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冶金概论 ---连铸
主讲：冶金工程系 孙丽娜(教授)
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主要内容
一、概 述 二、生产模拟 三、生产工艺 四、连铸设备 五、工艺参数
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一、概 述
1.连铸的发展概况 2.连铸机的特点 3.连铸机的机型
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1.连铸的发展概况
• 连铸是将成分、温度合格的钢液通过连铸机直接 连铸是将成分、 铸成钢坯的工艺。 铸成钢坯的工艺。 • 钢液凝固成型有两种方法： 钢液凝固成型有两种方法： 模注—获得钢锭 模注 获得钢锭 连铸—获得钢坯 连铸 获得钢坯 一般钢材的生产工艺是： 一般钢材的生产工艺是： • 若采用模注 钢锭—轧制或锻压 钢坯—轧制 轧制或锻压—钢坯 轧制—钢材 钢锭 轧制或锻压 钢坯 轧制 钢材 若采用连铸 钢坯—轧制 轧制—钢材 钢坯 轧制 钢材
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五、工艺参数
浇注温度的确定
拉速确定
一冷确定
二冷确定
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1.浇注温度的确定
概 念： 指中间包钢水温度， 由合适的过热度+钢种的液 相线温度确定； 在一包钢水浇注1/4时 过热度最大，浇注结束时 最低。过热度高，拉速低 则漏钢危险增加，柱状晶 发达，中心偏析重；过热 度低，拉速高，漏钢几率 减少，中心偏析轻，夹杂 上浮困难。
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四、连铸设备
钢 包 及 回 转 台
中 间 包 及 中 间 包 车
等 离 子 加 热 装 置
结 晶 器 及 振 动 台
电 磁 搅 拌 设 备
二 冷 段
拉 矫 机
切 割 机
引 锭 杆 存 放 装 置
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1.钢包及回转台
作 用： 存储钢水，并将钢水 运输至连铸机，同时底部 设吹Ar管起精炼作用； 结构与功能： 结构与功能： 由本体、滑动水口连 接板、透气砖、倾翻吊环 组成； 滑动水口： 滑动水口： 由上、下滑板、弹性 压紧装置、开关驱动机构 及座砖组成。
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回转台作用： 回转台作用： 运载钢包并支撑 钢包进行浇注； 结构与功能： 结构与功能： 钢结构、旋转装 置、锁定装置、升降 装置组成； 设置在钢水跨和 浇注跨之间，向中包 提供钢水。
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2.中间包及中间包车
中间包作用： 中间包作用：
介于大包和结晶器之 间，接受来自大包的钢水， 并向结晶器分流，起到减 压、稳流、除渣、储钢分 流、均匀温度和成分的作 用；
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连铸的特点
1）节省工序缩短流程 2）提高金属收得率 3）降低能量消耗 4）机械化和自动化程度高 5）产品质量提高
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•
连铸液体金属是19世纪提出的。最初只能用 于浇铸低熔点的有色金属。1933年现代连铸之父 容汉斯提出连铸振动系统，1943年建成第一台实 验性连铸机。80年代后世界各国连铸技术迅速发 展。 目前国外对于中低碳钢、普通高碳钢、沸腾 钢代用钢、低合金钢、弹簧钢、轴承钢等已实现 连铸。
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水平连铸机： 水平连铸机：
其主要设备结晶器、 二冷装置、拉矫机和切 割设备等均不止在水平 线上，水平连铸机的结 晶器和中间包是紧密相 连的，在中间包水口和 结晶器连接处安装有分 离环。此外，拉坯时结 晶器不振动，而是拉坯 机带着铸坯作“拉-反推 -停”不同组合的周期运 动。
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二、生产模拟
连铸工位全景
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立弯式连铸机： 立弯式连铸机： 可适应较长定尺的 要 求 （ 2m ） ， 钢 水 从 结晶器开始凝固，完 全 凝 固后进入 弯曲段 ， 在水平方向出坯，铸 机 的 中间包、 结晶器 、 导辊、引锭杆沿垂线 布置，拉矫机、切割 机沿水平布置。 缺 点： 高度比立式下降， 但由于增加了一次弯 曲和矫直，易造成裂 纹。
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5.电磁搅拌设备
作 用： 改善铸坯表面和内部 质量，扩大连铸钢种，主 要安装在结晶器、二冷区、 凝固末端，减少表面和皮 下气泡，改善偏析、疏松； 原 理： 应用移动磁场在凝固 前沿的液体产生对流运动， 通过电磁搅拌的离心作用 使夹杂物离开壁面而聚集， 同时打断柱状晶晶梢，防 止疏松。
