切实推进板坯连铸装备制造技术范文

第一篇：切实推进板坯连铸装备制造技术范文

切实推进板坯连铸装备制造技术

创新进步,适应高端板材生产需要

北京首钢机电有限公司

在国家〝十一.五〞期间,首钢机电公司得益于我国钢铁工业发展, 得益于首钢搬迁和产品结构调整,在发展高端装备制造业中取得了很大的成果;特别是以高水平的板坯连铸机为代表的成套冶金设备,与国际著名公司合作生产了15套机组,在消化吸收引进技术的基础上自主集成了6套机组,制造工艺技术取得了一批创新成果;我们生产的高水平的板坯连铸机分别用于首钢、包钢、涟钢、武钢、承钢和鄂钢等重点工程,设备的产能达到4800万吨板坯;分别用以生产汽车板、管线钢、电工钢、船板、耐候板、容器板、不锈钢和高强度钢等高端板卷和宽厚板的生产.我们在发展以高水平的板坯连铸机为代表的高端成套冶金装备制造业中取得的成果,主要体现在以下几个方面.一.学习外方企业管理理念,全面提升综合能力,以高标准制造每一套板坯连铸机.自1997年起我公司与德国西马克合作生产CSP薄板坯连铸机成套设备,承担薄板坯连铸装备技术攻关起,我们开始接受国外板坯连铸机最新技术成果.由于当时我们的企业管理,装备水平,工艺技术能力,质量标准,对现代连铸装备的认知和传统观念与国际先进机械制造业存在巨大的差距.在开始阶段,我们的生产计划编制,传统工艺习惯,工序和功能检验到表面质量与外方的要求都是很不适应,特别是许多方面的陈规陋习与外方屡屡碰撞,付出了一些教训和代价.我们及时统一了思想,坚决要求各级干部,工程技术人员和操作工人无条件尊重外方图纸和技术文件要求和外方代表的意见,严格工序过程;我们选派一批中层干部和管理人员赴西马克公司接受培训实习,修订和强化了企业组织体系和质量保证体系;合作生产的过程有力的推进了企业进步,全面提升了我们的技术能力,制造工艺水平和产品质量.我们与西马克和达涅利合作先后为广州珠钢、邯钢、包钢、马钢、涟钢、本钢、酒钢和武钢制造了15套薄板坯连铸机(全国共建设了10个薄板坯连铸连轧工程,20套薄板坯连铸机),以及他们的二期或改造工程.在国家〝十一.五〞期间,我们与奥钢联、西马克和达涅利合作制造了15套常规板坯和宽厚板坯连铸机.它们都具备当代最新技术发展特点,其中为首钢秦皇岛4.3m轧机配套3#连铸机,400×2400mm宽厚板坯连铸机是现今世界最先进,最重型的板坯连铸机.这些成果确定了我公司在制造板坯连铸机领域里的竞争能力和领先地位.二.消化,吸收和掌握先进设计技术,理解和领会了现代板坯连铸工艺技术,自主创新和集成,推进板坯连铸机国产化.板坯连铸是高品质板带生产流程里至关重要的环节, 新建设的当代最先进的板坯连铸机的技术进步主要体现在工艺装备的日益优化，机电液和工艺介质的一体化装备技术更加成熟，无缺陷铸坯的生产技术先进实用，自动化系统和工艺控制水平不断更新和完善，满足生产实际需要的智能操作软件的开发和应用效果显著。

新设计的板坯连铸结晶器都采用了紧凑式设计，刚性好，可实现快速更换，水系统自动对接；在功能上充分完善均匀的坯壳的形成，保证铸坯良好的内在和表面质量；把结晶器液面动态控制在最佳的状态，自动浇铸，确保连铸机高效运行；有效地防止坯壳粘结或漏钢的发生；液压振动可控制振幅，振频，波形，调节非正弦因数，可优化负滑脱时间使铸坯振痕变浅，防止表面裂纹产生，保证铸坯的表面质量。

为了有效地消除板坯的中心疏松和凝固过程铸坯中心产生的裂纹，我们制造的板坯连铸机都具备动态收缩辊缝——铸坯凝固末端的轻压下技术，在拉坯过程中根据铸坯液相穴的位置的变化，动态地调整辊缝和辊列的锥度，使凝固末端铸坯达到轻压下。铸坯在二次冷却区既得到最佳的冷却速率,又防止过冷却，保证铸坯的质量；动态控制的冷却系统，由计算机计算的温度分布的热跟踪模型，确定冷却的强度和分布，配置冷却的策略。具有动态软压下功能的板坯连铸机都采用液压夹紧扇形段，远程调整辊缝和具有足够精度和刚度的设备条件，成熟和可靠的工艺软件包的支持。液压远程调整辊缝的铸坯导向系统极大地支持了连铸生产和操作的灵活性。

在设计转化、加工制造、质量控制、现场调试和生产保障、备件供应、维修和再制造的过程中我们掌握和积累了许多经验和教训,使我们有能力推进板坯连铸机的技术进步和国产化.我们在加工制造连铸辊系和框架中创新设计了许多项工艺和工装有效地保证了加工质量,大大提高了加工效率,有效地缩短工期和降低成本,其中授予了4项专利权.我们对板坯连铸机制造材料和配套零部件的选用,堆焊材料和焊剂;轴承、密封、液压、润滑、冷却、传动、传感器和电器等主要配套零部件的供货商、品质和技术参数实行了优化,建立了战略合作伙伴关系,有效地保证了产品质量,也最大限度地实现了国产化.我们在实践中积累了许多经验,增长了能力,培养了专业人材,最重要的是我们对现代板坯连铸技术的理解,使我们有能力向用户、科研单位和工程设计公司提供相关技术支持,参与工艺装备设计选型和综合解决方案的讨论,分享我们的经验和技术成果,共同推进国内板坯连铸技术和装备的进步,同时我们也得到了合同,取得经济效益.我们在消化吸收引进技术的基础上自主集成和设计,制造了具有国内领先水平的板坯连铸机,其投产后的综合技术水平相当于国外设计的装备.同时我们对首钢投产使用的一些板坯连铸机部分结构进行了优化和改进,提高了设备的可靠性和使用的合理性.三.着力企业技术进步,打造冶金成套装备核心竞争实力.首钢机电公司打造冶金成套装备核心竞争实力,把技术进步放在最先位置,加大了装备和软实力的提升.作为一家冶金重型装备制造企业,机床一般比较大型化和通用化,因此对于板坯连铸机加工制造明显没有针对性,公司调整了技改方向,短时间内购置一批数控加工机床,并且采用了高效切削技术,还以技术带头人为命名的工作室,作为创新平台,综合了加工工艺,数控技术,刀具,切削液,计算机辅助设计等专业,数倍提高了加工效率,确保了加工质量百分百的合格.CAPP计算机辅助工艺过程设计系统投入使用,大为缩短了与国际先进企业的差距.将产品工艺设计信息转换为各种加工制造和生产组织管理信息,起到了机械制造信息化建设联系设计和生产的纽带,解决了工艺设计效率,标准化和集成问题,使我们的企业的软实力得到合作外方的高度重视.堆焊是生产板坯连铸机的重要工序,由于我们严格工艺过程控制,稳定的产品质量,我们的该生产单元被国际著名焊接材料公司,英国Weldclad公司命名为在中国的示范基地.板坯连铸机冷却水,润滑和液压管路的装配工作量很大,往往是制约生产和产品质量的主要环节,我们采用了计算机三维辅助设计和数控弯管技术,路径复杂,空间走向,角度和尺寸极其繁多配管进行了精确的预制,使得配管操作就象汽车生产线一样简单,并达到美感,可靠的效果.此项技术得到合作外方高度评价,这在他们的工厂里也尚未做到.未来钢铁企业为了满足高质量宽厚钢板的需求，产品品质必需满足更加严格的标准；必然要应对日益激烈的竞争，应对来自质量、成本、效率、环保、品种和技术方面的压力和挑战；面对一般板带生产能力过剩，高端产品技术和生产能力仍然短缺的现状；可以肯定炼钢-连铸-轧钢工艺流程和产品结构优化的技术改造，淘汰落后和新的工程建设将持续进行,对冶金装备必然有更高的要求和更严格的标准。

整合设计研究，装备制造和使用平台，鼓励支持消化吸收和掌握引进技术，重视总结实践经验的二次创新和自主集成，推动装备国产化、工艺技术和核心竞争力的实现，我国高端板坯连铸与板带生产的技术和装备必定要适应这样的发展趋势.

第二篇：高品质连铸坯生产工艺与装备技术

高品质连铸坯生产工艺与装备技术

【摘要】 对生产这些高性能品种钢的铸坯母材质量及尺寸的要求也日益提高，集中体现为铸坯表面的微缺陷化、铸坯内部的高致密度与均质化以及断面的大型化等特点。

研究背景

近十年来，随着我国交通运输、能源石化、海洋工程、重型机械、核电、军工等国家重点行业与产业的快速发展，对高品质品种钢的需求量大幅增加。与此同时，受用途和使用环境特殊性的影响，对钢产品的质量、性能、尺寸规格等也提出了更高的要求。为此，对生产这些高性能品种钢的铸坯母材质量及尺寸的要求也日益提高，集中体现为铸坯表面的微缺陷化、铸坯内部的高致密度与均质化以及断面的大型化等特点。

我国钢铁工业经过数十年的快速发展，整体技术与装备水平均逐渐迈人世界先进行列。值得一提的是，经过近20年的引进、消化吸收与再创新，我国的连铸技术与装备水平更是获得了长足的进步，实现了超过98%的连铸比，是当前生产高品质品种钢铸坯母材最主要的工艺。受国家需求驱动，我国的品种钢微合金化技术和大断面连铸坯生产技术与装备更是得到了快速发展，合金体系涉及Nb、V、Ti、B、Ni等，已建成并投产的宽（特）厚板坯连铸机生产线超过30条、大方坯连铸机生产线20余条、Ø600mm以上大圆坯连铸生产线20多条，产能超过1.2亿吨，具备了生产高品质大规格品种钢的能力。正是由于品种钢微合金化技术进步以及上述宽／大断面连铸机的大规模投产及其技术进步，一定程度上缓解了我国长期以来依靠进口或使用铸锭来满足高品质品种钢轧制需求的局面。

但与此同时，品种钢连铸生产过程面临铸坯裂纹频发、内部质量不理想的困境，特别是随着连铸坯断面的大型化，铸坯缺陷所带来的负面效应尤显突出，已成为限制高品质品种钢连铸高效化生产的共性技术难题。

微合金品种钢连铸坯产生角部横裂纹具有普遍性，开发有效且稳定的裂纹控制技术一直是国内外冶金工作者研究的热点。目前，除了钢水成分控制外，主要是围绕连铸工艺与装备技术而展开，体现在以下几个方面：1）优化连铸坯二冷配水工艺，使连铸坯通过铸流矫直区时避开相应钢种的第三脆性温度区。该技术是目前控制微合金品种钢连铸板坯角部横裂纹缺陷最常用的措施。其包括“热行”和“冷行”两条途径，并以“热行”路线最为普遍采用。然而，这两条途径均以降低连铸机扇形段设备使用寿命为代价（“热行”路线须大幅减少连铸机矫直段前多个冷却区的冷却水量，常引发扇形段铸辊表面保护渣与氧化铁皮烧结物的黏结而降低铸辊的使用寿命；“冷行”路线则将大幅增加铸坯矫直应力，降低扇形段铸辊轴承及轴承套的使用寿命），且无法从根本上消除连铸坯角部横裂纹产生。

2)使用大倒角结晶器技术。使用该技术可大幅提高铸坯角部过矫直的温度，实现铸坯高塑性过矫直，从而有效控制微合金品种钢连铸坯角部裂纹产生。但该技术使用过程对连铸生产工艺稳定性要求较高，同时也面临倒角面附近区域易产生表面纵裂纹、结晶器铜板使用寿命低等问题。

