(四)連鑄工藝與操作.ppt

1、連鑄連軋新技術,第二講 連鑄工藝與操作,1,主要內容,一、概 述 二、生產模擬 三、生產工藝 四、連鑄設備 五、工藝參數(shù),2,一、概 述,1.連鑄的發(fā)展概況 2.連鑄機的特點 3.連鑄機的機型,3,1.連鑄的發(fā)展概況,連續(xù)鑄鋼(連鑄)是將鋼水通過連鑄機直接鑄成鋼坯，從而取代模鑄和初軋開坯的一種鋼鐵生產先進工藝。世界各國都以連鑄比(連鑄坯產量占鋼總產量比例)的高低來衡量鋼鐵工業(yè)生產結構優(yōu)化的程度和技術水平的高低。連鑄的好處在于節(jié)能和提高金屬收得率。,4,連續(xù)鑄鋼,5,1.連鑄的發(fā)展概況,鋼液凝固成型有兩種方法： 模注獲得鋼錠 連鑄獲得鋼坯一般鋼材的生產工藝是： 若采用模注鋼錠軋制或鍛壓鋼坯軋制鋼

2、材若采用連鑄 鋼坯軋制鋼材,6,連鑄的特點,簡化了工序，縮短了流程 省去了脫模、整模、鋼錠均熱、初軋開坯等工序。由此可節(jié)省基建投資費用約40%，減少占地面積約30%，勞動力節(jié)省約70%。 提高了金屬收得率 采用模鑄工藝，從鋼水到鋼坯，金屬收得率為84%-88%，而連鑄工藝則為95-96%，金屬收得率提高10-14%。,7,連鑄的特點,降低了能源消耗 采用連鑄工藝比傳統(tǒng)工藝可節(jié)能1/4-1/2。 生產過程機械化、自動化程度高 設備和操作水平的提高，采用全過程的計算機管理，不僅從根本上改善了勞動環(huán)境，還大大提高了勞動生產率。 提高質量，擴大品種 幾乎所有的鋼種均可以采用連鑄工藝生產，如超純凈度鋼、

3、硅鋼、合金鋼、工具鋼等約500多個鋼種都可以用連鑄工藝生產，而且質量很好。,8,亨利貝塞麥,連續(xù)澆鑄最早由亨利貝塞麥提出，并于1846年開始試驗，但是直到1937年才實現(xiàn)了銅合金的連鑄，1950年制出鋼液的連鑄機。 連鑄技術在鋼鐵生產中的應用是鋼鐵冶金工業(yè)的一次技術革命，它不僅大大提高了生產率，減少了材料消耗，提高了能源效率，并且提高了材料的質量。此后還出現(xiàn)了連鑄連軋O.C.C技術。,9,連鑄的發(fā)展史,1、現(xiàn)代煉鋼技術的發(fā)展（連鑄技術的作用） （1） 1947年1974年： 技術特點：轉爐、高爐的大型化；以模鑄初軋為核心，生產外延擴大。 （2） 1974年1989年： 技術特點：全連鑄工藝，以

4、連鑄機為核心。 （3） 1989年現(xiàn)在： 技術特點：連鑄連軋工藝，以薄板坯，連鑄連軋為代 表，鋼廠向緊湊化發(fā)展。,10,2、 21世紀鋼鐵工業(yè)發(fā)展趨勢 （1）產品更加純潔化 （2）生產工藝更加高效低耗 （3） 生產過程對環(huán)境更加友好,11,連鑄液體金屬是19世紀提出的。最初只能用于澆鑄低熔點的有色金屬。1933年現(xiàn)代連鑄之父容漢斯提出連鑄振動系統(tǒng)，1943年建成第一臺實驗性連鑄機。80年代后世界各國連鑄技術迅速發(fā)展。 目前國外對于中低碳鋼、普通高碳鋼、沸騰鋼代用鋼、低合金鋼、彈簧鋼、軸承鋼等已實現(xiàn)連鑄。,12,2. 連鑄工藝流程,打開鋼包底部的滑動水口 鋼水從鋼包流入中間包當中間包里的鋼液面達

