水平连铸报告-肖寒

中国科学院精密铜管工程研究中心博士后工作站
三 、铜管水平连铸工艺
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3.1 水平连铸的发展
3.2 水平连铸的特点 3.3 水平连铸的分类
3.4 铜管水平连铸生产工艺流程图
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3.1 水平连铸的发展
水平连铸技术首先是从低熔点有色金属开始，最早 可追朔到1840年水平连铸铅管专利的发表。从1930 年起，水平连铸法一直用于连铸有色金属金属和合 金。直到20世纪50年代水平连铸工艺与设备才达到 实用阶段。空心管坯水平连铸是上世纪70年代开发 的新技术，于70年代末、80年代初进入工业生产阶 段，是连铸家族中的后起之秀。采用水平连铸法生 产空心管坯，可以避开空心坯的弯管和矫直设备， 真正实现不间断的连续铸造。
TP2铜管坯水平连铸研究
项目负责人：肖 寒
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报 告 内 容
一、 TP2铜管生产方法
二 、连铸工艺 三 、铜管水平连铸工艺
四 、影响水平连铸铸坯质量的主要因素
五 、TP2铜管坯缺陷分析
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一、 TP2铜管生产方法
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1. 浇包 2. 浇口杯
3. 结晶器
4. 铸锭
5. 引锭头
连续铸锭示意图
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2.2 连铸的分类
板坯连铸机 方坯连铸机 按铸坯形状 圆坯连铸机 带坯连铸机 管坯连铸机
连 铸
水平连铸
按铸坯出结晶器的方向
垂直连铸
立式连铸机 立弯式连铸机 按连铸机的机型 垂直多点弯曲式连铸机 弧形连铸机 水平式连铸机 中国科学院精密铜管工程研究中心博士后工作站
冷却条件
冷却条件主要包括：进水温度，进水压力与水流 量三个参数
（一） 进水温度 进水温度视水流量及压力的大小可以有一 定的变化范围，但一般以不超过40℃为宜。出水 与进水的温差一般为5~6℃，为了有稳定的浇铸 条件，应该使进出水的温差保持恒定。
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（二） 进水压力 冷却水压太小会使液穴加深，连铸时易拉漏，同时 使一次冷却不足形成裂纹，并易使结晶器变形，加剧 裂纹的发生；一次水压过高会导致结晶区往炉口方向 移动，易于拉裂。在正常生产时，尽量保持水压为一 恒定值，减少其波动。 （三） 水流量 一般情况下，冷却速度小，有利于粗等轴晶和柱 状晶的生长；反之，则有利于细等轴晶和细柱状晶的 生长。在进水温度和压力一定的情况下，水流量越大 则冷却强度就越大；反之则越小。因此在生产过程中 主要是通过调节冷却水流量来控制冷却条件的。
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国外水平连铸机
年份 国别 使用厂家 流数 铸坯断面 浇铸金属 拉坯方式
1971 1975
美国 比利时
通用汽车公司
FowderlesMagctteauxS.A
1 4
Φ50-96 方40-185；φ40-185
碳钢，低合金钢 不锈钢，高合金钢
拉 -停 拉-停-推-停 拉-停-推-停 拉 -推 拉-停-推-停 拉-停-推-停 拉-停-推-停 拉-停-推-停 拉-停-推-停 拉 -停
特种金属公司
川崎重工 克虏伯公司 Fundiclon Callao 法格斯塔 达涅尔 日本钢管京滨
1
1 1 1 2 2 2
Φ3-8
方120；φ50-96 方110；φ80-200 Φ35-100 方150；φ140 Φ110-200 Φ80-330
合金焊条
碳钢，低合金钢，不锈钢 碳钢，高合金钢，不锈钢 碳钢 碳钢，不锈钢 碳钢 碳钢，高合金钢，不锈钢
在一起，因此其结晶器不能振动，若连续拉坯，则拉坯速度必须很小， 才能保证铸坯不被拉断；而采用非连续的、周期性拉坯方式，拉坯速度
1976
1977 1978 1979 1980 1980 1980 1981 1981 1981 1981 1982 1982 1982 1982 1982 1983
法国
西德 日本 日本 美国 西德 丹麦 美国 日本 日本 美国 日本 西德 秘鲁 瑞典 意大利 日本
ThoMe Lnd
贝利公司 日本钢管福山 日本住友金属 HowMet 博施戈特哈尔兹 厄赖斯 Cannon Nuskegon 日重工机 神户制钢
1. 熔化炉 2. 流槽 3. 保温炉 4. 结晶器 5. 上引装置 6. 剪切装置 7. 收线装置
上引连铸工艺流程图
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铸轧法工艺流程图
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二 、连铸工艺
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2.1 连铸的定义
2.2 连铸的分类 2.3 连铸的特点 2.4 连铸的发展历史
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2.1 连铸的定义 连铸就是连续铸造，它是一种先进 的铸造方法，其原理是将熔融的金属， 不断浇入一种叫做结晶器的特殊金属型 中，凝固（结壳）了的铸件，连续不断 地从结晶器的另一端拉出，它可获得任 意长度或特定长度的铸件。
浇铸金属
碳钢，合金钢 碳钢，合金钢，不锈钢 碳钢 碳钢，不锈钢 碳钢，1Cr13滚珠钢 碳钢，合金滚珠，不锈钢 碳钢，合金钢 Co，Cr，W合金 磷脱氧铜
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3.2 水平连铸的特点

