连铸过程钢液温度的控制

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热能工程 《工业加热》1999 年第 5 期
液相线温度冷却到固相线温度) 和显热( 从固相线温 高, 恰好是柱状晶发达的有利条件, 所以在连铸工艺
度冷却到环境温度) 的放出。在释放潜热的固-液交 执行中, 为减少铸坯柱状晶组织, 扩大等轴晶区, 力
界面附近, 存在一个凝固脆化区, 该区固液界面晶体 求实现低温浇注或所谓“零”过热度浇注。尽管这在
强度和塑性都非常小, 所以又是一个裂纹敏感区。如 连铸工艺中不易实现, 但说明控制浇注钢液过热度
能合理控制连铸钢水过热度, 则可有效地控制铸坯 是非常重要的。
凝固过程中固-液界面, 从而有效地控制脆性区的范
析, 甚至缩孔。连铸钢水的严重过热, 即浇注温度过 度变化如表 4。
表 2 分钢种生产过程中温 度变化情况
钢号 炉号 出钢/
精炼炉加热/ ℃
吹氩站
中间包浇注/ ℃
℃ 时间/ min 0 30 60 90 吊包/ ℃ 时间/ min 0 10 20 30 40 50
6 0-372 20
60-647 1 649
1 装备及工艺流程
陕西特殊钢有限责任公司小方坯连铸机从德国
克虏伯工业技术有限公司引进, 系国家“七五”期间
技术引进、消化、吸收的重点项目之一。该机具有自
动和手动操作功能, 在线主体设备配有适应多炉连
浇的大包回转台、钢水自称的中间包电子秤, Co60
放射源液面自动控制, 双偏心式结晶器振动装置, 二
冷前段电磁搅拌装置, 700 t 45°对角液压剪, 质量跟
热能工程 《工业加热》1999 年第 5 期
连铸过程钢液温度的控制
张务林
( 陕西特殊钢有限责任公司技术中心, 陕西 西安 710043)
摘要: 连铸钢水温度是连铸生产工艺的重要参数之一。温度合适与否, 直接影响到连铸工艺能否正常进行及铸 坯表面质量及 内在质 量。陕西特殊钢有限责任 公司与西安 建筑科技 大学冶金工 程学院合 作, 对连 铸钢液温 度变化的规 律及控制进 行了研 究。制定出了适合该公司连铸生产实际的较理想 的钢液过程温度控制制度, 使连铸生产及铸坯质量达 到了较高水平。 关键词: 连铸; 温度; 过程控制 中图分类号: TF345. 03 文献标识码: A 文章编号: 1002-1639( 1999) 05-0012-04
130×130, 200×200 1. 3～5. 4
17. 040 6×104
生产钢号
碳结、合结、碳工、弹簧、
轴承、不锈钢等
1. 2 生产工艺流程
20 t 电炉初炼→25 t L F 炉精炼→连铸成坯→ 剪切→缓冷
2 钢水过热度控制
连铸生产的首要任务是保证和提高铸坯质量。
连铸与模铸相比, 主要区别就在于连铸坯是在强制 冷却条件下结晶形成的, 结晶过程易产生搭桥, 在铸
1 556 1 603 1 612 1 597 1 580 1 560 1 581 1 626 1 601 1 584
1 545 1 528 1 532 1 532 1 527 1 551 1 544 1 538 1 546 1 546 1 531
60-222 1 647 60-262 1 688 40Cr 60-235 1 644 6 0-390 61-606 1 653
液面控制
Co60, 自动
二冷气水
自动控制
剪切机
700 t 45°对角液压剪
拉速/ m·m in- 1
0. 3～3
送引锭杆速度/ m·m in- 1 0～6
收稿日期: 1998-10-19; 修订日期: 1999-03-22 作者简介: 张务林( 1960- ) , 男, 高级工程师.
