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1、精选优质文档-倾情为你奉上连铸工艺与设备讲稿安徽工业大学 材料科学与工程学院 第1讲 0 绪论1连续铸钢技术发展的概况连续铸钢简称连铸。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铸；但类似现代连铸设备的建议是由美国人亚瑟(1886年)相德国人戴伦(1887年)提出来的。在他们的建议中包括有水冷的上下敞口的结晶器、二次冷却段、引锭杆、夹辊和铸坯切割装置等设备，当时是用于铜和铝等有色金属的浇铸。此后又经过许多先驱者不懈地研究试验，于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。
2、并用其浇铸黄铜获得成功，后又用于铝合金的工业生产。结晶器振动的实现，不仅可以提高烧注速度，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。在工业规模上实现钢的连续浇铸困难很多，与有色金属相比，钢的熔点高、导热系数小、热容大、凝固速度慢等。要解决的这些难题，都集中在结晶器技术的试验研究上。容汉斯的结晶器振动方式是结晶器下降时与拉坯速度同步，铸坯与结晶器壁间无相对运动；而英国人哈里德则提出了“负滑脱”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，钢连续浇铸的关键性技术得到突破。因而在20世纪50
3、年代连续铸钢步入了工业生产阶段。世界上第1台工业性生产连铸机于1951年在前苏联“红十月”冶金厂建成，是1台立式双流板坯半连续铸钢设备，用于浇铸不锈钢，其断面为180mm800mm。1952年第1台立弯式连铸机在英国巴路厂投产。主要用于浇铸碳素钢和低台金钢，是50mm50mm100mm100mm的小方坯。同年在奥地利卡芬堡钢厂建成1台双流连铸机，它是多钢种、多断面、特殊钢连铸机的典型代表。1954年在加拿大阿特拉斯钢厂投产第1台方坯和板坯兼用连铸饥，可以双流浇铸150mm150mm的方坯，也可以单流浇铸168mm620mm的板坯，主要生产不锈钢。进入20世纪60年代，弧形连铸机的问世，使连铸技
4、术出现了一次飞跃。世界第一台弧形连铸机于1964年4月在奥地利百录厂诞生。同年6月由我国自行设计制造的第1台方坯和板坯兼用弧形连铸机在重钢三厂投入生产。此后不久，在前联邦德国又上马了1台宽板弧形连铸机，并开发应用了浸入式水口和保护渣技术。同年英国谢尔顿厂率先实现全连铸生产，共有4台连铸机11流，主要生产低合金钢和低碳钢，浇注断面为140mm140mm和432mm632mm的铸坯。也开发应用了浸入式水口和保护渣技术。1967年由美钢联工程咨询公司设计并在格里厂投产1台采用直结晶器、带液心弯曲的弧形连铸机。同一年在胡金根厂相继投产了2台超低头板坯连铸机，浇注断面为(150250)mm(180025
5、00)mm的铸坯，该铸机至今仍在运行。由于氧气顶吹转炉炼钢法的普及，更需要与连续铸钢相匹配，以适应快节奏生产；因而又一批弧形连铸机建成投入生产。到20世纪60年代末，世界连铸机总数己遗200多台，设备能力近5000万t。20世纪70年代，世界范围的两次能源危机促进了连铸技术的大发展，提高了连铸机的生产能力，从而改善了铸坯的质量，扩大了品种。到1980年，连铸坯的产量已经逾2亿t，相当于1970年的8倍。进入20世纪80年代以后，连铸技术日趋成熟，如出现了盛钢桶精炼、电磁搅拌、小方坯多级结晶器、钢液钙处理、结晶器液面检测和漏钢预报、粒状保护渣的使用和自动加入、中间罐冶金、结晶器在线调宽等一系列技
6、术；连铸坯的热送和直接轧制及其相伴随无缺陷铸坯生产技术；近终型薄板薄带连铸机的开发；异型坯连铸机建成投产等，都说明这铸技术的飞速发展和深入普及。自20世纪50年代连续铸纲开始步入工业生产到60年代末，世界钢产量的连铸比仅为5.6；70年代末上升为25.8，10年中连铸比每年平均增长2个百分点；80年代连铸比每年平均增长3.65个百分点；到1997年连铸比为80.5。其增长情况如图1所示。工业发达国家的连铸比已超过90，日本的连铸比增长速度尤为突出。1996年一些发达国家连铸比的统计：日本为96.4；欧共体(12国)为94.3，德国为95.8，法国为94.6，美国的连铸比是93.2。目前连铸技术
