第一篇：连铸及炉外精炼自动化技术 教案
第1章
炉外精炼工艺概述
炉外精炼是把转炉、平炉或电炉中所炼的钢水移到另一个容器中(主要是钢水包)进行精炼的过程，也叫“二次炼钢或钢包精炼”。炉外精炼把传统的炼钢分成两步，第一步叫初炼，在氧化性气氛下进行炉料的熔化、脱磷、脱碳和主合金化；第二步叫精炼：在真空、惰性气氛或可控气氛下进行脱氧、脱硫、去除夹 杂、夹杂物变性、微调成分、控制钢水温度等。
各种炉外精炼方法的工艺各不相同，其共同的特点是：有一个理想的精炼气氛，如真空、惰性气体或还原性气体；采用电磁力、吹惰性气体搅拌钢水；为补偿精炼过程中的钢水温度降损失，采用电弧、等离子、化学法等加热方法。
钢包精炼设备应满足以下基本要求：
(1)调节钢水温度，达到连铸所要求的浇注温度范围；
(2)提高钢水清洁度，特别是减少钢中大型夹杂物的含量；
(3)降低钢中气体含量(如氢、氮含量H<2×10“)；
(4)降低钢中有害杂质(如硫、磷)含量；
(5)使钢水中温度和成分均匀化，并微调成分使成品钢的化学成分范围非常窄；
(6)改变钢中夹杂物的形态和组成，改善钢水的流动性；
(7)减轻炼钢炉的冶炼负荷，缩短冶炼周期，提高生产率；
(8)钢包精炼炉成为炼钢炉和连铸机之间的一个“缓冲器“平衡两者之间的生产节奏，有利于提高连铸机的生产率。
1.1 RH循环真空脱气精炼
通常在炼钢工业上使用两种真空循环脱气法，单连通管法或称DH工艺及双连通管绫或称为RH工艺。现代的单连通管DH的脱气设备如图1—1所示
1.1.2RH真空精炼的设备(1)RH真空室(2)排气装置。
(3)铁合金加料系统。(4)真空室的加热装置。(5)真空室支撑设备
1.1.3 RH真空精炼钢水循环机理
下部设有两根环流管的脱气室，在脱气处理时，将环流管插入钢水„一一定深度，然后启动真空泵，真空室被抽成真空。由于真空室内外压力差，钢水从两根插入管上升到与压差相等的高度，即循环高度B与此同时，上升管输入驱动气体(氩气及其他惰性气体、反应气体)，驱动气体由于受热膨胀以及压力由t1降到t2，而引起等温膨胀，即上升管内钢水与气体混合物密度降低，而驱动钢水上升像喷泵一样涌人真空室内，使真空室内的平衡状态受到破坏。为了保持平衡一部分钢水从下降管回到钢包中，这样钢水受压差和驱动气体的作用，不断从上升管涌人真空室内，经过脱气后的钢水W经下降管回到钢包内，周而复始，实现了钢水循环。并在脱气室内脱除气体。
1.2 LF炉钢包精炼
LF是70年代初由日本开发成功，并大量推广，成为当代最主要的炉外精炼设备。LF具有以下工艺优点：
精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢；
具有电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高； 具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性； 采用渣钢精炼工艺，精炼成本低；设备简单，投资较少。
LF精良过程顺序
1.3 CAS/CAS-OB钢包精炼
钢包吹氩精炼法
钢包内喷吹惰性气体(Ar气)搅拌工艺(底吹或顶吹法)，又称“钢
包吹氩”技术是最普通也是最简单的炉外处理工艺。
其主要冶金功能是均匀钢水成分、温度、促进夹杂物上浮。通常钢包吹氩的气体搅拌强度为0.003～0.01Nm3/t·min CAS-OB 为了解决钢水升温的问题，日本又在CAS上增设顶吹吹氧枪和加铝丸设备，通过溶入钢水内的铝氧化发热，实现钢水升温，通常称为CAS-OB工艺。
CAS-OB工艺的工作原理是在一个密闭、惰性、无渣的环境下，通过铝的氧化反应放热使钢水升温，并在此惰性气氛下加入合金。
1.4 其他几种炉外精炼法（包括辅助的精炼措施）
1）VOD • VOD是Vacuum(真空)、Oxygen(氧)和Decarburization(脱碳)三个词第一个字母的组合，表示真空条件下吹氧脱碳。
• 该方法是1965年西德首先开发应用的，它是将钢包放入真空罐内从顶部的氧枪向钢包内吹氧脱碳，同时从钢包底部向上吹氩搅拌。
• 此方法适合生产超低碳不锈钢，达到保铬去碳的目的，可与转炉配合使用。
它的优点是实现了低碳不锈钢冶炼的必要的热力学 和动力学的条件——高温、真空、搅拌。
• VOD具有吹氧脱碳、升温、吹氩搅拌、真空脱气、造渣合金化等冶金手段，适用于不锈钢、工业纯铁、精密合金、高温合金和合金结构钢的冶炼。
• 其基本功能概括为：
吹氧升温、脱碳保铬； 脱气；
造渣、脱氧、脱硫、去夹杂； 合金化。
（2）AOD(Argon Oxygen Decarbrization)• 不锈钢的工业性生产开始于上世纪20年代，到目前为止，它的冶炼工艺技术也一直在发展和改进，主要表现在以下几个方面： 允许选用更廉价的原料，降低生产成本。如采用高碳或中碳铬铁代替价格昂贵的微碳铬铁或金属铬，应用不锈钢返回料以回收合金元素。
能生产出高纯度、高均匀性的不锈钢，特别是生产超纯不锈钢。在冶炼过程中能大幅度地去除原材料中带入的碳、硫、磷、气体、夹杂以及其他有害元素。
冶炼工艺能更好地与连铸配合。如冶炼的生产率能适应连铸的要求。
AOD法就是为了解决上述问题而发展起来的一种冶炼高铬不锈钢的专用方法。
• AOD冶炼不锈钢的主要优点是：
因为是吹入气体进行精炼，所以设备投资比VOD少2倍以上；
工艺易掌握，易冶炼超低碳不锈钢；
钢的质量高，与电炉相比，氢氧含量可分别降低25～65%和25～30%，因是吹氩的强搅拌，硫含量很低，可生产≤0.001%的超低硫不锈钢。
在大气压力下向钢水吹氧的同时，吹入惰性气体(Ar)，通过降低PCO以实现脱碳保铬。• AOD精炼效果：
气体。AOD法精炼的不锈钢，其气体含量明显地低于电弧炉返回吹氧法冶炼的产品。由于氢的降低，不锈钢针孔缺陷明显减少。
氮含量比电炉冶炼低30%～60%，降低氮含量对改进铬不锈钢冲击性能有重要作用。
夹杂。由于在整个冶炼过程中，特别是在预还原和精炼时仍喷吹气体，所以AOD法所炼的钢中，基本上消除了大颗粒夹杂，细小夹杂也比电炉所炼的同钢种要低。夹杂物主要是出钙硅酸盐组成，其颗粒细小，分布均匀。
• 脱硫。AOD法吹炼的还原阶段，具有极为优越的脱硫条件。对于超低硫的钢种，采用双渣法，可将钢中的硫脱到10×10-6以下。这种深度脱硫的效果是不锈钢的真空精炼法所难以达到的。
• 有害微量元素的去除。在AOD法精炼中，能够有效地去除诸如铅、铋、锑、锡等有害的微量元素。如我国的一座18tAOD炉所炼的不锈钢，这些有害元素一般都在10×10-6以下。（3）喷吹法
喷吹法是用载气（Ar）将精炼粉剂流态化，形成气固两相流，经过喷枪，直接将精炼剂送入钢液内部。由于在喷吹法中精炼粉剂粒度小，进入钢液后，与钢液的接触面积大大增加。因此，可以显著提高精炼效果。
• 炉外精炼中钢液的精炼剂一类为以钙的化合物（CaO或CaC2）为基的粉剂或合成渣，另一类为合金元素如Ca、Mg、Al、Si及稀土元素等。
• 将精炼剂加入钢液中，可起到脱硫、脱氧，去除夹杂物，夹杂物变性处理以及合金成分调整的作用。（4）喂丝法
喂丝法是将易氧化，密度小的合金元素置于低碳钢包裹线中，通过喂丝机将其送入钢液内部。
• 喂丝法的优点是：
• 可防止易氧化的元素被空气和钢液面上的顶渣氧化，准确控制合金元素添加数量，提高和稳定合金元素的利用率；
• 添加过程无喷溅，避免了钢液再氧化； • 精炼过程温降小； • 设备投资少； • 处理成本低。
第2章 炉外精炼检测仪表和专用传感器
炉外精炼检测用的仪表和专用传感器因工艺流程和设备的不同而不同 , 但大体上可以 分成以下几类 : 钢水温度和成分的检测 , 真空槽和气体的检测 , 喷吹系统(包括载气和粉剂)的计量仪表 , 渣厚、液位等其他仪表。一般通用的仪表如重量、压力、流量、温度、钢水中渣的 检测等 2.1 钢水成分分析用检测仪和专用传感器
钢水成分分析用的方法有热电势法、电化学法、发光分光法、微粒子生成法、气体平衡分 压测定法、排放废气烟尘分析和粘附移送法等。炉外精炼炉主要分析钢水中的碳、氧、续、氢、硅、磷等的含量 2.1.1 钢水定碳检测仪表与传感器
其原理是凝固定碳法 , 即在需要检测钢水中的碳含量时由机械手的测碳插枪把钢水定 碳测量头插入到钢水中 , 在钢水溶化了钢水入口处的薄钢片以后 , 钢水进入到取样杯中 , 这时钢水定碳测量头中的热电偶测得的电势 E，从 A 点上升到最高 点 B, 当钢水开始凝固时 , 由于放出结晶热 , 热电偶电势 E 即从 C 点开始的一段时间内保持 不变 , 即出现 ”平台 “, 过 ”平台 “ 以后 , 温度即迅速下降。这 ”平台 “ 的位置(即温度)与钢水中 含碳量成函数关系 , 根据碳温对照表 , 在准确找出这段 ”平台 “ 后即可求得钢水中的含碳量。
2.1.2 钢水定氧检测仪表与传感器
采用高温固定电能解质制成氧浓差电池测量头 , 进行钢水定氧 , 与现有各定氧法相比有 下列优点 :(1)设备简单 , 不需要取样、取样设备;(2)把氧测量头插入钢水中 , 约 5~10s, 就 可产生稳定的氧电势供检测仪表指示和记录 , 分析过程简单;(3)能直接测出钢水中的活氧 度;(4)能测出钢水中的溶解氧量 , 由于后者与脱氧平衡有直接关系 , 更有利于确定脱氧剂的 加入量而改进脱氧操作。
图 2-2 定氧测量头的原理和结构 2.1.3 钢水中氢含量的在线检测
钢水中氢含量在线检测的原理是测量该气体的分压而得出氢含量根据 Sievert 定律
2.1.4 钢水中锰含量的在线检测
2.2钢水中全元素的在线检测(1)Ar气吹人生成微粒方法。
(2)激光照射生成微粒子法。这是阿拉莫斯研究所开发的。(3)闪光放电生成微粒子法。
(4)使钢水液面直接发光的激光激发法。2.3脱气槽气体成分分析装置
炉外精炼脱气槽气体成分分析系统主要由取样头、过滤器箱和分析仪表三部分组成
炉气流从 No.1 和 N0.2 取样头进入 No.1 和 N0.2 过滤器 , 再经管道和分析仪表箱外 卡凝器等气体处理装置及电磁阀、调节阀、分析仪表。分析仪表一般为红外线分析仪或气相色谱仪(如国内引进美国瓦利安公司技术制造的 SP-3400 型气相色谱仪,微机控制,采用热导检测器、氢火焰检测器、填充柱、毛细管柱分离；通过多阀切换 ,信号自动切换,能实现一次进样, 多维色谱分析 , 快速分析气体中CO,C 乌等含量),近年来更有使用质谱仪以提高精度和减少滞后时间。
第3章 炉外精炼的基础自动化
基础自动化按其性质来说可分为三部分:(1)过程量的检测与控制,简称回路控制即温、压力、料位等过程量的测控;(2)电气传动控制,主要是各个电气设备的顺序控制和起、停及联锁等;(3)中央监视与操作。在炉外精炼中,基础自动化的功能大致包括以下几个部分 :(1)数据采集,包括炉外精炼工艺过程的主要参数的检测;(2)自动控制,即炉外精炼工艺过程中 , 主要工艺参数的自动控制以达到炉外精炼的最终目标;(3)电气传动顺序控制,即对炉外精炼所有的电气设备按工艺所要求的顺序进行控制、锁、起停;(4)故障报警,包括工艺过程参数的超限报警,以及电气、仪表、设备本身的故障报警 ,这些报警又分成轻、中、重三度报警;(5)数据处理,对精炼过程中所采集的数据进行处理和存储 , 以供控制、显示和打印用 , 要处理包括差压、流量的开方 , 温度压力补正等运算 , 消耗按班、日、月的累计计算以及历 数据的存储趋势记录等一系列的运算显示;(6)在精炼过程中接受上位机的设定值进行 SPC(设定值控制),包括数学模型设定以人工智能如模糊控制、神经元网络等指令并进行控制;(7)画面显示,包括 CRT 上显示工艺流程画面、操作画面、工艺参数趋势曲线、历史数、图形画面等;(8)数据记录,包括班报、日报、月报、报警记录以及专门的报表如合金投入量、喂丝重 等;(9)数据通讯,包括 PLC 之间 ,PLC 和 DCS 之间,上下位机之间的通讯。虽然炉外精炼 许多不同的工艺流程 , 但上述功能都是一样的,只是由于工艺流程不同而导致各项的具体内容不同。3.1 RH真空精炼装置基础自动化
