在结晶器内的冷却即一冷确定，其冷却效果可以由通过结晶器壁传出的热流的大小来度量。•1、一冷作用：一冷就是结晶器通水冷却。其作用是确保铸坯在结晶器内形成一定的初生坯壳。•2、一冷确定原则：一冷通水是根据经验确定，以在一定工艺条件下钢水在结晶器内能够形成足够的坯壳厚度和确保结晶器安全运行为前提。•通常结晶器周边供水2L/mm.min。进出水温差不超过100C，出水温度控制在45-5000C为宜，水压控制在0.4-0.7Mpa.第四节铸坯冷却的控制一、一冷确定二、二冷确定•1、二冷作用:二次冷却是指出结晶器的铸坯在连铸机二冷段进行的冷却过程.其目的是对带有液芯的铸坯实施喷水冷却,使其完全凝固,以达到在拉坯过程中均匀冷却.•2、二冷强度确定原则:二冷通常结合铸坯传热与铸坯冶金质量两个方面来考虑.铸坯刚离开结晶器,要采用大量水冷却以迅速增加坯壳厚度,随着铸坯在二冷区移动,坯壳厚度增加,喷水量逐渐降低.因此,二冷区可分若干冷却段,每个冷却段单独进行水量控制.同时考虑钢种对裂纹敏感性而有针对性的调整二冷喷水量.•3、二冷水量与水压:•对普碳钢低合金钢，冷却强度为：1.0-1.2L/Kg钢.•对低碳钢、高碳钢,冷却强度为：0.6-0.8L/Kg钢.•对热裂纹敏感性强的钢种，冷却强度为:0.4-0.6L/Kg钢.•水压为0.1-0.5MPa•一、连铸过程自动检测第五节连铸过程检测与自动控制（一）中间包钢液温度测定1、中间包钢液温度的点测用快速测温头及数字显示二次仪测量温度。2、中间包钢液温度的连续测定（二）结晶器液面控制1、放射性同位素测量法2、红外线结晶器液面测量法3、热电偶结晶器液面测量法4、激光结晶器液面测量法（三）连铸机漏钢预报装置（四）连铸二次冷却水控制（五）铸坯表面缺陷在线检测1、工业电视摄象法2、涡流检测法二、连铸过程质量控制（一）提高钢纯净度的措施1、无渣出钢2、选择合适的精炼处理方式3、采用无氧化浇注技术4、充分发挥中间罐冶金净化器的作用5、选用优质耐火材料6、充分发挥结晶器的作用7、采用电磁搅拌技术，控制注流运动（二）连铸坯表面质量及控制连铸坯表面质量的好坏决定了铸坯在热加工之前是否需要精整，也是影响金属收得率和成本的重要因素，还是铸坯热送和直接轧制的前提条件。连铸坯表面缺陷形成的原因较为复杂，但总体来讲，主要是受结晶器内钢液凝固所控制。（三）连铸坯内部质量及控制铸坯的内部质量是指铸坯是否具有正确的凝固结构、偏析程度、内部裂纹、夹杂物含量及分布状况等。凝固结构是铸坯的低倍组织，即钢液凝固过程中形成等轴晶和柱状晶的比例。铸坯的内部质量与二冷区的冷却及支撑系统密切相关。1、减少铸坯内部裂纹的措施（1）采用压缩浇铸技术，或者应用多点矫直技术（2）二冷区采用合适夹辊辊距，支撑辊准确对弧（3）二冷水分配适当，保持铸坯表面温度均匀（4）合适拉辊压下量，最好采用液压控制机构2、夹杂物的控制从炼钢→精炼→连铸生产洁净钢，主要控制对策是：(1)控制炼钢炉下渣量挡渣法（偏心炉底出钢、气动法、挡渣球）；扒渣法：目标是钢包渣层厚50mm，下渣2kg/t。(2)钢包渣氧化性控制出钢渣中高（FeO+MnO）是渣子氧势量度。（FeO+MnO）↑板坯T[O]↑(3)钢包精炼渣成分控制不管采用何种精炼方法（如RH、LF、VD），合理搅拌强度和合理精炼渣组成是获得洁净钢水的基础。合适的钢包渣成分CaO/Al2O3＝1.5～1.8，CaO/SiO2=8～13，（FeO+MnO）5％。高碱度、低熔点、低氧化铁、富CaO钙铝酸盐的精炼渣，能有效吸收大颗粒夹杂物，降低总氧。(4)保护浇注钢水保护是防止钢水再污染生产洁净钢重要操作。保护浇注好坏判断指标：－Δ[N]=[N]钢包-[N]中包－Δ[Al]S=[Al]钢包-[Al]中包保护方法：－中包密封充Ar－钢包→中间包长水口；Δ[N]＝1.5ppm甚至为零－中间包→结晶器浸入式水口(5)中间包控流装置中间包不是简单的过渡容器，而是一个冶金反应容器，作为钢水进入结晶器之前进一步净化钢水中间包促进夹杂物上浮其方法：1）增加钢水在中间包平均停留时间t：t＝w/（a×b×ρ×v）中间包向大容量深熔池方向发展。2）改变钢水在中间包流动路径和方向，促进夹杂物上浮。（6）中间包复盖剂中间包是钢水去除夹杂物理想场所。钢水面上复盖剂要有效吸收夹杂物。碳化稻壳；中性渣：（CaO/SiO2=0.9～1.0）；碱性渣：（CaO+MgO/SiO2≥3）；双层渣。渣中（SiO2）增加，钢水中T[O]增加。生产洁净钢应用碱性复盖剂。（7）碱性包衬钢水与中间包长期接触，钢水与包衬的热力学性能必须是稳定的，这是生产洁净钢的一个重要条件。包衬材质中SiO2增加，铸坯中总氧T[O]是增加，因此生产洁净钢应用碱性包衬。对低碳Al-K钢，中间包衬用Mg-Ca质涂料（Al2O3→0），包衬反应层中Al2O3可达21％，说明能有效吸附夹杂物。(8)钢种微细夹杂物去除大颗粒夹杂（50μm）去除，采用中间包控流技术；小颗粒夹杂（50μm）去除：－中间包钙质过滤器－中间包电磁旋转(9)防止浇注过程下渣和卷渣—加入示踪剂追踪铸坯中夹杂物来源；—结晶器渣中示踪剂变化；—铸坯中夹杂物来源，初步估算外来夹杂物占41.6%二次氧化占39%，脱氧产物为20%(10)防止Ar气泡吸附夹杂物对Al－K钢，采用浸入式水口吹Ar防止水口堵塞，但吹Ar会造成：水口堵塞物破碎进入铸坯，大颗粒Al2O3轧制延伸会形成表面成条状缺陷1mmAr气泡上浮困难,它是Al2O3和渣粒的聚合地，当气泡尺寸200μm易在冷轧板表面形成条状缺陷。为解决水口堵塞问题，可采用：－钙处理改善钢水可浇性－钙质水口－无C质水口目前还是广泛采用吹Ar来防止堵塞。生产洁净钢总的原则是：钢水进入结