2021 连铸工艺与设备总复习课件.ppt

连铸工艺与设备总复习,连铸主要设备包括：钢包(盛钢桶)回转台、中间包(罐)、结晶器(一次冷却)、结晶器振动机构、二次冷却装置、拉坯矫直装置(拉矫机)、切割装置和铸坯运出装置等。,从转炉或电炉初炼好的钢水注入钢包的同时进行脱氧合金化，然后运至钢包精炼站进行钢水温度和成分的调整(炉外精炼)。,1.2 连续铸钢的工艺流程,将装有精炼好钢水的钢水包运至连铸平台回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包。,中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中，结晶器使铸坯成形并迅速冷却凝固结晶，形成外表为凝固坯壳内部是未凝固钢水的铸坯。,在结晶器下端出口处的凝固坯壳应有足够厚度，以保证内部钢液不流出来(钢液流出叫拉漏)。,随着拉坯辊缓慢地将带液芯铸坯从结晶器拉出，中间包内的钢水也同时连续地注入结晶器内，就可以得到很长带液芯铸坯。,带液芯铸坯在二次冷却区喷水强制冷却，拉矫机与结晶器振动装置共同作用，将结晶器内铸坯拉出，当拉到规定位置时，铸坯内部完全凝固。将铸坯切割成规定的尺寸，由出坯装置送后续工序。,1钢水包；2中间包；3振动机构；4偏心轮；5结晶器；6二次冷却夹辊；7铸坯中未凝固钢水；8拉坯矫直机；9切割机；10铸坯；11辊道,连铸机工艺流程,1.3 连续铸钢的优越性,连续铸钢自问世以来便得到迅速发展，主要是由于与传统的“模铸-开坯”工艺相比，具有如下突出优点：1)简化了钢坯生产工序，缩短了工艺流程，节省投资；a. 省去了脱模、整模、钢锭均热、初轧开坯等工序。b. 薄板连铸机，又省去了粗轧机组。 2)提高了金属收得率和成材率；由于在一个机组上连续浇注出钢坯来，可以提高金属收得率达7%-8%，成材率提高10%-15%，成本可以降低约10%-12%；,3)降低了能源消耗。据日本资料介绍，连铸的能源消耗仅为模铸工艺的13.5%-20.8%；4)生产过程机械化、自动化程度高，改善劳动条件。可以采用计算机自动控制，易于实现连续生产；5)提高铸坯质量，扩大品种。连铸坯断面比较小，冷却速度大，枝晶间距小，偏析程度小，尤其沿铸坯长度方向化学成分均匀。此外，除沸腾钢外几乎所有钢种均可以采用连铸工艺生产，而且质量很好。6)与轧钢衔接良好。,早在19世纪中期美国人塞勒斯(1840年)、赖尼(1843年)和英国人贝塞麦(1846年)就曾提出过连续浇注液体金属的初步设想，并用于低熔点有色金属的浇注；类似现代连铸设备的建议是由美国人亚瑟(1886年)和德国人戴伦(1887年)提出来的。1930年，铜和铝的连续铸造开始应用于生产。钢的连铸要困难的多。钢的熔化温度高，导热性差，不容易在短时间内形成足够厚的外壳，外壳很容易拉断，此时连铸机还不适合铸钢。,1.4 连续铸钢技术发展的概况,1933年德国人容汉斯建成一台结晶器可以振动的立式连铸机，并用其浇注黄铜获得成功，后又用于铝合金的工业生产。结晶器振动的实现，不仅可以提高浇注速度，而且使钢液的连铸生产成为可能，因此容汉斯成为现代连铸技术的奠基人。,40年代连续铸钢试验开发,在20世纪40年代，钢的连铸试验开发主要集中在美国和欧洲。容汉斯决定让美国罗西(I.Ross)使用他的专利权，这对连续铸钢技术开发具有重要历史意义。二者分别在美国和德国独立进行连续铸钢试验工作。40年代连铸技术开发主要在结晶器上。曾出现固定不动结晶器、弹簧吊挂式结晶器和以容汉斯方式为代表的振动结晶器。目前，振动式结晶器已经成为标准的铸机模式。,连铸技术的突破性进展-英国人哈里德(Halliday)提出的“负滑脱”(Negative strip)概念。在哈里德的负滑脱振动方式中，结晶器下振速度比拉坯速度快，铸坯与结晶器壁间产生了相对运动，真正有效地防止了铸坯与结晶器壁的粘连，钢连续浇注的关键性技术得到突破。在容汉斯及罗西的振动方式中，结晶器下降时与铸坯无相对运动，哈里德的负滑脱方式中结晶器与铸坯有相对运动，有改善润滑、减轻粘结的优点，更便于实现高速浇注。