3)实施铸坯二冷足辊段与立弯段垂直区强冷却控制技术，使连铸坯表层生成一层具有较强抗裂纹能力的组织。但该技术需要在很小的控制窗口（足辊段与立弯段垂直区）内对铸坯实施较大幅度的快速降温与升温控制。一方面，该控冷工艺实施复杂，且稳定性难以把握；另一方面，目前多数连铸机的高温区冷却能力无法满足铸坯角部的降温与升温幅度。目前仅日本新日铁住金与韩国浦项等国际先进钢铁企业成功应用该技术。

因此，结合微合金品种钢凝固特点与连铸坯铸流温度演工艺，使连铸坯通过铸流矫直区时避开相应钢种的第三脆性温度区。该技术是目前控制微合金品种钢连铸板坯角部横裂纹缺陷最常用的措施。其包括“热行”和“冷行”两条途径，并以“热行”路线最为普遍采用。然而，这两条途径均以降低连铸机扇形段设备使用寿命为代价（“热行”路线须大幅减少连铸机矫直段前多个冷却区的冷却水量，常引发扇形段铸辊表面保护渣与氧化铁皮烧结物的黏结而降低铸辊的使用寿命；“冷行”路线则将大幅增加铸坯矫直应力，降低扇形段铸辊轴承及轴承套的使用寿命），且无法从根本上消除连铸坯角部横裂纹产生。

2)使用大倒角结晶器技术。使用该技术可大幅提高铸坯角部过矫直的温度，实现铸坯高塑性过矫直，从而有效控制微合金品种钢连铸坯角部裂纹产生。但该技术使用过程对连铸生产工艺稳定性要求较高，同时也面临倒角面附近区域易产生表面纵裂纹、结晶器铜板使用寿命低等问题。

3)实施铸坯二冷足辊段与立弯段垂直区强冷却控制技术，使连铸坯表层生成一层具有较强抗裂纹能力的组织。但该技术需要在很小的控制窗口（足辊段与立弯段垂直区）内对铸坯实施较大幅度的快速降温与升温控制。一方面，该控冷工艺实施复杂，且稳定性难以把握；另一方面，目前多数连铸机的高温区冷却能力无法满足铸坯角部的降温与升温幅度。目前仅日本新日铁住金与韩国浦项等国际先进钢铁企业成功应用该技术。

因此，结合微合金品种钢凝固特点与连铸坯铸流温度演变规律，深入研究微合金品种钢连铸坯裂纹产生的本质原因，开发可实现铸坯表层组织强化、从根本上消除裂纹产生的微合金品种钢连铸坯角部横裂纹控制技术成为关键。

连铸坯中心偏析与疏松是由于铸坯凝固过程中钢液选分结晶特性和凝固收缩特性所导致的固有缺陷，严重影响最终钢产品的质量和使用寿命，制约着高端品种钢的生产。在现有技术条件下，主要依靠优化连铸坯二冷工艺并对连铸坯施加外场作用（凝固末端压下、末端电磁搅拌），以解决铸坯内部偏析与疏松问题。这些技术对于较小断面或常规断面连铸坯生产较为有效，而对于宽（特）厚板坯、大方（圆）坯等宽／大断面连铸坯而言，其浇铸速度较低、冷却强度较弱，铸坯凝固速率大大降低，同时随着断面的增宽加厚，其内部冷却条件明显恶化，凝固组织中柱状晶发达，枝晶间富含溶质偏析元素的残余钢液流动趋于平衡，导致铸坯偏析、疏松和缩孔缺陷愈加严重。使用常规技术手段，尚无法有效实现宽／大断面连铸坯的高致密、均质化生产，具体原因主要体现在以下几个方面。

1)由于铸坯加厚引起的变形抗力与变形量增大，铸坯增宽引起的溶质非均匀扩散与分布趋势加剧，传统的轻压下工艺已无法有效、稳定控制液芯变形，从而无法实现凝固末端挤压排除富集溶质的钢液和有效补偿凝固收缩的目的。

2)近年来研究者提出了以日本住友金属CPSS等为代表的大压下技术，即通过增大凝固终点的压下量达到消除中心偏析与疏松、提高铸坯致密度的目的。然而，在大压下量实施过程中，两相区坯壳变形、凝固传热、溶质微观偏析、溶质宏观扩散、裂纹扩展等行为更加复杂多变，各行为之间的相互影响作用愈加突显，目前现有研究方法与传统轻压下工艺理论已难以指导压下参数设计，只能依靠反复的工业试验进行不断的优化和调试，从而严重制约压下工艺的实施效果和稳定性。

3)连铸坯凝固末端电磁搅拌技术。该技术实施需依靠准确的搅拌工艺为基础。目前由于对大断面连铸坯凝固行为认识不充分，无法准确描述非稳定凝固条件下的铸坯两相区凝固、流动和溶质传输行为。与此同时，随着坯壳厚度的增加，目前电磁搅拌能力与搅拌模式不足以驱动钢液的流动，从而严重影响连铸坯偏析和疏松的控制效果与稳定性。

为此，针对当前钢产品结构不断升级、产品质量要求不断提高的形势，开发高致密度、均质化的宽（特）厚板坯、大断面方（圆）坯连铸生产新工艺与装备技术显得十分重要而迫切。

东北大学朱苗勇教授及其研究团队长期围绕高品质连铸坯生产工艺与装备技术开展研究，先后承担和完成了国家杰出青年科学基金、国家科技支撑计划、国家技术创新计划以及企业重大合作开发等数十项课题，授权国家发明专利30余项，获省部级科技奖励7项。在连铸坯裂纹控制方面，研究团队通过近年的研究，揭示了产生微合金品种钢连铸坯表面裂纹的本质机理，开发形成了有效消除微合金品种钢连铸坯角部裂纹的全曲面锥度结晶器与铸坯二冷高温区表层组织控冷相结合的裂纹控制装备与工艺技术。在连铸坯偏析与疏松控制方面，研究团队自2003年起就从事铸坯凝固末端压下工艺与装备技术研发工作，提出了确定压下工艺关键参数的理论模型，开发了核心工艺控制模型与系统，并率先实现了板坯、大方坯凝固末端工艺控制技术的国产化研发与应用，并在宝钢梅山、攀钢、天钢、湘钢、涟钢、首钢、邢钢等十余家企业推广应用。目前，针对高品质大断面连铸坯生产，研究团队进行了铸坯凝固末端重压下技术研究与开发，并率先在大方坯连铸机实施了应用，取得了良好的应用效果。关键共性技术内容

2.1 微合金钢连铸坯表面质量控制工艺与装备技术

微合金品种钢连铸坯凝固过程中，钢中的Nb、V、Ti以及B等微合金元素极易与钢中的C、N等元素结合，生成碳化物、氮化物以及碳氮化物。受传统连铸生产过程铸坯初凝行为及控冷工艺的限制，这些微合金碳氮化物主要以链状形式于铸坯角部表层组织晶界大量析出，从而极大弱化了其晶界的强度；与此同时，铸坯在后续凝固过程中，同样受不合理冷却模式的影响，膜状或网状先共析铁素体优先在铸坯角部奥氏体晶界生成。受奥氏体与铁素体软硬相间应力分配作用（铁素体强度仅约为奥氏体强度1/4），铸坯在弯曲和矫直过程的应力极易在晶界铁素体组织内集中。受这些因素共同作用，微合金品种钢的连铸坯角部频繁发生微横裂纹缺陷。基于该本质机理，要控制裂纹的产生，关键是要消除微合金碳氮化物以及先共析铁素体膜在奥氏体晶界的形成。为此，需进行如下关键技术研究。

1)不同微合金种类及成分下碳氮化物析出行为研究。不同种类微合金元素与钢中C、N元素的结合能力不同，且析出物的晶界与晶内析出温度、析出种类均不尽相同。需根据钢中微合金元素的种类、钢的成分，建立不同成分体系及含量下微合金碳氮化物在不同钢组织相（奥氏体与铁素体）及位置（晶内、晶界）的析出热力学与动力学模型，明确与成分体系相对应的微合金元素碳氮化物在不同钢组织相及其不同位置的析出温度区及析出控制动力学条件。

2)初凝坯壳角部快冷却细晶化控制技术开发。研究结晶器内初凝坯壳凝固热／力学行为，设计最佳的全曲面锥度结晶器铜板补偿量与冷却结构，并揭示不同锥度补偿量和冷却结构下坯壳角部热历程与晶粒生长规律，为开发有效实施结晶器内铸坯角部超快冷却、细化晶粒的全曲面锥度结晶器技术与工艺提供设计参数指导，确保铸坯角部一次凝固形成细小的奥氏体晶粒，并大幅降低铸坯角部温度，也减轻了连铸二冷高温区为强化铸坯表层的组织而进行控冷的负担。同时，通过铸坯角部在初凝期的快速冷却，抑制微合金碳氮化物在其奥氏体晶界生成。

3)铸坯二冷高温区表层组织强化控冷装备与工艺技术开发。基于全曲面锥度结晶器技术，揭示铸坯二冷足辊段与立弯段温度演变规律，开发确保铸坯角部局部快速冷却、大回温强化铸坯二冷高温区表层组织的智能控冷喷淋装置与配水工艺，实现铸坯表层组织的进一步细化。与此同时，通过铸坯高温区角部局部快速冷却，进一步抑制铸坯晶界碳氮化物与先共析铁素体膜生成，有效实现铸坯角部表层组织自身强化。

4)微合金品种钢铸坯表面裂纹控制技术的工业实施。结合企业微合金品种钢成分体系、连铸机装备特点、铸坯在铸流内的温度演变规律，开发长寿命、可在线调宽、稳定化的全曲面锥度结晶器及其角部快速冷却工艺、铸坯铸流高温区角部表层组织强化的智能控冷装备与工艺，实现高品质微合金品种钢的高效化、稳定化生产。2.2 高致密度、均质化宽／大断面连铸坯生产工艺与装备

针对宽／大断面连铸坯生产，采用传统动态二冷配水优化工艺、铸坯凝固末端动态轻压下技术，较难实现其高致密度、均质化生产。而解决该技术难题最为行之有效的方法是协同采用铸坯凝固末端重压下技术与铸坯凝固末端电磁搅拌技术。然而，由于难以准确描述大压下量实施过程中辊压力、热应力、矫直力、拉坯阻力等内外力共同作用下的凝固坯壳与两相区的动态变形行为，及其与溶质宏微观偏析、溶质宏观扩散、裂纹扩展之间的相互作用关系，严重制约了凝固末端重压下工艺的实施可靠性与稳定性。同时，由于暂无法准确描述非稳定凝固条件下的铸坯两相区凝固、流动和溶质传输行为，无法实现大断面连铸坯凝固末端电磁搅拌工艺的稳定投用。因此，需要从理论研究、工艺开发、装备控制技术开发等几方面开展研究工作，真正解决凝固末端重压下工艺的关键技术难点，实现该工艺的稳定、有效投用。1)工艺理论研究方面：建立两相区变形与溶质偏析宏微观多尺度多场耦合计算模拟，实现坯壳变形、凝固传热、溶质宏观传输、溶质微观偏析与相变的顺序耦合计算。全面考虑宽／大断面连铸坯生产过程传热、流动和凝固现象，进而研究连铸工艺参数和外场（重压下、电磁搅拌、鼓肚力等）作用下宽／大断面连铸坯坯壳与两相区变形行为。与此同时，建立考虑固相演变移动、夹杂物析出与多元合金交互作用的微观组织模型，揭示宽／大断面连铸坯凝固组织演变机理，全面解释重压下工艺与电磁搅拌工艺对宽／大断面连铸坯中心偏析与疏松的改善效果，以及凝固组织的均质化控制效果。

2)工艺控制技术开发方面：合理、有效的工艺控制技术是实施重压下工艺的关键。在理论研究酌基础上，针对宽（特）厚板坯／，大断面方（圆）坯连铸机的具体特点，系统研究并开发形成一系列适用于宽／大断面连铸坯的凝固末端压下工艺控制技术模型，如基于扇形段／拉矫机压力实时反馈的凝固末端检测技术；消除宽／特厚板连铸坯非均匀凝固导致横截面距窄面1/8-1/4区域中心偏析与疏松的宽／特厚板压下区间控制技术；基于凝固补缩原理与坯壳变形量在线检测的压下率／压下量参数在线控制技术；确保铸坯在拉坯方向与宽向上温度的平滑、合理过渡的多维动态冷却控制技术；用于有效混匀两相区溶质偏析钢液、提高等轴晶率的凝固末端电磁搅拌技术；为避免压下工艺调整过程中铸坯宽展不均而导致“楔型坯”的铸坯宽度的均匀调控工艺等。