真空精炼工艺流程主要分成 7 个系统 , 钢包运输系统、钢包处理站、真空系统、真空加热系统、合金上下料系统、真空室部件修理和更换系统以及真空部件修理、砌造系统
3.1.1RH 基础自动化数据采集功能
RH 真空精炼装置基础自动化数据采集功能包括:钢包小车钢包顶升系统的钢包钢水重量称量;真空室系统的耐火材料内衬温度;真空泵系统的冷凝器冷却水流量、压力和温度、作水温度、密封缸液 ,蒸汽总管流量、压力和温度,蒸汽喷射泵的蒸汽压力 ,主真空间后真空度,废气流量、压力和温度,气体冷却器前后废气温度,气体冷却器温度及冷却隔板排气流量,真空阀前真空度;铁合金系统的各料仓料位,真空料罐真空度;真空室煤气加热系统的主烧嘴煤气、氧气、空气流量和压力,点火烧嘴煤气及压缩空气压力,真空室加热温度,排气烟罩内压力;钢水测温定氧系统的钢水温度和氧含量;真空室插入管吹氧吹氮系统的氢 / 氮支管流量和压力,氢 / 氮插入管流量;设备冷却水系统各冷却点的各冷却水流量、压力和温度;真空室底和插入管煤气烘烤系统的煤气和空气流量压力;真空处理水系统的净循环水水位、甚度、压力和流量;能源介质系统的压缩空气、氧气、氧气、氮气、焦炉煤气、水等总管流量、压力等数据采集。
3.1.2 Rh基础自动化自动控制功能
驱动气体和冷却浸渍管流量自动控制体统 RH真空室压力自动控制体统 RH-KTB氧枪氧流量自动控制系统 RH蒸汽总管压力自动控制系统
3.2 LF-VD钢包炉真空精炼基础自动化（1）数据采集（2）自动控制
（3）电气传动顺序控制（4）故障报警 3.3 CAS/CASOB 钢包精炼基础自动化
CAS/CASOB 其基础自动化的功能如下 :(1)数据采集 CAS/CASOB 钢包精炼的数据采集包括吹氧流量(含温度和压力补正)压力,搅拌时各料仓及投人料斗料位,铁合金及升温铝用称量值,钢水升温时用氧气压力流量,氧枪位置,吹氧时间,钢水温度和氧含量(用消耗式测温和定氧测量头测量)除尘系;的差压等。
(2)自动控制。CAS/CASOB 钢包精炼的自动控制包括 : 搅拌用氧气流量和搅拌时间:定等控制,铁合金及升温用铝称量及投入控制,钢水升温时用氧流量和压力以及吹氧时间
CASOB 具体操作如下 : 钢水包吊运至处理站,对位后,开始底部强吹氧气 , 约 1min,吹开钢水表面渣 ,立即下罩,同时测温取样,按计算好的合金称量 , 不断吹氧,稍后,即可加入铁合金搅拌,如需补偿降温,可用氧枪吹氧升温或投入升温用铝。
3.4 IR-UT钢包精炼基础自动化
由下列设备组成 :(l)供氧气搅拌用的升降机械和氢枪;(2)供氧气用的升降机 械和氧枪;(3)升降带隔离罩的包盖装置;(4)喷吹石灰粉、CaSi 粉罐及枪管;(5)包盖和隔离 罩;(6)合金料仓、卸料器和称量斗小车;(7)除尘系统等
IR-UT 钢包精炼基础自动化的主要功能如下 :(1)数据采集(2)自动控制系统(3)电气传动顺序控制
(4)故障报警
3.5 喂丝机自动化
喂丝机进行喂丝时,首先开启油泵,然后压下铝线(或包含不同料的包芯线), 打开支撑松抱闸, 放开铝线压紧装置,最后开动电动机,转动铝线卷筒,把铝线加到钢水包中进行脱氧
3.6 VOD炉外精炼基础自动化
炉外精炼基础自动化的主要功能如下(1)数据采集(2)自动控制。
(3)电气传动顺序控制。(4)故障报警。
第4章 炉外精炼过程控制自动化
4.1 炉外精炼过程控制自动化采用的硬件和软件
过程控制自动化级(L2)大都使用常规的过程计算机,如美国 DEC 公司的 VAX 系列计 算机,近来更多应用小型机,如 ALPHLA 系列小型机,也有使用 SUN 工作站
4.2 炉外精炼过程控制自动化级（L2）的功能
炉外精炼过程控制自动化级的功能主要有以下几个方面 :(1)试验分析数据处理。由全厂分析中心计算机把各种原料(合金等投入物)分析结果以及全厂分析计算机或精炼炉前快速分析或转炉、电炉计算机的钢水成分送炉外精炼过程 控制计算机 , 后者作合理性的检查后 , 存入原料分析值文件 , 并由 CRT 自动显示。
(2)数据采集。大都由基础臼动化级进行数据采集并经网络 j 二传给过程机 , 其中还包 含某些手动输入数据。大致有以下四类数据 :1)原始数据 , 如炉外精炼的转炉炉次、钢水温 度、重量、成分等。2)处理过程中及处理后的数据 , 如炉外精炼 Ef 真空处理装置的环流氧气、炉气成分、排气量和温度 , 处理后的钢水温度和成分等。3)数学模型以及技术计算所需 数据 , 包括手动输入数据。4)打印报表所需数据。
(3)跟踪。跟踪的内容包括 : 炉外精炼的转炉炉次、钢水参数、出钢时间、对炉外精炼的 要求
(4)生产指令的接受与发布。
(5)生产操作管理。如各个料仓料位和库存量管理、合金称量和加入管理、处理时间管 理等
(6)模型运算、优化与人工智能的应用
(7)技术计算。输入有关炉外精炼的相关数据 , 按计算式集进行计算(8)数据显示。数据显示包括公共画面(CRT 画面目录、菜单、计算机再启动、数据设 定等画面)、工艺流程画面、CRT 数据处理画面(各过程数据测定值、通道、扫描状态、采集许 可标志、状态、未加工原始数据等画面)、数学模型及技术计算结果以及设定控制或操作指导 专门显示画面、管理画面(如各个料仓料位和库存量管理、合金称量和加入管理、处理时间管 理等画面)、工艺参数画面(如时序列曲线、趋势曲线、历史数据曲线等画面)、信息及处理实 绩画面、各类报表画面等
(9)数据记录。数据记录包括打印日报、月报、报警记录、喷吹或投入量报表以及显示画面的硬拷贝等
(10)数据通讯。
4.3 炉外精炼过程控制数学模型和人工智能
A 合金模型
第5章 典型的炉外精炼自动化系统
5.1 华凌涟钢热轧板厂LF炉自动化系统
LF 炉过程自动化系统由1台数据库服务器和3台PC 机组成。数据库服务器的主要 功能是存储工艺数据及生产实绩数据,为模型及报表提供数据支持;同时,数据库服务器也完成部分数据通讯任务。PC 机的主要功能是:提供报警监视,实现人机交互,进行模型数值 计算,完成数据通讯等 5.2 鞍钢第三炼钢厂ANS-OB钢水处理装置自动化系统
ANS-OB 工艺控制要求(1)渣量控制
(2)吹氢排渣控制
(3)浸渍管浸入深度控制。(4)底吹氧气强度控制(5)顶吹氧气控制(6)氧枪枪位控制。(7)氧铝比控制。(8)合金加人量控制
5.2.3ANS-OB 的自动化仪表系统 系统的特点为 :(1)控制能力强。(2)优良的可扩展性
(3)实现真正的 CRT 画面操作。(4)灵活的系统构成(5)高度可靠 系统功能为 :(1)9 个合金料槽料位越限报警(2)称量斗称量
(3)钢水温度和自由氧含量测量(4)氧枪冷却氧气流量控制(5)钢包吹氧控制
5.2.5.2 控制管理功能 控制管理功能有 :(1)生产计划。(2)跟踪
(3)DJSOB 处理
(4)其他。计算机存储有 ANSOB 处理中 主用参数维护画面 , 工艺负责人可通过计算机人员进行修改。计算机具有检查功能 , 包括检 查 DJSOB 处理所涉及的过程是否停止工作(若发现 , 可自动启动)、过程机与 YEWPACK 司 PLC 之间通讯是否正确
第6章 连续铸钢技术
6.1 连续铸钢过程简述
在钢铁的历史上，采用连续铸钢技术之前，一般是将钢水注到钢锭模内铸成钢锭，然后再将其加工成要求的加工尺寸，但这种工艺的成材率较低，生产成本较高，为此，冶金工作者开发了连续铸钢技术，简称连铸技术。连铸是使钢水连续的通过连铸机（结晶器、二冷区、空冷区）变成固态钢坯（连铸坯），发生连续凝固。
连铸运动过程是将钢水转变为固态钢的过程，这一转变过程伴随着固态钢成型、固态相变、液固态相变、铜板与铸坯表面的换热、冷却水与铸坯表面间的复杂换热，钢水是由钢水包-中间包-结晶器-二次冷却-空冷区-切割-铸坯（根据用户要求切割成一定长度）。在整个连铸过程钢水发生相变、铸坯经受弯曲、矫直等一些变化。6.2 连续铸钢的发展
连续铸钢技术是钢铁工业继氧气顶吹转炉之后又一次重要的技术革命，常规的连铸概念是美国的连铸工作者亚瑟（B.Atha，1886年）和德国土木工程师达勒恩（R.M.Daelen，1887 年）提出来的，他们的建议中包括水冷上下敞口结晶器、二次冷却段、引锭杆、夹辊和铸坯切割装置等设备，许多特征与今天的连铸机相似。几十年以后，在1920～1935年，连铸过程主要是用于有色金属，在铜、铝领域已成功得到工业化应用，这时的典型铸机是固定结晶器和低的浇铸速度，液芯长度很少有超过结晶器长度的，这类铸机的长度比较低，这对有色金属工业中的小炉子冶炼来说基本能满足要求，但对炼钢生产的大炉子，且钢水的浇铸温度又比较高、导热系数小、热容大、凝固速度慢等，采用这种连铸机浇铸显然是不可能的。于是在世界范围内，大量的涌现出关于连铸的专利，显示出人们对连铸的兴趣。6.3 连铸工艺及设备
钢包又称盛钢桶、钢水包和大包等，是用于盛钢水的，并在钢包中对钢水进行精练处理等工艺操作。钢水包是由外壳、内衬、和注流控制机构三部分组成，如图所示。
钢包回转台能够在转臂上承接两个钢包，一个用于浇铸，另一个处于待浇状态。回转台可以减少换包时间，有利于实现多炉连浇，同时回转台本身可以完成异跨运输。钢包回转台有直臂式和双臂式两种，图9.20 为直臂钢包回转台。直壁式回转台是两个钢包分别座落在回转台一直壁的两端，同时做回转和升降动作，双壁式回转台的每个臂可单独旋转 90?，各臂可单独升降，钢包回转台有 各自独立的称量系统。为了适应连铸工艺的需要，目前钢包回转台趋于多功能化，增加了吹氩、调温、倾翻倒渣、加盖保温等功能。
连铸结晶器
结晶器是连铸机的重要部分，连铸坯的许多缺陷与结晶器的操作和设计因素有关。钢水在结晶器内冷却，形成初生坯壳，而这一过程是在坯壳与结晶器壁连续相对运动下完成的，因此要求结晶器具有良好的导热性和刚性，且要有耐磨性，高的使用寿命。二次冷却装置
出结晶器的连铸坯凝固坯壳厚度仅有 8～15mm，铸坯的中心仍为液态钢水，为使铸坯快速凝固及实现顺利拉坯，在结晶器之后还设置了二次冷却装置。
铸坯切割设备
铸坯的切割设备是在浇铸过程中将铸坯切割成所需要的定尺长度。铸坯的切割设备可分为两大类，一是火燃切割设备，二是机械切割设备。
机械切割设备
机械剪切也是在连铸拉坯过程中将铸坯剪断。机械剪切机按动力源可分为电动和液压两类；按剪切机的运动方式可分为摆动式和平行式两类；按剪切机布置方式可分为卧式、立式和 45?倾斜式三类，卧式用于立式连铸机，立式和倾斜式用于弧形连铸机。
第7章 连铸机检测仪表
7.1 常规检测仪表
常规检测仪表主要包括压力检测仪表、流量检测仪表、温度检测仪表、重量检测仪表等
7.1.1压力检测
压力检测仪表在连铸机中主要应用在冷却水压力、氢气压力、氧气压力、煤气压力和空 气压力等的检测
常用的压力指示仪表有模片压力表、模盒式压力表、弹簧管式压力表等 , 常用的压力(差 压)变送器有电容式压力(差压)变送器、硅半导体压力(差压)变送器等
7.1.1.1电容式压力(差压)变送器
电容式压力(差压)变送器具有安装使用方便、精 度高(0.25 级)、性能稳定、坚固耐振、单项过载保护性 能好、安全防爆等优点 7.1.1.2硅半导体压力变送器
硅半导体压力变送器的敏感元件是在半导体硅圆片的应变敏感部位扩散出阻值相同的 电阻 , 并做成膜盒状
硅半导体压力变送器具有精度高(0.1%)、温度性能好、使用维修方便 , 可直接安装在管 道上、抗干扰能力强、能工作在恶劣的环境中等特点 7.1.2 流量检测
7.1.2.1冷却水流量的检测
