连铸基本原理

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(1)过热:即钢水由浇注温度冷却到液相线温度时放 出的热量QL,单位KJ/Kg;
(2)潜热:钢液结晶时放出的热量QM,单位KJ/Kg (3)显热:铸坯从液相线温度冷却到室温时放出的热 量QS, 单位KJ/Kg
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2、连铸坯凝固是分阶段的凝固过程。
连铸钢掖转变成固态钢坯的过程是凝固放热过程。 凝固是在过冷条件下进行的,经历了形核和长大的结晶 过程,并伴随有体积的收缩和成分偏析等。铸坯的凝固 过程分3个阶段。
达5mm,沿奥氏体晶界分布。产生的原因可能是: 1)高温铸坯表面吸收了结晶器的铜,而Cu熔化为液
体沿奥氏体晶界渗透所致。但即使采用镀Cr、M结晶器 后这种裂纹还是存在。
2)铸坯表面Fe的选择性氧化,而使残余元素(如Cu, Sn等)残留在表面沿晶界渗透形成热脆裂纹。
裂纹的特点是: 1)表面裂纹区有Cu、Ni、Sn、Sb的富集。 2)Cu含量增加裂纹加重。 3)A1的作用。钢中Al含量增加,铸坯表面网状裂纹
2.2浇注时间
2.3准备时间 准备时间是指从上一炉浇注的中间包水口关闭到下一炉浇铸时
完成结晶器内引锭头的密封为止所需的辅助操作时间。
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2.4铸坯的液心长度 铸坯的液心长度又称液相穴深度,是指铸坯从结晶器钢液面开始到
铸坯中心液相完全凝固点的长度称铸坯的液心长度。
2.5冶金长度 根据最大拉速计算出来的液心长度,就是连铸机的冶金长度。连铸
(1)细小等轴晶带:结晶器内的冷却强度很大,钢液 和铜壁接触时,冷却速度快,铸坯边缘形成细小等轴晶 带。
(2)柱状晶带:细小等轴晶带形成过程伴随着收缩, 铸坯脱离钢壁形成气隙,降低了传热速度,铸外形成了 柱状晶区;
(3)中心等轴晶带:随着凝固前沿的推移,凝固层和 凝固前沿的温度梯度逐渐减小,两相区宽度逐渐增大, 当铸坯心部液相温度降至液相线后,心部结晶开始。出 于心部传热的单相性已不明显,形成等轴晶;传热受到 限制,晶粒较激冷区粗大。
常见铸坯缺陷: 铸坯缺陷一般分为:表面缺陷、内部缺陷和形状缺陷. 1.表面缺陷一般有:表面裂纹、汽泡、夹渣、双浇、振痕异常、 冷溅、划痕等. 2.内部缺陷一般有:内裂、非金属夹杂物、中心偏析和中心疏松 等. 3.形状缺陷一般有:脱方、鼓肚、纵向和横向凹陷等。 脱方:在方坯或矩形坯的截面中,如果一条对角线大于另一条 对角线称之为脱方.
25mm为宜; 3) 浸入式水口出口倾角应使出口流股不搅动弯
月面渣层为原则; 4)中间包塞棒合适的Ar气流量,防止气泡上浮
增强钢渣界 5)合适的保护渣粘度、渣中A12O3含量(渣中
Al203>20%),液渣就不能吸收上浮的A1203。使粘 度增加和液渣层厚度。
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4.星状裂纹 这种裂纹在铸坯表面酸洗之后才能发现,深度可
(1)液态收缩。钢液内浇注温度降至液相线温度过程中 产生的收缩为液态收缩,即过热度消失时的体积收缩。 液态收缩对铸坏质量危害不大,可以忽略.