,连续铸钢在20世纪50年代步入了工业化生产阶段，但产量很少。1950年世界钢产量为1.9亿吨，而1960年达到3.4亿吨，连铸钢产量仅为115万t，连铸比仅为0.34%。世界上第一台工业生产的连铸机于1951年在前苏联“红十月”冶金厂建成，是一台立式双流板坯半连续铸钢设备，用于浇注不锈钢。1952年第一台立弯式连铸机在英国巴路厂投产。,50年代开始步入工业化,进入20世纪60年代，弧形连铸机的问世使连铸技术出现了一次飞跃。相比较立式铸机，弧形铸机不仅提高了生产率，降低了设备投资，而且更有利于安装在原有的钢厂内。弧形连铸机的概念早在1952年德国人欧萨波尔(O.Schaber)就提出 ，最先把弧形结晶器连铸机的设想付诸工业性试验的却是德国曼内斯曼公司。世界第一台弧形连铸机于1964年4月在奥地利百录厂诞生。,60年代弧形铸机引发革命,连铸比的概念,连铸比：指连铸合格坯产量占合格钢总产量的百分比。合格钢生产量=合格连铸坯生产量+合格钢锭生产量+合格铸钢水生产量。连铸比是衡量一个国家或一个钢铁工厂生产发展水平的重要标志之一，也是连铸设备、工艺、管理以及和连铸有关的各生产环节发展水平的综合体现。1960年代末，世界钢产量的连铸比仅为5.6%，到2004年连铸比为90.4%。,1.6 连铸机概念,铸机的名称1.台数：凡是共用一个钢包(盛钢桶)同时浇注一流或多流铸坯的一套连铸设备，称为一台连铸机。2.机组：一台铸机中具有独立传动和工作系统，当其它机组出现故障时仍可照常工作的一套连铸设备称为一个机组。一台连铸机可以是单机组，也可以是多机组。,3.流数：对于每台连铸机来说，同时能浇注铸坯的总根数叫连铸机流数。凡一台连铸机只有一个机组，又只能浇注一根铸坯叫一机一流。如能同时浇注两根以上的铸坯叫一机多流。凡一台连铸机具有多个机组又分别浇注多根铸坯的，称为多机多流。一机多流与多机多流相比，设备重量轻，投资省，但一机多流如有一流出事故，可造成全机停产，且生产操作及流间配合困难。近年来，方坯最高浇8流，多数用24流。板坯最多浇4流，多数用l2流。,1.7 连铸机型分类,从上世纪50年代连铸工业化开始，60年来连铸机发展经历了由立式、立弯式到弧形的演变过程，目前连铸机型采用最多的是全弧形和弧形带直线段(或者是立弯式)。连铸机可以按照多种形式分类：1)按照连铸机结构外形或铸坯运行轨迹分：立式、立弯式、直结晶器多点弯曲式、直结晶器弧形、弧形、椭圆形和水平连铸机。,立式连铸机浇注、结晶凝固、二次冷却和切割等工序均在垂直线上顺序进行。立弯式铸机先是垂直的，待铸坯凝固后再弯90成水平状切割运出，高度比立式有所降低。弧形连铸机把钢液浇到弧形结晶器内，沿弧形轨道运行，经过1/4圆弧后在水平方向出坯，设备高度比立弯式更进一步降低。在弧形连铸机的基础上进一步改进，就出现了椭圆形连铸机。水平连铸机目前正处于开发阶段。据不完全统计，目前世界上所建的连铸机中，立式占17%，立弯式占21%，弧形占55%，其它形式占7%，目前新建连铸机是弧形的最多。,2)按照连铸机所浇注断面大小和外形分：厚板坯、薄板坯、大方坯、小方坯、圆坯、异型钢坯及椭圆形钢坯连铸机和薄带连铸机等。方坯连铸机：通常把所浇注断面或者当量面积150150mm以上为大方坯；断面150150mm为小方坯。板坯连铸机：铸坯断面长方形，宽厚比一般在3以上。圆坯连铸机：铸坯断面为圆形，直径60400mm。异型坯连铸机：浇注异型断面如工字梁等。,3)按钢水的静压头(铸机垂直高度与铸坯厚度比值H/D)分：高头型、标准头型、低头型和超低头型连铸机等。4)连铸机按一个机组共用一个大包所能浇注坯数分：台机流。单流或一机一流，双流或者一机二流或者二机二流；多机多流。5)按拉速分类有：高拉速和低拉速连铸机。主要区别在于：高拉速时铸坯带液芯矫直，低拉速时铸坯全凝固矫直。,1.7立式连铸机特点,基本特征：连铸机主要设备如中间包、结晶器及其振动装置等均上下依次序排列在一条垂直线上。主要优点：铸坯四面冷却均匀；非金属夹杂物易于上浮；成分和夹杂物偏析较小；主体设备结构均简单，可省去一套矫直装置；占地面积小，设备紧凑；二次冷却装置和夹辊等结构简单，便于维护；铸坯在结晶凝固过程中，不受任何机械外力作用。