连铸设备与工艺

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机型的特点
（3）带直线段的弧形连铸机
有垂直段，夹杂物容易上浮，具有立弯式连铸机的优点； 多点弯曲。减小应力集中，裂纹少； 可在未完全凝固进入弧形段，故可以提高生产率，增大 拉速。 例如：宝钢板坯连铸机： 直线段： 2.55m 弯曲半径：48.5/22.5/16.5/12/9.555m 矫直半径：9.555/11.5/16/31m 连铸机长度：39.39m
D v L 4K 2
冶金长度：结晶器内钢液面到拉矫机最后一对辊子中 心线的长度。
2
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（6）设计拉速
最大理论拉速
按结晶器出口处坯壳厚 度计算
k t
按铸机的冶金长度计算
1 l Dk 2 v
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设计拉速
影响因素
钢种影响 铸坯断面的影响 结晶器出口处坯壳厚度 拉速对铸坯质量的影响
■保护渣
作用：1)结晶器内钢水上表面与空气隔绝； 2)吸收钢水中的夹杂物； 3)控制坯壳与结晶器壁间的传热； 4)润滑。
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结晶器振动装置
对结晶器振动的要求：
• 有效地防止粘结性拉漏； • 得到良好的铸坯表面(光滑、浅的振痕); • 准确地实现圆弧轨迹，不产生过大的加 速度引起的冲击和摆动； • 制造、安装和维护方便，便于处理事故。
2) 机型的特点
（1）立式连铸机： 结晶器、二冷段、拉坯和剪切沿垂直方向排列 优点：
－ 无弯曲变形、冷却均匀，裂纹少。
－ 夹杂物容易上浮。 缺点：
· 设备高，建设费用大。
· 钢液静压大，容易产生鼓肚。
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机型的特点
（2）立弯式连铸机
结晶器下有垂直段，铸坯通过拉坯辊后（钢水完全凝固 或接近完全凝固），用顶弯机使铸坯弯曲，进入圆弧段。 优点： • 机身高度比立式低； •有垂直段，夹杂物容易上浮且分布均匀； •水平出坯，可以适当加长机身，铸坯的定尺不受限制； 缺点： •铸坯在一点弯曲，一点矫直，容易形成裂纹； •要求全凝固矫直，限制了生产率。
高度仅为立式连铸机的1/10节约基建费用 ； 技术不成熟。
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3） 连铸机机型选择的原则
－ 满足钢种和断面规格的要求； － 满足铸坯的质量要求； － 节约建设投资。
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5.1.3 连铸基本工艺及设备参数
(1)铸坯断面选择的原则
满足产品质量的要求，不同产品需要满足不同的压缩比。 压缩比：铸坯断面积和轧材断面积之比。
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铜管式结晶器 它是由弧形铜管、 钢质外套和足辊 等几部分组成。 铜管外面套者钢 质外罩，形成 5~7mm水逢。
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组合式
组合式结晶器
由4块复合壁板组装而成，每块壁板由一块铜板内壁和一块钢板外壳用螺栓 联接而成。铜板上铣出许多沟槽，在铜板与钢板之间形成冷却水缝。
大方坯、矩形坯和 板坯采用此类结晶 器。
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(2)连铸机的流数
铸机流数计算公式
N
N－铸机流数 G-钢包容量 F－铸坯断面面积 V- 平均拉速 －钢包浇注时间
G Fv
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（3）连浇炉数
一个中间包连续浇注的炉数
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（4）连铸机的弧形半径
铸机的弧形半径：弧形半径大，矫直变形率减小；但铸机高 度增加，设备投资增大；钢水静压力大，铸坯鼓肚变形量增 大。 按铸坯断面确定
40 200 200 280 280
40 10 15 10 10
45 80 80 110 110
结晶器形式
结晶器按形式可以分三种：
1、整体式 2、铜管式 3、组合式
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整体式结晶器
整体式结晶器是用一
块铜锭制成，靠近内 腔表面的四周钻有许 多冷却水通道。这种 结晶器刚性好，成本
高，难于修理，近来
很少采用。结晶器结 构如下图所示。
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结晶器振动方式
• 负滑脱振动
负滑脱振动先是结晶器以稍大于拉速的速度下降，然后再以较高的速度上升。
V2=（1+）V，V2 — 结晶器下降速度
—负滑脱率
V1=（2.8-3.2）V，V1 — 结晶器上升速度
负滑脱振动是同步振动的一种改进，加速度有所降低，有利于愈合因粘结而 被拉裂的坯壳。
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负滑脱振动是同步振动的一种改进，加速度有所降低，有利于愈合因粘结而 被拉裂的坯壳。
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可调宽度结晶器
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结晶器的设计参数