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6.二冷段
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4.结晶器及振动台
作 用：
使浇注到结晶器的钢 水凝固成均匀的坯壳，以 便承受钢水静压力，使铸 坯顺利拉出，防止漏钢；
结构及功能： 结构及功能：
结晶器本体由结晶器 铜管、外水套、内水套、 电磁搅拌装置和冷却水系 统组成，足辊用于支撑导 向坯壳很薄的铸坯。
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振动台作用： 振动台作用： 振动使结晶器内壁获 得良好润滑，减少摩擦力， 防止内壁粘结； 结 构： 采用偏心四连杆机构； 振动台驱动装置： 振动台驱动装置： 由电机通过齿轮箱驱动 偏心机构，产生正弦振动， 并通过四连杆机构将运动 传动到振动台，使结晶器 上下振动。
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7.中间包更换
根据包衬和浸入式水 口寿命决定，一般10-15次。 更换过程： 更换过程： 大包长水口关闭后， 提升并脱长水口，至中间 包液面高度200mm时，关中 包滑动水口并停拉矫，中 包升起至待机位，另一预 热好的中包开到浇钢位， 机座下降，对中水口，按 开浇操作进行。
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8.停 车
大包和中包滑动 水口关闭。当中包水 口关闭时向结晶器内 加冷钢，以加速尾坯 凝固。降低拉速到 0.5m/min ， 同 时 二 冷 强度下降。待尾坯凝 固后，将其拉出。
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2.拉速确定
拉速的概念： 指每分钟拉出的铸坯长 度； 确定原则： 拉速高，钢水在结晶器 内停留时间短，坯壳薄； 反之，形成厚坯壳。出结 晶 器 时 坯 壳 厚 度 应 为 1214mm； 拉速分为： 起步拉速和工作拉速
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3.一冷确定
一冷作用： 一冷作用： 指结晶器冷却作用， 是确保在其中形成一定厚 度的坯壳； 结晶器内坯壳厚度： 结晶器内坯壳厚度： δ=kt1/2 k-凝固系数，t-凝固时间； 确定原则： 确定原则： 根据经验确定，结晶 器进出水温差＜8℃，供水 量 2L/min ， 压 力 0.40.6Mpa
连铸生产模拟
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三、连铸生产工艺
上引锭杆 开 浇 启车拉矫 脱引锭杆 切 割 钢包更换 中间包更换 停 车
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1.上引锭杆
油缸驱动→引 锭杆放到中间轨道→ 送入拉矫机引锭杆经 二冷段→入结晶器上 100-150mm→ 反 向 至 结 晶 器 下 口 150mm 处 → 拉 矫 机 引锭杆夹紧定位→完 成安装操作.
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8.切割机
作 用： 根据要求将矫直 后的铸坯切割成定尺 或倍尺； 结 构： 主框架、切割小车、 切割枪、驱动系统和 供水系统组成。
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9.引锭杆存放装置
作 用： 引锭杆与铸坯脱离后， 应及时将引锭杆存放起来， 并在下次浇注前通过与拉 辊配合，将其送入结晶器； 结 构： 引锭杆由引锭杆头和 引锭杆本体组成；各节之 间由销轴联接；材质为高 强度合金钢。
作 用: 铸坯拉出结晶器时, 坯壳很薄,内部为液态,为 使其凝固,在结晶器和足 辊后设置了二次冷却导向 装置,采用直接喷水和气 水冷却两种方式冷却; 结 构: 由活动导向段和弧形 导向段组成。
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7.拉矫机
作 用： 根据工艺选择拉 坯速度，在允许变形 条件下，进行多点矫 直并在水平方向将铸 坯送至切割机； 结 构： 主框架、上辊、 下辊、压下定位装置 和主传动装置组成。
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2连铸工艺流程 打开钢包底部的滑动水口 —钢水从钢包流入 中间包—当中间包里的钢液面达到一定高度时打 开中间包底部的滑动水口—钢水流入到强制水冷 的结晶器—当结晶器内钢液面达到 一定高度时并 且钢液四周已凝固成具有一定厚度的坯壳—启动 拉矫机咬住引锭杆向下移动—因钢水与引锭杆黏 结一起故钢水被拉出结晶器—钢坯进入二冷区— 因坯壳很薄内部是钢液故喷水冷却—完全凝固的 钢坯经矫直切成所需长度。
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弧型连铸机：
设备高度明显下降，能够 适应提高拉速和加大断面的要 求 又分为:
直弧型连铸机:
采用直结晶器从结晶器下 保留2m直线段,然后为弧型段, 2m , , 铸坯由直变弯,最后通过拉矫机 将弧形坯矫直; 优点:夹杂物易上浮,且比立弯式 高度低;
全弧型连铸机:
铸坯的运动轨迹是一条弧 线.结晶器,二冷段全为弧型,拉 矫机、切割机和出坯系统布置 在水平线上.
