连铸作业
2020-03-02 00:52:36 来源：范文大全收藏下载本文
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J I A N G S U U N I V E R S I T Y
连
铸
课
程
作
业
连铸新技术
New Continuous Casting Technology
学院名称：
材料科学与工程学院
专业班级：
钢铁冶金
学生姓名：
学生学号：
授课教师：
2014 年5月
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连铸新技术
摘要：连铸技术的出现，大幅度提高了金属收得率和铸坯质量，迅速取代了传统的浇铸技术，成为了当代钢铁工业中发展最快的技术。在其发展和完善过程中，也出现了一些连铸新技术，这些新技术使得连铸生产更安全、更节能、更高效。本文主要介绍了连铸技术的特点，以及连铸发展过程中出现的新技术。高效连铸新技术主要有: 液压非正弦振动、结晶器在线调宽、结晶器电磁制动、动态轻压下、动态二冷区控制。这些连铸新技术的开发和广泛应用, 推动了连铸高效化进程, 促进了钢铁工业的迅速发展。
关键词：连铸
新技术
New Continuous Casting Technology Abstract：Continuous casting technology’s appearance significantly improves the metal yield and casting quality, quickly replacing the traditional casting techniques, the steel industry has become the fastest growing contemporary technology.During its development and improvement, there have been some new casting technology, and these new technologies make continuous casting production safer, more energy, more efficient.This paper describes the characteristics of continuous casting technology, and the development of new technologies about casting.Efficient continuous casting technology includes: hydraulic non-sinusoidal vibration, line width adjustable mold, mold electromagnetic brake, dynamic soft reduction, dynamic secondary cooling zone control.Development and wide application of these new casting technology promotes the continuous casting proce efficiency, and promotes the rapid development of the steel industry.
Keyword：Casting
New technology
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目录
连铸新技术 ...............................................1
1、引言 ..................................................4 1．1简介 .............................................4 1.2连铸机的主要设备 ...................................4 1.3连铸机发展历史 .....................................5 1.4连铸机优越性.......................................5