7、的开发与应用己成为衡量一个国家钢铁工业发展水平的标志。图0-1世界钢产量、连铸坯产量及连铸比的增长1-世界粗钢产量；2-世界钢产量连铸比；3-世界连铸坯料产量2我国连续铸钢技术发展概况我国是连续铸钢技术发展较早的国家之一，早在20世纪50年代就已开始研究和工业试验工作。1957年当时上海钢铁公司中心试验室的吴大柯先生主持设计并建成第1台立式工业试验连铸机，浇铸75mm180mm的小断面铸坯。由徐宝升教授主持设计的第l台双流立式连铸机于1958年在重钢三厂建成投产。接着由黑色冶金设计院设计的1台单流立式小方坯连铸机于1960年在唐山钢厂建成投产。后仍然是由徐宝升教授主持设计的第l台方坯和板坯兼用
8、弧形连铸机于1964年6月24日在重钢三厂诞生投产，其圆弧半径为6m，浇铸板坯的最大宽度为1700mm，这是世界上最早的生产用弧形连铸机之一；鉴于这一成就，1994年徐宝升教授在世界连铸发展史一书中被列为对世界连铸技术发展做出突出贡献的13位先驱者之一。此后，由上海钢研所吴大柯先生主持设计的l台4流弧形连铸机于l965年在上钢三厂问世投产；该连铸机的圆弧半径为4.56m，浇铸断面为270mm145mm。这也是世界最早一批弧形这铸机之一，以后一批连铸机相继问世投产。70年代我国成功地应用了浸入式水口和保护渣技术。到1978年我国自行设计制造的连铸机近20台，实际生产量约112万t，连铸比仅3.4
9、。当时世界连铸机总数为400台左右，连铸比在20.8。改革开放以来，为了学习国外先进的技术和经验，加速我国这铸技术的发展，从70年代末一些企业引进了一批连铸技术和设备。例如1978年和1979年武钢二炼钢厂从前联邦德国引进单流板坯弧形连铸机3台；在消化国外技术基础上，围绕设备、操作、品种开发、管理等方面进行了大量的开发与完善工作，于l985年实现了全连铸生产，产量突破了设计能力。首钢二炼钢厂在l987年和1988年相继从瑞士康卡斯特引进投产了2台8流弧形小方坯连铸机，1993年产量已超过设计能力；并在消化引进技术的基础上，自行设计制造又投产了7台8流弧形小方坯连铸机，成为国内拥有连铸机机数和流
10、数最多的生产厂家。l988年和l989年上钢三厂和太钢分别从奥地利引进浇铸不锈钢的板坯连铸机。1989年和1990年宝钢和鞍钢分别从日本引进了双流大型板坯连铸机。1996年10月武钢三炼钢厂投产1台从西班牙引进的高度现代化双流板坯连铸机。这些连铸技术设备的引进都促进了我国连铸技术的发展。据统计，到1995年底我国运转和在建的连铸机已有300多台，其中自行设计制造的占80，由国外引进的只有70台左右。目前我国在异型坯、大圆坯和大方还连铸机的设计制造方面仍有些困难；不过，我国在高效连铸技术小方坯领域已跻身世界先进行列。2004年，我国连续铸钢发展势头强劲，全国连铸比约达96.03%，比2003年提
11、高0.63个百分点。其中中国钢协70家会员企业共产连铸坯2.25亿t，比2003年增长25.73%，连铸比97.00%，比2003年提高1.69个百分点;147个非会员企业共产连铸坯4000万t，比2003年增长25.61%，连铸比99.01%，比2003年提高0.25个百分点;全行业连铸比为97.34%，比2003年提高1.21个百分点。从国外引进的近终形薄板坯连铸连轧生产线，已在珠江、邯郸、包头等地起动实施，于1998年建成投产。马钢H型钢连铸机和H型钢轧钢机工程现在已经投产。采用国产技术的第1台高效板坯连铸机也已在攀钢投产。今后我国冶金企业将继续坚持不懈地推进以全连铸为方向，以连铸为中心