3)装备控制技术开发方面：稳定、准确的装备控制技术是实现凝固末端重压下工艺的保障。针对宽（特）厚板、大断面方（圆）坯连铸机的具体特点，开发以热坯作为量尺的辊缝在线标定技术，消除高温与扇形段／拉矫机结构变形所引起的辊缝误差，同时实现生产过程中辊缝的在线标定；开发有效控制铸坯延展变形，提高表面压下量向固液界面传递效率的“堆钢”压下控制技术，显著提高工艺实施效果；开发渐变曲率凸型辊压下技术，实现对铸坯液芯的有效挤压，在提高压下效率的同时降低铸坯表面裂纹发生率；基于全曲面锥度结晶器／全曲面斜倒角结晶器，降低压下过程已凝固坯壳的变形抗力，保证液芯的有效压下。研究技术路线与实施方案

3.1 微合金钢连铸坯表面裂纹控制研究

1)利用数值模拟计算与在线测温相结合技术，研究铸坯在结晶器内与二冷铸流内的凝固热／力学行为，为全曲面锥度结晶器技术开发与铸坯二冷高温区表层组织强化控冷装备与工艺开发提供理论基础。

2)建立不同类型析出物在不同钢组织相及其位置的析出热力学与动力学理论模型，并结合重熔凝固技术、透射电镜等检测手段，揭示铸坯不同冷却热历程下、不同钢组织相及位置微合金碳氮化物析出行为规律，确定具体成分微合金品种钢连铸坯晶界析出控制的关键参数；基于铸坯二冷温度场演变规律，揭示连铸坯角部不同热历程与微合金碳氮化物析出行为下组织晶内与晶界的相变行为及演变规律，综合开发有效抑制晶界膜状或网状先共析铁素体生成的连铸二冷配水工艺提供依据。3)基于上述研究，结合现场实际工况，研究开发连铸坯表层组织控制的微合金品种钢角部横裂纹控制的全曲面锥度结晶器工艺与装备技术、铸坯二冷高温区表层组织强化控冷工艺与装备技术，集成开发从根本上强化铸坯表层组织的微合金品种钢连铸坯角部横裂纹控制技术。

3.2 宽／大断面连铸坯偏析疏松控制研究

受连铸坯生产过程高温特点以及凝固复杂性限制，目前尚无法定量描述铸坯凝固末端压下过程中坯壳变形对溶质偏析元素再分配行为的影响规律，限制了工艺的应用效果。对于宽（特）厚板连铸坯、大断面方（圆）坯而言，受其断面增加影响，铸坯凝固末端施加较大压下量（率）所引起的两相区的坯壳变形、钢液流动、溶质偏析和裂纹扩展等现象更为复杂，涉及现代冶金学、冶金反应工程学、材料力学、控制工程等多学科理论与研究方法，需要理论研究与模拟计算、高温物理模拟研究与现场试验研究紧密结合。

凝固末端重压下工艺开发方面，以数值仿真为主要研究手段，并采用试验研究和物理模拟方法对仿真结果进行校验，准确描述超大规格连铸坯凝固末端压下过程铸坯变形行为、溶质偏析行为以及内裂纹。产生与扩展规律，最终开发形成宽／大断面连铸坯凝固末端压下工艺。物理模拟研究主要涉及铸坯高温物性参数测定，同时模拟具体条件下铸坯凝固前沿冷速、温度和受力条件，为数值仿真计算提供必要的建模数据和校验数据。最终，结合现场试验，全面验证凝固末端重压下工艺的合理性。

阶段研究进展

在微合金品种钢连铸坯表面裂纹控制方面，现已成功开发出全曲面锥度结晶器技术、铸坯二冷高温区表层组织强化控冷装备与工艺技术。部分技术先后在天钢、宝钢梅钢、建龙钢铁等企业投入应用，稳定实现了含Nb与含B微合金品种钢板坯表面无缺陷率达99%以上，效果显著。在高致密度、均质化宽／大断面连铸坯生产技术方面，已开发形成宽厚板坯凝固末端非均匀压下技术，并在铸坯凝固末端重压下工艺的核心工艺与装备控制技术方面取得重要突破，顺利开发出扇形段辊缝在线标定技术、基于拉矫机压力实时反馈的凝固末端检测技术、辊缝在线标定技术、“堆钢”压下控制技术、压下率／压下量参数在线控制技术、非均匀凝固末端压下控制技术等重压下关键技术。目前上述技术已经天钢宽厚板连铸机、大连特钢大方坯连铸机投用。所开发的宽厚板坯非均匀凝固末端压下技术在天钢投用后，有效解决了宽厚板连铸坯横向1/4区域偏析严重’的技术难题，生产高强船板钢、合金结构钢宽厚板连铸坯中心偏析≤C级1.O比例达到96%以上，中心疏松≤1.0级比例达到100%。所开发的重压下技术确保了大连特钢轴承钢GCr15、矿山钢572C、矿山钢LTB-6等高碳合金钢连铸坯及轧材质量改善明显，其中轧制棒材中心疏松从2.0-2.5级降至1.5级以内。使用重压下技术前后轧材低倍质量对比照片如图1所示。

研究计划

在上述原有相关技术研究与开发基础上，计划使用4年时间完成高品质连铸坯生产工艺与装备技术开发。

◆2014年，完成全曲面锥度结晶器现场检验并开发出铸坯二冷高温区表层组织强化控冷装备与工艺技术，初步集成开发出有效控制微合金品种钢板坯角部裂纹新技术；获得重工艺、设备参数对铸坯变形行为的影响，开发大断面连铸方坯凝固末端重压下工艺方案并进行初步现场试验研究。

◆2015年，微合金品种钢铸坯表面裂纹控制装备与工艺集成技术在2家以上企业得到应用，解决全曲面锥度结晶器技术实际应用所面临的多钢种和在线调宽等问题，实现企业含Nb、B等宽厚板坯微合金钢的角部横裂纹率≤1.0%，表面无清理率≥99.5%；进一步完善大断面方坯连铸坯末端重压下关键工艺与装备控制技术，研究形成避免宽（特）厚板、大断面方（圆）坯凝固末端压下实施过程中内裂纹形成及扩展的重压下限定准则，并在2家企业得到应用。

◆2016年，全面推广微合金品种钢表面质量控制技术；在宽／特厚板生产企业应用实施宽／特厚板连铸坯凝固末端重压下工艺方案，实现典型品种钢连铸坯偏析和疏松的有效控制。

◆2017年，进一步完善理论、工艺与控制技术研究体系，在国内3家以上企业推广大断面方坯、宽／特厚板坯凝固末端重压下工艺与控制技术，全面提高铸坯致密度与均质化。预期效果

通过上述高品质连铸坯生产工艺与装备技术开发，有望实现从根本上消除微合金品种钢连铸坯角部表面横裂纹频发现状，实现我国微合金品种钢连铸坯的表面无缺陷化生产的目标。通过铸坯凝固末端重压下技术开发，有望最终开发形成具有自主知识产权的宽／大断面连铸坯凝固末端重压下技术，全面实现高强工程机械用钢、高强桥梁钢、高强船板钢、高级别管线钢、新一代重轨钢与火车车轴钢等高附加值钢种的高致密度、均质化连铸坯生产，全面解决宽／大断面连铸坯中心偏析与疏松及内裂纹缺陷严重的共性技术难题。

第三篇：装备制造技术杂志

《装备制造技术》征稿QQ1043257745

《装备制造技术》杂志是经国家科委和国家新闻出版署批准，由广西壮族自治区经济委员会主管、广西机械工程学会主办的综合性机械科技省级优秀学术期刊。本刊为季刊，大16开本，国内外公开发行，国际标准刊号：

ISSN1672—545X，国内统一刊号：CN45—1320/TH。系中国学术期刊综合评价数据库源刊、中国学术期刊（光盘版）全文收录期刊、中国核心期刊（遴选）数据库收录期刊、广西机械工程学会会刊。诚广大读者的厚爱，本刊决定从2006年8月份起由季刊改为双月刊，2007年1月份起正式改为月刊，页码也由原来的64页改为128页。全新打造的《装备制造技术》杂志将会更丰富、容量更大、更受读者欢迎。

主要栏目有设计与计算、计算机应用、工艺与工装、管理与改革、专论与综述、经验与创新、信息与动态、电气技术与自动化、设备管理与维修、试验与研究、标准化、新产品新技术、新工艺新材料等栏目。

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第四篇：连铸技术手册

1、连铸 1.1概述

1.2基本理论和计算 1.2.1计算和设计公式

1.2.1.1坯壳厚度及液芯长度 1.2.1.2拉速 1.2.1.3振动 1.2.1.4温度

1.2.1.5结晶器的散热 1.2.1.6二次冷却

1.2.1.7热坯长度的确定 1.2.1.8收缩

1.2电磁搅拌

1.2.1结晶器电磁搅拌 1.2.2末端电磁搅拌

1.3安全

1.3.1不能开浇（！）1.3.2禁止连续浇注 1.3.3中包停浇

1.3.4怎样区分钢水和钢渣 1.4中包包衬

1.4.1可应用的工作层

1.4.2中包和侵入式水口的预热 1.4.3塞棒浇注的中包预热

1.5拉浇前设备的前提准备 1.5.1结晶器的准备 1.5.2引锭杆的准备 1.5.3送引锭 1.5.4封引锭

1.5.5推荐使用的封引锭方式（1802）1.5.6开浇前大包中包的操作步骤

1.6开浇

1.6.1开浇的前提条件 1.6.2火切机控制板 1.6.3大包开浇

1.6.4大包长水口的操作 1.6.5塞棒浇注的手动开浇 1.6.6自动开浇 1.7连铸工艺 1.7.1更换大包 1.7.2快换中间包

1.8停浇

1.9质量控制/质量保证 1.9.1间接检验方法 1.9.2直接检验方法 1.9.3表面检验 1.9.4内部缺陷检验 1.9.5取样和检验 1.9.6中包前取样 1.9.7中包测温 1.9.8中包取样 1.9.9铸坯取样

1.9.10冶金缺陷-铸坯缺陷-原因/纠正方法 1.9.11表面缺陷 1.9.12内部缺陷

1、连铸 1.1概述

钢水由液态转变为固态是在连铸进行的，其产品被称为小方坯、大方坯或板坯

精炼后，吊车将大包吊在大包旋转台的支撑臂上，盖上大包盖，将大包放在大包回转台上后，将其旋转至浇注位。

预热好的中间包车（大于1000度）从预热位开至浇住位，将预热好的侵入式水口与结晶器对中并插入。同时使用长水口操作机构将通有氩气保护的大包长水口靠近大包滑动机构，之后，打开大包滑动水口，钢水从大包注入至中间包，中包填液时间即从大包开浇至打开塞棒的时间不应超过2分钟。

中间包向结晶器注入钢水上是通过安装在中间包内的塞棒来控制的，中间包支持在中间包车上。

开浇前，先起动结晶器振动台和液位控制系统。人工加保护渣，结晶器安装于平台上，通过振动机构完成上下运动。安装在结晶器末端的足辊对刚出结晶器的热坯导向作用。

足辊后的导向辊是固定的，将铸坯导入固定半径的弧线中。

置于弧形末端的拉矫机将铸坯由恒定半径的弧形矫直为水平。

挤压辊安装于拉矫机下方，以支撑、拉戈引锭杠和铸坯，汽水喷淋用来冷却铸坯及调节冷却强度。喷淋室在铸坯铸坯导向周围与之成为一体，在喷淋室形成的蒸汽由排蒸汽机抽到空气中。在不需要引锭杠导向时，由脱引锭辊将引锭脱开，并送自引锭杆辊道上。其上装有引锭杆存放装置，将引锭杆从开浇后至下次开浇前，存放于其上。铸坯由火切机切成定尺。在辊道末端装有可移动档板，将铸坯停下。拉浇结束时，低速拉尾坯，高速矫直。尾坯由尾坯处理装置切尾送走。当最后一支坯移至输出辊道，引锭杆由存放引锭杆装置落至辊道上，送入铸坯导向辊至结晶器下方将引锭头对中送入结晶器。封引锭杆准备下一浇次。1.2基本原理和计算 1.2.1计算和设计公式