2、连铸新技术 ............................................6 2.1液压非正弦振动 .....................................6 2.2结晶器在线调宽 .....................................7 2.3结晶器电磁制动 .....................................7 2.4动态轻压下 ........................................8 2.5动态二冷控制.......................................8
3、结束语 ................................................9 参考文献： ..............................................10
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1、引言
1．1简介
连铸即为连续铸钢（英文，Continuous Steel Casting）的简称，是把液态金属用连铸机浇注、冷凝、切割而直接得到铸坯的工艺。液态金属凝固成钢水称连铸铸钢，是钢厂生产的重要部分；连铸是炼钢和轧钢的中间环节，直接影响产量、轧材的质量和成材率。在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。而在二十世纪五十年代在欧美国家出现的连铸技术是一项把钢水直接浇注成形的先进技术。与传统方法相比，连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。
连续铸钢的具体流程为：钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程。如果连铸生产薄板坯，那么还可以进入连铸连轧工艺进行进一步的加工。连铸除了铸钢之外，还可以铸造铝、铜制产品。
1.2连铸机的主要设备
连铸机主要由中间罐、结晶器、振动机构、引锭杆、二次冷却道、拉矫机和切割机组成。
中间罐是装盛钢水的部位，加热成液态的钢水首先装在钢包中，由天车拉运至中间包上方，并把钢水倒入中间包中。中间包中的钢水再经由管道进入结晶器。液态金属的温度可以随合金大幅增加严格控制。
结晶器是连铸机的核心部件，连铸生产的主体思想是把液态的钢水直接铸造成成型产品，结晶器就是把液态钢水冷却出固态钢坯的部件，它是由一个内部不断通冷却水的金属外壳组成，这个不断输送冷却水的外壳把与之相接触的钢水冷却成固态。另一方面，结晶器的形状还决定了连铸出的钢坯外形，如果结晶器的横截面是长方形，连铸出的钢坯将是薄板坯；而正方形形状的结晶器横截面拉出的钢坯将是长条形，即方坯。
与结晶器相连的部件是振动机构，该机构在生产过程中通过不断地振动带动结晶器一同振动，排除液态金属中的气体，帮助凝结成固态外壳的钢坯从下方拉出。
引锭杆在连铸机刚开始生产时起拉动第一块钢坯的作用。在液态钢水在结晶器中凝结之后，引锭杆将钢坯从下方拉出，同时拉开连铸生产的序幕。 在拉出钢坯之后，第一个经过的区域是二次冷却道，在二次冷却道中向钢坯喷射冷却水，将钢坯将逐渐从外表冷却到中心，沿着辊道进入拉矫机。拉矫机的作用是将连铸坯拉直，以便于下一步工序的进行。
拉矫机的后方是切割机。对于生产出不同形状的钢坯，使用的切割机也就不同。连铸薄板坯多用大型飞剪，而条状坯则多使用与钢坯同步前进的火焰切割
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机。
1.3连铸机发展历史
从二十世纪五十年代开始，连铸这一项生产工艺开始在欧美国家的钢铁厂中，这种把液态钢水经连铸机直接铸造成成型钢铁制品的工艺相比于传统的先铸造再轧制的工艺大大缩短了生产时间，提高了工作效率。到了八十年代，连铸技术作为主导技术逐步完善，并在世界各地主要产钢国得到大幅应用，到了九十年代初，世界各主要产钢国已经实现了90%以上的连铸比。中国则在改革开放后才真正开始了对国外连铸技术的消化和移植；到九十年代初中国的连铸比仅为30%。
1.4连铸机优越性
连铸技术的迅速发展是当代钢铁工业发展的一个非常引人注目的动向，连铸之所以发展迅速，主要是它与传统的钢锭模浇铸相比具有较大的技术经济优越性，主要表现在以下几个方面。
（1）简化生产工序