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270 10 mm 石棉板 65 mm 粘土砖
引起开浇溢钢或冻结。 合金钢连铸, 由于钢种不同, 凝固 结晶存在差
异。因此, 必须根据各钢种的凝固特点, 执行相应的 过程温度控制制度。
包底 包壁渣线 其余 中间包:
210 mm M g-Ca-C 砖 148 mm M g-Ca-C 砖 148 mm Al-M g -C 砖
Temperature Control of Molten Steel in Continuous Casting Process ZHA N G W u-lin
( Shaanx i Special Steel Co . L td. , Xi an 710043, China ) Abstract: T he molten steel temper ature is o ne of impor tant par ameter s of co ntinuous casting pro cess. It directly affect s the nor mal o per ation o f t he pro cess and the quality of billet s. T he Sha anx i Special Steel Co . , Lt d. , coo per ated with the M etallur g y Engineer ing Co lleg e of the Xi an U niv. of M etallur gy and Ar chitecture , studied the chang e r ule and contr ol of the molten steel temperat ur e in co ntinuous casting pr o cess, pr epa red the ideal temper ature co ntro l system suita ble fo r the continuo us casting pro ductio n a nd made the pr oduct ion and the billet qualit y r each higher lev el. Key Words: co ntinuo us casting ; tem per ature ; pr o cess contr ol
1 588 1 605 1 595 1 584 1 641 1 575 1 586 1 578 1 607 1 577 1 563 1 607 1 626 1 620 1 610 1 578 1 553 1 577 1 584
1 565 1 566 1 562 1 557 1 572
1 504 1 503 1 506 1 498 1 496 1 491 1 513 1 504 1 506 1 506 1 497 1 527 1 509 1 517 1 514 1 506 1 501 1 524 1 504 1 507 1 509 1 498 1 530 1 520 1 523 1 523 1 519 1 516
左右) 条件下, 电炉钢水, 镇静期温降速率为 3 ℃/ min 左右, 这个温降无法保证连铸过程的温度控制。 当进入精炼炉加热时, 由于包衬蓄热, 初始温降速率 为 0. 5～1. 0 ℃/ min, 继续加热呈升温趋势, 加热时 间大于 5 m in, 温升速率可达 1. 5～2 ℃/ min, 到达 设备加热升温设计值。测定钢包壳表面温度为 170 ～200℃。不再加热时, 钢液温降可保证 0. 8～1 ℃/ min, 可以认为包衬基本不再蓄热, 钢水与包衬热交 换基本达到动态热平衡。
坯纵向上形成“小钢锭”结构, 树枝晶较发达, 易产生
疏松、缩孔、裂纹等缺陷。影响铸坯质量的因素有: 连
铸钢液过热度、拉坯速度、冷却水量、电磁搅拌等。主
要因素是过热度, 过热度的稳定控制, 可保证拉坯速
度。二冷水的稳定控制, 对铸坯的表面质量和内在质
量都十分有利。
热能工程 《工业加热》1999 年第 5 期
114 mm 厚 高 Al 砖 20～30 mm Mg -Cr 涂料
材料名称
A l2O 3 (%)