连铸设备用冷却水包括结晶器冷却水、二次冷却水和机器用玲却水三种 冷却水流量的检测不仅是保证设备安全运行 , 铸坯质量可靠的重要因素 , 也是确定热交换程度 , 计量能 源消耗的基础。其中结晶器冷却水和二次冷却水的检测尤为重要。确定他们的流量值 , 主 要依据铸坯断面尺寸、钢种、拉坯速度、水压、钢水温度以及冷却水进口温度等工艺条件。常 用的冷却水流量检测仪表可选用电磁流量计、射流式流量计(又叫涡流式流量计)等。
7.1.2.2 各种气体的流量检测
连铸设备的气体系统主要有钢水吹氧和浇铸保护用氢气 , 中间包干燥与预热用煤气和 空气 , 切割机用煤气和氧气 , 雾化冷却用的空气等 , 为了保证生产安全运行 , 铸坯的质量和能 源消耗计量需要对上述气体进行流量检测
7.1.3 液位检测
在连铸机的生产过程中 , 液位是一个非常重要的物理参数 , 其主要体现在结晶器钢水液 位的检测和水处理各种罐的液位检测等方面
水处理中的液位检测仪可分为差压式液位计、超声波式液位计、电容式液位计
差压式液位计的原理 , 是以容器中液位的任意一点作为静压 , 以这点到液面的距离是和 液体的密度和重力加速度的乘积成正比的 , 假设液体的密度和重力加速度是已知的 , 由此就 能根据测得压力求得液面的距离 , 也就是知道了液位
这种液位检测仪在使用时必须注意 :(1)差压变送器安装的位置必须比最低液位要低。(2)如果液体的密度发生了变化必须对仪表进行补正。(3)液体的波动能使差压变送器的输 出造成不稳定 , 在采集该数据时要进行滤波。(4)导压配管要做成直线配管。
超声波液位计的原理如图 78 所示 , 即从超声波发 送接收器发出超声波在液面发生反射 , 然后再由超声波超声波发送接收器 发送接收器接收 , 测得的发出到接收的时间 , 就可以知道液位。
这种液位检测仪的特征是 :(1)超声波的速度是随气体的种类、温度不同而不同 , 所以要 进行气体温度的补正。(2)是非接触测定所以寿命长。(3)没有移动部件点检维护都很简 单。(4)小型、量轻 , 易于安装
电容式液位计作为相对电极的电容量是随电极间存在液体的导电率的变化而变化的 , 在同心圆筒之间有液体在变化的情况
这种电容式液位计的特点是 :(1)检测器的构造简单生变化 , 容易造成误差(2)在测量时没有移动部位 , 所以使用寿命长。(3)由于液体温度、密度的变化 , 导电率就发生变化 , 容易造成误差 7.1.4 重量检测
在连铸机中重量检测应用是很普遍的 , 而且在铸坯挠铸过程中是一个很重要的检测量 , 如钢包中钢水的重量关系到如何控制钢水包的滑动水口 , 以及提供生产数据;中间包中钢水 的重量直接关系到中间包钢水液面的控制和最佳切控的计算
7.1.5 温度检测
浇注钢水温度一般在 1600 ℃左右 , 采用快速热电偶进行测量
连铸机的温度检测一般分为三个方面 , 即高温的钢水温度测量、进出水温度的测量、板坯表面温度检测。
为了保证温度检测的正确性 , 三线制、四线制两种测温传感器的安装必须注意以下几个方面 :(1)测温传感器在管道上安装应保证测温传感器与流体充分接触 , 因此要求测温传感器避着被测介质的流向 , 至少要与被测介质的流向成 900, 切勿与被测介质成顺流。
(2)对于热电偶传感器 , 如果所安装的管道公称直径小于 5O mu 对于热电阻传感器如果所安装管道公称直径小于 8O mL 应将传感器安装在加装的扩大的管道上。
(3)传感器的工作端应处于管道中流速最大之处。热电偶热电阻保护套管的末端应超过流速中心线。
(4)要有足够的插入深度 , 以减少测量的误差 7.1.6 拉速的检测
拉速是由连铸机设备条件和产量要求而确定的重要工艺参数 , 它的检测对浇铸速度、结 晶器液面高度、冷却水流量及切割速度等各方面都有影响 , 同时也是这些参数控制的主要依 据。在连铸生产过程中需要对拉速进行实时有效的检测
7.2 连铸机过程参数检测仪表或传感器的主要技术指标
如何选择合适的连铸机参数检测仪表或传感器主要考虑以下几个方面 :(1)测量范围。测量范围指仪表或传感器所能检测参数的最大、最小值之间的范围。
最大值与最小值之差称为量程 , 被测参数的变化范围应在量程范围之内 , 常用的被测量值应 在量程的 23 以上 , 最小的测量值也应在量程的 10% 以上。
(2)精度。精度是由仪表或传感器的最大测量误差与量程之比的百分数表示的 , 精度 等级由百分号前的有效数字来确定。
（3)分辨率。分辨率是指仪表或传感器能够检测(区分)最小被测信号的能力 , 能够检 测参数的最小值越小 , 分辨率越高。分辨率也是灵敏度的一种表现形式。它的选择主要依 据的是工艺要求 , 在电子秤的应用中也被称作感度
(4)动态响应。动态响应是指在规定的精度范围内 , 仪表或传感器在输入满量程信号 时 , 达到指示满量程所需要的时间 , 例如 10 II15,0.5s 等。这个过渡时间越短 , 动态响应越 好。对于检测变化较快的参数的仪表和传感器 , 动态响应指标应予以特别的重视。
(5)使用环境。一般检测仪表或传感器都会给出使用环境条件 , 例如环境温度 O ~ 50 ℃ , 相对湿度 75%, 供电电压 ~220 V ± 15% 等。对于不满足规定的使用条件 , 需要增加 一些措施 , 例如冷却、加热、密封等 , 来保证检测仪表或传感器的正常使用。(6)安装条件。有些仪表或传感器对于安装是有条件的 , 例如需要水平或垂直安装。
流量检测仪表还有对于水平直管段长度的要求。称量系统仪表要求的安装压力传感器要在 同一个平面之内等。选择仪表时要考虑这些特殊要求。
7.3 连铸机特殊仪表 7.3.1 结晶器钢水液位仪
结晶器钢水液面的检测为钢水液面的高度控制提供依据 , 是连铸机设备的关键技术之 一 , 钢水液面高度测量准确 , 进而控制得准确 , 对保证铸坯质量 , 特别是防止非金属夹杂物的 卷入 , 防止拉漏 , 提高铸机的生产率和改善操作条件等方面 , 都起着很重要的作用。7.3.1.1 同位素放射式钢水液位仪
同位素放射式钢水液位仪由放射源、探测器、信号处理及输出显示等部分组成 , 如图 7-20 所示。放射源通常采用 60 钻或者 137 铠两种放射性元素 , 利用它们γ射线穿过被测钢液 时一部分被吸收 , 而使γ射线强度变化 , 其变化规律是随着钢水液面高度的增加 , 能吸收γ 射线的区域扩大 , γ射线强度减弱的越多。检测出 y 射线强度变化就可以转换出钢水液面高度的变化
7.3.1.2 电涡流式钢水液位仪
在结晶器钢水液面上方安装一个高频励磁线圈 , 它产生的高频磁场在钢水液面产生电 涡流 , 而这感生电涡流又产生磁场 , 由于该磁场与高频线圈产生的磁场方向相反 , 故而使高 频线圈的阻抗发生变化。线圈阻抗的变化 , 在线圈材料及结构、钢种及温度不变的情况下 , 只与钢水液面高度成单值函数关系。只要检测出高频线圈阻抗的变化 , 就可以转换成结晶 器钢水液面位置的变化。
7.3.1.3 电磁式钢水夜位仪
传感器的发射线圈用交流励磁 , 在结晶钢水内形成电涡流。此电涡流又产生磁通并能 被接收线圈所接收 , 接收线圈接收这两次磁通后即产生感应电势。当钢水液面高度产生变 化时 , 接收线圈产生的感应电势即随之变化 , 通过信号处理和标定就能检测出钢水液面高度的变化数值 7.3.1.4 热电偶式钢水液位仪 热电偶式钢水液位仪是在结晶器钢板壁内部安装一定数量彼此间隔保持一定距离的热 电偶 , 热电偶的正极为结晶器铜壁 , 负极用康铜。在水平面的结晶器内部有钢水 , 则热电偶测得的输出热电势较大 , 无钢水时则热电偶输出热电势较小。热电偶输出的电势大小 , 反映了结晶器壁温度的高低。根据热电偶处在不同的安装位置所输出的电势大小的变化来实现 对结晶器内钢水液位高度的监控
7．3.1.5 激光式钢水淀位仪
该液位仪是根据测得激光发射到激光返还的时间间隔缸 , 通过计算来测得钢水液面的高度
7.3.1.6 电极跟踪式液位仪
在钢水表面的保护渣深 5O mm 左右处 , 在挠铸过程中 , 长期插着电极。电极、保护渣、钢水、结晶器形成一条电流通路 , 电阻值随钢水液面高度而变化
7.3.2 钢渣流出检测仪
钢渣流出检测仪有两种形式 , 一种为涡流感应式的 , 另一种为光导电式的
7.3.2.1 渴流感应式钢渣流出检测仪
涡流感应式钢渣流出检测仪是在钢包或者中间包出钢口的下方的钢流保护装置上安装 一个闭合的通以高频电流的检测线圈,这一检测线圈产生磁通φ 1, 在φ 1 的作用下,钢水产 生电涡流凡 , 而 ie 又产生磁通φ2,φ2和φ1方向相反 , 并与钢水的电导率有关 ,当钢水变成 钢渣时 , 电导率减小,从而使 ie 减少,φ2也就随之减少 这时检测线圈中总磁通为φ = φ1+ φ2也就发生变化。当钢水成分、检测线圈及安装位置一定时 ,φ的变化说明检测线圈的 阻抗发生变化。测得阻扰的变化经信号处理就能区别流出来的是钢水还是钢渣 , 当发现是 钢渣时就紧急关闭水口 , 保证钢渣不流入中间包和结晶器 , 保证钢水质量。
7.3.2.2 光导式钢渣流出检测仪装置
该装置将光导棒装在钢包与中间包之间的钢流保护装置上 , 由光导棒并经光纤引至光 强度检测器 , 钢水中有无渣 , 光的强度不同 , 如发现光强度有明显的变化 , 经信号处理后 , 即 可发出报警信号 , 立即关闭钢包的水口 7.3.3 凝固厚度测定仪
铸坯凝固壳厚度检测有两种方法 , 一是用射钉枪 , 把钉子打人要测厚度的铸坯点 , 由于 液相部分射钉熔化 , 拔出钉子后测量钉子的剩余长度就得知凝固壳厚度。二是采用电磁超 声法进行非接触检测 7.3.4 辑距和辑到偏心度测定仪
测定仪其检测器有编码器和差动变压器等。其信号传输方式有存储和元线传输式。检测器为编码器的方式其原理图如图 7-28 所示。
第8章 连铸机电气传动控制系统
连铸机的电气传动系统控制的配置图如图 81 所示。作为连铸机的电气传动控制系统 , 由于微电子技术的发展应该包括三部分即 :(1)已成为电控系统的主干控制装置的可编程序控制器;(2)电气传动控制用的检测器;(3)电气传动 装置。结合连铸的工艺特点 , 在设计电气传动控制系统时 , 为了合理地配置硬件 , 应考虑下 述几条原则 :(1)连铸机一般都采用一机多流的配置 , 在考虑电控设备配置时 , 也应以流为单位 , 设 置各自独立的主干控制装置可编程序控制器 , 以防止其中某一流发生故障时 , 影响整个或者 其他流的正常工作。
(2)为适应连铸设备采用多级计算机控制的要求 , 主干控制装置应具备自己的数据总 线及 I/O 远距离扩展总线 , 以实现电控系统与上位计算机和仪表控制系统的数据通讯。同
时 , 便于与分散在现场的各种 I/0 设备的连接并进行有效的实时控制 , 即形成高级的 PC 网络。
(3)由于连铸设备的各主要的单体设备分布在不同的区域、不同的平台 , 为满足对操作 监视的工艺要求 , 除应在主控室设置操作监视设备外 , 在就地的各操作室如切割操作室、精 整操作室、液压系统操作室等也应有相应的操作监视设备 , 以便进行设备的监视、控制参数 的手动调节;同时应设机旁操作箱 , 以满足机旁操作和维护用。因此 , 在考虑主干控制装置 时 , 必须考虑这些功能。
(4)由于连铸工艺是在不断改进和发展(如拉速加大等), 主干装置的 I/0 点表 , 除应满 足当前连铸工艺要求外 , 应富裕 15%~20%, 以备系统变更或扩充时用。
(5)从提高可靠性的角度考虑 , 为保证在电控设备出现故障时 , 仍能维持设备的正常运 转 , 主干控制装置通常采用冗余方式 , 一套运行 , 另一套在线热备用。但是随着主干控制装 置可编程序控制器可靠性的提高(运行率可达 9.99%), 有的新建的连铸机只用一套而不采 用冗余方式。8.1 电气传动控制用的检测
检测器是连铸传动控制系统的重要组成部分 , 检测器提供的信号是设备联锁及自动控 制时实现传动装置起动、增速、减速、制动、停止等各种运行状态的基础。连铸机检测器主要 用于位置检测 , 如铸坯头、尾部的位置、引链杆的尾部位置、铸坯的跟踪位置、各单体设备传 动部位所处的位置、定尺长度