高温铸坯无弯曲变形，铸坯表面和内部裂纹少，为获得高质量铸坯创造更有利的条件；适于优质钢、合金钢和对裂纹敏感钢种的浇注。,主要缺点：铸机机身很高，由此带来一系列问题：钢水静压大，极易使凝固坯壳产生鼓肚变形，从而导致铸坯质量恶化。机身高达2040m，基建费用高，安装维修不方便。因不能把铸机高度增加过高，故只能低速浇注，不能延长冶金长度，生产率低；随着生产率进一步提高，铸坯尺寸增大，拉速需加快，使立式连铸机还要加高，其缺点会更加突出，发展受到严重限制。只适于浇注小断面铸坯。,1.7 立弯式连铸机,基本特征：铸机机身上部都与立式铸机完全相同，在铸坯完全凝固后，经过弯坯装置将铸坯弯曲90o成水平，在水平位置矫直、切断成定尺，水平出坯。主要优点：完全保留了立式连铸机的主要工艺与铸坯质量高的长处；与立式相比，机身高度降低，节省投资；水平方向出坯，加长机身比较容易，可实现高速浇注；有垂直段，铸坯内未凝固钢液中的夹杂物容易上浮且分布均匀；机身高度比立式低，钢水静压小；铸坯定尺长度不受限制，运送方便；二次冷却结构较简单。,主要缺点：尽管铸机机身高度有所降低，但在铸坯尺寸进一步加大，拉速再提高时，铸坯的液相深度会越来越长，机身至弯坯前还是太高。同弧形连铸机相比，占地面积相当，厂房高度高，投资较大；铸坯要经过一次弯曲一次矫直，容易产生内部裂纹；只适于浇注小断面铸坯。,1.7 直结晶器弧形连铸机,是奥地利联合钢铁公司和美国钢铁公司推荐的一种机型，主要用于浇注板坯，采用直结晶器，在结晶器下有25m直线段夹辊，带有液芯铸坯经过直线段后，被连续弯曲成弧形，然后把带有液芯的弧形铸坯矫直，再切割成定尺。1)在工艺上保留立式连铸机特点，有利于非金属夹杂物的上浮，适合于要求夹杂均匀分布高质量板，如汽车板；2)带液芯弯曲成弧形，使铸机又具有弧形机特点，设备高度低，投资少；3)采用连续弯曲和多点矫直技术可以保证铸坯在二冷区不产生裂纹(该机型关键技术)；4)铸坯低倍组织对称性好；5)设备比全弧形铸机重，高度高，安装维护，调整难度大。,1.7 全弧形连铸机,全弧形连铸机的结晶器是弧形的，二冷装置和拉矫装置都布置在某一半径的一个圆的1/4圆弧上，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。,主要优点：铸机高度低，投资少，应用广泛；坯壳承受钢水静压力小，可以减少铸坯鼓肚和内裂等缺陷，有利于改善铸坯内部质量和提高拉速。安装、维修对弧方便。主要缺点：铸坯弯曲矫直，容易引起内部裂纹；非金属夹杂物上浮条件不好，铸坯内夹杂物分布不均匀，非金属夹杂物容易在内弧聚集(最大缺点)；内外弧冷却不均匀，低倍组织不对称；设备较为复杂，维修也较困难。,1.7 超低头连铸机,又称为多半径连铸机或椭圆形连铸机，为了进一步降低连铸机高度，降低投资，将结晶器和二冷段布置在1/4椭圆弧上，分段依次改变圆弧部分曲率半径，此铸机除了弧形区采用多半径外，其基本特点与全弧形连铸机相同。,主要优点：设备高度低，厂房高度降低，投资小；多次变形，每次变形量不大，铸坯质量好；钢液静压小，坯壳承受压力小不易鼓肚，质量好。主要缺点：结晶器内夹杂物不能上浮分离，且内弧聚集；拉坯阻力较大，连铸速度受到限制，拉速一般在1m/min左右；断面厚度受限制，一般不超过200mm厚；多半径，连铸机对弧、安装、维修调整困难，设备较复杂。,1.7 水平连铸机,目前其工艺和装备在国外已较为成熟，正在向扩大钢种、断面形状和尺寸方向发展。主要特征：结晶器、二次冷却区、拉矫机、切割装置等设备安装在水平位置上，在浇注过程中铸坯始终保持水平运动，不受弯曲或矫直，属无氧化浇注。,主要优点：高度最低，设备简单、投资省、维护方便；钢水静压力小，避免了铸坯的鼓肚变形；中间包与结晶器全封闭，实现无氧化浇注，铸坯的清洁度高，夹杂物含量少；没有弯曲矫直产生裂纹的可能性，铸坯质量好；适合浇注特殊钢、高合金钢。主要缺点：浇注的铸坯断面小，它受拉坯时的惯性力限制；结晶器石墨套和分离环价格较高，增加了铸坯成本。