连铸工艺与设备-连铸的工艺流程与设备

1/372.连铸的工艺流程与设备安徽工业大学材料学院2012.3.82/372.1连铸的工艺流程由炼钢炉炼出的合格钢水经炉外精炼处理后，用钢包运送到浇铸位置注入中间包，通过中间包注入强制水冷的铜模—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“活底”—引锭杆，同时也起到引出铸坯的作用，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杆头部凝结在一起。引锭杆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，以一定速度把引锭杆(牵着铸坯)从结晶器中拉出。3/37为防止铸坯壳被拉断漏钢和减少结晶器中的拉坯阻力，在浇铸过程中要对结晶器内壁润滑又要它做上下往复振动。铸坯被拉出结晶器后，为使其更快地散热，需进行喷水二次冷却，通过二次冷却支导装置的铸坯逐渐凝固。铸坯不断地被拉出，钢水连续地从上面注入结晶器，形成了连续铸坯的过程。当铸坯通过拉坯机、矫直机(立式和水平式连铸不需矫直)后脱去引锭杆。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。4/37图1-1弧形连铸工艺流程和设备1-钢包；2-中间包；3-结晶器及振动装置；4-电磁搅拌器；5-二冷区支导装置；6-拉矫机；7-切割装置；8-辊道；9-坯料5/372.2连铸设备组成简介主体设备主要有：浇铸设备—钢包运载设备、钢包回转台、中间包及中间包小车或旋转台、结晶器及振动装置、二次冷却装置、拉矫装置、引锭杆、脱锭与引锭杆存放装置；切割设备—火焰切割机与机械剪切机(摆式剪切机、步进式剪切机等)。辅助设备主要有：出坯及精整设备—辊道、拉(推)钢机、翻钢机、火焰清理机等；工艺性设备—中间包烘烤装置、保护渣供给与结晶润滑装置等；自动控制与测量仪表—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、测压等仪表系统。6/37连续铸钢设备必须适应高温钢水由液态变成液-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化学变化。连续铸钢具有连续性强、工艺难度大和工作条件差等特点。连铸生产对机械设备提出了较高的要求，主要有：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。7/378/37钢包回转台：在连铸机浇铸位置上方用于运载钢包过跨和支承钢包进行浇铸，由回转部分、固定部分、润滑系统和电控系统组成。钢包回转台是连铸机的关键设备之一，起着连接上下两道工序的重要作用。钢包回转台的回转情况基本上包括两侧无钢包、单侧有钢包、两侧有钢包三种情况，单个钢包重量已超过140吨。无论在何种情况下，都要保证钢包回转台旋转平稳，定位准确，起停时要尽可能减小对机械部分的冲击，为减少中间包液面波动和温降，要缩短旋转时间。2.2.1钢包回转台9/37钢包回转台ladleturret10/37中间包是短流程炼钢中用到的一个耐火材料容器，首先接受从钢包浇下来的钢水，然后再由中间包水口分配到各个结晶器中去。中间包是连铸机钢水包和结晶器之间钢水过渡的装置，用来稳定钢流，减小钢流对坯壳的冲刷，以利于非金属夹杂物上浮，从而提高铸坯质量。2.2.2中间包11/37中间包是由钢板焊结的壳体，其内衬有隔热层；永久层和工作层，近年来为提高中间包使用寿命，在工作层上喷涂一层10~30mm厚的碱性耐火材料涂层。为了钢水保温，在上部设置有中间包盖。中间包容量一般取钢包容量的20%~40%，为了多炉连浇，中间包容量还必须大于更换钢包期间浇注的钢水量。中间包钢水深度为600~1000mm。中间包形状有长方形、三角形等。2.2.2中间包的结构特点12/37滑动水口安装在钢包和中间包底部以实现调节钢水流量的装置。