由于连铸可以省去初轧开坯工序，不仅节约了均热炉加热的能耗，而且也缩短了从钢水到成坯的周期时间。近年来连铸的主要发展之一是浇铸接近成品断面尺寸铸坯的趋势，这将更会简化轧钢的工序。
（2）提高金属的收得率
采用钢锭模浇铸从钢水到成坯的收得率大约是84～88%，而连铸约为95～96%，因此采用连铸工艺可节约金属7～12%，这是一个相当可观的数字。日本钢铁工业在世界上之所以有竞争力，其重要原因之一就是在钢铁工业中大规模采用连铸。从1985年起日本全国的连铸比已超过90%。对于成本昂贵的特殊钢，不锈钢，采用连铸法进行浇铸，其经济价值就更大。我国的武汉钢铁公司第二炼钢厂用连铸代替模铸后，每吨钢坯成本降低约l70元，按年产量800万吨计算，每年可收益约13.5亿元。由此可见，提高金属收得率，简化生产工序将会获得可观的经济效益。
（3）节约能量消耗
据有关资料介绍，生产1吨连铸坯比模铸开坯省能627～1046KJ，相当于21.4～35.7kg标准煤，再加上提高成材率所节约的能耗大于100kg标准煤。按我国目前能耗水平测算，每吨连铸坯综合节能约为130kg标准煤。
（4）改善劳动条件，易于实现自动化
连铸的机械化和自动化程度比较高，连铸过程已实现计算机自动控制，使操作工人从笨重的体力劳动中解放出来。近年来，随着科学技术的发展，自动化水平的提高，电子计算机也用于连铸生产的控制，除浇钢开浇操作外，全部都由计算机控制。例如我国宝钢的板坯连铸机，其整个生产系统采用5台PFU一1500型计算机进行在线控制，具有切割长度计算，压缩浇铸控制、电磁搅拌设定、结
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晶器在线调宽、质量管理、二冷水控制、过程数据收集、铸坯、跟踪、精整作业线选择、火焰清理、铸坯打印标号和称重及各种报表打印等多项控制功能。
（5）铸坯质量好
由于连铸冷却速度快、连续拉坯、浇铸条件可控、稳定，因此铸坯内部组织均匀、致密、偏析少、性能也稳定。用连铸坯轧成的板材，横向性能优于模铸，深冲性能也好，其他性能指标也优于模铸。近年来采用连铸已能生产表面无缺陷的铸坯，直接热送轧成钢材。
2、连铸新技术
高效连铸新技术主要有: 液压非正弦振动、结晶器在线调宽、结晶器电磁制动、动态轻压下、动态二冷控制。这些连铸新技术的开发和广泛应用, 推动了连铸高效化进程, 促进了钢铁工业的迅速发展[1]。
2.1液压非正弦振动
结晶器振动的目的是为了防止铸坯在凝固过程中与结晶器的铜管内壁粘结而发生挂拉裂或拉漏事故, 从而保证铸坯的表面质量, 减轻振痕深度。结晶器液压振动自发明以来, 以其具有在线调整振幅、频率和负滑脱参数, 使负滑脱率和负滑脱时间保持在最佳范围内而得到迅速推广。在高拉速、高质量的高效连铸生产中, 为获得良好的结晶器振动工艺效果, 希望结晶器振动方式为下振时间短、速度快, 上振时间长、速度慢。非正弦振动方式则具有较长的正滑动时间, 结晶器振动速度与拉坯速度之差较小的特点。
结晶器采用液压非正弦振动, 不仅可以实现在线调整振幅和正、负滑脱比例, 而且还有利于保护渣向结晶器与凝固坯壳之间的缝隙均匀渗透, 改善结晶器内壁的润滑效果, 减轻铸坯表面振痕深度, 减少拉裂、拉漏提高铸坯的表面质量。结晶器液压非正弦振动为连铸生产提供了可靠的保证, 它是高效连铸的关键技术之一。
在提高连铸拉速的生产实践过程中, 围绕着结晶器冷却制度、结晶器液位控制和板坯鼓肚控制等方面进行大量的技术研究, 并取得较好的效果。本文针对高拉速浇注阶段结晶器保护渣消耗量偏低的情况, 在分析现行的结晶器振动工艺参数的基础上现场测试非正弦振动, 以优化结晶器振动制度。
结晶器振动的基本参数为振幅和振频。不难发现, 振频随着拉速的提高呈线性增加; 振幅随着拉速的提高也略有增加。振动方式由正弦振动转为非正弦振动, 负滑脱时间会减少, 正滑脱时间增加, 并且不对称率越大, 这个变化趋势越明显。
在相同振动频率及拉速时, 将正弦振动转变成不对称率As为60 % 的非正弦振动, 可提高正滑脱时间占比7.42% ; 而当不对称率A s为63 %, 这个比例可达到10.16 %。但是, 若A s 太大, 则不能保持足够负滑脱量, 一般地, A s 取值范围为60 %一75 %为宜。因此, 非正弦振动能增加结晶器保护渣消耗量, 从而增加结晶器壁和坯壳
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之间的润滑, 减小坯壳所受的拉坯阻力, 铸坯表面振痕变浅[2]。