,1.9 连铸机的几个重要参数,规格的表示方法： 弧形连铸机规格表示方法为：aRb-C a1台连铸机的机组数，若机组数为1可省略； R机型为弧形或椭圆形连铸机； b连铸机的圆弧半径，m；若椭圆形铸机为多个 半径之乘积，也表示可浇注坯的最大厚度： 坯厚= b/(3036)mm C表示铸机拉坯辊辊身长度，mm，还表示可容纳 铸坯的最大宽度： 坯宽=C-(150200)mm,例如：(1) 3R5.25-240 表示此台连铸机为3机，弧形连铸机，圆弧半径为5.25m，拉坯辊身长为240mm。(2) R10-2300 表示此连铸机为1机，弧形连铸机，圆弧半径为10m，拉坯辊辊身长度为2300mm，(浇注板坯的最大宽度为2300-150200)=(21502100)mm。(3) R34612-350(也有写作R3/4/6/12-350)表示该连铸机为1机椭圆形连铸机，四段弧半径分别为3m、4m、6m和12m，拉坯辊辊身长度为350mm。,2.1 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，用钢包运送到浇注位置注入中间包，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。,为防止铸坯壳被拉断漏钢和减少结晶器中的拉坯阻力，在浇注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。,2.2 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、保护渣供给与结晶器润滑装置等；自动控制与测量仪表结晶器液面测量与显示系统、过程控制计算机、测温、测重、测长、测速、测压等仪表系统。,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。,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,中间包是短流程炼钢中用到的一个耐火材料容器，首先接受从钢包浇注下来的钢水，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,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1030mm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6001000mm。中间包形状有长方形、三角形等。,2.2.2 中间包的结构特点,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；4SEN；5滑动水口箱体；6结晶器；7连杆；8液压缸；9中间包,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,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,连铸坯采用液芯矫直时，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。轻压下技术是在容易形成中心偏析的凝固末端实施一定的压下量，使容易形成偏析及疏松的地方的非浓化钢液均匀流动，一方面消除或减少铸坯收缩形成的内部空隙，防止晶间富集溶质的钢液向铸坯中心横向流动；另一方面轻压下所产生的挤压作用还可以促使液芯中心富集溶质的钢液沿拉坯方向反向流动，使溶质元素在钢液中重新分配，从而使铸坯凝固组织更加均匀致密，达到改善中心偏析的目的。,2.2.12 轻压下,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(Electro-magnetic stirring)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：安装在结晶器铜管外面。二冷区电磁搅拌SEMS：安装在铸坯外面。凝固末端电磁搅拌FEMS：安装在铸坯外面，用于方坯连铸。