连续铸钢工艺教程

连续铸钢工艺教程1.连铸工艺1.1连铸工艺介绍连铸全称连续铸钢，与模铸不同，它不是将高温钢水浇铸到一个个的钢锭模内，而是将高温钢水浇注到一个或几个用强制水冷、带有“活底”（叫引锭头）的铜模内（叫结晶器），钢水很快与“活底”凝结在一起，待钢水凝固成一定厚度的坯壳后，就从铜模的下端拉出“活底”，这样已凝固成一定厚度的铸坯就会连续不断地从水冷结晶器内被拉出来，，在二次冷却区继续喷水冷却，带有液芯的铸坯一边走一边凝固，直到完全凝固，待铸坯完全凝固后，用氧气切割或剪切机把铸坯切成一定尺寸的钢坯。连铸是连接炼钢和轧钢的中间环节，是炼钢生产的重要组成部分，连铸生产的正常与否，不但会影响到炼钢生产任务的完成，还会影响到轧材的质量和成材率。一台连铸机主要由大包回转台、中间包、中间包车、结晶器、结晶器振动装置、二次冷却装置、拉坯矫直装置、切割装置和出坯辊道等部分组成。在连铸生产时通常用天车将钢包吊至大包回转台，然后大包转台将钢包旋至浇注位，经大包底部水口把钢水注入到中间包内，打开中间包塞棒后，钢水流入到下口用引锭杆堵塞并能上下振动的结晶器中，钢水沿结晶器周边冷凝成坯壳，当结晶器下端出口处坯壳有一定厚度时，带有液芯并和引锭杆连在一起的铸坯在拉矫装置的作用下，离开结晶器，沿着二冷段的支撑结构下移，与此同时铸坯被二次冷却装置进一步冷却并继续凝固，当引锭装置进入拉矫机后脱去引锭装置，铸坯在全部凝固或带有液芯的状态下被矫直，随后在水平位置被切割成定尺长度，经出坯辊道运送到规定地点，上述整个过程在实际生产中是连续进行的。1.2我厂连铸机的基本技术参数铸机形式弧形流数3流铸机半径R9/12/27.8m拉矫形式三机架，连续流间距1300mm铸坯断面Φ130mm、Φ160mm、Φ180mm、Φ200mm定尺长度3.5～8.5m冶金长度15.7m（平均）二冷方式气雾冷却拉速范围（工作拉速）0.8～2.1m/min钢包容量60t中间包容量正常16t/800mm，最大值18t/年年产铸坯量30万t/年1.3连铸的主要设备1.3.1钢包回转台钢包回转台设置在电炉、精炼同一跨，它的本体是一个具有两个钢包支撑架的转臂，绕回转台中心回转，钢包回转台工作时，出钢跨一侧的天车将盛满钢水的钢包吊放到支撑架上，然后回转台旋转180o，将钢包转到连铸跨中间包上方的浇注位进行浇注，浇注完毕，再把空包转出的同时，又把另一个盛满钢水的钢包旋转到浇注位置，这样就可以快速更换钢包，实现多炉连浇。1.3.2中间包（中间罐）中间包是钢包和结晶器之间用来接受钢水的过渡装置，它用来稳定钢流、减小钢流对结晶器坯壳的冲刷，并使钢液在中间包内有合理的流场和适当长的停留时间，以保证钢水温度的均匀及非金属夹杂物分离上浮。并且对钢水进行分流；中间包中储存的钢水可以保证多炉连浇的顺利进行。中间包（中间罐）技术参数设计结构形式T形，带溢流槽，带盖容量/液位高度正常～16t/800mm最大值（溢流）～18t/900mm中间包盖厚度200mm1.3.3结晶器结晶器是连铸设备中最关键的部件，也可以说是连铸的“心脏”部位。钢液在结晶器内凝固成一定的断面和一定的坯壳，当铸坯拉出结晶器时，在机械应力和热应力的综合作用下，保证坯壳不拉漏以及不产生变形和裂纹等缺陷，因此，结晶器的性能对连铸机的生产能力和铸坯质量起着十分重要的作用。因此，连铸工艺对结晶器的要求相当高：（1）良好的导热性，能使钢液在结晶器内迅速凝固成足够厚度的初生坯壳；（2）结构刚性好，有较好的耐磨性和较高的寿命；（3）结构力求简单，便于调整和维护；（4）足够高的强度和硬度，以减少结晶器内衬的扭曲变形和机械磨损，保持结晶器内腔尺寸的稳定性。1.3.4结晶器振动装置结晶器振动的目的是防止初生坯壳与结晶器之间相互粘结而被拉裂，结晶器的振动实际上起强制脱模作用，由于结晶器的振动使内壁获得良好的润滑条件，减少了摩擦力又能防止钢水与结晶器内壁的粘结，当发生粘结时，振动能强制脱模，消除粘结，如在结晶器内坯壳被拉断，因振动又可使坯壳得到愈合，同时还可以改善铸坯的表面质量。