12、的炼钢生产的组合优化，淘汰落后的工艺设备，开发高附加值的品种，提高质量，加大节能降耗的力度和环保技术的改造，提高炼钢与轧钢热衔接协调匹配。我国连铸技术的各项指标，一定会全面地进入世界先进行列。图2为我国自1972年以来连铸比增长情况。图0-2 1972年以来我国连铸坯产量和连铸比的增长1-钢总产量；2-连铸比；3-连铸坯产量3连铸机的机型及其特点连铸机的分类方式很多。按结晶器是否移动可以分为两类：1）固定式结晶器：包括固定振动结晶器的各种连铸机，如立式连铸机、立弯式连铸机、弧形连铸机、椭圆形连铸机、水平式连铸机等。这些机型已成为现代化连铸机的基本机型，如图3所示。2）同步运动式结晶器的各种连铸
13、机，如图4所示。这种机型的结晶器与铸坯同步移动，铸坯与结晶器壁间无相对运动，因而也没有相对摩擦，能够达到较高的浇注速度，适合于生产接近成品钢材尺寸的小断面或薄断面的铸坯。如双辊式连铸机、双带式连铸机、单辊式连铸机、单带式连铸机，轮带式连铸机等。这些也是正在开发中的连铸机机型。图0-3连铸机机型示意图1-立式连铸机；2-立弯式连铸机；3-直结晶器多点弯曲连铸机；4-直结晶器弧形连铸机；5-弧形连铸机；6-多半径弧形（椭圆形）连铸机；7-水平连铸机图0-4同步运动结晶器连铸机机型示意图1-双辊式连铸机；2-单辊式连铸机；3-双带式连铸机；3-单带式连铸机；5-轮带式连铸机另外，还可以按铸坯断面形状
14、分为方坯连铸机、圆坯连铸机、板坯连铸机、异形坯连铸机、方/板坯兼用型连铸机等。按钢水的静压头可分为高头型、低头型和超低头型连铸机等。3.1立式连铸机立式连铸机是20世纪50年代至60年代初的主要机型。立式连铸机，从中间罐到切割装置等主要设备均布置在垂直中心线上，整个机身矗立在车间地平面以上。采用立式连铸机浇铸时，由于钢液在垂直结晶器和二次冷却段冷却凝固，钢液中非金属夹杂物易于上浮，铸坯四面冷却均匀，铸坯在运行过程中不受弯曲矫直应力作用，产生裂纹的可能性小。铸坯质量好，适于优质钢、合金钢和对裂纹敏感钢种的浇铸。但这种连铸机设备高、投资费用大，且设备的维护与铸坯的运输较为麻烦。例如浇铸厚度为200
15、mm的铸坯，连铸机高度需2535m。由于连铸机高度增高，钢水静压力加大，铸坯的鼓肚变形较为突出，因而立式连铸机只适于浇铸小断面铸坯。3.2立弯式连铸机立弯式连铸机是连铸技术发展过程的过渡机型，如图0-3中2所示。立弯式连镕机是在立式连铸机基础上发展起来的，其上部与立式连铸机完全相同，不同的是待铸坯全部凝固后，用顶弯装置将铸坯顶弯90，在水平方向切割出坯，它主要适用于小断面铸坯的浇铸。3.3弧形连铸机弧形连铸机是世界各国应用最多的一种机型。弧形连铸机的结晶器、二次冷却段夹辊、拉坯矫直机等设备均布置在同一半径的1/4圆周弧线上；铸坯在1/4圆周弧线内完全凝固，经水平切线处被一点矫直，而后切成定尺，
16、从水平方向出坯。其结构示意图见图0-5a。弧形连铸机的机身高度基本上等于铸机的圆弧半径。所以弧形连铸机的高度比立弯式连铸机又降低了许多，仅为立式连铸机的1/3，因而基建投资费减少了。铸坯凝固过程中承受钢水静压力小，有利于提高铸坯质量；铸坯经弯曲矫直，易产生裂纹；此外，铸坯的内弧侧存在着夹杂物聚集。夹杂物分布不均匀，也影响铸坯质量。为减轻铸坯矫直时的变形应力，在弧形连铸机上采用多点矫直，如图05b所示。图0-5 弧形连铸机机型示意图a-全弧形连铸机；b-多点矫直的弧形连铸机为了改善铸坯的质量，在弧形连铸机上采用直结晶器，在结晶器下口设23m垂直线段，带液心的铸坯经多点弯曲，或逐渐弯曲进入弧形段，
17、然后再多点矫直。垂直段可使液相穴内夹杂物充分上浮，因而铸坯夹杂物的不均匀分布有所改善，偏析减轻。3.4椭圆形连铸机椭圆形连铸机的结晶器、二次冷却段夹辊、拉坯矫直机均布置在1/4椭圆圆弧线上，椭圆形圆弧是由多个半径的圆弧线所组成，其基本持点与全弧形连铸机相同。椭圆形连铸机又进一步降低了连铸机和厂房的高度。椭圆形连铸机又分为低头和超低头连铸机。低头或超低头连铸机的机型是根据连铸机高度(H)与铸坯厚度(D)之比确定的。连铸机高度是指从结晶器液面到出坯辊道表面的垂直高度。H/D2540时、称为低头连铸机；H/D25时，则称为超低头连铸机。超低头连铸机最早是由曼内斯曼和康卡斯特连铸集团开发的。3.5水平