,2.2.13 电磁搅拌,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,2.2.16 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。弧形连铸机高度较低，建设费用低，钢水静压力小，铸坯在辊间鼓肚小，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。,2.2.17 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：150mm150mm；大方坯：(151mm151mm)(450mm450mm)；矩形坯：(150mml00mm)(400mm630mm)；板坯：150mm600mm300mm2640mm；圆坯：80mm450mm。,2.2.18 拉坯速度,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。,式中： 钢水密度， ； B铸坯宽度，m； D铸坯厚度，m； q每分钟每流浇注的钢水量，t/min。,2.2.19 最大拉坯速度,限制拉坯速度的主要因素是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810mm；大断面铸坯坯壳厚度应15mm。,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80120mm)；K结晶器内钢液凝固系数， ，可用经验公式K=37.5/D0.11估算；坯壳厚度，mm。,2.2.20 钢包允许浇注时间,为保证浇注操作顺利进行，获得优质铸坯和防止浇注过程中水口冻结停浇，不同容量钢包应有合适允许浇注时间。为延长浇注时间，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，连铸的浇注温度应高于液相线温度2060。允许最大浇注时间(克伦纳及塔尔曼经验公式)： G钢包容量(吨)，该式用于100吨钢包以下；T允许最大浇注时间(分)；f质量分数，要求严格钢种f=10，要求低的f=16。,2.2.21 液相深度,液相深度L液是指从结晶器液面开始到铸坯中心液相凝固终了(铸坯凝固末端)的长度，也称为液芯长度。,L液连铸坯液相深度，m； vc拉坯速度，m/min； D铸坯厚度，mm； t铸坯完全凝固需要的时间，min,K铸坯凝固系数， ；板坯取2428，圆坯取2528，方坯取2533。,2.2.22 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，决定着连铸机生产能力，也决定了铸机半径或高度，从而对二冷区及矫直区结构乃至铸坯的质量都会产生重要影响。,L冶铸机冶金长度，m；D铸坯厚度，mm；K铸坯凝固系数， ；Vmax最大设计拉速，m/min铸机长度：从结晶器液面到最后一对拉矫辊之间的实际长度，通常为冶金长度的1.11.2倍。,R L冶,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D、拉坯速度Vc和凝固系数K(冷却条件)有关，其关系式如下： RD2RVc/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。,2.2.23 圆弧半径,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：,R连铸机圆弧半径，D铸坯厚度； c系数，一般中小型铸坯取3036；对大型板坯及合金钢，取40以上。国外，普通钢取3335，优质钢取4245。,n1台连铸机浇铸的流数G盛钢桶容量，tF 每流铸坯的断面积，m2v平均拉坯速度，m/min连铸坯密度，t/m3T钢包允许浇铸时间，min,连铸机的流数主要取决于钢包容量、冶炼周期、铸坯断面以及铸机允许的拉坯速度。近年来，小方坯连铸机最多浇铸达12流，多数采用46流。大方坯最高浇铸达8流，多数采用14流。大板坯最多浇铸达4流，常12流。