5、到一定高度時打開中間包底部的滑動水口鋼水流入到強制水冷的結晶器當結晶器內鋼液面達到 一定高度時并且鋼液四周已凝固成具有一定厚度的坯殼啟動拉矯機咬住引錠桿向下移動因鋼水與引錠桿黏結一起故鋼水被拉出結晶器鋼坯進入二冷區(qū)因坯殼很薄內部是鋼液故噴水冷卻完全凝固的鋼坯經矯直切成所需長度。,13,我國于1957年開始連鑄試驗研究，80年代采用自行研制開發(fā)和引進相結合的方法，使連鑄技術得到很快發(fā)展，目前我國轉爐煉鋼連鑄比100%，電爐煉鋼連鑄比近70%。,14,連鑄鋼水的溫度要求,鋼水溫度過高的危害：出結晶器坯殼薄，容易漏鋼；耐火材料侵蝕加快，易導致鑄流失控，降低澆鑄 安全性；增加非金屬夾雜，影響板坯內在質

6、量；鑄坯柱狀晶發(fā)達；中心偏析加重，易產生中心線裂 紋。 鋼水溫度過低的危害：容易發(fā)生水口堵塞，澆鑄中斷；連鑄表面容易產生結皰、夾渣、裂紋等缺陷； 非金屬夾雜不易上浮，影響鑄坯內在質量。,15,鋼水在鋼包中的溫度控制,根據(jù)冶煉鋼種嚴格控制出鋼溫度，使其在較窄的范圍內變化；其次，要最大限度地減少從出鋼、鋼包中、 鋼包運送途中及進入中間包的整個過程中的溫降。 實際生產中需采取在鋼包內調整鋼水溫度的措施： 1）鋼包吹氬調溫 2）加廢鋼調溫 3）在鋼包中加熱鋼水技術 4）鋼水包的保溫,16,3.連鑄機的機型,立式連鑄機： 鋼水從結晶器內開始凝固到鑄坯完全凝固后切成定尺，鑄坯始終沿直線運動，中間包、結晶器

7、、導輥、拉坯輥和切割機都沿直線布置。 優(yōu) 點： 四周冷卻均勻，不易產生內部和表面裂紋，有利于夾雜物上??； 缺 點： 設備高度大，投資費用高，鑄坯斷面和定尺長度及拉速受到限制。,17,立彎式連鑄機： 可適應較長定尺的要求（2m），鋼水從結晶器開始凝固，完全凝固后進入彎曲段，在水平方向出坯，鑄機的中間包、結晶器、導輥、引錠桿沿垂線布置，拉矯機、切割機沿水平布置。 缺 點： 高度比立式下降，但由于增加了一次彎曲和矯直，易造成裂紋。,18,弧型連鑄機： 設備高度明顯下降，能夠適應提高拉速和加大斷面的要求 又分為: 直弧型連鑄機: 采用直結晶器從結晶器下保留2m直線段,然后為弧型段,鑄坯由直變彎,最后通

8、過拉矯機將弧形坯矯直; 優(yōu)點:夾雜物易上浮,且比立彎式高度低; 全弧型連鑄機: 鑄坯的運動軌跡是一條弧線.結晶器,二冷段全為弧型,拉矯機、切割機和出坯系統(tǒng)布置在水平線上.,19,橢圓連鑄機： 又稱帶有多點矯直的弧型連鑄機，又稱超低頭連鑄機。它分段依次改變圓弧部分的曲率半徑，使結晶器和二冷段夾棍布置在1/4橢圓上。這種結構的機型除了弧形區(qū)是采用多半徑外，其它基本特點與弧型連鑄機相同。該機型與純凈鋼水的生產技術相結合，可生產無缺陷鑄坯。,20,水平連鑄機： 其主要設備結晶器、二冷裝置、拉矯機和切割設備等均不止在水平線上，水平連鑄機的結晶器和中間包是緊密相連的，在中間包水口和結晶器連接處安裝有分離環(huán)

9、。此外，拉坯時結晶器不振動，而是拉坯機帶著鑄坯作“拉-反推-?！辈煌M合的周期運動。,21,二、生產模擬,連鑄工位全景,連鑄生產模擬,22,三、連鑄生產工藝,中間包更換,上引錠桿,開 澆,啟車拉矯,脫引錠桿,切 割,鋼包更換,停 車,23,1.上引錠桿,油缸驅動引錠桿放到中間軌道送入拉矯機引錠桿經二冷段入結晶器上100-150mm反向至結晶器下口150mm處拉矯機引錠桿夾緊定位完成安裝操作.,24,2.開 澆,精煉處理后鋼水連鑄回轉臺加保溫蓋轉至澆注工位中間包小車至澆注工位中間包基座下降水口與結晶器對中開大包水口中間包加保溫劑開中間包滑動水口實現(xiàn)開澆,25,3.啟車拉矯,啟 車: 從中間包開澆