等的检测。
连铸机常用的检测器有 :(1)机械式限位开关(2)凸轮控制器。(3)光电管检测器(4)脉冲发生器(5)自整角机(6)接近开关(7)微波检测器
(8)元线感应式位置检测器(9)旋转式分解器 8.2 电气传动装置
在连铸机设备中 , 各单体设备运行电机传动装置的调速方式有直流调速和交流调速两 种 , 直流调速由直流电机和直流调速装置所组成 , 交流调速由交流电机和交流调速装置所组成.在现代连铸设备中 , 交流电动机均采用鼠笼型电动机 , 交流调速的方式有很多种 , 例如 变频调速、串级调速、交流伺服系统、改变电子极对数 , 改变定子电压、改变转子回路电阻等。但变频调速是交流调速的基础和主干内容 , 事实证明它是最有发展前途的一种交流调速方式。8.3 电气传动系统的操作方式
电气传动系统的控制方式共有三类 , 即 : 自动方式、半自动方式和手动方式 自动方式是指电气传动装置根据主干控制装置(如可编程序控制器)规定的运转程序、联锁和设定值 进行自动运转和远距离运转
半自动方式设备的动作也是按规定的运转程序和联锁进行的,但每一次要通过操作按钮来起动,每次完成一个周期动作后就停止 8.4 连铸机单体设备的电气传动控制
确定连铸各单体设备主体传动控制方案是连铸电控系统设计首先要解决的问题。大型
板坯连铸机采用的电气传动控制主要单体设备有 :(1)钢包回转和升降;(2)中间包车的行走和中间包升降;(3)引链杆小车行走 , 引链杆提升装置;(4)的结晶器振动装置 :(5)结晶器在线调宽;(6)夹送辘的拉坯 :(7)火焰切割机的行走 , 割枪平移 , 割枪升降;(8)切割区前后辑道;(9)板坯横移台车、推钢机、垛板台 8.4.1 钢包固转台电气传动控制
钢包回转台是浇注时用以接受钢包和支撑钢包的设备 , 在多炉连铸时 , 用它进行钢包的 快速更换 , 在设备发生故障时 , 用它将正在浇注的钢包迅速转移到钢包事故处理位置(钢水 事故漏槽), 在安装钢包的长水口时需要对钢包进行升降。所以主要电气传动应完成钢包的回转和升降 8.4.1.1 钢包的回转
钢包的回转主要考虑以下几个方面 :(1)静负载力矩较大 , 钢包回转时其负载主要是两个悬臂钢包以约 1r/min 转速旋转。
当两个钢包满罐时具有最大的轴向力矩。当一臂钢包、罐 , 而另一臂无钢包时 , 具有最大的 径向力矩。电气传动系统必须能适应这两种极限负载 ' 情况 , 并保证有足够的起动力矩。
(2)要求起动、停止平稳 , 并且在停止时要有足够的力量锁住 , 而起动时要解除。为保证钢水不致外溅 , 不允许在起、停过程中有较大的冲击
(3)要求停位准确 , 误差不大于 0.f。钢包所处位置有受包位、浇铸位、事故位。由于 回转台运转后 , 存在着较大的惯性力矩 , 所以在停位的设计中 , 要考虑停位前先减速 , 并采取 合适的制动控制。
(4)回转方向要求可逆 , 在主回路电源不是采用由环而是采用电缆的情况下 , 回转控制不得超过 36000(5)考虑停电时的回转。当停电或主干控制设备出事故时 , 应能采用其他方式如液压马达或气动马达 , 这时转动速度为 0.3r/mln, 旋转半圈以上。8.4.1.2 钢包升降
钢包升降的电气传动控制系统 , 通常考虑有足够的起动力矩 , 起、制动平衡和到位停止。其操作因为是在浇铸以前进行 , 所以是采用机侧手动捞钮操作。但有的连铸机升降是采用 液压缸作升降 , 但要注意旋转和升降的联锁 , 在旋转过程中不允许升降 8.4.2 中间包电气传动控制
中间包车是支撑中间包的设备 , 用它将中间包在预热位置和浇铸位置之间来回移动 , 其 主要传动为中间包车的行走和为了安装结晶器的浸渍式水口而升降
8.4.2.1 中间包行走
中间包车的行走通常是在空载情况下进行的 , 仅在事故行走时 , 中间包内有一定的钢 水 , 因此负荷较轻。但是 , 要求有较准确的停止位置 , 特别是向结晶器方向行走时 , 为了把浸 渍式水口对准结晶器的位置 , 有时需要用手动操作箱进行手动点动对准。通常采用双速鼠 笼电机高低速双电机传动。由限位开关发出减速指令 J 中间包车在到达停止位置之前进行 减速。为了连浇 , 通常一台连铸机设置两台中间包车卅配在回转台的两侧 , 这时要注意两台 中间包车之间的联锁和钢包回转台之间的联锁。8.4.2.2 中间包升降
中间包升降负荷较轻 , 主要是要考虑行车与升降刻间的必要联锁 8.4.3 引链小车、链式输送机、引链杆卷扬电气传动撵制
连铸机按引链杆的装入方式 , 可以分为上装引链杆和下装引链杆(对小方坯连铸还有下 装式刚性引链杆)。下装式引链杆没有引链杆小车 , 引陡杆只是侧放在辑道旁边 , 在应用时 用叉车或推拉机将其放在辑道上送入拉矫机二冷段 , 再送结晶器下口。上装式引链杆必须 先把引链杆存放在操作平台上的引链杆的专用小车上。在开始浇铸前 , 先将引链杆车开到 结晶器前 , 开动车上的链式运输机 , 将引链杆插入结晶悻内的规定高度 , 之后引链杆车退回原位。待引链杆从连铸机拉出并与铸坯脱头后 , 再经引链杆提升装置提升 , 重新放在引链杆车上 8.4.3.1 引绽杆小车
引链杆小车的电气传动主要考虑以下几个问题
(1)引绽杆在行车时向结晶器方向主要载荷是引提杆的重量 , 在装完引链杆返回时 , 是
空载 , 只有这两种载荷状态在整个运行过程中是保持不变的 , 整个行程因没有开始浇铸 , 可 以用机侧手动操作来进行操作 , 在操作箱上应该安装分别向前、向后完成整个单方向运行过 程的按钮和点动按钮。(2)电气传动应该为可逆传动。
(3)由于把引链杆装在引键杆小车上的位置和向陆晶器插入引链杆的位置需要停位准确 , 因而需要变速运行 , 到位前先减速。根据以上工艺特点通常采用交流绕线型电动机或多 速鼠笼型电动机 , 减速和停止用限位开关控制。8.4.3.2 链式输送机
链式输送机的电气传动主要考虑以下几个问题 :(1)链式机在输送引链杆时情况比较复杂 , 在向引链杆小车上装载 , 对准结晶器时的运行 , 以及引链杆穿人结晶器后的输送速度都很不一楠 , 因而要求电气传动有较大的调速范围 , 但调速精度不高。
(2)要求有可逆传动 , 并在机侧操作箱进行手动、作。
(3)在考虑到穿引链杆 14 已经进结晶器和二守段的情况下 , 要有防止引链杆自由落下的措施 , 通常要设置电磁制动器。
(4)要求有较高的停位精度(ζ± 1mm)。所以检测引链杆在引链杆小车上的行程 , 必须采归编码器(脉冲发生器)或精密的卧式极限
8.4.3.3 引绽杆提升装置
引链杆提升装置可采用直流电动机晶闸管调压调速式或鼠笼式电动机调频 调速矢量控制方式 , 提升位置控制可采用编码器(脉冲发生器)凸轮控制器或精密的卧式 极限。8.4.3.4 刚性引绽杆
整条钢棒做成的刚性引链杆 , 当其引导小方坯走出矫直相时 , 即与铸坯脱钩 , 停放在出坯辐 道的上方 c 使用刚性引链杆时二次冷却区不需要导向果辑 , 因此控制就简单得多。它主要 用装在矫直辐下的接近开关和装在引链杆存放装置的销齿轮上的脉冲计数器来决定引链杆的位置 , 并通过 PLC 来实现控制。
(1)送引链杆方式。当起动在操作平台上摆动操作箱的 ” 送引链杆 “ 按钮后 , 引链杆存 放装置反转运行 , 机械抱闸松开 , 将引链杆放下 , 当引链杆到拉矫机矫直辑下时 , 接近开关动 作 , 存放装置停 , 抱闸抱住 , 矫直辑压下 , 压到位置后 , 存放装置抱闸松开 , 由拉矫机继续完成 送引链杆工作 , 由脉冲计数器计数。当引链杆到达距结晶器底部 50 cm 时 , 使拉矫机停止 , 引链杆由人工点动精确送入结晶器。
(2)拉引链杆方式。当浇铸开始以后 , 存放装置抱回松开 , 准备接受引链杆回收 , 拉坯 辐正转 , 将引绽杆连同铸坯从二冷室拉出 , 当引链头到达矫直辑处时 , 矫直辑压下完成脱引 链头和铸坯矫直工作 , 与此同时 , 存放装置正转 , 将引链忏回收到存放装置 , 停止运行。8.4.4 结晶器振动电气传动控制
为了防止钢水在结晶器内冷凝时粘结在结晶器国上 , 产生坯壳拉损而引起漏钢事故 , 在 拉坯时必须使结晶器以一定的频率和振幅进行振动川由于结晶器振动。周期地改变钢水液 面与结晶器壁的相对位置有利于保护渣在结晶器壁剧渗透 , 改善润滑状况 , 减少拉坯时摩擦 阻力使得拉坯顺利进行 8.4.5 结晶器在线调宽电气传动控制
结晶器在线调宽装置的运转流程分为才个阶段 :
第一阶段 : 引链杆插入之前 , 标定宽度和锥度的初娟值。
第二阶段 : 引链杆插入之后 , 在保持方式中 , 根据铸在宽度尺寸 , 宽度和锥度初始值进行浇铸运转。| 第三阶段 : 在铸造方式中 , 根据铸坯宽度改变的需蜀 , 进行宽度方向或逆宽度方向的调宽运转。调宽完成后 , 按新宽度和锥度运转。8.4.6 夹送辑的电气传动控制
夹送辑的电气传动包括两个部分 : 一是电气传动保证浇铸时的拉坯速度 , 另一部分是进行夹送辑的辑缝调节以及相关的压缩铸造时的电气传动 8.4.6.1 夹送辑的速度调节
连铸机的铸坯由于存在着运行阻力 , 不会自动从连铸机里出来 , 需要有外力才能将它拉 出来 , 为此需要设置夹送辑。根据连铸机的结构形式不同 , 夹送辑分别具有拉坯、顶弯、矫 直 , 送取引链杆的作用 , 也称拉矫机 在确定夹送辑的电气传动控制时应考虑以下因素 :
(1)在连铸机实际生产过程中 , 要求拉坯速度可变;要求采用比最高拉坯速度高出一倍 的速度送引链杆。因此要求夹送辑的传动系统具有数十倍的调速范围 , 如 0.1~5m/min。同时由于拉速稳定是保证浇注工艺稳定的重要前提条件 , 因此 , 对调速的精度要求很高 , 一 般静差度不大于 1%, 响应时间不应大于 0.550(2)为保证夹送辑传动负荷的均衡 , 防止某一夹送辑负荷过大而产生系统故障 , 需要采用恒定力矩控制或采取负荷均衡措施。
(3)在高速拉坯时 , 为了防止铸坯内裂 , 采用压缩浇铸时 , 水平段需要进行制动力的分配与控制 , 以合理抵消由于矫直在铸坯壳中所产生的拉应力。
(4)当拉坯初期或在送引链杆过程中 , 如发生停电现象 , 应保证铸坯或引链杆不致下
落 , 夹送辑应安装电磁制动器。
(5)由于夹送辑的直径是不一致的(尤其在细辑密排的情况下), 在使用精确的脉冲发 生器计算驱动电机转速的条件下 , 要保证夹送辑的线速度相对一致 , 但又要考虑到铸坯的逐 渐冷却过程 , 即热胀冷缩所造成的线速度的微小差别。
8.4.6.2 夹送辑的辑缝调节
弧形板坯连铸机由几个夹送辐组成一个扇形段 , 而每流由十多个扇形段所组成。扇形 段辐缝调节实质是一个位置自动控制系统 , 每个扇形段辑缝由一台交流电动机驱动 , 为进行 辐缝的增加和减少的调节 , 该电气传动装置由带可逆接触器的电机控制中心供电 , 每台电动 机装有一台自整角机 , 由它将电动机的转动行程信号作为扇形段辐缝实际值送 PLC, 经模-数转换成数字信号 , 并与设定值比较 , 形成指令下达给电动机 , 指示其起动或停止 , 以实现辑 缝自动调节
8.4.7 火焰切割机的电气传动控制
火焰切割机是用以将铸坯按要求的长度 , 切割成定尺长度 , 以及取铸坯断面硫印的设 备 , 它的电气传动控制分别由火焰切割车的行车、切割枪的移动和升降三部分组成8.4.7.1 切割车的走行
切割车走行的电气传动控制主要考虑以下几个方面 :(1)在正常切割时 , 切割车走行仅有返回状态 , 而在前进切割时 , 切割车是夹紧在铸坯上与铸坯同步而被动运行 , 速度是和铸坯拉速一致的。(2)完整的铸坯切割过程包括坯头切割、试样切割(硫印需要切割)、坯尾切割、最终一 块尾坯切割等多种方式 , 因此切割机行走的状态与停止位置依切割方式而定。具体的控制 过程将在连铸基础自动化及功能这一章详细加以叙述。