滑动水口安装在中间包底部，通过液压缸8带动中间活动滑板2移动，使之与上下固定滑板1、3进行相对错位来实现调节钢流。2.2.3滑动水口中间包滑动水口示意图l—上固定滑板；2—活动滑板；3—下固定滑板；4—SEN；5—滑动水口箱体；6—结晶器；7—连杆；8—液压缸；9—中间包13/37滑动水口的主要特点是减少了工作件与钢水的接触面，极大地改善了用以控制钢流的耐火材料的使用条件，因此工作安全可靠，使用寿命长，能精确控制钢流，有利于实现远距离操作和自动控制。滑动水口实现了封闭浇注，防止钢水二次氧化，改善铸坯质量。2.2.3滑动水口14/37功能：浇铸过程中能自动或手动控制钢液的流量。位置：在中间包上。2.2.4中间包塞棒机构塞棒机构l一拨杆，2一升降杆，3—横梁；4一塞棒砖支承杆；5一扇形齿轮16一调整机构通过塞棒控制机构控制塞棒上下运动，以达到开闭水口调节钢水流量为目的，塞棒机构如左图所示。15/37功能在钢包和中间包之间将长水口氩封环装在钢包滑动水口下，防止钢水氧化。位置放置在中间包车上。2.2.5钢包长水口机械手LadleShroudManipulator16/37在连续铸造、真空吸铸、单向结晶等铸造方法中，使铸件成形并迅速凝固结晶的特种金属铸型。结晶器是连铸机的核心设备之一，直接关系到连铸坯的质量。2.2.6结晶器17/37二冷室设置在浇铸平台下。二冷室用做收集铸坯冷却过程中产生的蒸汽以便于蒸汽的排出。二冷室上有多个开孔连接蒸汽排出系统。2.2.7二冷室2.2.8结晶器和足辊1)功能结晶器使钢水生成带液芯的坯壳。足辊起托住坯壳，并按规定的半径导向坯壳。2)位置插在振动台上结晶器的支承壳座中。18/37功能支撑和导向结晶器与拉矫机之间的铸坯和开浇时的引锭杆。位置结晶器与拉矫机之间。结构二冷固定扇形段由支撑框架，热保护装置，外弧支撑辊，内弧压辊确保各种铸坯的冷却控制。此扇形段为固定段。2.2.9二冷固定扇形段19/37在连铸工艺中，连铸机拉坯辊速度控制是连铸机的三大关键技术之一，拉坯速度控制水平直接影响连铸坯的产量和质量，而拉坯辊电机驱动装置的性能又在其中发挥着重要作用。交流电机变频调速技术日益成熟，交流变频驱动调速平稳，调速范围宽，对机械冲击低，交流电机维护量低，交流变频调速已取代直流调速，完全能够满足拉坯辊速度控制的需要。2.2.10拉矫机20/37拉矫机21/37在各种连铸机中，必须要有拉坯机或拉矫机。它是布置在二次冷却区导向装置的尾部，承担拉坯、矫直和送引锭杆的作用。通常要求铸坯在进入拉矫机前应完全凝固，以防止铸坯产生内裂。一般是拉坯和矫直这两道操作常在同一机组里完成，故统称拉矫机。对拉矫机要求是：足够的拉坯能力，能克服铸坯各点阻力；有足够的矫直力，在规定的温度下能把铸坯矫直；拉坯速度可以调节。2.2.11拉矫机作用22/37在连续铸钢过程中，连铸坯拉矫采用液芯矫直时，为了获得无缺陷铸坯，对带液芯的铸坯施加小的压力的工艺方法。即在铸坯凝固终端附近，对铸坯施加一定的压下量，使铸坯凝固终端形成的液相穴被破坏，以抑制浓缩钢水在静压力作用下所自然产生的沿拉坯方向上的移动。2.2.12轻压下装置23/37连续铸钢时，利用电磁力控制钢液凝固过程，改善铸坯质量工艺称EMS(Electromagneticstirring)技术。EMS实质是借助在铸坯液相穴中感生的电磁力，强化钢水的运动。根据电磁搅拌器在铸机冶金长度上的不同安装位置有以下3种方式：结晶器电磁搅拌MEMS：搅拌器安装在结晶器铜管外面。二冷区电磁搅拌SEMS：搅拌器安装在铸坯外面。凝固末端电磁搅拌FEMS：用于方坯连铸，搅拌器安装在铸坯外面。2.2.13电磁搅拌24/37连续铸钢的重要装置之一。引锭杆由引锭头、过渡件和杆身组成。浇铸前，引锭头和部分过渡件进入结晶器，形成结晶器可活动的“内底”，浇铸开始后，钢水凝固，与引锭头凝结在一起，由拉矫机牵引着引锭杆，把铸坯连续地从结晶器拉出，直到引锭头通过拉矫机后方与铸坯分离，进入引锭杆存放装置。