10、到拉矯機啟動時間為10-15s,開始拉坯速度為0.5m/min。2min后達正常速度,之后根據(jù)鋼水過熱度調整拉速,啟動拉矯機同時結晶器振動,二冷噴水; 加保護渣: 中間包開澆后加保護渣,勤加少加,均勻覆蓋;0.5-0.6kg/t; 拉 坯: 結晶器液面波動80-120mm3mm; 矯 直: 鑄坯在高溫下通過拉矯機連續(xù)矯直,使弧形坯變成直線鑄坯.,26,4.脫引錠桿,引錠桿頭部凹槽與注入結晶器鋼水接觸凝固成凸臺，將鑄坯與引錠桿掛接一起，拉出拉矯機后，將引錠頭抬起，實現(xiàn)鑄坯與引錠桿分離。,27,5.切 割,鑄坯切割長度由PLC系統(tǒng)自動調節(jié)，當滿足用戶和下部工序要求時，夾鉗夾住鑄坯并與之同步，切割槍

11、開始工作，切割完畢，夾鉗松開，切割機復位。,28,6.鋼包更換,根據(jù)回轉臺上重力傳感器指示的鋼水狀態(tài)，在澆注近結束時控制滑動水口開度，根據(jù)大包下渣檢測裝置測定下渣情況，關閉水口。大包提起，脫長水口，回轉180，將待澆鋼包旋至中間包上方，實現(xiàn)多爐連澆。,29,7.中間包更換,根據(jù)包襯和浸入式水口壽命決定，一般10-15次。 更換過程： 大包長水口關閉后，提升并脫長水口，至中間包液面高度200mm時，關中包滑動水口并停拉矯，中包升起至待機位，另一預熱好的中包開到澆鋼位，機座下降，對中水口，按開澆操作進行。,30,8.停 車,大包和中包滑動水口關閉。當中包水口關閉時向結晶器內加冷鋼，以加速尾坯凝固。

12、降低拉速到0.5m/min，同時二冷強度下降。待尾坯凝固后，將其拉出。,31,四、連鑄設備,中 間 包 及 中 間 包 車,鋼 包 及 回 轉 臺,等 離 子 加 熱 裝 置,結 晶 器 及 振 動 臺,電 磁 攪 拌 設 備,二 冷 段,拉 矯 機,切 割 機,引 錠 裝 置,32,1.鋼包及回轉臺,鋼包又稱盛鋼桶、鋼水包、大包等；它是用于盛裝、運載鋼液并進行澆注的設備，也是鋼液爐外精煉的容器。,33,作 用： 存儲鋼水，并將鋼水運輸至連鑄機，同時底部設吹Ar管起精煉作用； 結構與功能： 由本體、滑動水口連接板、透氣磚、傾翻吊環(huán)組成； 滑動水口： 由上、下滑板、彈性壓緊裝置、開關驅動機構及座

13、磚組成。,34,圖 滑動水口控制原理圖 (a)全開; (b)半開；(c)全閉 1一上水口; 2一上滑板；3一下滑板； 4一下水口,鋼包通過滑動水口開啟、關閉來調節(jié)鋼液注流。,35,回轉臺作用： 運載鋼包并支撐鋼包進行澆注； 結構與功能： 鋼結構、旋轉裝置、鎖定裝置、升降裝置組成； 設置在鋼水跨和澆注跨之間，向中包提供鋼水。,36,2.中間包及中間包車,中間包作用： 介于大包和結晶器之間，接受來自大包的鋼水，并向結晶器分流，起到減壓、穩(wěn)流、除渣、儲鋼分流、均勻溫度和成分的作用； 結 構： 呈“T”型，由包體、包蓋組成，底部設有滑動水口機構，浸入式水口及夾持裝置，并設溢流槽。,37,中間包的容量是

14、鋼包容量的2040。在通常澆注條件下，鋼液在中間包內應停留810min，才能起到夾雜物上浮和穩(wěn)定注流的作用,38,中間包車作用： 將中間包從預熱位置運到澆注位置，澆注完畢從澆注位置運回預熱位置，澆注時支撐中間包。,39,中間包車的功能,(1)將中間包由預熱位置移到澆鋼位置上，在澆鋼結束后還應移出澆鋼位置，因此中間包車應具有運行功能； (2)在安放中間包時，首先將中間包提起，使水口離開結晶器蓋一定高度后再進入澆鋼位置，下降中間包，使水口對準結晶器中心，因此它應具有升降和微調功能； (3)在澆鋼過程中偶遇事故時，需將中間包中鋼水放掉，因此中間包車還必須有使鋼水溢流出去的功能； (4)澆鋼過程中，中