(3)为了保证切割定尺的准确性 , 要求切割车返回时准确定位(包括初始位、切头位、切尾坯位等)并在到达定尺位置前 300~50O mm 时开始减速。
(4)切割车行车速度和减速速度一经调整确定后固定不变 , 因此不需要连续调速。通 常切割车采用交流电机、变频调速、电磁制动器 8.4.7.2 切割枪平移
切割枪平移电气传动控制主要考虑以下几个方面 :(1)割枪平移时 , 其负荷很轻通常在 0.5KW 以下。
(2)为了保证切割质量 , 要求平移速度稳定 , 静差度《 0.5%。
(3)按切割工艺要求 , 切割枪平移应该慢速起切 , 中速切割 , 高速返回 , 调速范围一般按100mm/mIn 左右考虑。(4)由于铸坯的温度、钢种、断面不同 , 要求切割枪平移速度连续可调。因此切割枪平移必须采用高精度调速系统 , 如直流电气传动 , 晶闸管可逆装置供电 , 通过弱磁实现高速返回移动。8.4.8 切割区辑道电气传动控制
切割区辐道主要功能是合理输送铸坯和防止切割火焰损坏辐道。
(1)在切割机工作时 , 切割机下辐道传送速度要求与夹送辐速度同步 , 以减少拉坯的阻
力 , 保证铸坯质量。在切割完毕时 , 切割机前部辑道切换为高速 , 迅速将铸坯送出切割区 , 因 此切割区辑道应选择可调速传动装置。通常可采用直流传动 , 也可以采用调速的交流传动 , 这时只能保证高速出坯。
(2)当切割火焰到达相应辑道上方时 , 为保证辑子不受火焰或熔钢的损坏 , 通常采取两 种方式 , 一种是把整个切割区辑道装在一个整体移动框架上 , 当切割枪快要接近辐子时 , 向 前或向后 , 快速移动框架 , 避开切割枪;第二种方式是采用摆动辑 , 当切割枪快要接近辑子 时 , 辑子利用摆动升降机向下摆动 , 避开切割枪 , 当切割枪向前移动过后 , 摆动升降机把辐子 抬起来 , 继续支撑铸坯 , 保证切割区辑道不受损。无论是采用哪一种方式该机构通常由气缸 进行传动。8.4.9 铸坯横移台车电气传动控制
8.4.9.1 横移台车走行
横移台车走行的电气传动控制主要考虑、以下几个方面 :(1)台车走行 , 要求准确定位和固定输送辑道对接 , 因此应考虑停车前先行减速。
(2)在正常工作时 , 台车在各流中心线与精整作业中心线之间频繁往复走行 , 因此传动装置应可逆 , 而且起动停止制动性能良好。
(3)当多机多流采用两台横移台车时 , 要求考虑运转的协调、联锁、具有防碰撞的功能。通常采取检测两车之间的距离、适时减速或另一台车停止的方法。
8.4.9.2 台车上的运输机
车上的运输机由根子组成 , 它只是接收铸坯并将其输送到精整线辑道上 , 因此台车上 的运输机要求停位较准确 , 无调速要求 , 采用一般鼠笼电机设置电磁制动器即可 8.5 电磁搅拌器
(1)按使用电源来分 , 有直流传导式和交流感应式
(2)按激发的磁场形式来分 , 有恒定磁场型 , 即磁场在空间恒定 , 不随时间而变化;旋转 磁场型 , 即磁场在空间绕轴以一定速度作旋转运动;行波磁场型 , 即磁场在空间以一定速度 , 向一个方向作直线运动;螺旋磁场型 , 即磁场在空间以一定速度绕轴作螺旋运动。目前正在开发多功能组合式电磁搅拌器 , 即一台搅拌器具有旋转、行波或螺旋磁场等多种功能
(3)按使用电源相数来分 , 有两相电磁搅拌器和三相电磁搅拌器。
(4)按不同的工艺要求 , 搅拌器在连铸机的安装位置来分 , 有结晶器电磁搅拌器(简称M-EMS)、二次冷却电磁搅拌器(简称 ELEMS)、凝固末端电磁搅拌器(简称 F EMS)、结晶器 足辑段与铸坯导向辑之间的电磁搅拌器(简称 LEMS, 它具有结晶器电磁搅拌与二冷段电磁搅拌的双重作用)。电磁搅拌和一般的钢水搅拌来比 , 它具有以下特点 :(1)通过电磁感应能实现能量无接触转换 , 不和钢水接触就能将电磁能转换成钢水的动能 , 也有部分转变为热能。
(2)电磁搅拌的磁场可以人为控制 , 因而电磁力也可以人为控制 , 也就是钢水流动的方 向和形态也可以控制。钢水可以是旋转运动、直线运动或螺旋运动。可根据连铸钢种质量 的要求 , 调节参数获得不同的搅拌效果。8.5.1 电磁搅拌的原理及电气传动装置
从图 8E12 中可以看出 , 板坯向下运动 , 在板坯宽面装有电磁搅拌的搅拌头 , 内部装有线圈 , 当线圈通交流电以后 , 头部即产生成对磁场 , 此时铸坯温度约 1300 ℃ , 其导磁率μ为 1,磁力线垂直穿过带液芯的高温铸坯 , 随着交流电的变化 , 磁场作水平方向移动 , 作为导体的 钢水在交变磁场中产生感应电流 , 该电流产生的二次磁场与移动磁场相互作用 , 使钢水按移 动磁场方向运动 , 在搅拌头附近的钢水流动带动了周围钢液环流 , 从而产生搅拌效果。由于 此钢水温度接近凝固点 , 秸滞度较大 , 钢液移动速度约为磁场移动速度的 1%~2%, 该速度 除了与温度有关外还与铸坯尺寸有关。
8.5.2 结晶器电磁搅拌(M-EMS)结晶器电磁搅拌的特点是 : 钢水在结晶器内 , 搅拌器置于结晶器外围。搅拌器内的铁芯 所激发的磁场通过结晶器的钢质水套和铜板渗入钢水中 , 借助电磁感应产生的磁力 , 促使钢 水产生旋转运动或上下垂直运动
结晶器电磁搅拌的作用是 :(1)钢水运动可以阻止柱状晶增长 , 增加等轴晶率 , 改善铸坯 内部结构。(2)钢水运动促进钢水中夹杂物和气体上浮 , 改善铸坯表面和内在质量。(3)钢 水运动有利于改善坯壳厚度的均匀性 , 从而有利于提高拉速。(4)钢水运动。减少内外温差 可放宽钢水对过热度的要求。
8.5.3 二次冷却区电磁搅拌(ELEMS)(1)平面搅拌器 , 在内外弧各装一台与支撑辐平行的搅拌器或者在内弧侧支撑辐后面安装搅拌器 , 或者把感应器的铁芯插入到内弧两辑之间的搅拌器。
(2)辑式搅拌器 , 外形与支撑辑类似 , 辑子内部装有感应器 , 既支撑铸坯 , 又起搅拌器的 作用。这种搅拌器因为是贴近铸坯 , 所以效率高 , 但是它是需要转动的 , 所以在冷却水进出 的防护上和变频电源的引人是要特别注意的 C二次冷却区的电磁搅拌作用是 :(l)打碎液穴内柱状晶的搭桥 , 消除铸坯中心疏松和缩孔。
(2)碎铸晶片 , 作为等轴晶核心 , 扩大铸坯中心等轴晶区 , 消除中心偏析。
(3)可以促进铸坯液相穴内夹杂物上浮 , 减轻内弧夹杂物聚集。8.5.4 凝固末端电磁搅拌(F-EMS)凝固末端的 电磁搅拌的作用是 :(1)通过搅拌作用 , 使液相穴末端区域的富集溶质的液体分散在周围区域降低铸坯中心偏析。
(2)防止搭桥 , 较少中心疏散和缩孔。选择搅拌器的基本要求 :(1)首先考虑钢种 , 合金钢含有较多的合金元素。为得到相同的搅拌钢水流速 , 搅拌不 锈钢的磁感强度比碳钢要高一些;不锈钢的柱状晶比碳钢发达 , 折断不锈钢的柱状晶就需要 较大的电磁力。
(2)根据产品质量要求确定电磁搅拌要解决连铸坯主要缺陷类型。如中厚板主要是中
心疏松、偏析 , 薄板主要是皮下气孔和夹杂物。
(3)根据铸坯断面。铸坯断面大小决定了拉速和液相穴长度 , 因而就影响到搅拌器安
装的位置。
(4)搅拌方式。根据产品质量 , 以确定单一搅拌方式 , 还是组合搅拌方式。
(5)搅拌参数。应根据钢种和工艺参数(如钢水过热度、拉速等)来确定搅拌形式、功 率、电、源频率、运行方式等。8.6 电磁制动（EMB）
结晶器电磁制动技术(简称 EL 但), 即在板坯结晶器两个宽 面处外加两个恒定磁场 , 从水口侧孔流出来的注流 , 以相当大的速度垂直切割磁场 , 从而在 钢水中产生一个电磁力 , 其方向与注流方向相反 , 使注流减弱产生制动效应。在电磁制动作 用区 , 注流被分裂成小的流股被分散开 , 在结晶器里起了搅拌作用 , 活跃了结晶器钢渣界面
三种类型电 磁制动装置都是直流电源励磁 , 并由 PLC 进行控制机给电磁制动的整流装置。以设定输出 电流值以及运转指令等。8.7 连铸设备采用交流电气传动应考虑的几个共性问题(1)容量选择应该考虑调整特性的影响。
(2)传动形式。传动形式必须采用单独传动 , 即逆变器与电动机按 1:1 组合
第9章 连铸机计算机控制系统
9.1 连铸基础自动化级及其功能 9.1.1 中间包钢水液位自动控制
中间包钢水液位控制是提高铸坯质量,保证顺利浇铸的重要手段,把中间包的钢水液面 控制在一定高度,使钢水在中间包内有足够的停留时间,让夹杂物上浮,同时也可以保证钢 水从滑动水口或塞棒下水口稳定地流人结晶器。这也是结晶器液位稳定不变的一个先决条件
其基本控制原理是用装在中间包小车的四个支撑装置上的四个称重传感器 , 测量中间 包的皮重以及钢水进入中间包后的总重 , 把这些重量信号 , 送至 DCS 得出净钢水重量 , 换算 成钢液位高度。把这一高度与设定值作比较 , 如有偏差 , 由 DCS 进行运算 , 经液压伺服机构 或电动执行机构控制滑动水口或塞棒的开口度 , 改变流人中间包的钢水流量。为使中间包 钢水液位保持在一定的高度上 , 在使用电动执行控制机构时 , 将使用交流电动机和脉冲宽度 调制的 VVVF 变压变频装置供电。
9.1.4 结晶器钢水液位自动控制
结晶器钢水液位自动控制系统主要的作用有以下几个方面 :(1)可靠的结晶器液位控制系统能使结晶器内保持稳定的、比较高的钢水液位 , 这样能
比较有效地发挥一次冷却的作用 , 从而能增加连铸机的产量。(2)结晶器液位的控制可以改进铸坯表面的质量。有了稳定良好的铸坯表面质量 , 从 而产生了铸坯元须冷却、无须检测、元须处理的工艺。由此产生了直接轧制的可能性 , 从而 节省能源。
(3)结晶器钢水液面自动控制可以减轻操作者的劳动强度 , 减少生产事故。结晶器钢水液面的自动控制一般所要达到的指示要求是 :(1)钢水液面检测精度不大于± 1mm;(2)控制范围线性段保证在 100~150 mm(就结晶器长度而变化);(3)动态响应要求不大于 0.55;(4)适应高温环境条件和抗干扰能力强;(5)液面控制精度不大于± 10 mmo在控制方式上应考虑有 :(l)自动方式。钢水液面闭环全自动控制 , 通过油压伺服阀自动控制中间包水口的开
口度(或塞棒的升降)。
(2)半自动方式。由开口度设定器 , 通过油压伺服阀手动设定中间包水口开口度。
(3)手动方式。由开、闭按钮直接控制中间包水口开口度。
结晶器液位控制系统除了要检测钢水液面高度作为控制系统的主反馈信号外 , 还须考
虑对液面控制有影响的各种干扰因素 , 这些干扰因素有 :(1)结晶器振动频率和振幅变化对检测器的影响;(2)结晶器在线调宽时对控制系统的影响;(3)中间包内钢水重量变化对控制系统的影响;(4)连铸拉坯速度对控制系统的影响;(5)水口(或塞棒)粘上凝固钢液或突然脱落 , 以及堵塞烧损的影响。9.1.5 结晶器冷却水流量自动控制
(1)结晶器热平衡法求结晶器水量。假定结晶器钢水热量全部由冷却水带走 , 则结晶 器钢水凝固放出热量与冷却水带走热量相等
(2)从保证结晶器水缝内冷却水流速大于 6m/s 来控制结晶器水量 9.1.6 二次冷却水自动控制
铸机二次冷却区铸坯所散失的热量占铸坯在凝固过程中散失总热量的 60%, 它直接 影响铸坯的质量和产量 , 铸坯从结晶器拉出后 , 凝固壳较薄 , 内部还是液芯的 , 需要在二次冷 却区继续冷却 , 使之完全凝固。冷却要均匀 , 才能获得质量良好的铸坯 , 同时要保持尽可能 高的拉速 , 以获得高的产量
9.1.6.1 二次冷却水控制功能概述
二次冷却水自动控制系统应考虑如下功能。A 给水的自动跟踪
在拉坯前 , 结晶器下部 13 段截止阀必须可靠截止 , 开浇时应自动立即打开截止阀 , 并
跟踪铸坯的前端 , 依次打开二次冷却各段的调节阀。挠铸结束时 , 则跟踪铸坯的尾端 , 依次 关问二次冷却区各调节阀。在挠铸开始时应先通气、后通水。在浇铸结束时先关水后关气。