SiO 2 (%)
M gO ( %)
CaO ( %)
C 体积密度/ ( % ) g ·cm - 3
显气孔率 (%)
耐火度/ ℃
导热系数/ W ·( m·℃) - 1
M g -Ca-C
> 80 3. 0 > 7. 8 > 3. 0
3 钢液连铸过程温度变化 钢液连铸过程温度的变化主要包括 电炉出钢
温度损失; 钢水入中间包温度损失; 精炼包和中
包衬厚/ mm 绝热层 永久层
160 10 mm 石棉板 32 mm 粘土砖
间包衬蓄热和表面散热。
3. 1 精炼包和中间包的结构及耐材特性( 表 1)
工作层厚
表 1 精炼包、中间包用耐火材料指标
电炉出钢温度损失 60～80 ℃, 大包浇注过程温 度损失 30～35 ℃, 钢水入中间包温度损失约 20 ℃。
( 3) 中间包热度对铸坯质量的影响 从连铸工艺角度看, 影响铸坯质量的因素有钢 水温度, 拉坯速度, 冷却强度和电磁搅拌强度。其中 钢水温度, 即浇注时中间包钢水的过热度是主要的。 合适的浇注温度是获得铸坯质量的基础, 如果注温 偏高, 即过热偏大, 会增加钢水的二次氧化, 以及对 包衬耐火材料的侵蚀, 从而使铸坯中的非金属夹杂 物增多。同时会使连铸坯带着一个很长的液相穴, 在 铸机内不断运动过程中凝固, 结晶凝固过程必然伴 随着过热( 从浇注温度冷却到液相线温度) 、潜热( 从
结合现场所浇注的钢种, 以 20、40Cr 、60Si2M n、
围, 防止铸坯因强度、塑性降低所产生的裂纹。连铸 GCr15 分别代表低、中、高碳钢和对应的碳结、合结、
坯的凝固特点是倾向于生成柱状晶组织, 因此易产 弹簧和轴承钢, 作了详细的温度研究, 过程温度变化
生柱状晶的“搭桥”现象, 从而导致中心疏松、中心偏 如表 2, 温度参数和铸、轧坯质量如表 3, 各工艺点温
结晶器锥度 0. 9%
结晶器振频/ 次·min- 1 10～360
结晶器振幅/ mm
±1 0
中间包容量/ t 电炉容量/ t 精炼炉容量/ t
12～16 20, 最大 30 25( L F ) , 最大处理量 30
铸坯断面/ mm 铸坯定尺/ mm 冶金长度/ m 设计产量/ t
℃/ min, 开浇后 10 m in 为 1 ℃/ min, 此后因钢种不 同而在一个较小的温度范围内波动。
这个过程表明, 大包钢水进入中包, 由于存在温 差, 中包衬吸热, 钢水温度下降; 开浇后中间包钢水 不断流出, 同时大包高温钢水不断补充。
中间包烘 烤大于 2 h, 使包 衬温度 大于 1 200 ℃, 钢水与包衬温差不大, 可使浇注过程温度基本稳 定。
<7
> 1 800
பைடு நூலகம்
A l-M g -C
75
13
4
2. 75
21
> 1 790
粘土砖
3 0～4 0
> 1 700
0. 83～1. 5
中包高铝 砖 48～60
> 1 700
1. 27～1. 68
中包涂料
≤8
≤10
≥56 ≤4
> 1 790
石棉板
1. 4
0. 15
3. 2 钢液温度在精炼包、中间包内的变化规律 ( 1) 钢液温度在精炼包中的变化 如前所述的精炼包耐材, 在正常烘烤( 1 000 ℃
通过理论计算, 出钢镇静期, 温降速率为 3. 65 ℃/ min, 钢液 与包 衬热 交换达 动 态平 衡时 为 0. 8 ℃/ min, 这与实际情况完全吻合。理论计算还指出, 钢包总热量损失中, 蓄热损失大于 95% , 因此钢包 烤红出钢具有十分重要的意义。
( 2) 分钢种中间包浇注过程温度变化 中间包浇注过程, 开浇后 5 min, 温降速率 1. 5
踪打印机。为了提高铸坯质量, 改善二冷段铸坯冷却
条件, 采用二冷段“雾化”冷却技术。整个设备系统采
用微机控制、显示, 还有防误操作的连锁装置。
1. 1 主要技术参数
机型 全弧型, 二机三流
流间距/ m
1. 25
铸机半径/ m
9
矫直半径/ m
9/ 17. 5
电磁搅拌
I -E M S
实践表明, 没有稳定、合适的钢液连铸过程温度 精炼包:
控制, 就无法得到合适的中间包钢液过热度, 也就无 包底耐火材料厚/ m m 290
法保证连铸工艺的正常进行和铸坯表面、内在质量 的提高。浇铸温度过高, 铸坯坯壳较薄, 易造成铸坯 产生裂纹, 甚至漏钢, 或开浇失控。浇铸温度过低, 易
包壁厚/ mm 绝热层 永久层