15、間包中鋼水重量應能顯示，因此它應具有稱量功能。,40,3.等離子加熱裝置,加熱原理： 通過高壓能將氣體電離成離子，通過離子運動形成電弧，經中間包鋼水，返回電極形成電流回路，電弧將熱量通過輻射加熱中間包鋼水，調整等離子槍的功率，控制中間包鋼水的溫度。,41,4.結晶器及振動臺,作 用： 使?jié)沧⒌浇Y晶器的鋼水凝固成均勻的坯殼，以便承受鋼水靜壓力，使鑄坯順利拉出，防止漏鋼； 結構及功能： 結晶器本體由結晶器銅管、外水套、內水套、電磁攪拌裝置和冷卻水系統(tǒng)組成，足輥用于支撐導向坯殼很薄的鑄坯。,42,結晶器的作用,是一個水冷的鋼錠模，是連鑄機的核心部件，稱之為連鑄設備的心臟。 鋼液在結晶器內冷卻、初步凝

16、固成型，且均勻形成具有一定厚度的坯殼。結晶器采用冷卻水冷卻，通常稱為一次冷卻。,43,對結晶器的要求,(1)良好的導熱性，能使鋼液快速凝固。 (2)結構剛性要好。 (3)結晶器結構要簡單，便于制造和維護。 (4)內表面耐磨性要好，以提高壽命。 (5)重量要輕，以減少振動時的慣性力。,44,結晶器的類型與構造,按結晶器的外形可分為,直結晶器：用于立式、立彎式及直弧形連鑄機；,弧形結晶器：用在全弧形和橢圓形連鑄機,從其結構來分,管式結晶器：用于小方坯、圓坯及矩形坯連鑄；,組合式結晶器：用于大方坯、大矩形坯和板坯連鑄。,45,振動臺作用： 振動使結晶器內壁獲得良好潤滑，減少摩擦力，防止內壁粘結； 結

17、 構： 采用偏心四連桿機構； 振動臺驅動裝置： 由電機通過齒輪箱驅動偏心機構，產生正弦振動，并通過四連桿機構將運動傳動到振動臺，使結晶器上下振動。,46,結晶器振動的作用,結晶器實施有規(guī)律的往復振動可以防止拉坯時坯殼與結晶器粘結，同時獲得良好的鑄坯質量。結晶器向上運動時，減少新生的坯殼與結晶器壁產生粘結，以防止坯殼受到較大的應力，減少鑄坯表面出現(xiàn)裂紋；而結晶器向下運動時，借助結晶器壁與坯殼的摩擦，在坯殼上施加一定的壓力，愈合結晶器上升時拉出的裂痕。 有利于保護渣在結晶器壁的滲透，保證結晶器充分潤滑和順利脫模。,47,結晶器振動方式,根據(jù)結晶器振動的運動軌跡可將振動方式分為非正弦振動和正弦振動兩

18、大類。非正弦振動使結晶器振動的速度變化較大，引起較大慣性力矩，對重要的零件和軸承產生很大負荷。正弦型振動以四偏心機構為首推，結構簡單，運動平穩(wěn)，零件壽命長等優(yōu)點。,48,結晶器冷卻水系統(tǒng)的設計原則 在結晶器冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中，為清除混進冷卻水中的雜質，在每臺連鑄機上都應設置自洗式過濾器，并安裝在連鑄機附近的閥室，以便集中控制和手動操作。 結晶器的冷卻水回路都匯集到機器的間接冷卻水主管道中，并流回水處理系統(tǒng)。 為便于水管的裝卸，結晶器冷水配管與管道水管之間都采甩伸縮接頭連接，以便適應結晶器上下振動。 為保證冷卻水能充滿冷卻水箱及備管路，在最高處應設置空氣排除配管棗程旋塞，以便捧盡管路中的空氣。,4