B 各段各回路水流量按冶金准则和模型计算进行控制 9.1.7.1 检测装置 检测装置的任务是检测切割机与铸坯的相对位置。检测铸坯位置通常采用一个可以升 降的测量轮 , 通过一套变速机构传动-台高精度的光电脉冲发生器实现的。脉冲数与铸坯 的距离成比例 , 脉冲当量一般设计为 1mm/ 一个脉冲 , 该装置也可以采用 7.3.9 节中所叙述 的非接触式铸坯切割长度的检测仪来完成这一检测功能。9.1.7.2 控制装置
PLC 应完成以下工作程 序 : 1)自动零位校正。自动修正从测量辐开始工作到坯头到达定位零点这一段距离 , 即自动找准坯头切割的零点。
(2)坯头切割。坯头切割时 , 控制装置只需要在坯头到达零点后开始做减数计算(坯头 长度一计算脉冲换算长度)。当减数为零时 , 切头定尺控制完毕并发出相应输出信号使切割 机自动转人第(3)步的定尺切割程序 , 切割坯头
(3)定尺切割程序。(4)尾坯切割。
9.1.8 电磁搅拌自动控制
电磁搅动的自动控制 , 也是分级控制 , 即过程控制级(L2)根据工艺要求的时序通过数 据通讯向基础级(L1)下达电磁搅拌的执行指示和设定参数。而电磁搅拌的基础级(L1)一 般由一台单独设置的 PLC 组成 , 这些设定参数包括电流值、通断时间、搅拌方式和频率 , 在 设有过程计算机(L2)的情况下 , 也可以存储在电磁搅拌的 PLC 中。在电磁搅拌按工艺控制 要求启动后 , 按设定参数对电磁搅拌变频器进行设定和时序控制。9.2 连铸生产过程控制级及其功能
连铸生产过程控制级(L2)又称二级自动化系统 , 其系统构成己经在本章前面加以叙 述 , 其功能主要是完成整个连铸机生产过程中全行程的控制与管理。以前一般分成两部分 即以切割机为限 , 切割机前由一台小型机来完成 , 切割机(包括切割机)后由一台小型机来完 成 ,近来发展起来的使用客户机服务器(cliem/server)系统已经不明显 , 而是根据不同的工 艺段的显示、控制要求设置多台 PC 机及一台服务器通过以太网来组成完整的二级控制 系统。
连铸生成过程控制级主要是输入制造命令、制造标准和作业顺序安排 , 收集和处理生产 过程数据 , 进行生产过程的控制、数学模型的计算、质量控制、数据参数的显示记录、精整场 的管理、铸坯的跟踪、设备的诊断以及和生产管理级基础自动化级之间的数据通讯 9.2.1 制造命令、制造标准和作业顺序的安排
连铸生产过程控制级(L2)在有生产管理级(L3)计算机的情况下接受生产管理级计算 机送来的制造命令 , 并在本级(L2)存有制造标准和作业顺序。在没有生产管理计算机(L3)的情况下 , 可由 CRT 通过键盘输入制造命令 , 并在本级(L2)存有制造标准和作业顺序。同 时把制造命令、制造标准、铸造顺序的信息传送给精整计算机 9.2.2 数据的采集与处理
数据的采集可以有三种方法 , 即(1)通过数据通讯由基础自动化级采集 , 这占整个数据 采集的 80% 以上。(2)通过 h44I 人工键盘输入。(3)通过数据通讯由炼钢、精炼、热轧过程 及传输而得到。
这些数据可共分八类
(1)与输送连铸机浇铸钢号有关的数据一般由转炉、炉外精炼过程计算机和化验室计 算机输入 , 包括炉次实绩、出钢温度及时刻、钢水重量、脱气最终温度及时刻、钢水成分、炼钢 质量异常(钢水品质异常代码 , 如出钢喷粉以及含金处理等的出钢记号)、转炉、炉后喷粉吹 氧、炉外精炼的实绩等。
(2)与钢包有关数据 , 包括转炉号、在回转台上的钢包号及使用次数、滑动水口直径、塞 棒使用次数、钢包到达时间、钢水温度和测温时间、吹氢终了时刻及总吹氧量、压力和总吹氧 时间。
(3)与中间包有关的数据 , 包括在中间包车上的中间包号、使用次数、预热时间、吹氧
量、预热位置的中间包号 , 在铸造和预热位置的中间包车等。
(4)与结晶器有关的数据 , 包括使用中的结晶器号码、使用次数以及该连铸机所有结晶
器的型号和所在位置。
(5)与连铸机号有关的数据 , 包括以炉为单位收集到的连铸实绩
(6)与浇铸长度及时间的有关数据 , 该数据从开始浇铸到拉拔结束的整个时间内 , 按规 定定周期扫描 , 从 PLC(或 DCS)中采集相应的过程数据 , 并把这些过程数据每当浇铸长度 达到规定长度时 , 进行处理及取平均值 , 得到一批与挠铸长度相应的数据。
(7)切割实绩数据包括切割日期和时刻、铸坯号、铸坯尺寸、重量、铸坯表面温度、是否 热送、坯头坯尾的重量等。
(8)精整过程的数据 , 包括从切割后辐道开始与热轧辐道交接点为止的搬送线上铸坯自动跟踪的所有数据 , 包括铸坯数、铸坯号(铸坯的喷印数据)、铸坯的去向(包括热送铸坯、火焰清理线上的铸坯、人工清理线上的铸坯)下线堆放在铸坯场待处理的位置及搬运记录数据
在采集以上数据以后 , 生产过程控制级计算机通过各种运算、判断等处理同时进行以下几个方面的工作 :(1)数据显示(2)打印报表
(3)生产过程按数据进行全程协调控制。(4)质量跟踪 , 质量判断。(5)进行数学模型计算。
(6)进行数据通讯 , 把各级计算机必需的数据送往各级。9.2.3 生产过程控制
连铸机生产过程控制级计算机对生产过程控制主要是根据连铸工艺过程连续性的要 求 , 把连铸各工艺段的控制功能联结起来 , 并不断地发出指令形成一个完整的自动化连铸生 产线。生产过程控制有两种形式 , 一种是动态模型控制方式 , 另一种是预设定控制方式。模 型控制方式是以在线数学模型运算结果来执行控制 , 这些数学模型包括根据目标温度进行 铸坯温度过程控制的二次冷却模型、漏钢预报模型、最佳切割控制模型、质量异常判别模型 等。预设定控制方式是指由过程控制级计算机对某些由基础自动化级执行的控制系统进行 设定控制 , 这些设定除了各种恒值控制系统以外 , 还包括要经某些公式计算 , 这些公式一般 比较简单而由基础自动化级的 PLC 或 DCS 执行才能得到设定值的公式中的各个常数的设 定(如二次冷却区水量串级调速和拉速之间计算公式的常数)9.2.3.1 结晶器在线调宽控制
为了提高连铸的生产率 , 保证多炉连铸的顺利进行 , 多炉钢水连铸时 , 由于制造命令和钢种的不同 , 铸坯的宽度不一样 , 要不中断连铸生产过程就必须要求能在铸造生产过程中自动调节结晶器的宽度 , 另一方面 , 即使是同炉钢水的连铸生产 , 当热轧计算机过程控制系统 发出变更铸坯的宽度要求 , 需要满足热轧生产过程 , 保证热装热送时 , 也要求能自动变更结 晶器宽度。既要保证生产的连续性 , 又要保证不漏钢和切割时铸坯浪费少 , 就必须采用过程 级的计算机系统 , 根据铸造命令、钢种和宽度的要求 , 针对切割的实际情况 , 铸造速度 , 铸坯 厚度等因素进行分析、计算、查询和设定控制参数 , 使之能在满足高速铸造的前提下能对结 晶器宽度变更实行最佳控制。
9.3 连铸生产管理级（L3）及其功能
第10章 连铸自动化系统三个典型实例
10.1 鞍钢2号方坏连铸自动化系统
10.2 鞍钢4号大板坏连铸自动化系统 10.2.1 概述
鞍钢第一炼钢厂于 2000 年 3 月 22 日建成大断面 300mm × 200O mm 厚板坯连铸机 , 并 一次热试成功。铸机投产后同年 8 月达到年产 110 万 t 的设计生产能力 ,2001 年 5 月单月 生产能力超过 11 万 t, 具备了年生产能力 130 万 t 的水平, 浇注了 110 余个钢种。
技术上 , 鞍钢一炼钢的大板坯连铸机集中了多项先进的技术。例如 : 铸机辐列包括结 晶器宽边足辑全部采用小辑径密排分段辐列设计 ,8 点弯曲 , 冷却上除足辑纯水冷却外其余 二冷区均为气水冷却 , 以增加冷却效果。为增加等轴晶率 , 减少中心偏析和裂纹 , 在二冷区 安装了电磁搅拌。由于铸坯在凝固过程中 , 凝固壳鼓肚或凝固收缩引起富集洛质残余液体 流动而使铸坯局部溶质聚集 , 造成中心偏析 , 为防止偏析 , 在凝固末端采用轻压下技术来补 偿最后凝固阶段的收缩。为达到这样一台连铸机的要求 , 鞍钢一炼钢大板坯连铸机在自动 化控制上借鉴了国内外先进技术。无论自动化程度或技术手段都达到了领先水平。
10.2.2 生产工艺流程和设备组成 连铸机配套设施还包括 : 二冷区配套电磁搅拌装置 , 出坯区采用 两次切割 , 分别为一次切割和二次切割;采用上装引链杆方式 , 因此配套引链杆车;维修区内 设一套中间罐干燥系统 , 浇注平台上设两套中间包预热系统。蒸汽密封室设置二冷排蒸汽 风机。在一炼钢厚板坯连铸自动化系统中主要采用的技术包括 : 中包液位自动控制 , 结晶器 液位自动控制 , 结晶器振动 , 结晶器拉漏钢预报系统 , 铸坯跟踪 , 二冷段气雾冷却控制 , 二冷 段电磁搅拌控制 , 优化切割控制等。
1)混合部分 , 包括同钢种连铸接缝部分和异钢种连铸接缝部分。
2)质量异常包括 : 钢包水口气切割;中间包滑动水口不正常;中间包钢水液位过低报警;中间包过热度偏离标准;结晶器液位异常;中间包浸人水口损耗超标准;到达铸造温度下 限值以下。过程计算机进行质量判断的内容包括 : 1)手动输入项目包括 : 大包水口打开 , 向中间包注人钢水;氧气冲刷中间包水口;更换
中间包浸人式水口;中间包水口故障;中间包水口紧急开闭;中间包滑动水口开浇;结晶器内 未凝钢水沸腾;结晶器内发生反渣;结晶器内熔人反渣;结晶器发生漏钢;结晶器内产生过冷 却;铸坯内部溶入冷钢;结晶器和中间包开始挠注。
2)自动输入项目包括 : 结晶器液位异常;中间包钢水液位异常;浇铸速度超过上限;挠 铸速度低于下限;电磁搅拌器异常;更换水口时出现浇注断续;不同钢种多炉连挠接缝;结晶 器液位波动异常;中间包钢水温度异常;挠注开始部位(坯头);浇注终了部位(坯尾);二冷水
冷却异常。
3)转炉过程控制计算机输入项目包括 : 终点碳超过规定;超出重新吹氧规定。
4)表面质量项目包括 : 结晶器振动异常;振动痕迹加深;结晶器冷却不均匀;结晶器变
形;保护渣不当;面部纵向裂纹;结晶器角部缝隙加宽;角部纵向裂纹;二次冷却水分布不当;结晶器摩擦力增加;角部横裂纹;铸坯夹渣;保护渣受潮产生气泡缺陷;气孔气泡缺陷。
5)内部质量项目包括 : 皮下裂纹;局部过冷或回热应力造成 ” 鬼线 ";二冷强度低;铸坯 鼓肚;中间裂纹;矫直裂纹;压下裂纹 : 断面裂纹;中心星状裂纹;中心疏松 i 中心偏析。
(6)炼钢一连铸匹配模型。炼钢-连铸匹配模型是为了使连连铸能够连续进行所做的 炼钢一连铸间的钢水物流控制算法。其概要如下 , 随着作业的进展 , 事先决定的作业事件(转炉吹炼开始 , 转炉吹炼结束 , 钢包精炼开始 , 钢包精炼结束)到达时 , 计算所到达事件之后 的作业预定时刻以及钢水到达连铸的时刻。另一方面 , 能够通过连铸钢包内的剩余钢水 量计算出预计的钢包浇铸结束时刻。从两者可以计算出保证连铸连续进行所需的浇铸速度。10.3 鞍钢1号大板坏连铸三电自动化系统 10.3.1 自动化系统概述
鞍钢大板坯连铸机是从日本神户钢铁公司引进具有 20 世纪 80 年代国际先进水平的单机 双流立弯式连铸机。1991 年 6 月投产 , 年产 200 万 t 铸坯。铸坯尺寸为 200mIL23O mL 250 口 m。厚×(0.9~1.55m)宽×(5~5.5m)长。铸造速度最大为 1.8m/min, 初期可浇得 27 种 钢 , 包括普碳钢、优质碳素钢、低合金钢和汽车用深冲钢等。其工艺流程如图 10-12 所示 , 三 电自动化系统如图 10-13 所示。其中过程计算机采用 DEC 公司 MICRO VAX-H 超小型机 , 内存如但 , 配两台 RA81 硬盘 , 一台 TK50 磁带机和一台 LA100 控制打印机。
10.3.2 仪表过程量测控
仪表过程量测控包括数据采集如对钢水温度和板坯称量等检测、中间包和结晶器液位 测控、二冷水测控等连铸机常规测控以及水处理等控制。
第二篇：炉外精炼与连铸复习
炉外精炼与连续铸钢
一． 填空题。
1．为了创造最佳的冶金反应条件，到目前为止，所采用的基本手段不外乎（渣洗）、（真空）、（搅拌）、（加热）、（喷吹）等五种。
