高拉速连铸

连铸技术发展
4、60年代－连铸发展起步阶段
弧形铸机开发成功； 实现多炉连浇、船板等钢种连铸的成功表明了连铸在产量、质量 面的优越性； 日本钢铁业开始引入连铸； 1966年英国Shelton钢铁公司在其卡尔多转炉 钢厂实现全连铸； 主要是欧洲电炉钢厂和美国的平炉钢厂采用连铸，1970年世界连 铸比为4.4%。
大包下渣检测系统 长水口自动安置 热中间包循环使用 滑板＋步进液压缸控制 80t密封中间包
上装引锭杆 辊Biblioteka Baidu测量
连浇自动操作(浇铸平台、搅拌站)
垂直段3m
非正弦波振动 快速更换结晶器窄边改变浇铸铸坯厚度
钢包吹氩远程自动控制
10点弯曲
气水喷雾二冷，喷嘴堵塞监测
分节辊轻压下(17m)
冶金长度49m
5点矫直
炉外精炼的周期短于转炉炼钢 和连铸的周期； 适应多炉连浇的要求； 使转炉、连铸机都获得高的生 产效率。
板材流程采用LF精炼 LF时间长于转炉炼钢和连 铸； 炉外精炼无法成为炼钢－ 铸工序间的缓冲； 影响整条生产线的效率。
温度变化导致拉速的变化
1.02 × 252 dV = (t 0 − θp ) B
非稳态浇铸
结晶区液面波动 开浇 更换中间包 连续粘结
操作原因
不合适保护渣 不合适地结晶器锥度
粘结对结晶器铜板温度的影响
浸入式水口尺寸、夹角、埋入深度
浸入式水口流出的钢水如向上分流过强，会造成表面波动过大引 起的卷渣等。 浸入式水口流出的钢水如向上分流过小，表面供热不足，会造成 保护渣熔化不良、保护渣流入不均匀，容易产生纵裂纹缺陷。
4K 2 L （ ） V= 2 D
拉速的确定原则
3、根据经验公式冶金长度，来计算连铸机的工作拉速 L’为铸坯的断面周长，A为铸坯的断面面积，f：为和 钢种、铸坯形状、结晶器参数及冷却制度有关的常数。
L V=f A
'
拉速的确定原则
工序间生产节奏合理匹配
t炉外精炼 < t转炉炼钢 ≤t连铸 t转炉炼钢 ≤t连铸 < tLF精炼
连铸技术发展
6、80年代－连铸技术成熟阶段
生产高质量钢铸坯技术和体制已经确立； 板坯连铸开始采用HCR、HDR工艺； 高速连铸、中间包加热、液压振动、电磁制动 、拉漏预报、二 冷动态控制、轻压下等大批新工艺技术得到广泛应用； 年产300万吨以上的大型连铸板坯铸机建立； 发达国家连铸比超过或接近90％； 以高拉速、高作业率、高质量、高度自动化、 高稳定性生产为 标志，常规连铸达到了其成熟阶段。
浸入式水口流出的钢流对钢水表面波动带来的 影响可用钢水表面波动指数－F指数加以描述。
F =
ρ Q LV e (1 − sin θ )
4
1 • D
水模型得到的F数与表面缺陷的关系
NKK研究结果 川崎制铁研究结果
为连铸工艺参数优化提供了坚实的基础，但是由于撞击点速度、角度和 撞击点距弯月面的距离难以测定等原因，结果难以在其他企业推广。
连铸技术发展
3、50年代－连续铸钢进入工业化
1954年Halliday开发了“ 负滑脱”振动技术； 结晶器润滑和浸入式水口等技术连铸钢水取得成功。 加拿大Atlas Steel厂54年建成610mm宽板坯铸机； 1959、1960年苏联建成宽板坯铸机； 采用连铸的多是电炉钢厂，钢种多为特殊钢； 技术水平较低：产量低、作业率低，不能实现连浇。
不同类钢适用的保护渣凝固温度示意图
保护渣重要的物性参数：结晶温度
结晶析出会降低保护渣的润滑效果，拉漏可能 性增加； 结晶温度高可以减弱液体保护渣的发达程度， 减缓传热； 固体保护渣层中结晶相析出，渣膜中易产生微 裂纹和晶界均会增大传热热阻； 降低玻璃相辐射传热的效果。
保护渣重要的物性参数： 熔化温度和熔化速度
连铸技术发展
7、90年代－传统连铸的完善和近终形连铸技术的兴起