18、连铸机水平连铸机的结晶器、二次冷却区、拉矫机、切割装置等设备安装在水平位置上，如图0-3中7。水平连铸机的中间罐与结晶器是紧密相连的。中间罐水口与结晶器相连处装有分离环。拉坯时，结晶器不振动，而是通过拉坯机带动铸坯做拉-反推-停不同组合的周期性运动来实现的。水平连铸机是高度最低的连铸机。其设备简单、投资省、维护方便。水平连铸机结晶器内钢液静压力最小，避免了铸坯的鼓肚变形，中间罐与结晶器之间是密封连接，有效地防止了钢液流动过程的二次氧化；铸坯的清洁度高，夹杂物含量少，一般仅为弧形铸坯的l/81/16。另外，铸坯无需矫直，也就不存在由于弯曲矫直而产生裂纹的可能性，铸坯质量好，适合浇铸特殊钢、高合金
19、钢，因而受到各国的关注。我国从70年代末开始进行了大量的研究和工业试验工作。4连续铸钢的优越性与传统的模铸相比，连铸有以下几方面的优越性：1）简化了工序，缩短了流程。省去了脱模、整模、钢锭均热初轧开坯等工序。由此可节省基建投资费用约40，减少占地面积约30，劳动力节省约70。尤其是薄板连铸机出现以后，又进一步地简化了工序流程，例如传统板坯连铸，坯厚在150300mm，而薄板连铸坯的厚度为4070mm，这又省去了粗轧机组，从而减少厂房面积约40，连涛机设备重量减轻约50。大大地缩短了从钢液到薄板的生产周期，节约了能源，降低了成本。2）提高了金属收得率。采用模铸工艺，从钢水到钢坯，金属收得率为84
20、88。而连铸工艺则为9596，金属收得率提高1014。其中板坯约在10.5，大方坯13左右，小方坯约为14。3）降低了能源消耗。在现代化工业的国家里，钢铁工业是能源消耗的大户，约占能源总消耗量的10。因此干方百计地降低能耗已是钢铁工业生存的关键。据有关资料介绍，采用连铸工艺比传统工艺可节能1/4l/2。每生产1t连铸坯，比用钢锭开坯工艺可减少能耗4001200MJ，相当节省1030kg重油燃料。连铸坯若采用热送或直接轧制工艺是开辟进一步节能的途径。铸坯热送和直接轧制不仅节能，而且缩短了生产周期。4）生产过程机械化、自动化程度高。模铸是炼钢生产中条件最落后，劳动条件最恶劣的工序。尤其对顶吹转炉炼
21、钢来说。模铸成了提高生产率的限制性环节。采用连铸工艺后，由于设备和操作水平的提高采用全过程的计算机管理，不仅从根本上改善了劳动环境，还大大提高了劳动生产率。例如：有些厂1台连铸机只有7名操作人员，除了浇钢操作外，其余工作均由计算机承担；据资料介绍，法国有的连铸机已实现连铸平台无操作人员，而是通过电视屏幕监视和遥控生产，连铸的自动化和智能化生产已成为现实。5）提高质量，扩大品种。目前几乎所有的钢种均可以采用连铸工艺生产，像超纯净度钢、硅钢、合金钢、工具钢等约500多个钢种都可以用连铸工艺生产，而且质量很好。第2讲1连铸机的工艺流程与设备1.1连铸机的工艺流程连续铸钢的一般生产工艺流程，如图1-1
22、所示。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-电子搅拌器；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人中问包，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”，它同时也起到引出铸锭的作用，这个“活底”就称为引锭链。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链头部凝结在一起。引锭链子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，以一定的速度把引锭杆(牵着铸坯)从结晶器中拉出。
23、为防止铸坯壳被拉断漏钢和减少结晶器中的拉坯阻力，在浇铸过程中既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，需进行喷水冷却，称之为二次冷却，通过二次冷却支导装置的铸坯逐渐凝固。这样，铸坯不断地被拉出，钢水连续地从上回注入结晶器，便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，脱去引锭链。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。连续铸钢生产所用的设备，实际上是包括在连铸作业线上的一整套机械设备。1.2连铸设备组成简介连铸设备通常可分为主体设备相辅助设备两大部分。主体设备主要包括：浇铸设备钢包运载设备、中间包及中间