19、9,1、絕熱保溫、防止鋼液面結殼 在高溫鋼液面上加入低熔點的保護渣，一般要求保護渣形成液渣層、燒結層和原渣層三層結構。 保護渣三層溫度，液渣層溫度較高，同鋼液溫度相近，燒結層在800900C左右，原渣層400500C。加入保護渣后，鋼水擴散的熱量比裸露鋼液散熱小10倍，可以減少大量的熱損失，防止結殼。 2、隔絕空氣防止二次氧化,結晶器保護渣作用,50,3、吸收鋼水中的夾雜物 要求保護渣具有良好的吸收熔解夾雜物的能力。粘度低夾雜物熔解速度增加，液渣的高堿度、低SiO2、Al2O3、高Na2O、CaF2有利于提高夾雜物的熔解度。 4、渣膜的潤滑作用 結晶器內鋼水表面張力和銅壁的冷卻作用，形成了向內

20、彎曲的凝固殼，加之結晶器振動和氣隙的毛細管的作用，可把彎月面上的液渣吸入坯殼與銅壁間的氣隙形成渣膜，起潤滑作用。,51,5、改善結晶器傳熱 結晶器內坯殼的收縮產生了氣隙，使熱阻增加，導致熱流減少，如果氣隙內充滿均勻渣膜，氣隙熱阻減少將改善傳熱，凝固坯殼均勻生長。,52,5.電磁攪拌設備,作 用： 改善鑄坯表面和內部質量，擴大連鑄鋼種，主要安裝在結晶器、二冷區(qū)、凝固末端，減少表面和皮下氣泡，改善偏析、疏松； 原 理： 應用移動磁場在凝固前沿的液體產生對流運動，通過電磁攪拌的離心作用使夾雜物離開壁面而聚集，同時打斷柱狀晶晶梢，防止疏松。,53,在連鑄機上電磁攪拌器安裝的位置一般有三處：即結晶器電磁

21、攪拌(M-EMS)、二冷區(qū)電磁攪拌(S-EMS)和凝固末端電磁攪拌(F-EMS)，如下圖所示。,圖 電磁攪拌線圈安裝位置,54,6.二冷段,作 用: 鑄坯拉出結晶器時,坯殼很薄,內部為液態(tài),為使其凝固,在結晶器和足輥后設置了二次冷卻導向裝置,采用直接噴水和氣水冷卻兩種方式冷卻; 結 構: 由活動導向段和弧形導向段組成。,55,7.拉矯機,作 用： 根據(jù)工藝選擇拉坯速度，在允許變形條件下，進行多點矯直并在水平方向將鑄坯送至切割機； 結 構： 主框架、上輥、下輥、壓下定位裝置和主傳動裝置組成。,56,拉矯機的作用,拉坯、矯直、送引錠桿、處理事故(如凍坯)以及配合板坯連鑄機由輥縫測量儀檢測二冷段的裝

22、配工作狀態(tài),57,對拉矯機的要求,1)應具有足夠的拉坯力，以在澆注過程中能夠克服結晶器、二次冷卻區(qū)、矯直輥、切割小車等一系列阻力，將鑄坯順利拉出。 2)能夠在較大范圍內調節(jié)拉速，適應改變斷面和鋼種的工藝要求，快速送引錠桿的要求；拉坯系統(tǒng)應與結晶器振動、液面自動控制、二次冷卻區(qū)配水實現(xiàn)計算機閉環(huán)控制。 3)應具有足夠矯直力，以適應可澆注的最大斷面和最低溫度鑄坯的矯直，并保證在矯直過程中不影響鑄坯質量。 4)在結構上除了適應鑄坯斷面變化和輸送引錠桿的要求外，還要考慮使未矯直的冷鑄坯通過，以及多流連鑄機結構布置的特殊要求，結構簡單，安裝調整要方便。,58,8.引錠裝置,作 用： 引錠桿與鑄坯脫離后，應及時將引錠桿存放起來，并在下次澆注前通過與拉輥配合，將其送入結晶器； 結 構： 引錠桿由引錠桿頭和引錠桿本體組成；各節(jié)之間由銷軸聯(lián)接；材質為高強度合金鋼。,59,引錠裝置的作用及組成,引錠桿是結晶器的“活底”，開澆前用它堵住結晶器下口，澆注開始后，結晶器內的鋼液與引錠桿凝結在一起，通過拉矯機的牽引，鑄坯隨引錠桿連續(xù)地從結晶器下口拉出，直到鑄坯通過拉矯機，與引錠桿脫鉤為止，引錠裝置完成任務，鑄機進入正常拉坯狀態(tài)。引錠桿運至存放處，留待下次澆注時使用。 引錠桿由引錠頭及引錠桿本體兩部分組成。,60,圖 用引錠桿開始進行澆鑄過程示意圖 a-把引錠頭插入結晶器底部；b-開始澆鑄