对厂房高度的要求低、占地面积小、设备 少且简单易于维修；

适合利用电磁搅拌装置；
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3. 第三阶段(1950—1976）：传统连铸技术发 展成熟阶段。 50年代，连续铸钢进入工业应 用阶段，60年代，连续铸钢进入工业性推广 阶段，70年代以后由于国际能源危机和连铸
本身的优点，连铸进入大发展阶段，连铸技
术以惊人的速度得到了向前发展，出现了
5000多个有关连铸的不同专利。
1.1 挤压法
1.2 上引连铸法 1.3 铸轧法
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1.1 挤压法工艺流程：
连铸圆坯 挤压 冷轧 拉拔 盘拉
1.2 上引连铸工艺流程：
上引连铸管坯 冷轧 拉拔 盘拉
1.3 铸轧法工艺流程：
水平连铸管坯 三辊行星轧制 二/三联拉 盘拉
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拉-停-推-停
拉-停-推-停 拉-停-推-停 拉-停-推-停 拉-停-推-停 拉-停-拉-停 拉－推
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国内水平连铸机
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9
单位
首钢冶研院 马钢钢研所 马钢二炼钢 成都无缝钢管厂 天津特殊钢厂 齐齐哈尔钢厂 吉林钢厂 钢铁研究总院 河南金龙铜管
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4.3拉坯制度
拉坯制度是拉坯曲线和拉坯模式及其参数优化的组合。 (1) 拉坯曲线 拉坯曲线是指在“拉坯过程”中的速度图，目前使用较多的有正弦曲线 与 双折梯形曲线两种。
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(2) 拉坯模式
水平连铸不同于弧形连铸和立式连铸，水平连铸结晶器和保温炉连
可浇铸的金属和合金品种多，可浇铸铸坯 的断面和形状范围大； 密封浇铸减少液态金属的氧化。

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3.3 水平连铸的分类
（一） 按水平连铸机拉坯机驱动系统不同分为： 直流伺服电机驱动拉坯机； 脉动液压驱动拉坯机；
液压伺服马达拉坯机；
凸轮、棘轮或直流电机蜗轮蜗杆、槽轮双辊钳式拉坯机； （二） 按拉坯方式的不同分为： “拉—停—推—停”单反推式拉坯机； “拉—推—拉—推”振荡式拉坯机； “拉—推—停—推”双反推式拉坯机。
常见连铸类型
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2.3 连铸的特点