24、包小车或旋转台、结晶器及振动装置、二次冷却支撑导向装置；如在弧形连铸设备中采用直结晶器时，需设顶弯装置，拉坯矫直设备拉坯机、矫直机、引锭链、脱锭与引锭链存放装置；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)。辅助设备主要包括：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、吹氖装置、脱气装置、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。从对上述工艺流程和主要机械设备的说明可知，连续铸钢设备必须适应高温钢水由液态弧形连铸机变成液-固态，又变成固态的全过程。其间进行
25、着一系列比较复杂的物理与化学变化。显然，连续铸钢具有连续性强、工艺难度大和工作条件差等特点。因此生产工艺对机械设备提出了较高的要求，主要有：设备应具有抗高温、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。1.3弧形连铸机1.3.1连铸机特性参数的表示1.3.1.1连铸机台数、机数、流数的定义1）台数：凡是共用一个盛钢桶，浇铸1流或多流铸坯的1套连铸钢设备称为l台连铸机。2）机数：凡具有独立传动系统和独立工作系统，当它机出现故障机仍能照常工作的一组连续铸钢设备，称之为1个机组。1台连铸机可以由1个机组或多个机组组成。3）流数：1台连铸机能够同
26、时浇注铸坯的总根数称之为连铸机的流数。1台连铸机有1个机组，又只能浇注1根铸坯，称为1机1流；若1台连铸机有多个机组，又同时能够浇注多根铸坯，称其为多机多流；1个机组能够同时浇注2根铸坯的称为1机2流。1.3.1.2弧形、椭圆形连铸机的表示方法连铸机的规格表示为：aRbC其中：a机数，若机数为1，则可省略；R机型为弧形或椭圆形连铸机；b连铸机的圆弧半径，m；若椭圆形连铸极为多个半径之乘积，也标志可浇铸连铸坯的最大厚度；C表示拉坯辊辊身长度，mm；它标志着连铸机可容纳的连铸坯的最大宽度，坯料宽度BC-(150200)mm。例如：1）3R5.25240表示此台连铸机为3机，弧形连铸机，其圆弧半径为
27、5.25m，拉坯辊辊身长度为240mm。2）R346122350表示该连铸极为1机，四段椭圆形连铸机，圆弧半径分别为3m、4m、6m和12m，拉坯辊辊身长度为350mm。1.3.2弧形连铸机主要参数的确定1.3.2.1铸坯断面尺寸规格铸坯断面尺寸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：70mm70mm200mm200mm；大方坯：200mm200mm450mm450mm；矩形坯：150mml00mm400mm560mm；板坯：150mm600mm300mm2640mm；圆坯：80mm450mm。确定铸坯断面和尺寸的依据如下：1）
28、根据轧材需要的压缩比确定。一般钢材需要的最小压缩比为3；为了使钢材内部的组织致密，并具有良好的物理性能，有些钢材的压缩比就要大些；如碳素钢和低合金钢一般压缩比为6，不锈钢和耐热钢等钢种的最小压缩比为8，高速钢和工具钢等钢种的最小压缩比则为10。2）根据炼钢炉容量和铸机生产能力及轧机规格来考虑。一般大型炼钢炉与大型连铸机相匹配，这样可充分发挥设备生产能力，简化生产管理。供给高速线材轧机，小方坯断面为l00mml00mm140mm140mm；供给l700热连轧机的板坯断面为(200250)mm(7001600)mm；供给2050热连轧机的板还尺寸为(2l0250)mm(9001930)mm。3）要
