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1/67连铸工艺与设备10.连铸技术进展与技术经济指标课程编号：01014901课程类型：选修课学时：32学分：2开课对象：材料成型及控制工程专业本科生先修课程：认识实习、机械设计、金属学、生产实习2011.5.24为了进一步节能降耗，改善铸坯质量，扩大品种，提高经济效益，近30年来连铸技术又有新的发展。如连铸坯的热送技术、直接轧制技术、无缺陷铸坯生产技术、高温铸坯生产技术、铸坯质量在线判定技术、板坯结晶器在线调宽技术等的开发相继应用，以及对接近成品断面尺寸-近终形连铸技术的研究开发，都取得成效。其中薄板、薄带连铸机在全世界已建和在建的达53台之多，这也是钢铁工业技术革命的重要组成部分。10.1连铸技术进展3/67连铸发展初期，从连铸机拉出来的高温铸坯切割成定尺后，经过喷水冷却或在车间内堆放冷却到室温后，经过质量检查或表面精整，然后送至轧钢厂的加热炉重新加热到轧制温度。铸坯剪切成定尺后，一般铸坯表面温度在800～900℃，约有540kJ/kg的物理热放出来，为什么不利用铸坯的这部分物理热而要白白浪费呢?为此，从70年代人们就提出铸坯热送热装的工艺，也就是铸坯剪切成定尺后趁高温直接热送到轧钢厂装到加热炉内。10.1连铸坯热送热装技术传统工艺是：切割(或剪切)成定尺的铸坯冷却至常温，经质量检验和表面精整后，将合格的冷坯送往轧钢厂，装入加热炉重新加热到轧制温度，轧制加工成各种钢材；连铸坯的热送热装(CC-DHCR)工艺是：将切割(或剪切)成定尺，仍具有800~900℃高温的铸坯，直接运往轧钢厂，稍加热量补充便可达到轧制温度。10.1连铸坯热送热装技术5/67与连铸坯冷装相比，铸坯热送热装的主要优点是：(1)利用铸坯的物理热，节约能耗。其节约能量与铸坯热装入炉温度有关。例如铸坯热装入炉温度500℃可节能0.25×106kJ/t；600℃热装可节能0.34×106kJ/t；800℃热装时可节能为0.514×106kJ/t，即铸坯入炉温度越高，则节能越多。(2)提高成材率，节约金属消耗。由于铸坯热装入炉缩短了在加热炉的加热时间，减少了铁的烧损，可使成材率提高0.5%～1.5%。(3)简化生产工艺流程，节约生产费用。10.1连铸坯热送热装技术6/67(4)减少工序，缩短生产周期，连铸坯冷装入炉，从炼钢→轧材生产周期30h，而铸坯热装入炉，从炼钢→轧材生产周期l0h，直接轧制从炼钢→轧材生产周期为2h。(5)提高了产品质量，采用无缺陷铸坯轧制。如镀锡板平均缺陷发生率0.1%，而常规的轧制为1%～3%。(6)节省厂房面积和劳动力。热装和直接轧制取消了铸坯精整，减少了铸坯库存的厂房面积。10.1连铸坯热送热装技术高温出坯：由于铸坯是热送，因而尽可能提高铸坯表面温度，减少热量散失。为此可采取以下措施：(1)提高凝固终点铸坯的温度；(2)切割(或剪切)成定尺的铸坯在输送过程中做好绝热保温。10.1连铸机高温出坯技术8/6710.1连铸机高温出坯技术铸坯从结晶器运行到切割站的过程中，要尽可能有效利用钢水凝固成固体放出的物理热，提高凝固终点的铸坯表面温度，所采用的技术有：(1)二次冷却区采用复合的冷却制度：结晶器下部的扇形段(即0段)采用水喷嘴的强冷却，以使坯壳增厚，防止漏钢，以后各扇形段采用气水喷雾的弱冷却。使铸坯表面温度均匀，而在拉矫机之后的水平段进行间接冷却不直接向铸坯喷水，这样剪切后铸坯温度高达1000℃。所谓干式冷却，即在结晶器下的一段进行喷水冷却，其余各段借助于内冷的夹辊间接冷却，使出坯表面温度更高。9/67(2)利用液相穴凝固终点放出的潜热使坯壳复热。在铸机内铸坯边运行边凝固过程中形成了很长的液相穴，在液相穴末端的钢液均达到结晶温度，属于“体积结晶”，凝固潜热陡然放出，使坯壳温度回升，提高了铸坯温度。这里需要解决在拉坯过程中，如何准确地确定液相穴末端的位置使其在拉矫机前一米左右。