1.2.1.1坯壳厚度及液芯长度

液芯长度由坯壳成长常数和凝固时间所决定的，此常数可看作一个数值，在凝固区增大。坯壳凝固厚度“S”的计算公式如下： S=K*/t 固态坯壳 S（mm）凝固常数

K（mm/min1/2）凝固时间=L/VC t（min）凝固长度 Vc（m/min）拉速

现在铸坯任一点的坯壳厚度都可计算。

凝固常数是由拉浇的钢种所决定的，以确定冶金长度，数值如下： K=27mm/min1/2 K=26mm/min1/2 1．2．1．2拉速

最大拉速由冶金长度（从结晶器液位至铸坯凝固的连铸长度）计算公式如下： VC MAX=LM/tsolid D/2=K*/tsolid Tsolid=（D/2K）2 VCMAX=Lm*（k/s）2=LM*（2*K/D）2 其中：

K（mm/ min1/2）——凝固系数 Vcmax*(m/min)-----最大拉速 D（mm）——————热坯厚度

Lm（M）——————液芯长度，也称“冶金长度” Tsolid（min）————铸坯全部凝固的时间 不能超过最大可用拉速（由冶金长度估算出的）；否则铸坯内的液芯长度会超出铸坯支撑长度而导致鼓肚。

举例：Lm=27m K=26mm/min1/2 D=220mm VCMAX=27*（2*26*220）2=1.51m/min 在实际生产中,根据要求的拉速时间、化学成分、铸坯性能及中间包温度采用比较低的拉速。1．2．1．3振动

振动的速度，频率乃至振幅对铸件的表面性能及外形有着重要的影响。

避免坯壳粘在结晶器壁上，振动装置是密不可少的。振动参数（振幅、频率、负滑脱）影响着振痕的深度、间距、保护渣的消耗及坯壳的成长。振动的平均速度，公式如下： Ｖｏ＝２＊ｈ＊ｆ ｈ（ｍ）——振幅

ｆ（ｍｉｎ－１）——频率

Ｖｏ（ｍ／ｍｉｎ）——平均振动速度

振动速度理论上应比拉速高３０～４０％，即：Ｖｏ＝１.3to1.4＊Vc 1.2.1.4 温度

拉浇温度对凝固过程有着相当大的影响,因此其对铸坯质量有着紧密的关系,过高的拉浇温度导致铸坯质量差(中心疏松、晶粒组织粗大、大量的树枝晶、应力裂纹等)且增加漏钢的危险，过热度应为10~35度之间。过热度增高会导致铸坯厚度变薄，这样由于坯壳很薄，拉应力增大，大大增加了粘壳的危险，而导致漏钢的危险增加。

过热度超过45~60度（不同钢种而不同），必须停止拉浇。过低的过热度会使钢水在侵入式水口中结死，大包钢水的温度应根据工艺要求在二次冶炼中确定下来。

不当的过热度对铸坯质量的影响； *过热度过高--纵向裂纹

--深度的中间裂纹和中心分层--极重的偏析 *过热度过低--水口结死

下面是对应生产顺序的相关温度： 大包温度（Tl），为开浇前在大包内的钢水温度。中包温度（Tt），为中包内钢水温度。液相线温度（Tlid），为分钢种开始凝固的温度。计算液相线温度的公式： °C（液相线）=1.5366-X%C-Y% 合金 %C X =0.025 90 0.026-0.05 82 0.06-0.10 86 0.11-0.50 88.4 0.51-0.60 86.1 0.61-0.70 84.2 0.71-0.80 83.2 0.81-1.00 82.3

合金元素 含量范围% Y Si 0-3 8 Mn 0-1.5 5 P 0-0.7 30 S 0-0.08 25 Cr 0-18 1.5 Ni 0-9 4 Cu 0-0.3 5 Mo 0-0.3 2 V 0-1 2 W-18%at0.66%C 1 As 0-0.5 14 Sn 0-0.03 10 O* 0-0.03 80 N* 0-0.03 90 H* 0-? 1.300 Ti 17 Al 5,1 Co 1,7 *=预估的

1.2.1.5结晶器散热

从结晶器带走热量的过程及热传导形式,描述如下: *凝固的坯壳间钢水的对流.*通过坯壳的热传导.*坯壳与铜板/铜管表面(保护渣气隙)的接触.*结晶器铜板/铜管的热传导.*通过结晶器铜板/铜管与水套间冷却水的对流.最重要的温降发生在结晶器铜板/铜管与坯壳的热传导,见图1:

结晶器冷却的几个重要参数: *拉速: 拉速增快,铸坯与铜板/铜管,接触的长度增加.*保护渣: 熔化的保护渣填充在铜板/铜管与坯壳之间,有助于散热.*结晶器的几何尺寸: 改变结晶器倒锥度提高散热强度.*结晶器冷却: 通常为避免形成气泡,结晶器冷却水必须达到一定流量,水的粘度比水更重要,计算水的流量及压力参见连铸机供应商提供的操作手册.1.2.1.6二冷水

二冷水的冷却强度由连铸机内铸坯的表面温度,拉浇的钢种及拉速决定的,二冷区所有的凝固常数在 K=26mm/min1/2-28 mm/min1/2之间,取决于钢种及二冷水量,为了得到满意的浇注组织,几个冷却水段的冷却水量是单独调节的。气雾冷却由于铸坯的冶金冷却，使用这种形式的喷嘴可得到较宽范围的水量调节，但必须达到下面的平衡：铸坯不能过冷（避免表面缺陷），设备不能过热（以避免辊子及轴承的损坏）。对流量，压力及喷嘴型式的要求，参加连铸机供应商提供的操作手册。1.2.1.6热坯长度的确定

计算 热坯长度的公式如下: Lhot=Lcold*X+S Lhot(mm)----热坯长度,其值应在长度测量装置上调节 Lcold(mm)----冷却后的铸坯长度(约+20℃)S(mm)------切缝宽度(因火切机及质量的不同而不同)X(1)-------收缩因子,考虑铸坯从切割机至冷坯的收缩值,是铸坯在切割辊上温度的函数及铸件成分的函数.铸坯在切割辊道上的平均温度(整个断面的平均温度)约在900℃,冷坯是在+20℃的室温上测的.计算热坯长度,必须知道收拾因子,收缩因子为一常量X=1.013.用于所生产的铸坯.如生产钢种扩大到合金钢,收缩因子可随之修改.C钢:X=1.013 举例: 铸坯长度=8000mm(冷坯)质量:St37---收缩率=1.013 Lhot= Lcold*X+切缝---=8000mm*1.013+8mm Lhot=8112mm 1.2.1.8收缩 1.2.1.8.1概述

连铸在固相线温度下的热收缩对质量有特别的影响,一些铸坯表面的缺陷及生产中遇到的一些现象都是由于不同的C含量的钢种其收缩特性不同引起的.C含量为0.09%~0.16%的钢种(包晶范围)对表面及内部裂纹表面粗糙、扭曲变形、拉漏比C含量低于或高于这个范围的钢种更为敏感。

研究表明0.09%~0.16%的钢种通过结晶器的热流量最小，且结晶器与坯壳之间的摩擦力也较低。

以上观察到的现象归因于包晶反应而引起铸坯收缩量增大及机械应力提高。δ/γ相变

在固相线温度以下恒定的温度区间内，铁碳合金的收缩量是C含量的函数。

C含量的0.09%~0.16%的热收缩量增加，相应的体积缩小（密度增大）是与δ/γ相变相关联的。

δ/γ相变只发生在铸坯上特定的一段，由于收缩不均匀，以及钢水静压力引起的除热应变外的弹性应变、粘弹性应变、使机械应力增强。在连铸生产中，收缩及应力的成长都是由于拉浇过程中各种因素复杂的相互作用（温度梯度、坯壳成长速度）以及钢的材质特性的结果。

就VOEST-ALPINE STAHL产品，经验表面：收缩率取1.013满足计算的要求,分析表明收缩率对其影响微小.1.3电磁搅拌

1.3.1结晶器电磁搅拌

M-EMS(结晶器电磁搅拌)对铸件的内部和表面质量有着积极的作用,由于能量消耗较高(约3Kwh/t),EMS主要在浇注高品质的特钢中使用.特殊情况:包晶钢!(C含量为0.09~0.16%)经验表明,调节M-EMS的参数(主要是电流),可提高生产和冶炼的效果.M-EMS放于结晶器装配下放更适合于使用保护渣和侵入式水口的形式.使用建议的M-EMS参数设置时,特别观察弯月面的情况,以确保弯月面的情况,以确保弯月面无大的搅动.如弯月面波动过大过侵入式水口侵蚀,必须逐渐减少电流,(如25A)直到满意为止.结晶器断面超过200mm2及结晶器壁>20mm的情况,建议选用2~2.5Hz的频率.如结晶器断面小于200mm2及结晶器壁<15mm的情况,建议选用4Hz的频率.为了方便操作,如果最大电流为400A,或接近400A(390A),也可选用固定的频率4.0Hz,注:范围由C含量来确定)!分钢种设置M-EMS参数,举例: 表1所示根据C含量的不同而设置的电流: M-EMS的频率应调节到2~4.5HZ之间(根据不同的断面尺寸,如小断面高频率,大断面低频率).表1 C含量 M-EMS(A)<0.25 150 0.26~0.45 250-400 0.46~0.60 350~400 >0.60 >400 注意:为了避免注流钢水时卷渣,侵入式水口必须保证最小插入深度(如建议插入深度80~140mm).1.3.2末端电磁搅拌

使用末端电磁搅拌只对高碳钢或MnCr含量高(>1%)的钢种有意义.注:为使末端电磁搅拌达到最优效果, 末端电磁搅拌中心应置于铸坯内液芯50mm处!如出现”白亮带”,强度通过下面方法可控制: *增加M-EMS的电流.*减少F-EMS的电流.*调节反转周期见表3===特别是用于低C钢.*降低拉速(也就是缩短液芯长度).表2所示F-EMS电流与C含量的函数关系.F-EMS的频率应调节至17.0~20.0Hz之间.C含量(%)F-EMS频率(A)<0.25-0.26~0.45 250 0.46~0.60 300 >0.60 350-400 周期(正反向)(sec.)小断面 大断面 5~8 8~12 表2 建议最小拉速应使F-EMS达到最佳效果。180*180末端搅拌 K-因子为26 拉速（m/min）冶金长度（m）在F-EMS处的实际液芯（mm）名义液芯（mm）1.0 12 58 >50 1.1 13.2 64 1.16 13.9 68 1.2 14.4 69 1.3 15.6 73 1.4 16.8 77 300*300末端搅拌 K-因子为26 拉速（m/min）冶金长度（m）在F-EMS处的实际液芯（mm）名义液芯（mm）0.4 13.3 34 >50 0.45 15 49 0.5 16.6 62 0.55 18.3 73 0.6 20 83 1.4安全