结晶器振动装置包括两部分内容：一是结晶器震动方式；二是结晶器震动装置的结构。（1）结晶器的震动方式，结晶器的震动规律是指在震动中结晶器运动速度的变化规律，我们采用的是电机驱动产生正弦震动，可在线调整频率，（2）结晶器震动装置结构，半板簧。1.3.5二次冷却装置铸坯被拉出结晶器时坯壳仅有8～15mm厚，中心为液态钢水，因此需要进入二次冷却区域，采取直接喷水冷却或汽雾冷却钢坯，加速凝固过程，使钢坯能够顺利进入拉矫装置，其次二次冷却区域的夹棍和侧辊对带有液芯的铸坯起支撑和导向作用，防止并限制铸坯发生鼓肚、变形、漏钢事故等。二次冷却装置主要由铸坯导向支架、喷淋管、喷嘴等部分组成，其中对钢坯内部质量影响最大的是喷淋水的压力、流量以及喷嘴的形式。由于我公司对浇注管坯的钢种的质量要求较高，因此对二冷段的要求很高，它的一些主要参数如下：冷却方式气水雾化冷却冷却段数3段（Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段）喷淋管形式弧形不锈钢方管喷嘴形式全锥气水喷嘴1.3.6拉矫装置对于弧形连铸机，钢坯经过结晶器，二冷段之后是弧形的，因此当铸坯出拉坯机后还必须进行矫直。在实际生产中，拉坯和矫直是在同一机组中完成，一般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。我们采用的是三组（四机位，一个自由辊）连续矫直曲线对钢坯进行矫直，可以确保每一矫直点铸坯的变形量渐增，总应力逐渐释放，产生的应变率低，且其延伸率都在产生裂纹的变形值以下，因此不会产生内部裂纹，从而生产出较高水平内部质量的铸坯。1.3.7切割铸坯的切割设备是在铸坯的行进过程中将它切割成所需要的定尺长度。目前一般采用火焰切割的方式。火焰切割是氧气和燃气通过切割嘴来切割铸坯的，通常使用的燃气有乙炔、丙烷、天然气和焦炉煤气等，我们主要采用霞普气。火焰切割的主要设备包括：切割小车、切割定尺装置、切割枪等。2.连续凝固的基础理论2.1连铸坯的凝固冷却过程连铸工艺要求铸坯在拉矫机和切割以前完全凝固，在连铸机范围内需散去的热量有三部分组成：（1）将过热的钢液冷却到液相线所放出的热量；（2）钢结晶凝固时放出的凝固热；（3）凝固的高温铸坯冷却到送出连铸机时的热；根据铸坯温度变化曲线，铸坯凝固冷却过程可分四个阶段：（1）钢液在结晶器中快速冷却，形成薄的坯壳。由于坯壳薄并具有塑性，在钢液静压力作用下坯壳产生蠕变，贴靠与结晶器内壁，坯壳与结晶器内壁紧密接触，此时冷却较快，铸坯表面温度明显下降；（2）随着凝固坯壳增厚，铸坯收缩，坯壳与结晶器间产生间隙，铸坯冷却速度减慢；（3）坯壳具有足够的厚度时，铸坯从结晶器中拉出，在二冷区受到强烈喷水冷却，中心逐渐凝固，但铸坯表面温度下降快，表面温度显著低于中心温度。（4）铸坯在空气中缓慢地冷却，铸坯中心的热量传导给外层使铸坯外层变热，表面温度回升。连铸坯凝固是在铸坯运行过程中，沿液相穴在凝固中逐渐将液体变为固体，因此连铸坯的凝固实质上就是一个传热过程。2.2结晶器内坯壳的形成钢水在结晶器内初生坯壳的形成过程非常复杂，主要可分为以下几个过程：（1）钢水与铜管内壁接触形成一个半径很小的弯月面，在弯月面根部由于冷却速度很快（100℃/s），初生坯壳很快形成，在表面张力作用下，钢液面具有弹性薄膜的性能，能抵抗剪切力，随着结晶器的振动向弯月面下输送钢水而形成新的坯壳。（2）已凝固的高温坯壳发生相变，收缩力牵引坯壳向内弯曲脱开铜壁，而钢水静压力又使坯壳向外鼓胀，此时坯壳的收缩力与钢水的鼓胀力处于动态平衡；（3）随着坯壳下降，形成气隙区，坯壳表面开始回热，坯壳强度下降，钢水静压力使坯壳变形，形成皱纹或凹陷，同时由于存在气隙，传热减慢，凝固速度减小，坯壳局部组织粗化，容易形成裂纹。（4）上述过程反复发生，直到坯壳出结晶器。总之，在结晶器弯月面形成初生坯壳，随着向下运动继续生长，组成了细晶体的激冷层，同时固液交界的树枝晶，被液体对流运动分离而到液相穴里，一部分可能重新熔化，另一部分晶体可能下落到液相穴底部，成为等轴晶的核心，形成中心等轴晶区。