29、适合连铸工艺的要求。若采用浸入式水口浇注时，铸坯的最小断面尺寸为：方坯在150mm150mm以上，板坯厚度也应在120mm以上；如浇注时间不长，可用薄壁浸入式水口，浇注的最小断面可以为120mm120mm。1.3.2.2拉坯速度(浇注速度)1）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；浇铸速度q是指每分钟每流浇注的钢水量，单位是t/(min流)，简称注速，两者之间可以转换： 式1-1式中：钢水密度，；B铸坯宽度，m；D铸坯厚度，m。2）拉还速度的确定拉坯速度可用经验公式来选取。a用铸坯断面选取拉速 式1-2式中：l铸坯断面周长，mm；F铸坯断面面积，mm2；K断面形
30、状速度系数，mmm/min。这个经验公式只适用于大、小方坯、矩形坯和圆坯。b用铸坯的宽厚比选取拉坯速度 式1-3式中：D铸坯厚度，mm；f系数，mmmmin。3）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810mm；大断面板坯坯壳厚度应15mm。最大拉坯速度： 式1-4 式1-5式中：最大拉坯速度，m/min；Lm结晶器有效长度(结晶器长度-100mm)；结晶器内钢液凝固系数，；坯壳厚度，mm。计算得出的拉速为理论最大拉速，面实际生产的最大拉速是理论拉速的9095。对于单点矫直铸坯的最大拉速可用公式1-4确定，面多点矫直铸机的拉速可以看作是
31、最大操作拉速。1.3.2.3圆弧半径铸机的圆弧半径只是指铸坯外弧曲率半径，单位是m。它是确定弧形连铸机总高度的重要参数，也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。生产实践表明，对碳素结构钢和低合金钢，铸坯表面允许延伸率在1.52；铸坯凝固壳内层表面所允许的延伸率在0.10.5%范围内。连铸对一点矫直铸坯延伸率取0.2以下，多点矫直铸坯延伸率取0.10.15。适当增大圆弧半径，有利于铸坯完全凝固后进行矫直，以降低铸坯矫直应力，也有利于夹杂物上浮。但过大的圆弧半径会增加铸机的投资费用。考虑上述因素，可用经验公式确定基本圆弧半径，也是连铸机最小圆弧半径
32、： 式1-6式中：R连铸机圆弧半径，D持坯厚度；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。1）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，也称为液心长度，见图1-2。图1-2 连铸坯液相深度示意图液相深度是确定连铸机二次冷却区长度的重要参数；对连铸机来说，液相深度也是确定圆弧半径的主要参数。它直接影响铸机的总长度和总高度。 式1-7式中：L液连铸坯液相深度，m；v拉坯速度，mmin；t 铸坯完全凝固所需要的时间，min。液相深度与铸坯厚度、拉坯速度和冷却强度有关。铸坯越厚，拉速越快，液相深度就越长，
33、连铸机也越长。在一定程度内、增加冷却强度，有助于缩短液相深度。但对一些合金钢来说，过分增加冷却强度是不允许的。2）冶金长度根据最大拉速确定的液相深度为冶金长度L冶。冶金长度是连铸机的重要结构参数，决定着连铸机的生产能力，也决定了铸机半径或高度，从而对二次冷却区及矫直区结构乃至铸坯的质量都会产生重要影响。 式1-83）铸机长度铸机长度丛是从结晶器液面到最后一对抗矫辊之间的实际长度。这个长度应该是冶金长度的1.11.2倍。1.3.2.4连铸机流数的选择连铸机的流数可按下式确定： 式1-9式中：nl台连铸机浇注的流数；G盛钢捅容量，t；v平均拉还速度，m/min；连铸坯密度；T允许浇注时间，min。
34、第3讲1.4弧形连铸机主要设备1.4.1盛钢桶及其运载设备1.4.1.1盛钢桶盛钢桶又称为钢包、钢水包、大包等；它是用于盛接钢液并进行浇注的设备，也是钢液炉外精炼的容器。1）盛钢桶尺寸的确定盛钢桶的容量应与炼钢炉的最大出钢量相匹配；考虑到出钢量的波动，留有l0的余量相一定的炉渣量；大型盛钢桶的炉渣量应是金属量的35，小型盛钢桶的渣量为510；除此之外，盛钢桶上口还应留有200mm以上的净空；作为精炼容器时要留出更大的净空。为了减少热量的损失和便于夹杂物的上浮，盛钢桶的高宽比(砌砖后深度H和上口内径D之比)一般1：11.2：1；为了吊运的稳定，耳轴的位置应比满载重心高200400mm；为便于清除