2．常用的搅拌方法有（机械搅拌）、（利用重力或大气压力搅动钢液）、（喷吹气体搅拌）、（电磁搅拌）等。
3．影响混匀时间的影响因素有（比搅拌功率）、（喷口数目）、（喷口位置）、（钢包直径）、（吹入深度）、（被搅拌液体的性质）等。
4．循环脱气法在操作和设计时应考虑的主要设计参数有（处理容量）、（循环因数）、（处理时间）、（循环流量）、（真空度）和（真空泵的抽气能力）。5．钢包喷粉的主要缺点是（增加了钢液的热量损失）。
6．电弧炉与钢包炉配合时，电弧炉炉渣的去除方法有（各种机械除渣法）、（换包法）、（电弧炉低位出钢）、（炉底出钢）等。
7．炉外精炼用的透气砖有三种类型，即（弥散型）、（缝隙型）、（定向型）。8．炉外精炼方法主要分为（渣洗）、（吹氩）、（真空脱气）、（大吨位钢液的真空脱气）、（带有加热装置）的炉外精炼方法、（低碳钢液的精炼）、（固体料的添加方法）等七类。
9．炉外精炼的特点是（二次精炼）、（创造较好的冶金反应动力学条件）、（二次精炼的容器具有浇注功能）。
10．对炉外精炼技术所采用的精炼手段的要求是（具有独立性）、（作用时间可以控制）、（作用能力可以控制）、（精炼手段的作用能力再现性要强）、（便于与其他手段组合）、（操作方便、设备简单）、（基建投资和运行费用低）。
11．前生产中应用的炉外处理设备大体上有三种类型：（钢包）、（转炉型容器）和（专用炉外处理装置）。
12．钢包包衬由（永久层）、（工作层）、（渣线层）、（包底层）组成。
13． 滑板砖是影响控制钢水流量的关键部位。目前国内使用的滑板砖材质有：
（高铝砖）、（铝碳砖）、（铝锆碳质），多数工厂使用（高铝质）。
14．在热状态下进行铸坯表面缺陷在线检测的主要方法有（工业电视摄像法），（涡流检测法）。15．连铸机都配有支承辊和拉矫，其开口度要符合工艺要求。常用（无线电式辊距测定装置）、（激光法辊距测定装置）进行辊间距检测。
16．带钢和薄带钢连铸机的主要机型有（双辊法）、（单辊法）以及（喷射成型）等。
17．影响连铸坯凝固组织的因素，有（浇注条件）、（钢中含碳量）、（连铸机机型）、（铸坯断面）等。
18．扩大连铸坯等轴晶率新技术有（电磁搅拌技术）、（加速凝固工艺）、（向钢包和中间包之间的钢流喷吹钢粉）等。
19．影响连铸坯纯净度的因素有（机型）、（连铸操作）、（耐火材料质量）等。20．连铸坯的主要表面缺陷有（各种类型的表面裂纹）、（深振痕）、（表面针孔），（表面宏观夹杂）等。
21．连铸坯的内部质量，主要取决于其中心致密度。而影响连铸坯中心致密度的缺陷是各种（内部裂纹）、（中心偏析和疏松）、以及铸坯内部的宏观（非金属夹杂物）。
22．铸坯的切割方法主要有（火焰切割）和（机械剪切）两类。
23．连铸机上的振动方式，常采用过三种振动方式。（同步振动）、（负滑动振动），（正弦振动）等。其（正弦振动）是目前广泛采用的一种振动方式。
24．连铸机的主要设计参数有（铸坯断面）、（拉坯速度）、（圆弧半径）和（冶金长度）。
25．中间包钢水流量控制方式有（塞棒式）、（定径水口式）、（滑动水口式）。26．引锭装置有（引锭头）、（引锭杆）、（引锭杆的存放装置）。
27．影响结晶器传热的因素有（结晶器设计参数）、（操作因素）、（钢水成分）等。
二． 名词解释。
1．炉外精炼： 在常规炼钢炉中完成的精炼任务，部分或全部移到钢包或其他容器中进行。
2．混匀时间： 在被搅拌的熔体中，从加入示踪剂到它在熔体中均匀分布所需的 时间。
3．临界流态化速度： 使粉粒进入流态化阶段的最小气流速度。4．悬浮速度： 使粉粒由容器内漂出的最低气流速度。5．质量粉气比： 每千克的载流气体可输送多少千克的粉料。6．体积粉气比： 每立方米的载流气体可输送多少千克的粉料。
7．喂线处理： 向钢液喂入铝线或不同芯料的包芯线，达到脱氧、脱硫、非金属夹杂物变性处理和合金成分微调等冶金目的。
8．喷粉处理： 通过喷吹惰性气体将粉状材料吹入铁水或钢液深处进行脱磷、脱硫、脱氧及非金属夹杂物变性处理，生产超高清洁钢。
9．连铸： 把液态钢用连铸机浇注、冷凝、切割而直接得到铸坯的工艺。10．连铸坯的热装： 把热状态下的铸坯直接送到轧钢厂装入加热炉，经加热后轧制。
11．直接轧制： 把高温无缺陷的铸坯稍经补偿加热直接轧制的工艺。
12．铸坯鼓肚： 铸坯表面凝壳受到钢水静压力的作用而鼓胀成为凸面的现象。13．脱方：方坯由方形变成菱形，四个直角变为一对锐角和钝角的现象。14．铸坯合格率： 一台铸机生产合格铸坯量占全年铸坯产量的百分数。15．铸坯收得率： 连铸坯量占浇注连铸坯钢水量的百分数。16．铸机作业率： 连铸机生产时间占一年日历时间的百分数。17．连铸机台时产量： 一台铸机实际作业时间内生产的铸坯量。18．比给水量： 单位时间冷却水耗量和通过二冷区铸坯质量的比值。19．水流密度： 单位时间、单位铸坯表面接受的冷却水量。20．拉坯速度： 连铸机每一流单位时间拉出铸坯的长度（m/min）。21．振幅： 结晶器从水平位置运动到最高或最低位置所移动的距离。22．圆弧半径： 铸坯弯曲时的外弧半径（m）。
23．冶金长度： 从结晶器内钢液面到拉矫机最后一对辊子中心线的实际长度，即铸机长度。
24．连铸机的一机：具有独立的拉矫和传动系统，可以单独运行的一组连铸设备。25．连铸机的流数： 由一个钢水包下的一个中间包内的钢水可以同时浇注的铸坯根数。
三、判断题。
1．渣洗除了可以快速脱硫以外，还能有效地脱氧和去除夹杂，从而减轻出钢过程中二次氧化时间。（√）2．仍在应用的渣洗工艺主要有异炉渣洗，同炉渣洗，混合炼钢。（√）3．渣洗是获得洁净钢并能适当进行脱硫和脱氧的最简便的精炼手段。（√）4．当前名目繁多的炉外精炼方法实际上是真空，搅拌，加热三种基本手段的不同结合。（╳）
5．炉外精炼又称二次炼钢，它是伴随其他冶金过程而出现的一种现象，即具有一定的依赖性。（╳）
6．铸坯的液芯长度是铸坯从结晶器内钢液面到钢液全部凝固时铸坯的长度。（√）7．根据所能浇注的最大铸坯厚度和最大拉坯速度计算得到的液心长度就是连铸机的冶金长度。（√）
8．根据连铸工艺要求，规定钢水含碳量应尽量避开0﹒18~0﹒23%的范围，以减少铸坯表面裂纹。（√）
9．用Si—Ca合金代替部分Al用于低碳钢水的脱氧，以成为防止小方坯连铸中水口堵塞的重要措施。（√）
10．连铸坯的合格率是指一台连铸机年产合格铸坯量占全年铸坯产量的百分数。（√）
11．深振痕是连铸坯的一种表面缺陷。（√）12．负滑动时间越长，振痕深度越深。（√）
13．直弧形连铸机既有利于夹杂物上浮，又能防止夹杂物富集。（√）14．与模铸相比，连铸更有利于实现机械化自动化。（√）15．铸机圆弧形半径是指铸坯弯曲时的内弧半径。（╳）16．铸机圆弧半径的大小只能根据理论计算来确定。（╳）17．连铸机冶金长度越长，拉速越慢。（╳）
18．中间包内部无挡渣墙，更有利于非金属夹杂物上浮。（╳）19．负滑动振动是指结晶器振动时的下降速度小于拉坯速度。（╳）
20．铸机范围内主要依靠结晶器和二次冷却系统散热，其中结晶器散热最多。（╳）23．扩大柱状晶区，缩小等轴晶区，可减轻或消除中心偏析。（╳）22．振动频率越高，振痕深度越深。（╳）
三． 选择题。
1．渣洗借助于混冲急剧地扩大了钢——渣界面而大大提高了（A）能力。A．扩散脱氧
Ｂ．沉淀脱氧
Ｃ．真空脱氧 ２．（A）是真空条件下最理想的脱氧剂。
A．碳
Ｂ．硅钙合金
Ｃ。铝 ３．不属于AOD法工艺参数的是（A）。
A．氧流量 B。氧氩比 C。混合气体流量
4．目前生产中应用的炉外处理设备大体上有三种类型，我厂所用炉外处理设备是（A）。
A．钢包 B．转炉型容器 C．炉外处理装置 5．炉外精炼（如LF法）采用的主要加热方法是（B）。A．电阻加热 B．电弧加热 C．化学加热
6．一般采用钢包吹（B）可以促进夹杂物上浮，去除部分气体和均匀成分。A．氧 B．氩 C．氢
7．目前炉外精炼用耐火材料主要有镁铬（铝）系和镁钙（碳）系。实践证明，（B）系耐火材料更适合于高碱度渣的精炼。A．MgO—Cr2O3—Al2O3 B．MgO—CaO C．Al2O3—SiO2
8．RH法脱气效果好、处理过程中温降小、处理容量的适应性强、所以发展较快，但是（C）效果不大。
A．脱氧 B．脱氢 C．去氮 9．使粉粒进入流态化阶段的最小气流速度称为（C）。A．悬浮速度 B．漂浮速度 C．临界流态化速度
10．对于同一种粉料，若其粉粒半径越小，要求进入钢液的临界速度（C）。A．不变 B．越小 C．越大 11．在实际生产中，（C）是常用于控制硫化物的形态。
A．钙
B．Si-Mn合金 C．稀土合金
12.不同的搅拌方法对精炼反应的影响不尽相同，如电磁搅拌在钢液降温方面（B）吹气搅拌，在脱气方面（C）吹气搅拌，在去夹杂效果方面（B）吹气搅拌．
A．相当于
B．优于
C．不及
13.（C）是获得洁净钢并能适当进行脱硫和脱氧的最简便的精炼手段；（Ｂ）是各种炉外精炼方法都采用的基本手段．
A．真空
B．搅拌
C．渣洗 14.负滑动振动是指结晶器振动时的下降速度（A）拉坯速度。
A．大于
B．小于
C．等于
15．当注温高连铸坯（B）发达时，其中心偏析就严重；注温低，（C）发达时，其中心较轻微。
A．激冷层
B．柱状晶区 C．等轴晶区 16．（A）是国内外最主要的机型。
A．弧形连铸机 B．立式连铸机 C．水平连铸机 17．（A）能迅速地更换钢水包，因而可满足多炉连浇的要求。
A．钢包回转台 B．浇注车 C．钢包固定支承架 18．中间包内部设（C）更有利于非金属夹杂物的上浮。
A．无挡渣墙 B．单挡渣墙 C．高矮双挡渣墙 19．（B）振动机构广泛应用在大型板坯和小方坯连铸机上。
A．差动齿轮式
B．四连杆式
C．四偏心轮式
20.根据所能浇注的最大铸坯厚度和（B）计算得到的液心长度就是连铸机的冶金长度。
A．工作拉速 B．最大拉速 C．最小拉速
21．（C）是铸坯从结晶器内钢液面到钢液全部凝固时铸坯的长度。A．冶金长度 B．铸机长度 C．液心长度
22．使用（C）更适于中间包长时间的连续浇注，并能实现自动控制。A．塞棒式 B．定径水口式 C．滑动水口式
23．用Si—Ca合金代替部分（B）用于低碳钢水的脱氧，已成为防止小方坯连铸中水口堵塞的重要措施。
A．Mn B．Al C．稀土元素 24．（B）是指单位时间，单位铸坯表面接受的冷却水量。
A．水滴速度 B．水流密度 C．比给水量
25．使用（C）技术，可增加连铸坯等轴晶率，而等轴晶率越高，又有利于减少连铸坯的“晶桥”现象，从而减轻其中心偏析和疏松。A．轻压下 B．连续锻压 C．电磁搅拌 26．在实际生产中，（A）元素常用控制硫化物的形态。
A．稀土 B．Al C．Mn 27．按（A）可把连铸机分为立式、立弯式、弧形和水平型。
A．按铸坯运行的轨迹 B。按铸坯断面的大小和形状 C．按铸坯所承受的钢水静压头
五．问答题。
1．改造传统连铸机的结晶器，浇注板坯工艺可分为哪几种？ 答：可分为四种。
（1）漏斗形结晶器工艺；
（2）立弯式结晶器；
（3）直结晶器工艺；
（4）小板坯水平连铸工艺。2．按照移动结晶器原理，设计和建造的薄板坯铸机主要有哪几种？ 答：有四种。
（1）双带式薄板坯连铸机；
（2）水平双带式薄板坯连铸机；
（3）立式双带薄板坯连铸机；
（4）水平移动槽块式薄板坯连铸机。3．减轻连铸坯中心偏析、疏松和V型偏析的新技术有哪些？ 答：
（1）电磁搅拌技术；
（2）轻压下技术；
（3）连续锻压技术；
（4）过热度接近0℃的浇注技术。4．实际生产中采取在钢包内调整钢水温度的措施有哪些？ 答：
（1）钢包吹氩调温；
（2）加废钢调温；
（3）在钢包中加热钢水技术；
（4）钢水包保温。
5．将钙制成合金材料用于钢的脱氧的主要优点是什么？ 答：
一方面可提高钙的利用率，另一方面Si、Ca与[O]反应形成液态硅酸钙产物，易于上浮排除。从而可避免水口结瘤和堵塞。6．连铸用保护渣的作用？ 答：