1.4.1不能拉浇(！)*无结晶器冷却水 *无二冷水 *无振动

*无润滑(油或保护渣)1.4.2禁止继续拉浇

*结晶器冷却水为事故状态 *结晶器冷却水温差Δt>12℃ *结晶器冷却水事故水箱未满

*发现大包或中包即将穿包(大包或中包车呈红斑)*中包弯月面低于300mm *铸坯停留超过4分钟 *拉速过快 *中包温度过高 1.4.3中包停浇

在大包停浇后,大包工必须立即通知P3工留心敞开浇注的钢流或是塞棒浇注应注意弯月面.原因:防止渣流入结晶器而导致漏钢甚至停浇.1.4.4钢和渣的区分

*当钢水从黄蓝或黄绿(在于眼镜繁荣颜色)变为深黄色时.*当钢流由强度到分流时.*持钢棒快速从钢流中挑出些渣,如溅起许多小的火花,那多是钢;如果钢流穿过钢棒轻轻掠过,那是渣.*如果是塞棒浇注,其弯月面搅动挺大,注意只是在由钢转换为渣时!*一下渣立即停浇(最好稍稍提前一点).*中包停浇时,大包工应用钢棒(勿用管子)测几次钢水液位,这样也可以知道,中包是否有渣,有多少.1.5中包包衬

连铸工艺中对钢的质量、成本及产品的安全都有严格的要求,对此领域中使用的耐材产品有更高的要求,对中包包衬耐材主要以下几个部分: *隔热层 *永久层 *工作层

隔热层是由陶瓷纤维或高铝砖制成位于永久层之间.两种不同形式的永久层: *永久层为耐火砖或高铝砖

永久层的缺点是每个中间包都需要特殊形状的砖,其连接处比较薄,使用后,永久层表面的砖磨损不均匀,特别是接缝处变大.表面的不均匀及宽的接缝,使钢壳粘在永久层上.一旦钢壳剥落永久层就遭到破坏.*永久层砖的另一缺点是,中包容积增大及复杂后,其成本及安装时间延长.*永久层为高铝,低水泥,低湿气的浇注料: 这种浇注料在各温度段都有绝好的机械强度,及耐热冲击抗力.因其为低水泥浇注料避免了接触反映.高机械强度的化合物以及少量的粘接剂大大提高了此种包衬的中包使用寿命.低水泥的浇注料制成单体无接缝的包衬,消除了用砖砌所存在的接缝问题,使用低水泥浇注料使永久层的安装更方便,更快,且中包寿命增至1500炉.1.5.1可应用的工作层 下面是几种工作层的制法: *板式包衬

*用喷枪喷涂的包衬 *喷雾式喷涂的包衬 *干粉中包衬

*板式包衬,最初使用于1974年,其为高绝热,低密度可更换的预制板.这项工艺使用冷中间包开浇成为现实,是中包准备的一次革命.早期的板式包衬为硅质板后来发展为可预热的镁质板,这样既满足了板坯的连铸开浇的要求,又利用了板式包衬的优点.可预热板式包衬消除了预热是工作层碎落的可能,另外,还比喷枪喷涂或砌砖的形式有以下优点: *中间包冷热均可用 *增加了绝热性能 *良好的抗碎裂性能 *延长一个浇次的寿命

*提高中间包使用率,缩短周转周期

制作时的一个缺点,特别是大的中包,需要大量的劳动

80年代初期,开始喷雾包衬系统,其于喷枪包衬不同的重要之处为在喷补料中增加纤维,这不仅降低其密度和成本,而且便于干燥提高了储热性能.同时这种工艺在制作厚的包衬时比喷枪补更加容易控制,这种包衬可以预热也可以冷包没有问题.其成品的决热特性比起板式包衬更加受欢迎.喷雾喷包衬的主要优点为包衬的喷补与中包的几何形状无关.此工艺只需要短的时间准备,相对劳动强度低,喷补材料可自动由机器人制作,以后的劳动需求更低.此工艺与其它湿的工艺相比主要缺点为:在使用前要进行干燥.干粉中包衬,于1986年左右提出,此工艺与前面提到的工艺不同之处为采用干粉形式,干粉包衬利用松脂在相对温度较低(约200℃)的条件下的粘合力而制成的.粉剂准备好后将一模型置于中包内,将干粉灌入中间包永久层与模型之间.这种特制的模型要求能均匀传递中包热量,防止中包中间包钢板的移动和扭曲变形,对可否振动的要求取决于使用的产品.这种工艺的优点 *中包周转快 *劳动量低 *良好的脱膜性

*对永久层有良好的保护作用

*干净精致的工作层(使非金属夹杂容易上浮)比起湿的工艺其主要的优点为减少了必要的热循环周期 采用哪一种包衬不同的钢厂根据各自的因素来确定如下: *中包大小 *连浇炉数 *钢水清洁度 *费用 *是否容易脱壳

*周转周期的重要性和中包利用率 *现有设备和包衬制度

*钢水质量的要求,低H,低C *使用人工或自动方式 1.5.2中包及水口预热

1.5.2.1塞棒浇注的中包预热 *中包必须干燥清洁 *将中包包盖置平

*预热时间预计为60~90min.*加热前安装好水口==如是单体水口,必须先安装水口.*将载有中包的中包车开至结晶器上方对中(必须关上塞棒)*返回加热位调节预热烧嘴 *将塞棒打开约40mm *计划开浇前,启动加热(从上端)加热时间不超过90min,不少于60min(参见耐火材料供应商提供的加热曲线)*加热温度为1000℃~1300℃之间.*水口预热30~60min,时间长短取决于烧咀质量

*大包到站后检查大包滑动水口油缸及液压系统工作是否正常 1.6拉浇前设备的前提准备 1.6.1结晶器的准备

开浇前必须检查下面的前提准备,必须完成下面各项准备工作 *铜管无损伤,如划痕或不均匀磨损 *足辊如有不均匀磨损必须更换 *结晶器冷却水准备完毕

*结晶器足辊段喷淋水准备完毕,检查喷淋方式

*结晶器可见部位无水,不得有水渗入结晶器内,结晶器铜管必须干燥 *结晶器罩固定于结晶器上 *结晶器液位检测系统准备完毕

如为新上的结晶器,必须增加以下检查项目 *结晶器液位控制系统装入准备就绪 *结晶器冷却套内充满水,无空气 *只能使用检查过调整过的结晶器

*固定结晶器于振动台上的螺栓必须拧紧 *润滑软管联接完毕

*冷却介质的连接处紧固(在振动台架与结晶器间无泄露)*结晶器足辊至扇形段的第一辊的过度段检查,调整.1.6.2引锭杆准备 正确安装引锭杆

引锭杆,特别是引锭头插入结晶器前必须检查是否清洁

必须认真检查引锭头部与热坯接触的部位,如表面有损伤(划痕裂纹等)应送检查(点焊或点磨)应按维护手册进行接头处加油动作检查.1.6.3送引锭 下面的前提准备,自动系统无法检测只能目测: *引锭杆准备是否完毕

*拉矫机上辊是否在”UP”位

*有无检修任务或检修在拉矫机区和导向区 *检查调整引锭杆压力为正常

目视及电气检测前提条件全部满足后,可以开始送引锭 1.6.4封引锭

封引锭操作步骤如下: 铜板与引锭头一圈的缝隙用密封绳封闭,并用小钢棒手动压紧.注意:必须将引锭杆头部与结晶器中心尽可能对正.另外,密封绳和引锭杆头上撒一层金属屑.所有封引锭材料必须是干燥无锈的(铁锈中含氧！),封完引锭头,振动台,拉浇机和喷淋水直到开浇时候才启动(通常电气联锁).在等大包时候,结晶器上需要盖一钢板保护其不被破坏,否则所封好的引锭头破坏后,必须重新封.1.6.4.1推荐使用的封引锭杆方式(180*180)举例 第一步==引锭杆于结晶器的位置 引锭杆插入深度不超过100mm(!)原因: *必须为钢水流出足够的空间,这样结晶器添液时,会给水口额外的预热作用.*更多的空间可以延长结晶器的添液时间,使其连接更好.*使开浇时在紧急情况下更加安全,例如:发生结流.第二步==用棉绳密封引顶头

小心地将棉绳捣入引顶头与结晶器缝内,以防止损坏结晶器镀层,确保结晶器的使用寿命.第三步==撒铁屑

*铁屑必须干燥无油的金属制品.*将铁屑均匀地撒在引顶头上,以防止钢液损坏引顶头.*所用的铁屑确保能将引顶头与热坯快速简单的分开.第四步==放置钩子

所用的钩子确保引顶头与热坯的连接安全可靠.另外兼备冷钢的作用,其传热效果极好.第五步==放入冷钢(弹簧)冷钢有以下优点: *这种紧密的排布确保了在需要冷钢的位置有冷钢,并且保证侵入式水口足够多的插入深度,例如:4孔水口.*这种形式和设计是高效的(冷钢直径小,接触面积大)这种冷钢在经过结晶器下口时不会掉落(有时会发生在螺纹钢形式上)而导致阻塞.*钢水良好的渗透性保证与引顶杆连接牢固.1.6.5开浇前大包中包的操作步骤

钢水应该准时到站,并且化学成分正确,恰当均匀的温度.大包由其上的行车吊至大包回转台.大包一到回转台,立即将悬挂在旁边的大包滑动油缸连于大包上,其具体的位置在吊架上调节.接上滑动水口后,准备将大包转到浇注位.在将大包转到浇注位之前应该关掉中包及水口预热,并开走中包车.中包车到位浇注位后应该按供应商提供的手册所述方法操作结晶器液位自动控制系统.中包对中后,将必备工具(如挑渣棒等)置于结晶器盖板旁.中包车至浇注位后,称重装置置0位,只显示中包包内的钢水重量.中包在浇注位对中时应该将长水口垂直接到滑动水口上.1.7开浇

2.1.7.1开浇的前提条件

如前面章节所述,开浇前必须进行各种准备工作.除以前提到的,还必须考虑以下的工作: *是否选定钢种? *结晶器冷却水是否工作,流量是否正确? *是否选定振幅? *中心润滑泵是否启动? *排蒸汽风机是否启动? *检查水,油,气的压力流量和温度 *二次冷却水冷却曲线是否选定? *大包回转台是否准备就绪? *中包车是否准备就绪? *振动台是否准备就绪? *拉矫机是否准备就绪? *事故水是否准备就绪? *结晶器液位控制是否为自动方式? *是否选定起步拉速? 1.7.1.1火切机控制板 *是否检查所有显示灯? *进行空试车

*火切机移至起始位.*所有的拉矫机,辊道驱动方式是否为自动? *横移机和冷床是否为自动方式? *所以设备准备就绪才可以开浇.此信号由电气系统通报,详细操作参见电气手册.通常,只用几流生产,其拉浇时间延长.这可能导致钢水结流和连浇节奏跟不上的问题.必须确认当结晶器冷却水打开后结晶器铜板上无水垢.1.7.2 大包开浇

大包开浇前,每一流必须在操作状态且应满足”ready to cast”条件.不管是手动开浇还是自动开浇,下面的设备有其独立的自动/手动操作方式: *振动台(前面提过)*喷淋水 *拉矫机

当浇注状态为初始状态或操作工将拉矫方式由手动改为自动时,以上功能缺省状态为自动方式.如没有钢水流下,操作工应该关闭滑动水口然后再次打开,如仍无钢水流出,那么必须打开滑动水口烧氧.烧氧前,将长水口移开.中包钢液位一超过长水口下口就应加保护剂.如必须烧氧,在大包注入初期就将长水口置于钢流外.二次装长水口之前中包钢水必须加满一半.如果大包滑动水口为人工操作,不能将滑动水口全部关死,以防止结流.必须提前清理掉大包滑动水口的积聚物.安装长水口时,将大包水口关掉,为减少结流的危险,关闭水口的时间应尽量短.中间包内的钢水的液面至少为200mm,以防止”涡流的效应”.中包的钢水必须覆盖为黑色.1.7.2.1大包长水口的操作 1.7.2.1.1长水口的固定

当大包转到中包上方的浇注位时候,将长水口连到滑动水口的收集水口上.1.7.2.1.拆长水口

从大包滑动水口上拆长水口前必须关闭滑动水口.降低大包长水口的操纵机构,如果长水口安装在收集水口上,那么前后左右地摇动操纵臂,直到将水口拆下.注意:活动操作臂时候要小心,不要损坏长水口和收集水口的陶瓷咀.1.7.3塞棒浇注的手动开浇 *中包烘烤到位 *预选:Manual方式