解决办法一是借助于电磁超声波探测装置，以直接测定坯壳厚度计算完全凝固的位置。二是利用凝固传热数学模型计算该浇注条件下液相穴长度以确定凝固终点。这两种方法均已在生产上应用。而第二种方法较为广泛应用。10.1连铸机高温出坯技术10/67(3)可控制凝固终点的液相穴形状，如控制二次冷却方式，使板坯宽度方向中部冷却强度大一些，而两边冷却强度小一些，这样在拉矫机之前可使液相穴形状呈两侧大而中间小的所谓“眼镜形”，完全凝固时，板坯两边液体放出的凝固潜热较大，有利于板坯棱边的复热，既提高了板坯温度又使板坯温度更加均匀。10.1连铸机高温出坯技术11/6710.1热送连铸坯温度的保温措施为提高热装和直接轧制铸坯温度，防止热量散失，有以下保温方法：(1)连铸机内保温：在连铸机下部设置保温罩，实行机内保温，如在上、下夹辊之间在板坯两侧设置保温罩，防止板坯侧边过冷，可使板坯两侧棱边温度提高160～180℃，有利于提高板坯温度的均匀性。(2)切割区铸坯保温：为了使铸坯在切割过程中不致降温过大。可在切割区的辊道上装设随切割机移动的保温罩。如新日铁君津厂4号连铸机在切割机前后都设了移动式保温罩，取得了好的效果。12/67(3)铸坯运输过程中保温措施。铸坯在切割后输送到加热炉的路程中，为了避免温降过大，必须采取保温措施。一般地说，当铸坯运输距离不长时，采用保温辊道；运输距离较大时，只好采用保温车或铁道保温车来运送板坯。1)保温辊道为防止铸坯在辊道上运送过程中过分温降，在辊道上装设绝热性能良好的封闭的保温罩。10.1热送连铸坯温度的保温措施13/672)保温运输车在连铸机与加热炉之间距离较长时，不能用辊道运送，可采用保温车运送铸坯。对于板坯和大方坯，用铁道保温车为宜。如日本水岛厂用铁路保温车运送。对于小方坯可用保温卡车来运送铸坯。板坯、大方坯热装率达90%，热装温度达720℃，加热炉能耗下降到496×103kJ/t钢。应当指出，铸坯热装温度越高，节能效果越好，若热装温度由300℃提高到800℃，可降低加热炉能耗的420～630MJ/t钢。10.1热送连铸坯温度的保温措施14/67一般热装温度为300～700℃，而铸坯切割后，无间歇直接送入加热炉，温度可大于700℃，因此应尽可能提高铸坯出坯温度，在运送过程中严格保温外，还应加快铸坯的运输，以提高热装温度(如1000℃)，以达到更好的节能效果。10.1热送连铸坯温度的保温措施15/6710.2连铸坯热补偿技术连铸坯在铸机内运行冷却过程中，由于铸坯边部是两个方向传热，冷却较快，铸坯是两侧边温度较低，中部温度较高，整个断面温度不均匀，给铸坯热装和直接轧制带来了困难。为提高铸坯侧边温度，除保温等措施外，还开发了板坯边部加热技术，以提高铸坯边部温度。目前主要加热技术有：(1)铸坯边部煤气烧嘴加热，防止板坯边部过分冷却。采用这一技术与常规连铸相比，其板坯边部温度提高约200℃。16/67(2)铸坯边部电磁感应加热：电磁感应加热装置作为板坯边部温度补偿器。感应加热装置是由三个电磁感应线圈分别装在铸坯的上面、下面和侧面，当电流通过线圈时产生热量来加热铸坯角边部。这种方法可以按所需要的温度进行加热，当铸坯输送速度为4m/min的情况下，使铸坯边角部温度平均升高110℃以上。10.2连铸坯热补偿技术17/6710.3连铸坯在线同步轧制连铸连轧工艺有两种基本方式。第一在线同步轧制工艺，即连铸与轧制在同一作业线上，铸坯出连铸机后，不经切断直接进入与铸机拉速同步的轧制，每流连铸机需配备专用轧机。先后在美国、日本、德国等国建立了20多条试验生产线，但正式投产的不多。工艺优点：生产过程连续化程度高，增大轧材卷重，提高成材率及大幅度节能。18/67主要缺点：(1)由于铸机拉速与轧制同步增加了生产操作的难度。(2)铸机和轧机连成一体，铸机拉速太慢，满足不了轧制速度的要求，严重影响轧机能力的发挥，降低了轧机作业率，在经济上不合算。(3)轧制速度太低，将使轧辊热负荷太大，影响辊的寿命，增加换辊时间。从70年代中期以来，这种在线同步连铸连轧工艺几乎停止发展。