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(2)凝固收缩。钢液在结晶温度范围形成固态并伴 有温降,这两个因素均会对凝固收缩有影响。结晶温 度范围越宽,则收缩量也越大。出于钢液的连续补充, 也可认为凝固过程的收缩对铸坯的结构影响较小。
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3.铸坯表面夹渣
结晶器液面波动是弯月面卷渣的根源。造成液面波动
的原因:1)外部干扰,如水口扩大、堵塞或塞棒失灵;2)
结晶器液体流动的搅动,水口形状、插入深度,吹Ar量等
引起液面不稳定;3)拉速突然变化。铸坯表面夹杂的来源
主要是:1)保护渣中未溶解的组分;2)上浮到钢液面未被
(3)固态收缩:钢由固相线温度降至室温、钢处于 固态。此过程的收缩称为固态收缩:固态收缩量大, 在温降过程中产生热应力,在相变过程中产生组织应 力,应力的产生是铸坯裂纹的根源。出此固态收缩对 铸坯质量影响甚大。
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一般情况下,连铸坯的凝固组织结构从边缘到中心 是由细小等轴晶带、柱状晶带、中心等轴晶带组成的。
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第四章 铸坯质量控制
连铸坯质量决定着最终产品的质量。连铸坯存在的缺 陷在允许范围以内,叫合格产品。连铸坯质量是从以下几 个方面进行评价的:
(1)连铸坯的纯净度:指钢中夹杂物的含量,形态和分布。 (2)连铸坯的表面质量:主要是指连铸坯表面是否存在裂 纹、夹渣及皮下气泡等缺陷。连铸坯这些表面缺陷主要是 钢液在结晶器内坯壳形成生长过程产生的,与浇注温度、 拉坯速度、保护渣性能、浸入式水门的设计,结晶式的内 腔形状、水缝均匀情况,结晶器振动以及结晶器液面的稳 定因素右关。
液渣吸收的A1,U,夹杂,3)富集A12O3:(Al >20%)的高 粘度的渣子。
结晶器液面波动对卷渣的影响是:
液面波动1~~20mm, 皮下夹渣深度<2mm
液面波动20~~40mm, 皮下夹渣深度<4mm
液面波动>40mm,
皮下夹渣深度<7mn
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为防止结晶器卷渣,必须控制好以下几点: 1) 液面的稳定性,液面波动尽可能小(<5mm); 2)浸入式水口合适的插入深度,插入深度125土
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连铸坯的凝固特征有: (1)连铸坯的冷都过程为强制冷却过程。从结晶器到
二次冷却区甚至冷床均为强制冷却,冷却强度大。同 时铸坯的冷却可控件强,通过改变冷却制度在一定程 度上可以控制铸坯质量。
(2)连铸坯边下行.边传热,边凝固,形成很长的液 相穴,液相穴内液体的流动对坯壳的生长和夹杂物的 上浮有一定的影响。
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连续铸钢原理及质量控制
授课人:袁嫔
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第一章 前言
一、绪论 连续铸钢是一项把钢水直接浇注成形的新工
艺。目前世界上不少产钢国家连铸比已经接近饱 和程度,需要改进的方向是连铸机的结构和辅助 设备具有更高的综合能力、操作自动化、可控性 和安全性达到更高的水平,其目的在于进一步发 挥连铸机的生产能力和进一步提高铸坯质量。 生产的主要任务:生产合格的铸坯,满足下道工序。
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因此,减少铸坯表面网状裂纹的措施有: 1)结晶器镀Cr和Ni; 2)合适的二冷水量; 3)精选原料,控制钢中残余元素(Cu、Sn等); 4)控制钢中Cu<0.2%; 5)控制钢中Mn/S>40。
3、连铸坯凝固是沿液相穴在凝固温度区间把液体转 变为固体的加工过程。
凝固是发生在铸造坯传热过程中的主要现象。连 铸造坯可看成是液相穴很长的钢锭,以一个固定的速 度在连铸机内运动。铸坯在运动中的凝固,实质上是 沿液相穴固—液交界面潜热的释放和传递过程。也可 看成是在凝固温度区间把液体转变为固体的加工过程。
小方坯角部裂纹是与铸坯菱变有 关的。结晶器角部冷却不良,水缝 中水流分布不均匀,铜管变形或圆 角半径不合适都会导致角部纵裂。
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另外:结晶器圆角半径过大则裂纹发生在铸坯顶角附 近;圆角半径过小则裂纹发生离开铸坯顶角。结晶器 圆角半径;<130X 130mm,4-6mm;130X130mm, 6~8mm。
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1. 角部纵裂纹 角部纵裂常常位于铸坯角部10一15mm处结晶器角部
钢水凝固比其他地方要快,初生坯壳收缩最早,在角部形 成不均匀气隙热阻增加,凝固减慢,当坯壳薄弱处不能抵 抗张应力时形成角部纵裂纹。
防止角部纵裂纹的关键就是要改变结晶器窄面形状,保 持凝固壳与铜板紧密接触,防止角部区域坯壳的过早收缩。 其中重要的是保持窄面合适的锥度。
第一阶段,进入结晶器的钢液在结晶器内凝固,形 成坯壳。出结晶器下口的坯壳厚度应足以抵抗钢液静压 力的作用。
第二阶段,带液心的铸坯进入二次冷却区继续冷却, 坯壳均匀稳定生长。
第三阶段为凝固未期,坯壳加速生长,凝固成铸坯。