*将预备好的保护渣和推杆置于结晶器面板上 *设定结晶器自动液位控制的设定值(约75%)*将拉速设定到最大拉速的70% *同时将大包吊入大包回转台 *插入大包滑动水口油缸

*打开结晶器液位自动控制的放射源 *同时,水口必须已经预热了约30分钟 *关闭预热装置 *将中包移至浇注位

*在OS-1上将开关打为”casting”位

*在OS-1上每一流”Ready-to-cast”灯亮.如果一流的灯闪烁.用OS-2,确定故障原因,如果是次要的可以忽视的问题,可以继续开浇,如果问题严重,必须先解决掉.*连接大包长水口

*在结晶器上方对中中间包

*打开大包,如不自开,那么打开大包后直到中包钢水超过一半时再连长水口.*中包填满一半后,开浇(手动).中包降至水口低于正常液位50mm.*在约30_40秒内,注流2-3次将结晶器注满

*当液面达到检测范围,加入足量的保护渣(先加开浇保护渣,然后按钢种加特殊的保护渣),到达检测范围后关塞棒.*发出”strand start”指令.铸坯以最大拉速的70%的速度起步.拉浇工采用塞棒杠杆控制液位.*如果拉浇工将各流控制得好,即设定值和实际值相符,可尝试转至自动方式.拉浇工简便地拉下事故开关打开拉浇杠,脱开塞棒油缸上的旁路连接,检查OS-1,是否发生转换(可通过检查automatic on和实际值与设定值)!*不要忘记连续地加足够量的保护渣

*如果结晶器自动液位控制不正常(波动太大),那么立即转至手动拉浇.因为拉浇工在结晶器中的视野有限,应通过观察实际液位和设定液位来操作.1.7.4自动开浇 *中包预热好 *在OS-1预选:automatic(结晶器液位设定值应该为75%)*将拉速设定为最大拉速的70% *同时大包吊入大包回转台 *插入大包滑动水口油缸

*打开结晶器液位自动控制的放射源 *中包开至浇注位

*在OS-1上将开关打为”casting”位

*在OS-1上每一流”Ready-to-cast”灯亮.如果一流的灯闪烁.用OS-2,确定故障原因,如果是次要的可以忽视的问题,可以继续开浇,如果问题严重,必须先解决掉.*连接大包长水口

*在结晶器上方对中中间包

*自动”on”(白灯)闪,且结晶器液位控制的”actual value”指示为零

*大包浇注启动,如不行,移开长水口,打开大包烧氧,不加长水口继续浇注,直到结晶器浇注成功

*中包填满一半,立即启动”start casting”---即按下自动开浇按钮 注意: *开浇时应从中包外侧开始,既从离冲击区最远的一流开始,以避免开浇结死.*塞棒自动地打开2.3次,直到结晶器液位控制的actual value indicator显示第一个波动 *液面到达弯月面检测范围后,立即加入足量的保护渣(先加开浇保护渣,然后根据钢种不同加特殊保护渣),到达检测范围后,关塞棒

*等待约20秒后,以最大拉速的70%速度自动起步,自动方式采用控制塞棒机构的油缸来控制流量

*如果自动方式控制的很好,即实际值与设定值相符,拉浇工不要忘了不断地加足量的保护渣!*如结晶器液位控制工作不正常(波动太大),那么立即转至手动拉浇.因拉浇工结晶器中的视野很有限,应该通过观察实际液位和设定液位来操作 *如果每流自动控制.则”automatic”灯亮

*同时中包测温.如果温度控制得好,即高出液相线温度35度,应达到最高拉速(分断面和钢种)*这时候,铸坯到达脱引锭区,即操作工必须加倍小心,如果脱引锭失败,这一流必须停下来 *通常铸坯会自动停下来

*直到用事故切割将铸坯和引锭杆脱开,再重新开浇,为了安全起见,建议手动开浇,成功后再转自动,详细内容见”手动开浇” 1.8连铸工艺

1.8.1更换大包（连浇）在大包即将结束时，根据当前浇注情况确定二级机系统，计算出大包倒空时间计划下一包起吊时间。

当上一包还在浇注时，下一包钢水应放到回转台上。下一包在上一包倒空前6-10min到站。在连铸平台上所有的工作必须在很短的时间—5min内完成（例如：连滑动水口，观察从长水口中流出的渣，操作滑动水口，操作长水口操纵机构等）。

另外，实际停浇时间可能要比估算的提前（例如，估算的钢水重量和渣子重量的误差）。超过10min，大包等待时间就太长了，导致温度损失过多及有可能使大包内的钢水温度分层。另外，烧氧次数增加也延长大包等待时间。更换大包操作步骤如下：

停浇前5分钟，观察中包冲击区（长水口附近）的钢水。如大包下渣，立即关闭滑动水口。因为长时间的连浇中渣量是增长的，非金属夹渣物也要积聚，所以必须将中包渣控制为最少。不主张除渣到溢流箱中，因为这样会减少事故溢流的空间。在停浇第一炉时，中包液位准许升到溢流位附近，这样： *在更换大包时，中包包内的钢水可起一个缓冲作用 *在没有新钢水下来的期间，中包钢水温度损失为最少

关闭大包滑动水口后，将长水口移开---将滑动水口油缸拆下。旋转大包回转台，将新包旋入浇注位。

用氧枪清洁大包长水口，特别是收集水口相连的密封面。如长水口被损坏，必须更换一只新的。

清理/更换后，将长水口连接在新包的滑动水口上，压紧。连接大包滑动水口油缸。大包开浇过程与前面所述《大包开浇》过程相同。重要的是要尽可能缩短无钢流注入中包的时间。更换大包时间过程长导致：

*中包钢水减少，这样使拉速降低，继而导致拉浇时间的问题或质量的问题。*降低钢水温度，这意味着水口有结死的危险，特别同时降低拉速（减少通流量）

更换大包的时间通常控制在2-3min内，但如果大包自开有问题的话（如：烧氧）可能要延长一些。

由于中包浇完第一炉钢的时间问题比较高（有利于减少温降），连接下一包钢水的大包温度可以比第一包低10度。

打开下一大包后，10~15min中包测一次温度。以确保新旧混合的钢生产完，测的只是新包钢水的温度。

检查确信滑动水口关闭，滑动水口油缸拆下，旧包由行车从回转台上吊走。在同一浇次中只换大包而未换中包，只生产同一钢种。连浇中换钢种会在铸坯形成混合区域，既不属于上一钢种也不属于后一钢种，如果钢种区别很大混合区差别很大。1.8.2快换中包

长时间的连浇需要换中包,同时也伴随着大包的更换.更换中包之所以叫”快换”,是指换包后可继续拉浇,新来的钢水直接浇入现有的钢水上.因此,每一流都必须停下来,开走旧中包,新中包和大包开过来重新开浇.由于耐材(工作层座砖长水口)的使用寿命有限,所以快换是必要的.拉浇时快速换中包,节约了重新启动时间限制了切头切尾坯子的数量.增加有效拉浇时间,提高收得率.连浇同一钢种通常无混钢种现场.如果连浇不同的钢种,必须使用钢种分离片(分离蓝)每次快换中包都存在一定的危险,这也可通过操作工的经验和良好的钢水来弥补.在进行首次快换中包之前,连铸人员必须在一块配合过做几回试验.重要的是尽可能减少快换时间,使热坯停留时间减为最短.原因: *在停留时铸坯收缩脱离结晶器铜板

*如果铸坯与结晶器的缝隙增大,钢水有可能从缝隙中流过结晶器,导致漏钢.因此,热坯停留时间不超过4min.如超过的话,拉浇必须停止.进行快换中包,必须满足下面的条件: *下一中包在中包预热站预热好后并全部准备完毕

*混合浇注时连接器(分钢种的分离蓝)必须准备在结晶器的旁边.*下一中包吊到大包回转台上准备开浇 *快换中包同时也换大包,为了更好地控制温度,作为第一包新包的温度必须高一些快换中包的步骤如下: *在下令停浇前,立即加入保护渣.*保护渣使下面的铸坯热量不散发掉 *尽可能同时将各流关掉,停拉矫机 *停掉二冷水或设为最小值 *旋转大包回转台 *旧中包开走

*将分离钢种的连结器放入结晶器钢液中(如图).检查连接器放置在结晶器内的位置是否正确 *将新中包开至浇注位 *新中包于浇注位 *开浇,步骤同前所述 1.9停浇

正常的计划停浇应提前做好准备。步骤如下：

检测到渣时，应该按前面所述，立即将大包水口关闭。操作工在铸坯操作控制板上选择停浇状态。

关闭大包钢水液面到达前所述液位（约200min），立即停浇。通常中间包外侧的铸坯先拉，因其在中包内温度较低。此时，先拉哪一流也受其他一些因素的影响。如下： *结死 *结流 *优化切割

为得到最大的收得率，中包尽快浇注完。另一方面，应避免将渣子浇入结晶器中。停浇时，钢水液位不低于200mm。通常是在尾坯停止拉浇后停浇。

其间，操作方式转为清空设备（参见后面的功能描述）

尾坯不必喷水冷却。等待一段时间，按电气手册中描述的那样按下需要的按钮，重新启动连铸。

结束拉浇但不停连铸也是有可能的。过程如下：

将铸坯拉出后，按电气手册所描述的那样，初始化所需的操作方式。按此程序，应将拉速减至约名义值的70%，以便在铸坯上部凝固。当拉矫机停止后，喷淋水设为最小值。

对尾坯全部设备都对其跟踪，包括拉矫机，火切机。各设备按尾坯撤离其工作区的顺序停车（结晶器、振动台、二冷水、排蒸汽系统等）。注意：尾坯必须被切除，直到中心无缩孔。1.10 质量控制/质量保证

根据钢种各自的特性和要求，相关钢种的质量标准列于表中。

根据拉浇观察到的及发货条件、检验条件、成品货半成品，应进行下述的检验。1.10.1间接检验方法 间接检验方法 间接检验包括拉浇时进行观察和对连铸相关方面的测定.连铸相关问题 对质量的影响 *长水口注流

*(大包----中间包)C *中包液位 CCDLTO *塞棒 C *中包内钢水温度 SLMSC *保护渣 CEO *结晶器内的钢流 CDL *拉速 CDSM *铸坯表面温度 TE 其中: *C-----高倍和低倍的纯净度 *CD-----分布的非金属夹杂 *S------偏析 *L------纵裂 *T------横裂 *E------角裂纹 *M------中心裂纹 *SC-----皮下气泡 *O------振痕

正确调节以下方面: 可避免: *铸坯导向辊缝 STMSC *铸坯导向调节 TESC *挤压辊压力 STMSC *结晶器倒锥度 LTE *铸坯与结晶器间的摩擦 LT漏钢 1.10.2直接检验 1.10.2.1检验表面

没有一种检验方法可将所有的表面缺陷同时检验出来的,所以需要进行几种不同的检验.要把严重缺陷的产品(S)----在铸坯表面、肉眼可见的与轻微缺陷的产品（L）----除非表面处理后才看清楚的区分开来。VOEST-ALPINE设计出一种特殊的设备，用来酸洗半成品并测出振痕的侧面图。通常使用涡流、激光、红外线等检测方法检测。1.10.2.2内部缺陷的检测

检验铸坯内部缺陷,非特殊情况一般采用硫印,深度酸蚀,组织酸蚀,用切面评估法检验内部质量.检验

角裂 边裂 星裂 低倍夹渣 针孔 气泡 振痕 其它缺陷,如:溢钢,渣坑,双浇 检验方法 横向 纵向 横向 纵向 目检

铸坯表面: S S S S S * S yes 酸洗表面 L+S L+S L+S L+S L+S * * * L+S yes 剥皮检验 S S L+S L+S L+S yes yes yes yes

塔形: S* S* L+S L+S S yes yes yes 涡流检测 L*+S L*+S L*+S L*+S L*+S 激光红外线检测等:

L*+S

L*+S

L*+S

L*+S

L*+S 振痕简图: L+S *在一定条件下评估

检验

偏析 皮下气泡 低倍组织 箸状夹渣 低倍夹渣 检验方法 S C-Mn 裂纹偏析带2)无偏析3)硫印(断面)R R * R* * 4)*

组织酸蚀(纵向和圆面)R R* yes R R * yes 切面评估(剪切火切)