35、残钢残渣，盛钢桶桶壁应有1015的倒锥度，大型盛钢桶桶底应向水口方向倾斜3%5。图1-3 盛钢桶各部位尺寸2）盛钢桶的结构盛钢桶由外壳、内衬、和注流控制机构三部分组成，如图1-4所示。图1-4盛钢桶结构1-桶壳；2-耳轴；支撑座；4-保温层；5-永久层；6-工作层；8-腰箍；8-倾翻吊环盛钢桶的外壳一般由锅炉钢板焊接而成，桶壁和桶底钢板厚度分别为1430mm和2440mm之间，为了保证烘烤时水分顺利排出，在盛钢桶外壳上钻有一些直径为810mm的小孔。大型盛钢桶还安有底座。盛钢桶外壳腰部焊有加强箍和加强筋，耳轴对称地安装在加强箍上。盛钢桶内衬一般由保温层、永久层和工作层组成。保温层紧贴外壳钢板，
36、厚约1015mm，主要作用是减少热损夫，常用石棉板砌筑，永久层厚约3060nmm，为了防止盛钢桶烧穿事故，一般由一定保温性能的粘土砖或高铝砖砌筑；工作层直接与钢液、炉渣接触，受到化学侵蚀、机械冲刷和急冷急热作用及由其引起的剥落。因此可根据盛钢桶工作环境砌筑不同材质、厚度的耐火砖，可使内衬各部位损坏同步，这样从整体上提高盛钢桶寿命。盛钢桶使用前必须经过充分烘烤。3）滑动水口图1-5 滑动水口控制原理图a-全开；b-半开；c-全闭1-上水口；2上滑板；3-下滑板；4-下水口盛钢桶通过滑动水口开启、关闭来调节钢液注流。靠下滑板带动下水口移动调节上下注孔间的重合程度控制注流大小；驱动方式有液压和手动两
37、种。4）长水口长水口又称保护套管，用于盛钢桶与中间罐之间保护注流不被二次氧化，同时也避免了注流的飞溅以及敞开浇注的卷渣问题。1.4.1.2盛钢桶运载设备供给连铸用的合格钢液经吹氩调温或精炼处理后，将盛钢桶送到中间罐上方进行浇注。目前承托盛钢桶的方式主要有盛钢桶回转台和盛钢桶支架等。盛钢桶回转台能够在转臂上同时承放两个盛钢桶，一个用于浇注，另一个处于待浇状态。回转台可以减少换桶时间，有利于实现多炉连浇；而转台本身即可完成钢液的异跨运输，对连铸生产进程的干扰也少，并且占地面积小。盛钢桶回转台有直臂式和双臂式两种。图1-6 盛钢桶回转台a-直臂式；b-双臂单独升降式；c-带钢水包加盖功能图1-6a是
38、直臂式回转台。两个盛钢桶座落在同直臂的两端，同时作回转和升降运动；图1-6b、图1-6c是双臂式回转台，双臂可以单独回转90，单独升降；盛钢桶转台均没有独立的称量系统；为了适应连铸工艺的要求，目前盛钢桶回转台趋于多功能化，增加了吹氩、调温、倾翻倒渣、加盖保温等功能。1.4.2中间罐及其运载设备1.4.2.1中间罐1）中间罐的作用中间罐也叫做中间包或中包。中间罐是位于盛钢与结晶器之间用于钢液浇注的装置，其主要作用是：1)中间罐可减少钢液静压力，使注流稳定；2)中间罐利于夹杂物土浮，净化钢液；3)在多流连铸机上，中间罐将钢液分配给每个结晶器；4)在多炉连浇时，中间罐贮存一定量的钢液，更换盛钢桶捅时
39、不会停浇；5)根据连铸对钢质量要求，也可将部分炉外精炼手段移到中间罐内实施，即中间罐冶金。可见，中间罐有减压、稳流、去渣、贮钢、分流和中间罐冶金等重要作用。2）中间罐容量及主要尺寸的确定中间罐的容量是盛钢桶容量酌2040。在通常浇注条件下，钢液在中间罐内应停留810min，才能起到上浮夹杂物和稳定注流的作用；为此，中间罐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l0001200mm。中间罐容量应与存贮钢液量相匹配。根据钢液存贮数量，可以计算出中间罐的容积，以确定其它各部位尺寸。中间罐内型尺少主要有：中间罐高度；中间罐长度；中间罐角度；中间罐宽度。3）中间罐的构造a罐体结构中