结晶器非正弦振动具有的最佳振动模式特点为:上振速度平缓, 正滑脱相对速度差小, 显著降低了坯壳表面拉应力; 正滑脱时间长, 增加了保护渣耗量, 改善了润滑状况;负滑脱时间短, 振痕深度浅, 提高了铸坯表面质量;产生一定负滑脱量, 施加压应力于铸坯表面, 有利于强制脱模和撕裂坯壳愈合[3]。
结晶器液压振动装置和非正弦振动模式已被广泛应用于板坯及方坯连铸机上。采用该技术的直接优点是在低拉速时减小振痕深度，改善铸坯表面质量，而在高拉速时保证有足够的保护渣流入，而避免漏钢的发生。
2.2结晶器在线调宽
结晶器在线调宽技术的运用是为了提高铸机作业率而采用的。采用在线调宽技术后，可以在不停止浇铸，甚至不降低拉速的情况下使结晶器窄面无级移动，改变铸坯宽度到所需尺寸，大大提高了连铸机的生产能力和效率，增加了金属收得率。结晶器位于连铸机辊列之首，主要作用是使钢水在结晶器中形成所需截面形状的初生坯壳，并确保坯壳在出结晶器时有足够的厚度，不会被拉漏，造成漏钢等严重事故。它可以实现在线停机调宽、调锥，宽边软夹紧等功能[4]。
在线不停机调宽法应用初始,需根据不同的调宽速度,降低拉坯速度。如调宽速度为3mm /min,须将原拉坯速度1.2m /min 降低到0.7m /min～0.8m /min,即降低33%～41%。随着连铸技术的不断发展,现在的在线调宽无须降低拉速。在线不停机调宽常用方法有两种;一是电动调宽、一是液压缸及脉冲马达调宽。后一种调宽方式调节精度高,但刚性较差,设备维修技术要求高,电动调宽方式刚性好,但停止精度不如液压缸的好,须消除丝杆与螺母之间的间隙[5]。结晶器调宽是靠调节窄边之间的距离来实现的, 由于正常时结晶器的宽边是夹紧的, 窄边无法移动。当需要调宽的时候, 使用液压缸克服弹簧力松开宽边, 此时窄边可以在4台电机的驱动下改变, 产生需要的宽度和锥度。
2.3结晶器电磁制动
连铸拉速的提高, 结晶器内浸入式水口钢液出流的动能也在不断增大, 对结晶器窄面凝壳的冲击加剧, 增大了拉漏的危险。钢液中夹带的气泡和非金属夹杂物也因浸人深度的增加不易上浮和去除。同时, 钢液上返流还引起结晶器内钢液弯月面的波动加剧, 因卷渣而造成的铸坯表面缺陷大大增加。
在板坯连铸结晶器中应用电磁制动技术可以改善结晶器内钢液的流动, 稳定弯月面的波动,降低钢液的冲击深度, 减少结晶器保护渣的卷渣, 有利于结晶器内夹杂物的去除, 从而保证结晶器内钢液的洁净度, 提高铸坯质量, 降低铸坯裂纹缺陷发生的几率; 同时也有利于拉坯速度的提高, 提高铸机的作业率。[6]电磁制动技术在新兴的薄板坯连铸生产中, 也正发挥着积极的作用。大量的研究结果表明甚至当提高拉速时, 电磁制动也是改善和保证铸坯清洁度的有效方法。电
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磁制动特性取决于板坯宽度、拉坯速度、氩气流速和浸入式水口形状等浇铸参数, 因此最佳的电磁制动性能是谨慎选择浇铸条件。今后的电磁制动技术发展方向应是应用电磁制动达到高的产品质量的优化技术。
电磁制动技术就是在板坯结晶器宽面浸入式水口区域设置与从水口流出的钢液流动方向垂直的直流磁场, 当钢液流出水口时就会切割磁力线, 根据欧姆定律可知, 在钢液中将产生感生电流, 感生电流与直流磁场的交互作用又在钢液中产生与流动方向相反的洛仑兹力,从而使钢液的流动受到控制[7]。通过对钢液流场的控制可改善操作工艺和铸坯质量。
采用电磁制动后, 结晶器液面波动幅度明显降低,钢中非金属夹杂物数量较少且尺寸较小, 取得了提高拉速, 改变铸坯表面质量的良好效果。
2.4动态轻压下
动态轻压下是当前国际上正在大力发展的连铸新技术, 通过在线跟踪铸坯热状态, 并根据实际凝固末端位置, 对铸坯实施合适的压下量以阻碍富集偏析元素的定向流动, 减轻或消除中心偏析, 同时抵消铸坯凝固末端的体积收缩量, 避免中心缩孔和中心疏松的形成。
在铸坯凝固的过程中，凝固末端糊状区枝晶间富集偏析元素钢液流到铸坯中心区域会造成中心偏析，而当钢液凝固时发生体积收缩而得不到钢液的及时补充时便形成中心疏松。中心偏析和中心疏松等缺陷的出现与钢种、钢水过热度、拉速、冷却等因素密切相关。动态二冷配水和动态轻压下是减少或消除铸坯的中心偏析与疏松缺陷、提升铸坯质量、提高连铸生产效率的有效途径[8]。该项技术通过控制模型能够根据实际浇注条件的变化，一方面动态地控制二冷区水量以优化铸坯凝固过程温度场，另一方面同时动态地跟踪铸坯凝固末端位置并给铸坯实施轻微压下，以补偿富集偏析元素钢液凝固时的体积收缩，防止该处钢液的流动，有效地减少或消除了铸坯的中心偏析与疏松等缺陷。