2.2.14引锭杆25/37采用气动夹钳使切割机与铸坯同步行走，电机驱动切割小车行走，直流调速电机驱动，水冷切枪进行切割，此系统还有火焰自动调节系统和切割时的喷铁粉装置。在切割不锈钢时配置喷铁粉装置，可以切割钢坯(包括不锈钢)。厚度大于50mm的厚钢板一般采用火焰切割，也叫氧气切割。2.2.15火焰切割机系统26/3727/3728/372.2.16弧形连铸机弧形连铸机采用的是弧形结晶器，其结晶器、二次冷却装置都布置在某一半径的一个圆的四分之一弧度上。铸坯在结晶器内凝固时就已弯曲，带液芯铸坯从结晶器拉出来，沿着弧形轨道运行，继续喷水冷却，在四分之一圆弧处完成凝固，然后矫直并拉出送至切割站。弧形连铸机的高度较低，建设费用低，钢水静压力小，铸坯在辊间的鼓肚小，铸坯质量好；加长机身也比较容易，故可高速浇注，生产率高。铸坯弯曲矫直，容易引起内部裂纹；铸坯内夹杂物分布不均匀，内弧侧存在夹杂集聚；设备较为复杂，维修也较困难。弧形连铸机虽有缺点，但由于在设备和工艺上技术的进步，仍然是世界各国钢厂采用最多的一种机型。29/372.2.17弧形连铸机主要参数的确定铸坯断面尺寸规格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：小方坯：150mm×150mm；大方坯：(151mm×151mm)~(450mm×450mm)；矩形坯：(150mm×l00mm)~(400mm×630mm)；板坯：150mm×600mm~300mm×2640mm；圆坯：80mm~450mm。30/372.2.18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Vc。1cvqBD式中：——钢水密度，；B——铸坯宽度，m；D——铸坯厚度，m；q——每分钟每流浇铸的钢水量。3mt31/372.2.19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。2max2KLvL'结晶器有效(理论)长度(=结晶器(实际)长度L-钢液离结晶器上口距离，一般取80~120mm)；K结晶器内钢液凝固系数，；坯壳厚度，mm。1/2mm/minmaxLKv32/372.2.20钢包允许浇铸时间为保证浇铸操作顺利进行，获得优质铸坯和防止浇铸过程中水口冻结停浇，不同容量钢包应有合适允许浇铸时间。为延长浇铸时间，而过分提高出钢温度，对操作和铸坯质量都是不利的，根据经验，连铸的浇铸温度应高于液相线温度20~60℃。允许最大浇铸时间：G－钢包容量(吨)，该式用于100吨钢包以下；T－允许最大浇铸时间(分)；f－质量分数，要求严格钢种f=10，要求低的f=16。lg0.20.3GTf33/37铸机半径的大小是由铸坯矫直决定，对固相矫直，铸机半径R受到铸坯矫直时表面应变量和液芯长度的限制，得出铸机半径R与铸坯厚度H、拉坯速度Vc和凝固系数K(冷却条件)有关，其关系式如下：RHRVc/K2铸坯越厚，拉速Vc越快，铸机半径R就越大，铸机半径R与凝固系数平方成反比。对高拉速连铸机，铸机半径相当大，为了减小铸机半径，而采用带液芯多点矫直。2.2.21圆弧半径34/37铸机圆弧半径指铸坯外弧曲率半径，是确定弧形连铸机总高度重要参数，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，矫直时铸坯内弧面变形太大容易开裂。可用经验公式确定基本圆弧半径即连铸机最小圆弧半径：RcDR—连铸机圆弧半径，D—铸坯厚度；c—系数，一般中小型铸坯取30~36；对大型板坯及合金钢，取40以上。国外，普通钢取33~35，优质钢取42~45。35/372.2.22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，也称为液芯长度。224=ccDKvLvt液L液连铸坯液相深度，m；vc拉坯速度，m/min；t铸坯完全凝固所需要的时间，min。36/372.2.23冶金长度根据最大拉速确定的液相深度为冶金长度L冶。冶金长度是连铸机重要结构参数，决定着连铸机生产