40、间罐的结构、形状应具有最小的散热面积，良好的保温性能。一般常用的中间罐断面形状为圆形、椭圆形、三角形、矩形和“T”字形等，如图1-7所示。图1-7 中间罐断面的各种形状示意图1-盛钢桶注流位置；2-中间罐水口位置；3-挡渣墙a、e-单流；b、f、g-双流；c-4流；d-6流；h-8流中间罐的外壳用钢板焊成，内衬砌有耐火材料，罐的两侧有吊钩和耳轴，便于吊运；耳轴下面还有座垫，以稳定地坐在中间罐小车上。b中间罐内衬中间罐内衬也是由保温层、永久层和工作层组成。c中间罐罐盖中间罐设有罐盖一则为了保温，再则可以保护盛钢桶桶底中不致过分受烤而变形。在罐盖上开有注入孔和塞棒孔。中间罐上还设有溢流槽，当盛钢桶
41、注流失控时，可使多余的钢液流出。为促使非金属夹杂物上浮，在中间罐内砌有挡渣墙和坝。4）水口与塞棒a水口直径的确定 式1-10式中：Q一个水口全开时的钢液流量，th；H中间罐的钢液深度，mm；D水口直径，mm。b中间罐塞棒中间罐用塞头与水口相配合来控制注流。由于塞棒长时间在高温钢液个浸泡，容易软化、变形，甚至断裂。为提高塞棒使用寿命，一般用厚壁钢管作棒芯，浇注时在芯管内插入直径稍小的钢管引入压缩空气进行冷却，这对延长塞棒寿命有一定效果。也可将塞棒作为中间罐吹氩棒，这样不仅可以控制注流，还可以在一定程度上起到纯洁钢液的作用。c中间罐滑动水口中间罐采用滑动水口，虽然有安全可靠，利于实现自动控制等优点
42、，但机构比较复杂，尤其在装有浸入式水口的情况下，加大了中间罐与结晶器之间的距离，增大了中间罐升降行程。同时对结晶器内钢液的流动也有不利影响。采用浸入式滑动水口进行浇注时，由于水口太长，不便于移动，也存在难于对中问题，故中间罐的滑动水口装置通常做成3层滑板。d浸人式水口目前除了部分小方坯连铸机外，都采用浸入式水口加保护渣的保护浇注。浸入式水口的形状和尺寸直接影响结晶器内钢液流动的状况，因而也直接关系到铸坯的表面和内部质量。目前使用最多的浸入式水口有单孔直筒形和双侧孔式两种。双侧孔浸入式水口其侧孔有向上倾斜、向下倾斜和水平状三类，如图1-8所示。图1-8浸入式水口基本类型a-单孔直筒式水口；b-侧
43、孔向上倾斜状水口；c-侧孔向下倾斜呈倒Y形水口；d-侧孔呈水平状水口单孔直筒式浸入式水口相当于加长的普通水口，一般仅用于小方坯、矩形坯或小板坯的浇注。浇注大方坯和板坯均采用向下倾角的双侧孔浸入式水口；若浇注不锈钢应选用侧孔向上倾角的浸入式水口为宜。箱形水口的注流冲击深度最小，当拉速达到一定值后，再提高拉速，冲击深度也不加大，所以浇注大板坯时，使用最佳。1.4.2.2中间罐小车中间罐小车是用来支承、运输、更换中间罐的设备。小车的结构要有利于浇注、捞渣和烧氧等操作；同时还应具有横移和升降调节装置。类型：中间罐小车有悬臂型、悬挂型、门型、半门型等。第4讲1.4.3结晶器结晶器是一个水冷的钢锭模，是连
44、铸机非常重要的部件，称之为连铸设备的“心脏”。钢液在结晶器内冷却、初步凝固成型，且形成一定的坯壳厚度。这一过程是在坯壳与结晶器壁连续、相对运动下进行的。为此，结晶器应具有良好的导热性和刚性，不易变形；重量要小，以减少振动时的惯性力；内表面耐磨性要好，以提高使用寿命；结晶器结构要简单，以便于制造和维护。1.4.3.1结晶器的构造按结晶器的外形可分为直结晶器和弧形结晶器。直结晶器用于立式、立弯式及直弧形连铸机，而弧形结晶器用在全弧形和椭圆形连铸机上。从其结构来看，有管式结晶器和组合式结晶器；小方坯及矩形坯多采用管式结晶器，而大型方坯、矩形坯和板还多采用组合式结晶器。1）管式结晶器管式结晶器的结构如
45、图1-9所示。其内管为冷拔异形无缝钢管，外面套有钢质外壳，铜管与钢套之间留有约7mm的缝隙通以冷却水，即冷却水缝。铜管和钢套可以制成弧形或直形。铜管的上口通过法兰用螺钉固定在钢质的外壳上，见图1-9，铜管的下口般为自由端，允许热胀冷缩；但上下口都必须密封，不能漏水。结晶器外套是圆筒形的。外套中部有底脚板，将结晶器固定在振动框架上。图1-9 管式结晶器1-冷却水入口；2-钢液；3-夹头；4-冷却水出口；5-油压缸管式结晶器结构简单，易于制造、维修，广泛应用于中小断面铸坯的浇注，最大浇注断面为180mm180mm。另外有的管式结晶器取消水缝，直接用冷却水喷淋冷却。2）组合式结晶器组合式结晶器是内4块复合壁板组合而成。每块复合壁板都是由铜质内壁和钢质外壳组成。