* yes yes

振痕 气泡 yes 角样

蓝幛弯月检验(小断面)

* * * * 特殊成分分析 yes yes

2)例如:弯曲挤压或皮下裂纹 3)如:中心线裂纹 4)如:脱铝低碳钢

R 根据内部标准图评估 * 在一定条件下评估 1.10.3取样及检验 1.10.3.1入中包前取样

包括所有至大包到连铸平台,为确定温度合乎和钢水化学成分的样.基于上面的化学成分可计算出相应炉号的液相线温度.在大包处理站的EMF测温取样(CELO+样)装置使镇静钢脱S成为可能.1.10.3.2中包测温

在拉浇过程中要测几次温度.温度应为液相线上20~30度;当C含量<0.06%,高出液相线30~40度,但如果钢水C含量>0.5,则只高出液相线15~20度.1.10.3.3中包取样

取化学成分样及后面的EMF测温样.开浇后(即过热度消散掉)5-10min取样.1.10.3.4铸坯取样

无检验表面质量的样相反,所有的铸坯在准备热送前或喷沙前都应检验,无论是否打磨或清理,只有经过酸洗才使表面得到大面积处理.除了对切面的评估外应切下300mm长的铸坯.从这一断面上经过酸蚀硫印可取下(碟形样,角样,纵向样)各种样,角样只在高应力铸坯上取.对于高品质的钢种,例如:100Cr6推荐采用以下步骤:每炉取两个样: &第一炉

从外侧一流的第二根坯子取一个样 从里侧一流的第二根坯子上取一个样 &第二炉至倒数的第二炉

从外侧一流的中间一根坯上取一个样 从里侧一流的中间一根坯上取一个样 &最后一炉

从外侧一流倒数第2根坯子上取一个样 从里侧一流倒数第2根坯子上取一个样 注意:如果铸坯送缓冷其取样规则是一样的

对普遍和低等级钢种的建议:每一浇次至少取一样 &第一炉:从2或5流,第二根坯上取一个样.1.10.3.5冶炼缺陷----铸坯缺陷----原因/纠正方法

许多生产条件都会影响产品质量.同时,也要考虑生产工艺和各种质量要求引起如下所列缺陷.根据目前我们的知识和经验,提出一些补救措施.特别是以下参数会引起冶金缺陷: *连铸机大小 *拉浇温度 *拉速 *保护拉浇 *结晶器参数 *振动频率 *振幅

*保护渣/润滑油 *冷却 *铸坯导向

缺陷主要分为两类: *表面缺陷 *内部缺陷

1.10.4.1表面缺陷

生产过程中出现的表面缺陷必须尽早检查到,即: 当铸坯在输出辊道上和后部精整能量回收区.在所有的表面缺陷中,裂纹发生的最多,其被空气氧化后构成很严重的质量问题.在后续热扎中也不能焊合,所以直到扎成材也不能消除.表面裂纹造成材质疏松,可能成为废品,次品及需要大量的表面清理作业.如发生表面裂纹,必须检查相应一流的铸坯导向和结晶器.下面的表面缺陷祥述于后面的章节中: *纵向角裂 *横向角裂 *横向裂纹 *纵向裂纹 *星裂 *振痕 *皮下气泡 *低倍夹渣 *重接 *横向凹陷 *菱形变形 *鼓肚,凹陷

1.10.4.1.1纵向角裂 缺陷/起源的描述: 一般易发生在结晶器下方,由于在角部或靠近角部坯壳成长不充分并形成黑痕.原因 纠正措施 由于结晶器倒锥度不够在角部形成缝隙 改变结晶器倒锥度 结晶器底部极度磨损 更换结晶器 结晶器角部有间隙 更换结晶器 中包温度过高 降低拉速 拉速过高 降低拉速

C含量在包晶区间其S,P高 如可能的话,改变化学成分 1.10.4.1.2横向角裂 缺陷/起源的描述: 极易发生在小断面铸坯结晶器底部,二冷水区,拉伸矫直区,由拉应力引起的.原因 纠正措施

由于倒锥度过大,引起结晶器角部摩擦力过大 改变结晶器倒锥度 角部冷却强度过大 减少角部水量 二冷区温度梯度过大 减少二冷水量

结晶器保护渣/润滑油不足 改变保护渣/增加润滑油加入量 不规则振动 改变振动的运动

短时间溢钢 停浇此流----清理溢钢 结晶器扇形段不准 校弧 矫直温度过低 至少900度

合金元素增加裂纹敏感 如可能的话,改变化学成分 1.10.4.1.3横向裂纹 缺陷/起源的描述: 特别容易发生于小断面裂纹敏感的钢种,由于结晶器底部,二冷水区,拉矫区的拉伸应力而造成的,横向裂纹经常在热坯上就可以发现.原因 纠正措施

由于倒锥度不当,引起摩擦力过大 改变结晶器倒锥度 结晶器表面缺陷 更换结晶器

保护渣/润滑油量不足 改变保护渣/增加润滑油加入量 不规则振动 改变振动台振动

短时间溢钢 停浇此流----清理溢钢 二冷区温度梯度过大 减少二冷水量 纵向拉应力 检查校正弧度 矫直温度过低 至少900度

合金元素增加裂纹敏感 如可能的话,改变化学成分 1.10.4.1.4纵向裂纹 缺陷/起源的描述: 随着张力强度的波动,这些短裂纹常伴有轻微的表面凹陷,常发生于二冷区的上部,在热坯上就可以检测出.原因 纠正措施 拉速过快 降低拉速 拉浇温度过高 降低拉速

保护渣/润滑油量不足 改变保护渣/增加润滑油加入量 结晶器倒锥度不够,结晶器表面缺陷 更换结晶器 变化的振动/拉速 保持稳定值

二冷水温度梯度太大 减少冷却水量 纵向拉应力 检查校正弧度

合金元素增加裂纹敏感性 如有可能改变化学成分 1.10.4.1.4星裂 缺陷/起源的描述: 发生在结晶器底部的坯壳上,只能通过火焰轻度清理,打磨或酸洗后才能检测出,小断面尺寸很少发生.原因 纠正措施

结晶器底部极度磨损 更换结晶器 结晶器镀Cr层磨掉 更换结晶器

保护渣/润滑油量不足 改变保护渣/增加润滑油加入量 由于温度的变化而产生热应力 保持稳定的拉速和水量 二冷水太强 减少二冷水量

由于弧度不当而产生的机械应力 检查校正弧度

1.10.4.1.5异常的振痕 缺陷/起源的描述: 主要的表面裂纹起源于结晶器顶部,深度的振痕会导致横裂,浅的振痕发生翻皮,轻轻地角磨后就可检查测出.原因 纠正措施 振幅太大 提高频率

保护渣/润滑油量不足 改变保护渣/增加润滑油加入量 结晶器角部有裂纹 更换结晶器

悬壳 改变保护渣/增加润滑油加入量,防止短时间溢钢;避免液面急剧升降.1.10.4.1.6皮下气泡 缺陷/起源的描述: 一种主要的表面缺陷,发生在结晶器内.多数为体积小,气体活性高的,只通过表面清理就可以检测出,间距0.5~3mm不规则分布,圆形的,球形的或椭圆形的,最大为皮下5mm.也包括细孔,针孔.原因 纠正措施

脱氧或脱气不足 干燥合金元素

潮湿的保护渣/润滑油 使用干燥的保护渣/无水润滑油

弯月面的扰动 提高脱氧效率，降低通氩量，增加水口侵入深度 水口插入深度太深，通氩距离太远 抬高中包 耐材潮湿 更好地干燥中间包 拉浇温度太高 降低拉速或停浇

1.10.4.1.7低倍夹渣 缺陷/起源的描述: 主要的表面缺陷，主要的发生在结晶器内，拉浇之初，更换中包之后和拉浇结束时，尺寸为5-10mm，深度为10mm，轻微的表面清理后即可检测到。原因 纠正措施

保护渣不合适（粘度，流动性及熔点不对）更换保护渣 保护渣/润滑受潮 干燥保护渣，使用无水润滑油 耐材过度磨损 更换中包包衬

弯月面的扰动 增强脱氧效果，降低氩气量，增加水口侵入深度 拉浇温度过低 增加拉速，更换大包

Mn硅酸盐的凝结物 检查Mn/Si比，使用EMS

1.10.4.1.8重接 缺陷/起源的描述: 与振痕类似，多数发生在弯月面区域内夹渣聚集处，深度可达5mm裂纹形状。严重的重接在热坯上可见。原因 纠正措施 振幅太大 增快频率 液位波动 保持液位稳定

水口侵入深度不足或不正确 调节中包高度 拉速变化极快 保持拉速恒定 1.10.4.1.9横向凹陷 缺陷/起源的描述: 与重接类似，发生在结晶器内，大多数情况下都各有不同，在热坯上就克检测出来，凹痕长度达到50mm，深度达到10mm，在同一水平上。原因 纠正措施

拉速变化大 保持拉速稳定

浇注液位变化太大 保持弯月面液位恒定

1.10.4.1.10菱形 缺陷/起源的描述: 易发于小断面铸坯的包晶或高碳钢，起源于结晶器内或二冷区内。原因 纠正措施

两相邻结晶器壁的冷却强度不同 更换结晶器

由于变形在二冷区产生拉伸应力 仔细调节结晶器足辊以限制拉应力 结晶器过冷 增加Δ-T，增加拉速 偏心浇注 对中注流中心

1.10.4.1.11鼓肚 缺陷/起源的描述: 发生在铸坯支撑区域，特别是大断面铸坯，严重的鼓肚（凹陷）会导致内部缺陷（角裂）原因 纠正措施

铸坯支撑段太短 增长铸坯支撑的长度

相对于坯壳的厚度，支撑辊间距太大 缩短辊间距，或增加支撑辊 拉速太快 降低拉速 拉浇温度太高 降低拉速 偏心浇注 对中注流中心 拉矫机压力过大 降低压力

1.10.4.1.12凹陷

纵向凹陷宽5-20mm，深度达到4mm长度为几米，由于保护渣粘度太大，发生在弯月面区，由于保护渣产生分离的效果，形成二层薄的球子晶会在二冷区引起凹陷，张力和内部裂纹。火焰清理会使内部裂纹开裂。原因 纠正措施

保护渣不当 更换保护渣

弯月面内扰动 提高脱氧效果，减少通氩量，增加水口深度 偏心浇注 对中注流中心

1.10.4.2.1内部缺陷

如果是严重的内部缺陷，通常在火切机就应检验出来，如较重的分层，夹渣，偏析。通常是在取样后检测出来的。

发生较频繁的内部缺陷是内裂，中心偏析，氧化物夹杂和中心疏松。这些缺陷的原因为材料，拉浇工艺和设备。特别是凝固条件会产生很多缺陷。

凝固组织的描述：

球状边缘区细结晶体是由结晶器的热吸收而形成的。

柱状树枝晶区是由局部冷却到凝固点以下而形成的，晶体沿着温降的方向成长。晶体的宽度受二冷水量和中包过热度的影响。球状心部区域在过冷区形成，由于铸坯中心低温降而产生的。如果无此区可能是过热度太高而且是对柱状晶敏感的钢种。