,2.2.24 连铸机流数的选择,3.1 弧形连铸机的主要设备,缓冲器、火焰清理机、打号机等,辊道、冷床、拉钢机、推钢机、翻钢机、,出坯设备,机械剪,液压剪,机械剪切,火焰切割,切割设备,引锭杆收集存放装置,拉坯矫直机、引锭装置、脱引锭装置,拉坯矫直设备,成型及冷却设备结晶器及其振动装置、二次冷却装置,钢液浇注及承载设备钢包、钢包回转台、中间包、中间包车,3.1 弧形连铸机主要设备,1.钢包teeming ladle(大包、盛钢桶),钢包作用：用于盛接钢水，并进行浇注的设备，也是钢水炉外精炼的容器。,钢包通过滑动水口开启和关闭来调节钢液的注流。滑动水口承受高温钢渣的冲刷、钢水静压、温度急变的作用。用于滑动水口的耐火材料，应耐高温、耐冲刷、耐急冷急热、抗渣性能好，并具有足够高温强度。外形尺寸必须符合规格要求，表面平整光滑。滑动水口耐火材料种类：如高铝质、铝碳质、镁尖晶石质、锆碳质、铝锆碳质、铝镁复合滑板等。,3.1 注流控制机构-钢包滑动水口,3.1 滑动水口与长水口,滑动水口由上水口、上滑板、下滑板、下水口组成。靠下滑板带动下水口移动调节上下注流孔间的重合程度来控制注流大小。驱动方式有液压和手动两种。,长水口(LN)又称保护套管(Shroud)，用于大包与中间包之间保护注流，避免了注流的二次氧化、飞溅以及敞开浇注带来的卷渣问题。目前长水口的材质有熔融石英质和铝碳质两种。,钢水从钢包注入中间包或者从中间包注入结晶器的过程中，不可避免地要与空气接触发生氧化反应和吸收气体。如果不采取措施，即使钢水经过了各种处理，钢水的纯度很高，还是会发生二次氧化，往往在铸坯、钢板和成品加工过程中出现种种表面或内部缺陷，使其机械性能变坏。因此，在连铸过程中必须使钢水与空气隔绝，这就是无氧保护浇注技术。,3.1 无氧保护浇注技术,长水口机械手机构就是通过各种动作把长水口的上端与钢包滑动水口的下水口相接，长水口的下端伸入中间包钢水液面以下，使钢水通过长水口注入中间包，将注流与空气隔绝。为了防止从长水口与钢包滑动水口的连接处吸入空气，选用Ar气密封，以免吸入空气增加钢中氮含量，这也是无氧浇注中钢包与中间包之间保护形式的一种，是品种钢浇注的必要技术。,钢水经吹氩调温或精炼处理后，用钢包送到中间包上方进行浇注。目前承托钢包的方式主要有钢包回转台和钢包支架等。钢包回转台能够在转臂上同时承放两个钢包，一个用于浇注，另一个处于待浇状态。回转台可以减少换包时间，有利于实现多炉连浇。钢包回转台有直臂式和双臂式两种。,3.1 钢包运载设备,3.2 中间包,中间包是钢包与结晶器间的一个中间贮存容器，用于接受钢包钢水以及向结晶器内注入钢水。做好浇注准备的中间包，通常都放在烘烤位置的中间包承运小车上。欲浇注时，中间包小车开到浇注位置，使中间包水口对准结晶器，钢包里钢水通过中间包注入结晶器。中间包内衬在承载钢水前要经过燃气(焦炉煤气、天然气、柴油或其它气体)烘烤，使其达到1100。,储钢减压稳流缓冲作用：中间包可以存储钢水，保持一定钢水深度，减少钢水静压力，稳定中间包内的压力，使注流稳定，出中包钢流对结晶器内坯壳的冲刷保持稳定；清除杂质作用：中间包控制钢水流动状态，利于非金属夹杂物上浮，净化钢液，提高铸坯质量；分流作用：在多流连铸机上，由多水口中间包将钢液分配给每个结晶器；,3.2 中间包作用,连浇作用：在多炉连浇时，中间包存储钢液在换钢包时起到保持工艺稳定和承上启下的衔接作用；中间包冶金：将部分炉外精炼手段移到中间包内实施。总之，中间包作用是储钢、减压、稳流、缓冲、除渣、分流和中间包冶金，是实现多炉连浇的基础。,消旋器：防止形成钢水流动死区，防止钢水流动到此处遇到包壁产生漩涡影响水口注流和塞棒动作；透气条：往钢水里通入氩气(或氮气，根据工艺要求)搅动钢水，将钢水带往液面，均匀温度和成分；冲击槽：防止钢流直接冲刷包底，延长包底耐材寿命，使钢水产生向上流动的趋势。,传统的中间包只起到存储、分配钢水和稳定注流作用，随着连铸对钢的质量要求日益提高，为了提高钢水纯净度，将钢包精炼中采用的措施移植到中间包，把中间包作为钢包与结晶器之间的一个精炼反应器，以进一步净化钢水，提高铸坯质量。