10.3连铸坯在线同步轧制19/67第二叫铸坯直接轧制工艺，即“连铸-切断-加热或补热-轧制”方式的组合。连铸坯拉出铸机后切断成定尺，在线的进行铸坯的均热或边部补偿加热后进入轧机，连铸与轧制在同一作业线上，但不是同步轧制。工艺优点：提高了生产过程连续化的程度，简化了工艺流程，缩短了生产周期，有利于节能，降低生产费用。如果作业线上增加保温坑，比在线同步轧制具有更大的灵活性。10.3连铸坯直接轧制20/6710.3实现热送热装或直接轧制前提条件连铸坯冷送到轧钢厂加热炉之前，根据目测检查铸坯表面缺陷的严重程度，进行手工清理或火焰清理，对冷态铸坯质量状况做出评价，而内部质量通过对连铸坯取样做硫印和酸浸检验进行评价。连铸坯实行热送热装或直接轧制，铸坯温度高，就不能依靠人工直接检查铸坯质量了。为了保证轧制产品的质量，就必须要求连铸机生产出无缺陷的铸坯，这是前提条件。要生产无缺陷铸坯，除连铸机处于良好的运转状态外，重要的是严格执行目标管理和标准化操作。为保证热送铸坯质量，目前有两种热状态下控制技术：21/67(1)高温铸坯表面缺陷检测系统。目前使用的热测方法可分为光学法、感应加热法和涡流法三类。如用涡流法可检测大于某一长度和深度的表面裂纹，用快速图象处理的光学法可鉴别大于某特定尺寸的裂纹、结疤等缺陷。根据检测的缺陷，随即联动火焰清理机对缺陷进行热清理，或随即反馈以了解属于何种不正常浇注操作所引起的这种缺陷，及时修正操作。10.3实现热送热装或直接轧制前提条件22/67(2)铸坯在线质量判断系统实现铸坯质量在线判断系统，以对铸坯质量做出评价，这是目前的发展趋势。该系统是以严格执行标准化的浇注操作作为基础。经过多年生产实践，现已能定量的确定钢水成分、浇注工艺、设备状态和生产管理等因素对铸坯表面缺陷(裂纹、夹渣、气孔等)，内部缺陷(夹杂、偏析、裂纹等)和形状缺陷(如铸坯鼓肚、脱方等)的影响。10.3实现热送热装或直接轧制前提条件10.4近终形连铸技术接近最终成品形状尺寸的连铸技术又称近终形连铸技术。它包括有：(1)薄板连铸。浇铸厚度为40~80mm的薄板铸坯，可以直接进入热精轧机。(2)带坯连铸。浇铸厚度不大于10mm的薄带坯，能够作为冷轧的坯料。(3)薄带连铸：浇铸不大于1mm的非晶带坯。(4)异型坯连铸：目前已有H型钢连铸机，生产的H型钢连铸坯，轧制时压缩比在6:1，质量完全合格。(5)中空圆坯连铸的生产厂家很少。10.4.1薄板连铸技术一般连铸板坯厚度在150~400mm，若加工成厚度为几十毫米，或十几毫米，或几毫米，甚至不到1毫米的薄板材时，需重复加热及轧制，设备庞大，能耗极高，工艺流程长，金属损失多，成材率低。连铸机能够浇铸厚度为20~60mm的薄板坯，直接进入热精轧机组，其流程对比如下：10.4.1薄板连铸技术10.4.1薄板连铸技术-CSP薄板连铸技术设备特点：(1)连铸设备为立弯型连铸机，垂直高度为1.2m，弯曲半径为3.05m。(2)漏斗形结晶器，其结构特点如下图所示。(3)在结晶器下口的支承装置是冷却格栅，长度约700mm；冷却格栅下面是框架组成的辊支承段；导辊是由多点支撑的分节辊组成，既可防止铸坯发生鼓肚变形，又可避免导辊的变形。已凝固的薄板坯经1.2m的直线段，弯曲后一点矫直。CSP漏斗形结晶器结构示意图10.4.1薄板连铸技术-ISP连铸技术设备特点：(1)ISP生产线为超低头薄板坯连铸机，弧形的曲率半径分别为5m、6.6m、9.8m和19.6m。(2)平行板直弧形结晶器。结晶器上部为垂直结构，下部为弧形结构，其弧形与连铸机弧形半径相接。10.4.2薄带连铸技术将钢液直接铸成薄带做为成品，或者做为冷轧的坯料生产薄带产品。这又是连铸技术的新进展，可以进一步简化生产工序，减少投资和降低能耗。因而得到世界冶金工作者的重视。现在薄带连铸坯生产方法有单辊法、双辊法、辊带法及履带法等。这些都属于移动结晶器的连铸机。10.4.2单辊薄带连铸机薄带连铸机的结构如下图所示。将钢