传统连铸向降低生产成本、强化高级产品生产、注重环境的方 向发展； 近终形连铸取得成功： － CSP、ISP等薄板坯连铸技术被愈来愈多的工厂采用，品种 也逐步扩大； － QSP、CONROLL等中厚度板坯连铸连轧技术开发成功。
全球最高水平的板坯连铸
保护渣熔化温度和熔化速度对保护渣液渣层高度及 坯壳与结晶器壁之间的流入有重要影响。 影响保护渣熔化速率的因素： 自由碳含量； 碳颗粒的粒度； 保护渣熔化温度； 保护渣原料粒度； 拉速。
粘度
CaO SiO2 CaO/SiO2 Al2O3 Na2O F Fe2O3
凝固温度
熔化温度
粘度
MnO MgO B 2 O3 BaO Li2O TiO2 K2 O
凝固温度
熔化温度
采用添加Na2O、Li2O来降低保护渣粘度
电磁制动技术
电磁制动技术
NKK开发的交流运动磁场结晶器钢水稳定装置示意图
FC结晶器
川崎制铁开发的FC结晶器示意图
结晶器漏钢的成因
漏钢的类型：
粘结
保护渣不合适
漏钢的原因：
润滑不够； 结晶器锥度不合适； 拉速波动太大； 结晶器液面波动太大； 结晶器一冷太弱； 钢水脱氧不够； 大型夹杂物。
数学模型得到的F数
数学模型得到的F数
谢
谢！
高拉速连铸技术 与粘结漏钢
连铸技术发展
1、早期的连铸技术开发（1886～1937）
浇铸有色金属； 金属液面波动大； 拉漏频繁，采取的对策：提高结晶器冷却强度 “ 拉－停－拉”方法以 增加坯壳厚度。
连铸技术发展
2、早期连铸技术的突破
1937年，S. Junghans开发成功振动结晶器技术； 1938年I. Rossi购买了Junghans连铸技术的专利和设备制造权； 振动结晶器连铸技术随后在有色金属工业应用； 40年代末欧、美、苏等钢厂开始进行钢水连铸试验。
国内开始重视高速连铸
近年来日本钢铁企业高拉速连铸取得了显著进展； JFE仓敷钢铁厂3#板坯铸机（220mm厚）拉速达到3m/min，并且 在2.4 m/min拉速下浇铸汽车板钢，2.0m/min拉速下浇铸中碳亚 包晶钢； 神户制钢加古川钢铁厂可以在2m/min拉速下浇铸汽车板钢。 日本高拉速连铸取得的进步对中国钢铁界震动很大。徐匡迪、 瑞钰等院士提议的新一代钢铁流程中对高拉速连铸给予了很重 的地位。
切割控制
在线去毛刺控制 铸坯搬送控制 铸坯喷印号读取 铸坯喷印号判定 高温铸坯表面缺陷检测设备
中间包内衬自动喷涂
中间包自动预热控制
中间包
高拉速连铸技术
日本80年代中后期、欧洲90年代中后期开始进行高拉速连铸试验研 究： 板坯拉速达到了2.5～3m/min，工作拉速在2.2m/min以上； 小方坯拉速达到了4～5m/min。 高速连铸主要困难： 拉漏增加； 铸坯表面和内部缺陷增多。 当时没有解决高拉速连铸优质汽车板钢铸坯结晶器卷渣和中碳亚包 晶钢铸坯表面纵裂纹问题，上述钢种拉速仍大都在1.2－1.3 m/min 以下。
结晶器钢水电磁制动技术：
FC结晶器（上下平面制动）； EMLA和EMLS电磁技术。
拉漏预报和防止技术：
单排热电偶和多排热电偶； 误报率显著降低。
浸入式水口结构改进和结晶器液面波动控制：
水口夹角、浸入深度、浇铸速率等； F数控制。
二冷动态控制技术
保护渣的作用
防止钢液氧化； 钢液表面保温； 吸收夹杂物； 润滑； 均匀传热。
拉速的确定原则
1、根据结晶器出口坯壳厚度，来计算拉速。 根据结晶器的有效长度及其凝固常数、最薄的凝固坯 壳厚度来计算拉速（m/min），见下式。δ最小为1015mm，小方坯取下限，板坯取上限。
K结 2 V = L（ ） δ最小
拉速的确定原则
2、根据冶金长度，来计算连铸机的最大拉速。 首先确定连铸机的平均凝固系数K（方坯可取30，板 坯可取27，单位mm/min1/2）及冶金长度L（m），铸坯 的厚度D（mm），见下式。
仪表系统
符号表示：
自动控制 程序定值控制 远距离控制 监视、诊断等
大包 中间包
结晶器