轻压下技术成功应用的关键是确定合理的轻压下工艺(包括压下位置、压下量、压下率、压下速率等) [9]。继续开展连铸动态轻压下技术的应用研究,对比研究不同连铸工艺条件下轻压下参数对铸坯质量以及型材质量、性能的影响,确定出大方坯连铸典型钢种的最佳轻压下工艺制度。
2.5动态二冷控制
连铸高效化推动着钢铁工业的结构优化, 而铸机的高作业率和铸坯的高质量都与钢液的凝固过程密切相关, 连铸二次冷却就是对出结晶器的铸坯继续进行强化冷却。通过改善二次冷却制度, 优化二次冷却配水, 可实现铸坯的冷却均匀。同时二冷制度合理与否, 对于连铸动态轻压下工艺的实施以及铸坯最终质量是至关重要的。
二冷水量控制的好坏将直接关系到铸坯冷却凝固速度和拉坯速度, 从而影
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响到连铸机的生产能力。同时, 二冷水量控制还影响铸坯质量, 如果冷却水量分配不合理, 铸坯表面温度就不能稳定均匀地变化, 从而将引起铸坯内部裂纹、表面裂纹、鼓肚和中心偏析等质量缺陷。
动态二冷区控制研究主要采用建模的方法。由于连铸二冷区高温多湿, 铸坯表面有冷却水形成的水膜和氧化铁皮, 周围又有二冷水汽化后形成的雾状蒸汽, 所以很难用高温传感器在此区域内进行准确可靠的测温, 采用在线凝固传热模型对二冷区铸坯的表面温度进行预测已成为一个行之有效的手段。因此, 建立精确的在线凝固传热模型并对铸坯实时温度场进行准确计算已成为实现连铸动态二冷控制的前提条件。
基于在线凝固传热模型、采用抗饱和自适应整定PID 控制算法建立了连铸动态二冷控制模型。模型具有较强的抗干扰能力和控制精度, 能够很好地实现铸机二冷配水的动态控制, 使铸坯二冷水量在瞬态浇铸条件下平缓变化; 在正常工作拉速范围内, 铸坯表面温度波动能够控制在±5℃以内。采用动态二冷控制模型后, 铸坯质量有明显提高, 中心疏松小于1.5 级由49.45% 上升到83.46%, 中心缩孔小于1.5 级由63.74%上升到86.75%, 中心裂纹、中间裂纹和角部裂纹低于0.5 级分别由64.80%、92.71%、93.59%上升到90.03%、97.38%、98.45%, 且平均等轴晶率由24.305%上升到32.195%。[10]
3、结束语
连铸运动过程是将钢水转变成固态钢的过程，这一转变伴随着固态钢成型、固态相变、液—固态相变、铜板与铸坯表面的换热以及冷却水与铸坯表面间复杂的换热过程，钢水要经历钢水包→中间包→结晶器→二次冷却→空冷区→切割→铸坯的工序。在整个连铸过程中，钢水会发生相变，铸坯也要经受弯曲、矫直等一些变化。液压非正弦振动、结晶器在线调宽、结晶器电磁制动、动态轻压下、动态二冷控制等连铸新技术的采用，可以防止铸坯在凝固过程中与结晶器的铜管内壁粘结而发生挂拉裂或拉漏事故, 改善结晶器内钢液的流动, 稳定弯月面的波动,降低钢液的冲击深度, 减少结晶器保护渣的卷渣, 有利于结晶器内夹杂物的去除,从而保证铸坯的表面质量, 减轻振痕深度。并保证结晶器内钢液的洁净度, 提高铸坯质量, 降低铸坯裂纹缺陷发生的几率; 同时也有利于拉坯速度的提高, 提高铸机的作业率。对铸坯实施合适的压下量以阻碍富集偏析元素的定向流动, 减轻或消除中心偏析, 同时抵消铸坯凝固末端的体积收缩量, 避免中心缩孔和中心疏松的形成。二冷水量控制的好坏将直接关系到铸坯冷却凝固速度和拉坯速度, 从而影响到连铸机的生产能力。同时, 二冷水量控制还影响铸坯质量, 如果冷却水量分配不合理, 铸坯表面温度就不能稳定均匀地变化, 从而将引起铸坯内部裂纹、表面裂纹、鼓肚和中心偏析等质量缺陷。通过改善二次冷却制度, 优化二次冷却配水, 可实现铸坯的冷却均匀。
高效连铸不仅提高了连铸机的生产率和产量,而且进一步改善了铸坯质量, 对钢铁工业的发展起到了非常重要的作用。液压非正弦振动、结晶器在线调宽、
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结晶器电磁制动、动态轻压下、动态二冷控制等连铸新技术的开发和应用取得显著成效，促进了高效连铸的不断推广。但高效连铸是一个系统的工程，综合应用各连铸新技术， 同时不断开发和创新，才能促进高效连铸的进一步发展。
参考文献：
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