在现代连铸的应用和发展过程中，中间包的作用显得越来越重要，其内涵在被不断扩大，从而形成一个独特的领域中间包冶金。,3.2 中间包冶金,中间包冶金的主要功能：净化功能为生产高纯净度钢，在中间包采用挡墙加坝、吹氩和陶瓷过滤器等措施，改善钢水流动状态，延长钢水在中间包内停留时间，促进非金属夹杂物上浮排除；调温功能为使浇注过程中间包前中后期钢水温降小，最好接近液相线温度浇注，扩大等轴晶区，减少中心偏析，可采取向中间包加小块废钢、喷吹铁粉等措施调节钢水温度，达到中间包前中后期钢水温差小于5；,成分微调由中间包塞棒中心孔向结晶器喂入Al、Ti、B等包芯线，实现钢中微合金成分微调，既提高了易氧化元素的收得率，又可避免水口堵塞； 精炼功能在中间包钢水表面加入双层渣吸收钢中上浮夹杂物，或者在中间包喂钙线改变Al2O3夹杂形态，防止水口堵塞；加热功能在中间包采用感应加热或等离子加热等措施，控制钢水浇注温度在8之间。,70年代认识到改变中间包形状和加大中间包容积可以达到延长钢液的停留时间，提高夹杂物去除率的目的；安装挡渣墙，控制钢液的流动，实现夹杂物有效碰撞、长大和上浮。80年代发明了多孔导流挡墙和中间包过滤器。采用钢包精炼和中间包冶金技术只能去除大于50m的大颗粒夹杂，过滤技术可去除小于50m的夹杂。,3.2 中间包冶金,3.2 中间包冶金措施,中间包内设置挡墙(堰)。在中间包内设置高出液面的墙。作用：隔离冲击区与水口区；封闭注流冲击区的紊流，防止表面卷渣，有利去除夹杂；减少死区，有利于钢水温度均匀。 中间包内设置坝。设置在中间包内钢液面以下障碍物。作用：与挡墙配合起倒流，促进夹杂物上浮，达到精炼钢水的作用。,中间包内吹隋性气体。通过中间包底部多孔砖或用吹气棒吹入隋性气体，增加搅拌，促进夹杂物上浮。吹气处理时，钢水表面覆盖碱性渣，效果会更好些。中间包钢水过滤。目前广泛应用的是陶瓷泡沫过滤器。试验表明：中间包加挡墙和坝与使用过滤器对比，使用过滤器后方坯中的硅锰夹杂物减少了74%，过滤器还能降低钢中Al2O3夹杂。中间包加热。采用电弧、电渣、等离子和感应加热等。生产上主要使用感应加热法和等离子加热法。,中间包喂丝。中间包喂丝能起到微调钢水合金元素、改变夹杂物形态的作用。中间包内喂入CaSi包芯线，其目的是将脆性Al2O3夹杂转化为低熔点的铝酸钙(12CaO7Al2O3)，以改善钢水流动性，防止堵水口。通过塞棒中孔向结晶器内加入合金Al、B和Ti，以满足钢对这些元素的要求，同时可避免钢中含铝而堵塞水口。,中间包冶金的最新技术：(1)H型中间包(2)离心流中间包(3)中间包吹氩(4)去夹杂的陶瓷过滤器(5)电磁流控制,3.2 中间包冶金,3.2 中间包容量确定,中间包的容量是大包容量的20%40%。在通常浇注条件，钢液在中间包内应停留810min，才能起到上浮夹杂物和稳定注流的作用并保持换包时拉速保持不变。中间包有向大容量和深熔池方向发展的趋势，容量可达6080t，熔池深为10001200mm。,SEN就是把中间包水口加长，插入到结晶器钢液面下一定深度把浇注流密封起来。SEN作用：隔绝了注流与空气的接触，杜绝了二次氧化；通过水口形状的选择，可以调整钢水在结晶器内流动状态，促使夹杂物上浮；杜绝了钢流飞溅对液面的冲击，防止了卷渣，提高了铸坯表面在结晶器内的润滑稳定性，提高铸坯的质量。结晶器使用SEN+保护渣浇注，为连铸技术的发展带来了划时代的进步。,3.2 浸入式水口(SEN),目前使用最多SEN有单孔直筒形和双侧孔式两种。,SEN基本类型a-单孔直筒式水口；b-侧孔向上倾斜呈Y形水口；c-侧孔向下倾斜呈倒Y形水口；d-侧孔呈水平状水口,浸入式水口形状主要是指钢流出口角度而言，一般有直孔式、侧孔向上、侧孔向下和水平式等4种。究竟选用哪一种，要根据浇注速度和结晶器断面尺寸来确定。一般认为，浸入式水口保护渣技术只适用于大方坯和板坯连铸，小于150150毫米的小方坯，由于断面小，浸入式水口尺寸受到限制，加上拉速快，液面波动大，易造成卷渣，故很难采用这种方法。