断面尺寸:
结晶器长度:
结晶器的断面尺寸应比铸坯公称尺 寸大1－3％。 根据结晶器出口坯壳厚度确定，出 口坯壳厚度应大于8－15mm。
从钢液面到结晶器顶面一般留100mm，故实际结晶 器长度＝L＋100
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结晶器倒锥度 方坯： = (S1－S2)/S1×100％
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1958年我国的第一台连铸机在重庆第三 钢铁厂建成。
50~60年代，连铸技术发展缓慢。
连铸坯的质量不如模铸。 对已经建成的初轧机的依赖。
70年代初，新日铁大分钢厂实现全连铸， 推动了连铸技术的发展。
凝固理论的研究，使连铸工艺科学化。
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连铸的优点(与摸铸比较）


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机型的特点
（4）弧形连铸机
分为弧形结晶器和直结晶器两种
优点：
机身高度为立式连铸机的1/2～1/3, 占地面积和 立弯式相同，基建费用低；
钢液静压小，鼓肚、裂纹等缺陷少；
加长机身容易，可高速浇铸，生产率高；
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机型的特点
缺点：
· 机器设备占地面积较立式大； · 内弧夹杂物容易集聚； · 弧形结晶器加工较复杂； · 直结晶器在出口处为弧形和 直线切点，容易漏钢。
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钢包及支撑装置 钢包回转台：钢包过跨，快速换包
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（2）中间包及其支撑装置 中间包：保持一定的浇铸速度、控制钢水流的中间 容器。 • 储存钢液（换钢包）
• 分配钢液 （分流）
• 保温 • 中间包冶金功能：挡墙、吹气、过滤及加热
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中间包车 升降机构 走行机构 横向走行机构 摆槽机构
产品：钢锭 方法：
上铸法 下铸法
3
上铸法
1-钢包 2-中间漏斗 3-底座 4-保温帽 5-钢锭模
上铸法示意图
4
下铸法
王158
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钢锭的结构 缩孔 偏析 晶区
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连铸技术的产生和发展
传统的钢材加工流程 钢锭—初轧 —钢坯—成型轧制 —钢材
初轧（开坯）。初轧机设备庞大，需要很大的 电机驱动，投资很大。
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机型的特点
（5）椭圆型连铸机（超低头连铸机）
优点： 机身高度低，厂房高度降低；
多次变形，每次变形量不大，铸坯 质量好；
钢液静压小，坯壳鼓肚量小，质量好。 缺点 结晶器内夹杂物不能上浮分离，且内弧集聚； 多半径，连铸机的对弧、安装、调整困难，设备较复杂。
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机型的特点
（6）水平连铸机
提高金属的收得率 7~12%。
建设费用降低30%左 右。 有助于实现钢铁生产的 紧凑化和连续化。 改善作业环境。 节约能源及原材料消耗， 降低人工费用.
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5.1.2 连铸机的机型及其特点
1) 连铸机的机型
(1) 按外形分类；
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(2)按铸坯断面分类
表 各种机型浇注的铸坯断面（㎜×㎜）
机型
最大断面 mm×mm 300×2640 310×2500 最小断面 mm×mm 130×250 经常浇注断面 mm×mm 180×700～ 300×2000
Ag 0.07-0.12 P 0.004-0.015 Cr 0.5-1.5 Cr 0.5-1.5 Zr 0.08-0.3
机 械 性 能
抗张强度 屈服强度 N/mm2 N/mm2 延伸率 ％ 硬度 HB
导电率 ％(20℃) 98 98 85 80 70
40
其它
200 40 250 250 350 350
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结晶器振动方式
■ 结晶器在上升和下降的转折点处，速度变化比较缓和， 有利于提高运动的平稳性。
结晶器上升时坯壳承受拉应力，下降时承受压应力，因此 在确定振动参数时，应使开始下降时的加速度a2大些，开 始上升时的加速度a1小些。
比值：K＝a2/a1＝2～3
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结晶器振动方式
正弦振动
最普遍的振动方式，结晶器在整个过程速度一直在变 化，既铸坯与结晶器臂间时刻存在相对运动，且结晶 器下降时，还有一段负滑动。最大特点是用简单的偏 心轮就能实现，设计制造都很容易。易实现高频小振 幅。
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结晶器振动方式
负滑动振动的主要特点:
■ 结晶器下降速度稍大于拉速，因此在结晶器下降时坯壳 中产生压应力，有利于防止裂纹， 也有利于脱模。 Vm －Vc 100％ Vc 式中， ：负滑动率； Vm：结晶器运动速度； Vc：拉速； 目前一般取5～10％，负滑动时间一般取整个周期的60％左右。
炼钢炉容量增大，钢锭重量增加。要求大的 初轧机。 能否直接将钢水铸成一根钢坯？
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连铸的设想最早 由英国的发明家 Bessemer提出 （1857年）
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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。 40年代德国人S.Junghans发明了使结晶器振动 的方法。 1947年美国的工程师和投资人I.Rossi开发出 Junghans- Rossi连铸机，用来铸钢，获得成功。
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实际拉坯速度
影响因素： （1）铸坯断面大小
（2）钢种
（3）浇铸温度 （4）铸坯质量
（5）冶金长度、保护渣、结晶器振动等。
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5.1.4 连铸机主要设备
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（1）钢包及支撑装置
钢包：
• 盛钢液 • 保温性要好 • 容量要和炼钢炉的容量相匹配。 • 底部吹氩搅拌，均匀成分和温度，去 除夹杂物。
小方坯连铸机 R＝(30~40)D 大方坯连铸机 R=(30~50)D 板坯连铸机 R=(40~50)D
按钢种确定
普碳钢和低合金钢 R=(30~40)D 优质钢和高合金钢 R＝（40～50）D
按凝固计算确定：完全凝固，允许变形速率
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（5）冶金长度
铸坯的液芯长度
结晶器钢液面到铸坯中心液相完全凝固点 的长度。
250×250～450×450 240×280～400×560
板坯
大方坯
小方坯 圆坯 异型坯
600×600
160×160 φ 450
工字型 460×460×120 中空坯φ 450/6100
200×200
55×55 φ 100
90×90～ 150×150 φ 200～φ 300
椭圆型120×140
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5、连铸设备与工艺
5.1连铸主要设备
5.2连铸工艺
5.1 连铸主要设备
5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4 概述 连铸机机型及特点 连铸基本工艺及设备参数 连铸机主要设备
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5.1.1概述
模铸 过程：把钢水浇铸在由生铁制造的若干个钢锭模 内。 本质
钢水的热量传递给钢锭模 钢由液态（钢水）固态（钢锭）
表: 各种产品要求的压缩比 最终产品 连铸坯
满足产品机械性能 要求的压缩比
具有一定安全系数 的最小压缩比
无缝钢管 圆坯
型材 方坯
厚ຫໍສະໝຸດ Baidu 板坯
薄板 板坯
1.5~3.2
4.0 4.0
3.0
4.0 8.0
2.5~4.0
4.0 4.0
3.0
4.0 >35
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目前使用的压 缩比
铸坯断面选择的原则
与炼钢能力合理匹配 大转炉-大板坯,大方坯;小转炉—小方坯 与轧机组成、轧材品种和规格相匹配 小方坯－高速线材轧机－线材 板坯－中厚板轧机－中厚板 适合连铸工艺要求 采用浸入式水口，方坯最小尺寸120X120mm
卷曲电缆
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（3）结晶器及其振动装置
结晶器 的作用：
• 规定铸坯形状； • 强制钢水冷却，保证形成足够强度和厚度的 均匀坯壳。 对结晶器的要求: 1、良好导热性；
2、好的刚性，便于拆装，且易于加工；
3、较好的耐磨性及抵抗热应力； 4、重量轻，便于振动。
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铜和铜合金的技术特性
结晶器的材质
化学成分，％ 铜 99.9 Cu+Ag 99.9 Ag 0.07-0.12 Cu+Ag 99.9 98.0 98.0
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结晶器振动方式
• 同步振动
特点是结晶器在下降时与铸坯同步运动，然 后再以三倍拉速的速度上升，即：
上升时：Vm＝3V
下降时：Vm＝V
式中，V：拉速，m/min Vm：结晶器运动速度，m/min
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采用同步振动方式，结晶器在由下降转为上升时，转折 点处速度变化很大，影响结晶器的平稳性，机构也复杂， 已不再应用。
板坯： = (L1－L2)/L1×100％ 倒锥度过小，坯壳过早脱离结晶器壁，影响传热； 倒锥度过大，摩擦阻力增加，加速结晶器磨损。 根据经验，对方坯结晶器倒锥度取0.4－0.8%， 对板坯结晶器倒锥度取0.5－1.0%。
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结晶器的润滑
■润滑油
主要用于敞开浇铸的小方坯。用时部分润滑油燃烧， 大部分润滑油沿结晶器流下，形成一层薄油膜，起到 润滑作用。