节约工序缩短流程 提高金属收得率 降低能量消耗 生产过程机械化和自动化程度高 铸坯质量好
连铸与模铸工艺流程对比
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2.4
连铸的发展历史
3
1 2 1 1 1 1 1 1
Φ26-110
方70-85；φ95-130 方50-150；φ120-220 Φ147-328 Φ20-100 φ150-260 φ3-8 Φ150-260 方75-120 Φ110-180
铬钢
高合金钢 碳钢，低合金钢 碳钢，不锈钢 铬镍钢，耐热不锈钢 碳钢，不锈含Ti钢 磁条，焊条 铬镍、钴基合金，不锈钢 碳钢 碳钢，不锈钢
投产年月
1981.12 1982.2 1985.12 1986.3 1986.12 1987.11 1987.10 1988.8 1990.5
台数×流数
1× 1 1× 1 1× 2 1× 1 1× 2 1× 2 1× 2 1× 1 1× 2
浇铸断面
φ60，80 φ80 φ80 φ90 方120，150 φ110 方130，160， 185 φ80，φ150 φ3－8 φ80
1. 第一阶段(1840—1930): 连续浇铸液态金属思想 的启蒙阶段。代表人物是美国人塞勒斯（Sellers） 和贝塞麦（Bessemer）。1840年塞勒斯获连铸铅管 专利，1846年转炉的发明者贝塞麦使用水冷旋转双 辊式连铸机生产锡箔、铅板和玻璃板，1872年美国 人戴维尔提出移动结晶器连续浇注的概念，18861889年提出垂直浇注的立式连铸机的设计，1921年 皮尔逊提出结晶器振动概念，使铸坯与结晶器之间 做连续相对运动。
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4. 第四阶段(1977—至今）：传统连铸 技术的优化发展与新型连铸技术迅速发
展阶段。连铸比不断上升，生产率、铸
机作业率、铸坯质量、拉坯速度、连浇
炉数都在不断增长，浇铸品种扩大，生
产成本不断降低，应用非常广泛。新型 连铸技术也迅速发展，其中以近终型连 铸技术和电磁连铸技术发展最快。
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2. 第二阶段(1931—1949）:连铸技术的开发阶 段。其代表人物是现代连铸之父德国人容汉斯
（S.Junghans）。1933年，容汉斯建立了第一
台1700吨/月立式带振动结晶器的连铸机，首
先浇注铜铝合金获得成功，使有色金属连续浇
铸于30年代就应用于生产，1943年连续铸钢实 验装置开发成功。
4.1 熔铸温度、铜液面的覆盖和流槽的密封
4.2 结晶器设计及冷却条件 4.3 拉坯制度
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4.1 熔铸温度、铜液面的覆盖和流槽的密封
（一） 熔铸温度
熔化炉温度：1175℃，保温炉1150 ℃； 高温出炉，低温浇铸。 熔液温度太低，铜液粘度增大，降低铜液流动 性，将阻碍熔铜液内的非金属杂质浮出，容易产生夹 渣（杂）。 浇铸温度太高，铜液的粘度愈小，增强流动性；铜液 吸气多，氧化严重，晶粒粗大，容易出现缩孔、缩松 与气孔等缺陷
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4.2 结晶器设计及冷却条件
1 冷却器框架 2 一次冷却水 3 二次冷却水 4 石墨模具 5 牵引装置
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1 出气孔 2 进液孔 3 石墨外套 4 石墨芯 结晶器
铜套
1 模具销
2 石墨芯
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3.4 铜管水平连铸生产工艺流程图
木炭覆盖 氮气保护 鳞片石墨 冷却水 切削液
电解铜板
熔化
流槽
保温
结晶
牵引
剪切
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1.熔化炉 2.铜液 3.流槽 4.保温炉 5.结晶器 6.二次冷却系统 7.牵引机 8.剪切机 9.铜管
铜管水平连铸生产工艺流程图
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1 熔化炉
2 保温炉
3 结晶器
4 管坯
5 牵引机
6 剪切机
铜管现场生产图
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管坯出口处
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四 、影响水平连铸铸坯质量的主要因素
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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B.
铜液面的覆盖
熔化炉采用木炭覆盖，厚度100——150mm，木炭
有保温、防止吸气和脱氧 ；
保温炉采用鳞片石墨覆盖，厚度50 ——80mm；
C.
流槽的密封
流槽外部是普通钢材料制作的，内部是碳化硅 耐高温材料，连接处和缝隙处用耐火毡密封，通氮 气2—4分钟后倾倒熔化炉。