,4.1 结晶器,结晶器是一个强制水冷带有“活底”铜模，是连铸设备中最关键的部件，其性能对连铸机生产能力和铸坯质量以及工艺的顺利稳定都有十分重要的作用，称之为连铸机的“心脏”。通俗地讲结晶器就是一个钢水制冷成型设备。基本由框架、铜板、调整系统、润滑系统、冷却系统等设备组成。结晶器需要和结晶器保护渣一同使用。钢液在结晶器内冷却初步凝固成型，形成一定厚度和强度均匀坯壳，以保证出结晶器后不变形和拉裂，此过程是在坯壳与结晶器壁连续相对运动下进行。,4.1 结晶器作用,结晶器是连铸机的关键部件，其作用是：在尽可能高的拉速下，保证出结晶器坯壳厚度，通过结晶器的振动，使坯壳脱离结晶器壁而不被拉断和拉漏；保证坯壳均匀稳定生成，铸坯周边厚度均匀；使钢液逐渐凝固成所需要规格、形状的坯壳； 通过调整结晶器的参数，使铸坯不产生脱方、鼓肚和裂纹等缺陷。,Slab mould,4.1钢水在结晶器内的凝固过程,高温钢水注入结晶器与水冷铜壁接触会迅速凝固形成很薄初生坯壳。由于钢水静压力作用，生成的坯壳与铜壁紧贴在一起，钢水热量迅速传给铜壁被冷却水带走，冷却水带走热量占结晶器总散热量96%左右。随着凝固继续进行，坯壳逐渐增厚企图收缩离开铜壁，钢水静压力又把坯壳挤靠到铜壁，收缩挤靠过程反复进行。当坯壳厚度达到能抵抗钢水静压力时，坯壳就脱离铜壁，在铜壁与坯壳之间形成空气缝隙(气隙)，增加了传热阻力，延缓了坯壳厚度增长，气隙一般是在结晶器下部形成。结晶器内热量传递线路：钢水凝固坯壳渣膜气隙铜壁冷却水。,Schematic of phenomena in the mold region of a steel slab caster,4.1 结晶器的性能要求,钢液在结晶器中凝固成型，形成一定厚度坯壳并被连续拉出进入二次冷却区。良好的结晶器应具有下列性能：(1)良好的导热性。能使钢液快速凝固，形成足够厚度的坯壳。结晶器长度较短，一般不超过1m，在这样短的距离内要能带走大量热量，要求它必须具有良好导热性能。若导热性能差，会使出结晶器的坯壳变薄，为防止拉漏，只好降低拉速，因此结晶器具有良好的导热性是实现高拉速的重要前提；,(2)结构刚性要好。结晶器内壁与高温钢液接触，外壁通冷却水，其壁厚又很薄(仅有1020mm)，因此在厚度方向温度梯度极大，热应力很大，其结构必须具有较大刚度，不易变形；(3)装拆和调整方便。为了能快速改变铸坯尺寸或快速修理结晶器，以提高连铸机的生产能力，现代结晶器都采用了整体吊装或在线调宽技术；(4)工作寿命长。结晶器在高温状况下伴随有铸坯和结晶器内壁之间的滑动摩擦，因此结晶器内壁的材质应有良好的耐磨性和较高的再结晶温度；,(5)振动时惯性力要小。为提高铸坯表面质量，结晶器的振动广泛采用高频率小振幅，最高已达400次/min，在高频振动时惯性力不可忽视，过大的惯性力不仅影响到结晶器的强度和刚度，进而也影响到结晶器运动轨迹的精度； (6)结晶器结构要简单，以便于制造和维护；(7)有良好的刚性和加工性，易于制造；(8)成本要低。,4.1 高效连铸机结晶器设计的原则,保证高效率的热传导功能，即冷却强度大，冷却效率高，使钢液在结晶器内结壳达到足够的厚度；结晶器热流强度均匀使铸坯坯壳均匀；拉坯阻力小；结晶器，特别是铜管寿命长。 目前方坯结晶器主要采用抛物线铜管、精致铜水套技术。高效连铸机结晶器一般都配有电磁搅拌和液面检测装置。,按外形(型式)可分为直形结晶器和弧形结晶器。直形结晶器内壁沿坯壳移动方向呈垂直形，导热性能良好，坯壳冷却均匀，有利于提高坯壳的质量和拉坯速度、结构较简单、易于制造、安装和调试方便；夹杂物分布均匀；铸坯易产生弯曲裂纹，连铸机高度和投资增加。直形结晶器用于立式和立弯式及直弧连铸机。目前新建大型板坯连铸机多采用直结晶器。,4.1 结晶器形式和结构,弧形结晶器内壁沿坯壳移动方向呈圆弧形，铸坯不易产生弯曲裂纹；导热性能比直形结晶器差；非金属夹杂物上浮时，易在内弧侧1/4处集聚，夹杂物分布不均，影响铸坯内部质量。弧形结晶器(curved mold)用在全弧形和超低头型椭圆形连铸机上。按断面(铸坯规格和形状)分有板坯、方坯、矩形坯、圆坯和异型坯；按结构形式分有整体式、管式、组合式、多级和在线调宽结晶器等。小方坯