钢中的杂质和离析物被推向树枝晶的前沿并形成结晶体的晶核。我们对下列部分内部缺陷进行说明： *中间裂纹 *角裂

*三角点裂纹 *中心裂纹 *对角线裂纹 *挤压裂纹 *弯曲矫直裂纹 *冷裂

*近表面偏析线 *缩孔和中心疏松 *中心偏析 *非金属夹渣

1.10.4.2.2中间裂纹 缺陷/起源描述：

位于表面和铸坯中心的中间，起源于二冷区后的区域。出现率受钢种的化学成分的影响。如果二冷区过冷和铸坯回热，拉浇温度高产生裂纹。原因 纠正措施

二冷水过强 减少二冷水量 拉速太低 拉高拉速

结晶器过冷 提高Δ-T，提高拉速

坯壳回热 检查二冷水的分配，检查可能堵塞的喷嘴

结晶器倒锥度不足 检查结晶器倒锥度，检查结晶器的磨损情况 钢种对裂纹敏感 如有可能，改变化学成分

1.10.4.2.3角裂

缺陷/起源描述：如果在结晶器内有较大的菱形或二冷区有鼓肚，在二相区脆弱的树枝状凝固组织在靠近角部形成裂纹，多发于大断面铸坯上。原因 纠正措施

相对于坯壳厚度支撑辊间距太大 缩短间距，降低拉速 支撑辊太短 增长支撑辊长度，降低拉速

结晶器倒锥度不足 改变倒锥度，检查结晶器磨损情况 相邻两边冷却强度不同 检查结晶器几何形状 偏心注流 对中注流中心

1.10.4.2.4三角点裂纹 缺陷/起源描述：

发生与凝固前沿相遇区，由于鼓肚产生拉伸应力而引起的，同时也产生窄边偏析。原因 纠正措施

铸坯支撑太短 增加铸坯支撑长度，降低拉速

相对于坯壳厚度支撑辊间距太大 缩短辊间距，增加辊子，降低拉速

Mn含量太高（Mn最大为0.9%，Mn/S比最小为30/1）如有可能改变化学成分

1.10.4.2.5中心裂纹 缺陷/起源描述：

中心裂纹在凝固前沿由分层,(H)裂及许多铸坯中心树枝不规则二冷缩孔所构成.原因 纠正措施

由凝固末期温度梯度过高,在相邻之间形成收缩和张力 减少二冷水量或增快拉速

缩孔由于成分分离后,从树枝晶间或松散的晶体聚集处的偏析成分而形成的 拉浇温度太高 液芯末端的辊子偏斜 检查辊子对正

1.10.4.2.5对角线裂纹 缺陷/起源描述：

特别多见于小断面铸坯,经常发生于菱形的小方坯,在钝形边上,起源结晶器,或二冷区,裂纹的长度取决于应力的强度和间距.原因 纠正措施

相邻两边冷却强度不同 检查结晶器冷却

倒锥度不足 更换结晶器,检查结晶器磨损情况 拉速太低 提高拉速

结晶器内过冷 提高ΔT,提高拉速

坯壳回热 检查二冷水的分布,检查可能堵塞的喷嘴

1.10.4.2.5挤压裂纹 缺陷/起源描述：

如液芯在变形区较粗时,挤压裂纹为垂直铸坯轴心线的方向.如液芯在变形区较细时,其为平行压辊轴线方向,大多数裂纹被残余钢水填充(=压力裂纹)原因 纠正措施

输送辊不对正 检查辊子对中情况 挤压辊处的变形太大 降低液压缸压力

1.10.4.2.6弯曲矫直裂纹 缺陷/起源描述：

频发于铸坯有张力的两侧,顺着铸坯中心的方向,经常发生于铸坯底侧(连铸外侧),当在弯曲的应力和内弧的矫直应力超过坯壳的塑变后面产生弯曲矫直裂纹.原因 纠正措施

辊子移位 检查设备对中

矫直温度太低(应大于850度)提高拉速,在快换中包时停掉二冷水

1.10.4.2.7冷裂 缺陷/起源描述：

发生在结晶器内靠近铸坯的表面,或是在二冷区,铸坯中心,大多数情况与铸坯同向.原因 纠正措施

倒锥度不足 更换结晶器,检查结晶器磨损情况 拉速太低 提高拉速

结晶器内过冷 提高ΔT,提高拉速 二冷水过强 减少冷却水量

1.10.4.2.7靠近表面的偏析线 缺陷/起源描述：

三角点裂纹和冷却裂纹由于被偏析残余钢水填充而形成偏析线,由于漂浮的作用夹渣也能在内部上方形成偏析线.原因 纠正措施

拉浇温度过低 提高拉速/更换大包 拉浇温度过高 降低拉速/使用EMS 弯月面扰动严重 提高钢水脱氧能力,减少通氩量,增加水口侵入深度

中包工作层耐材不好 更换材料,中包不满一半不开浇,保持中包液位不低于200mm.

第五篇：板坯连铸系统中PLC控制功能与技术实现论文

板坯连铸系统简介

以板坯连铸机生产工艺的特点为分级依据，可以把板坯连铸系统分为基础自动化系统以及过程控制计算机系统两级系统，其中一级为自动化系统，是运行基础；二级带有部分管理功能。基础自动化系统是一套完整的电/仪一体化系统，在系统运行中起着非常重要的作用，它能够完成各工艺装置的顺序控制以及相关操作，可以对工艺参数进行设置，还可以对工艺参数与设备状态进行显示与预警，对工艺流程进行监控。另外，其还有通信功能。过程控制计算机系统有质量跟踪、参数设定以及铸机的模型计算的功能。除此之外，对于网络的相关配置问题，通过 PLC 与上位机之间的信息转换与以太网相连接，利用 TCP/IP 协议完成数据转换。板坯连铸系统中 PLC 控制功能说明

2.1 大包回转台及中间罐车控制

一方面，对装有合格钢水的钢水包，一般要通过行车的吊运运至大包回转台的钢包臂上，此时包臂会运转到浇注位置等待浇铸。

另一方面，提前预热好的中间罐通过中间罐车运送至结晶器的上方，此时中间罐会下降以完成对中就位；在准备工作完成后，钢水罐开始下降，到达指定位置后就要手动开启滑动水口，随之钢水就会通过长水口流入中间罐，等到中间罐内的钢水质量达到指定要求后就需要人工开启中间罐塞棒，这时钢水就会通过侵入式水口流入结晶器内，从而完成这一工序。

2.2 送引锭、脱引锭控制

（1）送引锭：当送引锭指令发出后，引锭杆存放小车会向下反转运行，当引锭杆到达切割后辊道位置时四个对中缸将开始进行对中，随之切割前、切割下、切割后辊道自动运行，将引锭杆送至水平扇形段内。当引锭杆尾部离开 2# 光电管时，切割后辊道就会停止运行，当其到达 1# 光电管时，切割下及切割前辊道就会停止运行，随之辊道就会以 5 米/分的速度在扇形段内运行，与此同时解码器也开始对其进行跟踪记录，最后将引锭杆送入结晶器下口。（2）脱引锭：当引锭杆从扇形段出来达到 1# 光电管时，引锭头就会与铸坯分离，当引锭杆到达 2# 光电管时切割后辊道就会停止，随之引锭杆被移出。

2.3 火焰切割机自动切割控制

在自动状态下，红外定尺系统会给火焰切割机的 PLC 发出信号，火焰切割机只有在接收到信号时才会进行工作。首先，火焰切割机会先进行预压紧，与此同时切割枪开始运动，当切割枪运转至铸坯边缘时，预煤气阀以及热氧阀就会自动打开；当其运转到之前红外定尺系统所检测的定尺距离后，火焰切割机的压头开始下压随之切割氧与粒化水打开，进行切割工作。当切割枪到达切割下辊道边缘时，切下辊就会开始向下方摆动，一直等到切割枪离开切下辊，其才能够向上摆回到原位。

2.4 输送辊道及推钢机控制

输送辊道系统是由移载下线辊道、切割后辊道、切割下辊道以及切割前辊道这四道工序组成。在输送辊道系统运行过程中主要有五个具体步骤：（1）火焰切割机在对钢坯切割完毕后发出切割完毕信号，随之切割后辊道开始正转；（2）在 2# 光电管检测到铸坯的情况下，移载下线辊道开始运作；（3）当铸坯尾部离开 2# 光电管时，之前运转的切割后辊道停止运作；（4）在 3# 光电管检测到铸坯的情况下，之前运行的移载下线辊道就会停止运作；（5）下线辊道运行停止时说明铸坯已成型，再利用推钢机把铸坯转移到冷床上进行冷却。

这样就可以科学的对铸坯进行生产。板坯连铸系统中 PLC 控制技术的实现

3.1 变频调速控制技术

在现代板坯连铸系统中，变频调速控制技术已在各个设备中广泛应用；主要包括推钢机、火焰切割机、输送辊道、扇形段辊道、结晶器振动、中间罐车以及大包回转台等。一般来说，PLC 是通过 Re－mote I/O Scanner 通讯方式来把控制命令传输给变频器的，与此同时，变频器也将其实时状态反馈给 PLC 系统。另外，控制程序主要借助 MOV 指令来把速度、正反转以及启动停止命令以信息的形式传送给变频器，然后利用变频器的变频调速功能对整个系统进行自动控制。

3.2 铸流自动跟踪技术

铸流自动跟踪系统主要是利用物理上的光电转换原理进行工作的，通过增量式编码器来完成自动跟踪。增量式编码器可以直接利用光电转换原理来输出 A、B 以及 Z 相三组方波脉冲；其中，A、B两组方波脉冲的相位差为 90°，所以能够比较方便的判断出旋转方向；与此不同的 Z 相每转一个脉冲，所以其常应用与对基准点的科学准确定位。增量式编码器的技术含量较高，其平均寿命可达几万小时以上，而且其构造原理较为简单，抗干扰的能力较强，有较高的可靠性，比较适用于长距离的传输。一般来说，A-B 增量型编码器多安装在扇行段驱动辊的电机上，铸流 PLC 依据增量式编码器发送的脉冲数来自动计算并完成浇注模式、送引锭模式下的铸坯测长、电力测速以及二冷区配水等全自动控制。

3.3 大包下渣检测技术

大包下渣检测技术是用于检测包内钢水含渣量的一项技术。这个系统主要通过高度自动化、智能化的平衡补偿技术并比较钢渣与钢水导电率来检测钢渣在钢水中的含量，其中还要用到电磁感应的物理原理来对含量进行检测，然后会通过声光报警的方式提醒相关操作者及时发出大包水口关闭信号或自己手动关闭大包滑动水口，以此来控制大中包中钢水的钢渣含量，进而提高钢水的清洁度，提升其质量；除此之外，还有效避免了繁琐的除渣工作，也可以提高钢坯质量。

3.4 液面自动控制技术

液面自动控制是通过涡流传感器来对拉坯及浇钢的速度进行调节的一项技术。一般来说，涡流传感器具有连续测量结晶器钢水液面的功能，它可以输出一系列模拟数据，一般包括随液面高度线性变化的电压以及电流，再把信息传送给液面调节系统，以此完成对拉坯以及浇钢速度的自动控制，使钢水液面得以稳定在预定高度。这样一来，就可以有效的提高连铸机的工作效率，提升其工作质量，防止溢钢及漏钢事故的发生，对钢坯的质量进行有效的保证。

3.5 红外定尺技术

所谓的红外定尺即是通过红外摄像的方式对钢坯进行相关数据识别。利用红外摄像设备对红热钢坯进行远距离实时成像，将所成图像转化为数字化信息，然后传送给 CPU，再利用 CPU 的计算与模糊识别功能对数字化信息进行相关计算与识别处理，再按照提前设定的定尺长度向 PLC 传送切割切割信号，使 PLC 控制火焰切割机对钢坯进行切割。这个系统的技术含量较高，一般具备操作维护简单、控制精度高以及检测可靠的特点，在钢坯处理中发挥非常重要的作用。结束语

综上所述，在板坯连铸系统之中 PLC 控制的应用，对于准确、快速控制的实现，连铸自动化水平、铸坯质量与产量的提高具有非常重要的作用，而且能够降低能源消耗，降低机械故障的停机率，使得铸机的作业率得以有效提高，除此之外，还大大改善了工作环境，提高了工人的工作效率。因此，PLC 控制系统在板坯连铸系统之中值得推广应用。

参考文献

[1]黎华.PLC 在 4 号板坯连铸系统中的应用[J].柳钢科技，2007（1）：23-24.[2]冯科，韩志伟，毛敬华.连铸板坯质量控制的系统技术[J].钢铁技术，2010（5）：7-9.[3]杨立安，李涛.板坯连铸控制系统改造[J].科技传播，2013（1）：134-135.