加保护渣: 加保护渣:
中间包开浇后加保护渣, 勤 加 少 加 , 均 匀 覆 盖 ;0.50.6kg/t;
拉 矫
坯: 直:
铸坯在高温下通过拉矫机 连续矫直,使弧形坯变成直线 铸坯.
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结晶器液面波动80-120mm±3mm;
4.脱引锭杆
引锭杆头部 凹槽与注入结晶器 钢水接触凝固成凸 台，将铸坯与引锭 杆挂接一起，拉出 拉矫机后，将引锭 头抬起，实现铸坯 与引锭杆分离。
结
构：
呈 “T” 型 ， 由 包 体 、 包盖组成，底部设有滑动 水口机构，浸入式水口及 夹持装置，并设溢流槽。
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中间包车作用： 中间包车作用： 将中间包从预热 位置运到浇注位置， 浇注完毕从浇注位置 运回预热位置，浇注 时支撑中间包。
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3.等离子加热装置
加热原理： 加热原理： 通过高压能将气 体电离成离子，通过 离子运动形成电弧， 经中间包钢水，返回 电极形成电流回路， 电弧将热量通过辐射 加热中间包钢水，调 整等离子枪的功率， 控制中间包钢水的温 度。
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2.开 浇
精炼处理后钢水 →连铸回转台→加保 温盖→转至浇注工位 →中间包小车至浇注 工位→中间包基座下 降→水口与结晶器对 中→开大包水口→中 间包加保温剂→开中 间包滑动水口→实现 开浇
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3.启车拉矫
启 车:
从中间包开浇到拉矫机启 动 时 间 为 10-15s, 开 始 拉 坯 速 度为0.5m/min。2min后达正常 速度,之后根据钢水过热度调 整拉速,启动拉矫机同时结晶 器振动,二冷喷水;
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•
我国于1957年开始连铸试验研究，80 年代采用自行研制开发和引进相结合的方 法，使连铸技术得到很快发展，目前我国 转炉炼钢连铸比100%，电炉炼钢连铸比近 70%。
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3.连铸机的机型
立式连铸机： 立式连铸机： 钢水从结晶器内开始 凝固到铸坯完全凝固后切 成定尺，铸坯始终沿直线 运动，中间包、结晶器、 导辊、拉坯辊和切割机都 沿直线布置。 优 点： 四周冷却均匀，不易 产生内部和表面裂纹，有 利于夹杂物上浮； 缺 点： 设备高度大，投资费 用高，铸坯断面和定尺长 度及拉速受到限制。
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4.二冷确定
二冷作用： 二冷作用： 指出结晶器的铸坯在二 冷段的冷却过程。根据不同 钢种冷却使其完全凝固； 冷却方式： 冷却方式： 喷雾冷却和水-汽喷雾冷却； 冷却强度： 冷却强度： 1.0-1.2L/kg钢（低合金钢） 0.6-0.8L/kg钢（中高碳钢）
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5.切 割
铸坯切割长度 由 PLC 系 统 自 动 调 节，当满足用户和 下部工序要求时， 夹钳夹住铸坯并与 之同步，切割枪开 始工作，切割完毕， 夹钳松开，切割机 复位。
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6.钢包更换ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
根据回转台上重 力传感器指示的钢水 状态，在浇注近结束 时控制滑动水口开度， 根据大包下渣检测装 置测定下渣情况，关 闭水口。大包提起， 脱长水口，回转180°， 将待浇钢包旋至中间 包上方，实现多炉连 浇。
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椭圆连铸机： 椭圆连铸机：
又称带有多点矫直 的弧型连铸机，又称超 低头连铸机。它分段依 次改变圆弧部分的曲率 半径，使结晶器和二冷 段 夹 棍 布 置 在 1/4 椭 圆 上。这种结构的机型除 了弧形区是采用多半径 外，其它基本特点与弧 型连铸机相同。该机型 与纯净钢水的生产技术 相结合，可生产无缺陷 铸坯。