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凝固过程对铸坯质量有着重要影响。为保证钢坯质量, 钢液的凝固应达到以下几点:正确的凝固结构,合金元 素分布要均匀、偏析要小,最大限度地排除气体和夹杂 物,表面、内部质量良好,钢水收得率要高。
机的冶金长度的计算公式为:
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2.6结晶器锥度
2.7二冷区水的分配 二冷区水的分配更主要的要根据钢种、铸坯断而、钢的高温状态的力学 性能等并通过实践确定铸坯的冷却水量。通常铸坯表面冷却速度不大于 200℃/m,拉还方向温度回升不超过100℃/m。
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2.8定径水口计算
加重量
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裂纹的产生是由于Fe的选择性氧化,Cu液相渗入晶界引 起的;钢中高Al含量时,二冷喷水产生严重裂纹是由于热 循环作用AIN 在晶界沉淀引起的。Al含量较高时,在 10000C喷水,铸坯表面有网状裂纹。裂纹区AlN含量高达 80ppm,在裂纹深4mm处,AIN为20ppm。当AIN~25ppm 时使800—1100℃钢的延性大大降低,增)二冷水量。二冷 水量对表面裂纹影响。铸坯表面氧化铁皮形成速度是与喷 水强度有关的。大多数情况下铸坯表面形成氧化铁皮量为 1.0~2.0kg/m2。弱冷会导致铸坯表面温度高,氧化铁皮 生成加速,促使残余元素(Cu,Sn)沿晶界富集形成裂纹。 强冷会导致铸坯表面温度大大降低,加大厂坯壳的温度梯 度,促使微量元素(Al、Nb、B…)在晶界沉淀而增加了裂 纹的敏感性。
(3)连铸坯的凝固是分阶段的凝固过程。 (4)由于连铸坯不断向下运动,所以铸坏的每一部分 通过铸机时,外界条件完全相同.因此除头尾之外, 铸坏长度方向上的结构应均匀一致。
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4、在连铸机运动的已凝固坯壳的冷却可看成是 经历“形变热处理”过程。
已凝固坯壳在连铸机里运动过程中,从受力的方 面看,它承受热应力和机械力的作用,使坯壳发生不 同程度的变形;从冶金方面看,随着温度的下降,坯 壳发生相变,特别是二冷区,坯壳温度的反复下降和 回升,是铸坯组织发生变化,就相当于“热处理”过 程。 钢液的收缩随温降和相变可分为3个阶段:
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表面缺陷: 1. 角部纵裂纹 2. 针孔状夹杂物 3. 星状裂纹 4. 表面纵裂纹 5. 表面横裂纹 6. 角部横裂纹 7. 折叠 内部缺陷 8. 缩孔 9. 中心裂纹 10. 中心疏松 11. 中间裂纹 12. 边部裂纹 13. 角部裂纹
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形状缺陷 14. 脱方 15. 鼓肚 16. 凹陷 17. 漏钢
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(3)连铸坯的内部质量:是指连铸坯是否具有正确的凝固结 构,以及裂纹、偏析、疏松等缺陷程度。二冷区冷却水的合 理分配、支撑系统的严格对中是保证铸坏质量的关键。
(4)连铸坯的外观形状:是指连铸坯的几何尺寸是否符合规 定的要求。与结晶器内腔尺寸和表面状态及冷却的均匀程度 有关。
湖南湘潭钢铁集团有限公司 二、连铸机分类以及选型
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小方坯主要机型:
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机型选择:
湖南湘潭钢铁集团有限公司 第二章 连铸工艺参数
2.1金属收得率 从炼钢厂来说,金属收得率是指从钢水到合格铸坯的
收得率。
连铸钢水金属平衡图
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2.9比水量 浇铸每1kg耗用的水量(L).比水量大于1L/kg称为强泠,小于1L/kg称为
弱冷。
2.10铸机产能计算
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第三章 连铸坯凝固与传热
1、连铸坯凝固过程实际上是热量传递过程。
钢水从液态转变固态放出的热量:
钢液
固体+Q
钢水凝固Leabharlann Baidu出的热量包括三部分;
皮下气孔
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2.皮下气孔(如上图)
钢液凝固时C—O反应生成的CO或H2的逸出,在柱 状晶生长方向接近铸坯表面形成的孔洞叫气孔,直径一 般为lmm,深度为10mm左右。气孔裸露在表面的叫表 面气孔,没有裸霹的叫皮下气孔,气孔小而密集的叫皮 下针孔。在加热炉内铸坯皮下气孔外露被氧化而形成脱 碳层, 在轧材上会形成表面缺陷,深藏的气孔会在轧制产 品上形成微细裂纹。脱氧不良是造成皮下气孔的重要原 因之一,钢中溶解Al>0.008%就能防止CO的生成。用油 做润滑剂或保护渣、钢包、中间包覆盖剂,绝热板干燥 不良会导致H2逸出生成皮下气孔。不锈钢中[H]:大于 6ppm时,铸坯皮下气孔骤然增加 。
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