大包浇铸终了判定 长水口连接、脱开 测温、取样 长水口气体流量控制 二次冷却控制 凝固终点控制 机内保温装置监测
压缩铸造控制 导辊开口度、对弧测定 铸坯表面温度测定 喷嘴堵塞检测 异钢种连浇分离铁板插入
自动开浇、停浇控制 拉速控制 保护渣加入 钢水液面控制 结晶器综合诊断 保护渣流入情况监测 在线调宽控制 浸入式水口更换 浸入式水口Ar流量控制 结晶器锥度、振动监测
连铸技术发展
5、70年代－连铸快速发展时期
日本钢铁厂大规模采用连铸技术； 1972年新日铁大分厂300t转炉－3台板坯铸机 结合实现全连 铸； 大包回转台、滑动水口、扇形段、保护浇铸、液面控制、上 装引锭杆、电磁搅拌、多点矫直、小辊密排、二冷自动配水、 小方坯多级结晶器、刚性引锭杆等开发成功； 低碳铝合金钢、沸腾钢替代钢种等连铸成功，低碳铝合金钢 实现了铸坯无清理； 70年代末世界连铸比提高到28.4%。
钢包运输自动控制
日本钢管福山厂6#板坯铸机
最大拉速3m/min
全球最高水平的板坯连铸
生产管理计算机 过程控制 信息处理 连铸过程计算机 操作支援
大包回转台钢包安置 大包管、线路连接 大包包盖安置 大包搅拌气体流量控制 大包浇铸位置移动 中间包预热控制、移动、升降
大包自动浇铸(中间包重量控制)
电气系统
保护渣重要的物性参数：粘度
dv x τ =η dy
粘度高，摩擦力大，保护渣流入不足。 粘度低，流动性好，传热速率高。
保护渣重要的物性参数：凝固温度
随温度的降低，粘度不再遵从阿累尼乌斯定 律时的温度为凝固温度。 粘度 η＝A•EXP(E/RT)
温度
保护渣重要的物性参数：凝固温度
凝固温度过高，降低保护渣的液体润滑效果， 并减少保护渣的流入量，拉漏的可能性增加； 另一方面，凝固温度过低，坯壳与结晶器之间 液体保护渣发达，传热速率过强； 保护渣的凝固温度存在一最佳温度区间，在此 温度范围内，既能够保证润滑，又能控制传热 速率。
B：铸坯厚度； t0：已确定适宜的温度； θp：实际出现温度。
高拉速导致拉漏增加的原因
粘结性拉漏
结晶器内表面温度提高； 保护渣耗量减少。
结晶器出口坯壳减薄 d＝K(L/V)1/2＋B 坯壳与结晶器内壁间摩擦力增大
保护渣消耗量是高速连铸 工艺的一项重要操作指标
保护渣的消耗量对铸坯的润 滑非常重要，消耗量不当，可 能引起铸坯纵裂纹、粘结漏 钢、振痕过深、横角裂、角部 纵裂及铸坯凹坑。 高拉速下保护渣消耗量减 小，液渣膜变薄，初生坯壳受 到的摩擦力增大。 高拉速下初生坯壳厚度减 薄，在过多摩擦力下易破裂， 产生漏钢。
防止拉漏的措施
防止粘结性拉漏
增大冷却水流速，降低铜板内壁温度； 增大保护渣耗量－低粘度保护渣； 高频率、小振幅振动。
减少摩擦力
采用低粘度、低凝固温度、低结晶温度保护渣 高频率、小振幅振动。
增加结晶器出口坯壳厚度
增加结晶器长度； 提高冷却水流速； 改善结晶器－坯壳接触，减少气隙。
高拉速连铸关键技术
高拉速连铸用保护渣：
适量LiO2、BaO； 粘度、凝固温度、结晶温度； 保护渣耗量≥0.4kg/mm2。
高效强冷结晶器：
铜板厚度、固定螺栓布置、水槽结构； 冷却水压力、流速； 结晶器工作曲面。
非正弦波振动结晶器：
振动波形（正弦波、三角波、锯齿波等）； 频率、振幅、负滑脱时间、负滑脱量等。
高拉速连铸关键技术
液态保护渣膜：在固态渣膜与铸坯之间起润滑作用; 结晶相保护渣膜：随结晶器运动； 玻璃相保护渣膜：与结晶器壁结合紧密，随结晶器运动。
保护渣化学组成范围
CaO SiO2 Al2O3 TiO2 C 25～45％ 20～50％ 0～10％ 0～5％ 1～25％ Na2O K2O FeO MgO MnO 1～20％ 0～5％ 0～6％ 0～10％ 0～10％ BaO LiO2 B2O3 F 0～10％ 0～4％ 0～10％ 4～10％