在二冷区喷水冷却时，内外温度梯度大，垂直于铸坯表面的树枝晶平行生长，形成柱状晶区，直到柱状晶生长与沉积到液相穴的等轴晶相连接，这样就形成了由激冷层、柱状晶和中心等轴晶三带所组成的铸坯低倍组织结构。2.3电磁搅拌的基本原理和功能连铸生产使用电磁搅拌的目的旨在改善铸坯表面和内部质量，放宽连铸工艺条件和扩大连铸钢种。电磁搅拌的原理是搅拌器内铁芯所激发的磁场通过结晶器的不锈钢质水套和铜板渗入钢水中，借助电磁感应所产生的磁力，促使钢水产生旋转和垂直运动。对结晶结构、成分偏析和消除钢水过热度具有重大影响。电磁搅拌器按其安装位置可分为：结晶器电磁搅拌器（M--EMS），一般安装在结晶器铜壁和不锈钢框架的背后，通过（M--EMS）对铸坯凝固前沿的冲刷作用，促使等轴晶的发展和组织的细化，以及夹杂物和气泡的上浮，从而改善铸坯的表面质量和凝固结晶组织；二冷段电磁搅拌器（S--EMS），一般安装在二冷区段铸坯液芯柱状晶“搭桥”前，相当于铸坯凝固厚度30～80mm处，可采用工频电源。S-EMS可阻止柱状晶生长，扩大等轴晶区，从而改善铸坯的内部组织，减少中心疏松和中心偏析，使夹杂物在断面上分布均匀；末端凝固段电磁搅拌器（F-EMS），一般设在二冷区下部液相穴末端附近，约相当于铸坯凝固厚度为100～180mm处。为减少钢液内部的磁场衰减，采用低频电源，其频率可按铸坯凝固的厚度而定。F-EMS通过对凝固前沿钢液的搅动，有利于减轻或消除中心偏析和缩孔。我厂连铸采用结晶器搅拌（M-EMS）主要参数为：3.连铸生产操作准备3.1中间包准备3.1.1中间包塞棒安装（1）将塞棒开度的指示标放在大约中位；（2）将塞棒放在水口上，并将连接芯棒放在横臂叉钳上；（3）调整横臂，使塞棒与水口中心线重合；（4）将横臂的螺母收紧，固定横臂；（5）先拧紧下部螺母，调整塞棒，使塞棒与水口中心线重合，然后拧紧上螺母，并进行打开和关闭检查。（6）关闭塞棒，将上部螺母收紧；3.2中间包准备（1）接上浸入式水口（按工艺要求）；（2）开动中间包小车至结晶器上方，并在浇注方向对中；（3）小车返回预热站；（4）用手轮打开和关闭塞棒，对塞棒进行最终检查；（5）塞棒处于全开位，并用手轮锁定；（6）将塞棒动力插头和信号电缆插头插在塞棒箱相应位置，放下预热盖；结晶器电磁搅拌（M--EMS）形式外置式线圈数据型号DJRM－Φ210W内经600mm外径1020mm高度540mm最大电流强度每相550A，低频输入功率MAX140KVA(140KW),三相，50Hz输出功率MAX550A,三相，低频MAX4Hz防护等级IP21功率因素≥0.92（7）开始中间包预热，先用小火烘0.5～1.0小时，然后开大火烘烤，并控制预热温度1100℃以上。（8）开浇前1～1.5小时开始预热浸入式水口；3.3结晶器和二冷活动段更换操作方法3.3.1结晶器的调换（1）按照生产计划，确定结晶器的型号；（2）首先检查结晶器液位控制用的放射源是否关闭，在确认放射源已经关闭的条件方可进行操作；（3）关闭软水泵，并关闭结晶器进出水总管阀门；（4）调换结晶器；（5）开结晶器冷却水泵，检查是否有泄漏现象；3.3.2二冷活动段的调换（1）根据生产计划，如生产不同断面的坯子确定需调换的二冷活动段；（2）按照设备维护规程，正确安装喷淋管和喷嘴；（3）将活动段吊至二冷平台；（4）将活动段正确安装在二冷段；3.4结晶器保护渣的准备（1）根据钢种和作业计划，在规定的料仓内准备一定品种数量的结晶器保护渣，保护渣用量按0.4Kg/t估算；（2）在浇注结束后，下一炉钢种所用的保护渣与本炉不同或停产检修时，应将保护渣放入专用袋内，注明日期、编号后存入烘烤房；（3）结晶器保护渣根据工艺卡要求调用；（4）中间包覆盖剂除工艺卡有不同要求外均使用镁质保护渣和碳化稻壳；3.5连铸生产操作3.5.1各钢种的交接温度、浇注控制温度（1）第一包液相线温度＋过程温降＋过热度＋10℃；第二包液相线温度＋过程