（1）绝热保温；
（2）隔绝空气；
（3）净化钢液界面、吸附钢液中夹杂物；
（4）润滑凝固坯壳并改善凝固传热。7．连铸技术经济指标有哪些？ 答：
连铸比、合格率、收得率、铸机作业率、连铸机台时产量。8．提高连铸坯纯净度的途径有哪些？ 答：
（1）采用炉外精炼技术 ；
（2）防止连铸过程中钢水的二次氧化；
（3）利用中间包冶金去除钢中夹杂物；
（4）结晶器中促进夹杂物上浮。
9．在铸机范围内需散出的热量由哪三部分组成？ 答：
（1）将过热的钢液冷却到液相线温度所放出的热；
（2）钢结晶凝固时放出的凝固热；
（3）凝固的高温铸坯冷却至送出连铸机时所放出的热。10．常见的连铸坯内部缺陷有哪些？ 答：
内部裂纹、中心偏析、中心疏松、连铸坯中心线附近的V型点状偏析。11．连铸机主要由哪几部分组成？ 答：
盛钢桶的运载装置、中间包、中间包小车、结晶器、结晶器振动装置、二冷装置、拉矫装置、切割装置、钢坯输出装置等。12．为降低钢中的气体可采取哪些措施？ 答：
（1）使用干燥的原材料和耐火材料；
（2）降低与钢液接触的气相中气体的分压；
（3）在脱气过程中增加钢液的比表面积；
（4）提高传质系数；
（5）适当地延长脱气时间；
（6）利用生成的氮化物被去除以脱氮。13．为什么说在真空条件下碳是最理想的脱氧剂？ 答：
由于C—O反应的产物是CO气体，不玷污钢液，而且随着CO气泡的上浮有利去除钢中的气体和夹杂物。在常压条件下碳的脱氧能力不强，但是在真空条件下CO分压不断降低，脱氧能力大大增加，超过了硅和铝。14．为有效的进行碳的真空脱氧应采取哪些措施？ 答：
（1）进行真空碳脱氧前尽可能使钢中氧处于容易与碳结合的状态；
（2）可适当加大吹氩量；
（3）于真空碳脱氧后期，向钢液中加入适量的铝和硅以控制晶粒、合金化和终脱氧；
（4）浇注系统的耐火材料应选用稳定性较高的材料。
15．为什么要求粉料要有一个合适的粒度范围？ 答：
粉粒过细，难于穿越气液界面进入熔体内部，有相当一部分粉粒随载气自熔体中逸出，利用率低。但粉粒太大，不易随钢液流动，又来不及在上浮过程中溶解，收得率不高，又不稳定。因此每一种物料都有一个合适的粒度范围。22．为何要选择合理的粉气比？ 答：
过大的粉气比会增大系统的阻力，从而引起脉冲甚至堵塞管道。若粉气比过小，载流气体耗量过大。太大的粉气比所产生的脉冲或管道堵塞，将引起喷溅使生产不能正常进行。过小的粉气比不仅使载气耗量过大，还由于喷吹粉料的时间太长使钢水温度损失过大，影响喷粉的冶金效果。23．试述连铸中间包用耐火材料？ 答：
用钢纤维增强的高铝浇注料，表面层喷涂MgO质涂料，采用合理的挡渣墙组合，挡渣墙材质为经预烧的低水泥浇注料。近年出现的全碱性中间包，挡渣墙用镁质浇注料，内衬用镁质或钙质材料，表面涂有相应材质的涂料。24．炉外精炼技术发展中尚待解决的问题有哪些？ 答：
（1）钢液温度补偿技术——加热方法的选择；
（2）炉外精炼用的耐火材料；
（3）精炼后的钢液再污染；
（4）旧车间生产工艺流程系统优化。25．画出连续铸钢的工艺流程图？ 答：
钢包—→中间包—→结晶器—→二冷装置—→拉矫装置—→切割—→输出。26．钢包回转台有哪些优点？ 答：
（1）能迅速地将钢包从出钢跨运送出连铸跨；能迅速地更换钢水包，因而可满足多炉连浇的要求，结构紧凑占用连铸平台面积小。
（2）采用多功能回转台，有利于提高铸机拉速和铸坯质量；
（3）发生事故或停电时，能通过气动或液压马达迅速将钢水包旋转到安全位置进行处理。
27．中间包有什么作用？ 答：
用来稳定钢流，减小钢流对结晶器中坯壳的冲刷。并使钢渣在中间包内有合理的流场和适当长的停留时间，以保证钢水温度均匀及非金属夹杂物分离上浮；对于多流连铸机由中间包对钢水进行分流；在多炉连浇时，中间包中贮存的钢水在换包时起到衔接作用。
28．连铸工艺对结晶器有哪些要求？ 答：
（1）具有良好的导热性能；
（2）结构刚性好，力求简单，易于制造，拆装、调整和维修方便；
（3）有较好的耐磨性和较高的寿命；
（4）在保证结晶器刚度的条件下，质量要小，以便减小振动时的惯性力；
（5）具有足够高的强度和硬度。
29．为什么说结晶器的倒锥度是一个十分重要的设计参数？ 答：
如倒锥度过小，坯壳会过早的脱离结晶器内壁形成气隙，影响结晶器的冷却效果，致使坯壳过薄，出现鼓肚变形，甚至拉漏；倒锥度过大，会使铸坯与结晶器的摩擦阻力增加，加速结晶器内壁特别是下口的磨损。30．连铸对结晶器振动的要求有哪些？ 答：
（1）振动的方式能有效的防止因坯壳的粘结而造成的拉漏事故；
（2）振动参数有利于改善铸坯表面质量，形成表面光滑的铸坯；
（3）振动机构能准确实现圆弧轨迹，不产生过大的加速度引起的冲击和摆动；
（4）设备的制造，安装和维护方便，便于处理事故，传动系统有足够的安全储备。
31．二冷装置有什么作用？ 答：
（1）采用直接喷水冷却铸坯，使铸坯加速凝固，能顺利进入拉矫区；
（2）对铸坯起支撑和导向作用，防止并限制铸坯发生鼓肚、变形和漏钢事故。
（3）对引锭杆起导向和支撑作用；
（4）对带直结晶器的直弧形连铸机，要完成对连铸机的顶弯作用。32．引锭杆有什么作用？ 答：
开浇前，引锭头作为结晶器的“活底”堵住结晶器的下口，并使钢水在引锭杆头凝固，通过拉矫机从结晶器中拉出引锭杆及与引锭杆头连在一起的铸坯，经过二冷区在通过拉矫机之后，铸坯被矫直，脱开引锭头，进入正常拉坯状态。引锭杆便离开连铸生产线，进入引锭杆存放位置，待下次开浇时使用。
第三篇：2005年全国炉外精炼学术会议议程
第五届全国炉外精炼学术会议议程
中国金属学会炉外精炼学术委员会主办 桂林理工大学协办
14日代表报到
15日上午 8：00－12：00 学术会议
8:00郑贻裕主任委员致开幕词 8:05 桂林理工大学领导致欢迎词
8:10近几年钢水精炼技术几个方面的进展与讨论
……………………………………………………中国金属学会领导 苏天森 8:40宝钢RH耐材无铬化的实践应用……………………宝钢炼钢厂厂长 郑贻裕 9:00纯净钢冶炼的几项新技术………………………北京科技大学教授 包燕平9:20氧化物冶金技术发展与应用……………………河北联合大学教授 张彩军 9:40 低成本、高效化、稳定生产洁净钢工艺技术
…………………………………………………钢铁研究总院冶金工艺所所长 曾家庆 10:00鞍钢炼钢总厂炉外精炼及相关技术
………………………………………………………鞍钢炼钢总厂首席工程师 孙 群 10:20低成本冶金技术…………………………武汉钢铁公司技术中心教授 区 铁 10:40含铝钢精炼取消钙处理的理论和应用研究……………重庆大学教授
何生平11:00太钢不锈钢精炼技术的新进展…………………太钢技术中心副主任 李志斌 11:20重轨钢中夹杂物控制与分析技术………北京科技大学冶金学院院长 张立峰 11:40精炼过程氧化钙硫化钙夹杂调查研究………迁钢技术质量部副部长 李树森
15日下午13：30－18：00 学术报告
主持人 蔡焕堂 刘建华
13:30中间包电磁精炼技术的研究进展………………………上海大学教授 钟云波 13:50宝钢不锈钢炉外精炼进展…………………………宝钢不锈钢事业部 刘 竑 14:10不锈钢生产废物以及含锌电炉粉尘中有价值金属的可持续回收 ……………………………………………德国百菲萨钢铁服务有限责任公司
付
晓
主持人 包燕平曾加庆
14:30 浅析宝钢4#RH真空处理实践…………………………………宝钢 吴 雄 14:40干式真空装置应用及优化…………………………………重钢 马立华 14:50 RH真空精炼后IF钢镇静工艺的洁净度研究…………北京科技大学 崔 衡 15:00 采用铁精粉对铁水进行脱钛预处理的工艺技术开发和工业应用
………………………………………………………………钢铁研究总院 倪 斌 15:10返回钢精炼对夹杂物控制的影响试验……………………石钢 孙玉春 15:20 VOD冶炼超纯铁素体不锈钢脱碳脱氮研究……………………宝钢 徐迎铁 15:30 250t钢包底吹氩精炼工艺优化的物理模拟研究………武汉科技大学 郑 万 15:40高品质轨道交通用钢的夹杂物控制研究……………………马钢 金友林 15：50 Zr对Fe-36Ni因瓦合金凝固组织和热塑性的影响……………宝钢 郑宏光 16：00弱脱氧弹簧钢夹杂物形态控制研究………………………………武钢 齐江华
照相
16：10 RH炉冶炼超低碳钢工艺优化……………………………………邢钢 姬旦旦 16：20 LF喂铝线过程参数优化研究……………………………北京科技大学 张 鹏 16：30 1873K时镁对钢中氧化物、硫化物的共同变质机理………东北大学 王德永 16：40炼钢连铸流程在线钢水温度控制……………………北京科技大学 贺东风 16:50 CSP流程低碳低硅铝镇静钢精炼渣成分优化…………北京科技大学 郭 靖 17:00 引入水蒸气进行转炉精炼的理论与实际应用………北京科技大学 王海娟 17:10 复吹转炉双渣深脱磷工艺实践...................北京科技大学 武 贺 17:20 炼钢成本预测模型开发与研究...................北京科技大学 胡晓光 17:30低碳TWIP钢AOD氧化精炼过程数学模型 北京科技大学 刘建华 17:40 京唐公司低硅低硫钢的冶炼实践.......................首钢 高圣勇 17:50 邢钢提高XGM6导电率的生产实践........................邢钢 修建军 晚上 18：00－20：00 宴会
15日晚10：00－22：00 炉外精炼学术委员会委员会议
感谢德国百菲萨钢铁服务有限责任公司和濮阳源泰高科技冶金材料有限公司的赞助！
17日下午 会议闭幕
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：连铸技术的发展
内蒙古科技大学 本科生课程论文
题 目：连铸技术的发展 学生姓名： 学 号： 专 业：09成型 班 级： 指导教师：邢淑清
连铸技术的发展
摘要：介绍了连铸的历史、发展、及其优点，主要阐述了连铸生产的相关技术及设备的应用;同时详细的介绍了高效连铸生产技术和最新连铸技术的发展。对连铸技术的发展进行了展望。
关键词：连铸技术；连铸设备；高效连铸技术；发展现状
Development of Continuous Casting
Technology Abstract：The history, development, continuous of casting and its advantages is introduced in this paper.Mainly elaborated the continuous casting production technology and equipment application.Which detailed introduction of the high efficient continuous casting technology and the latest development of continuous casting technology.And On the development of continuous casting technology is discussed.Key words: Continuous casting technology;Continuous casting equipment;High efficient continuous casting technology.引言
1858年,在钢铁协会伦敦会议上,首次提出“无锭浇铸”的概念。然而,直到20世纪40年代,该工艺才开始商业应用。因为钢的熔点和热传导性高,在此期间,研究者遇到了很多问题。首台投用的连铸机是立式的,装有一个带弹簧装置的结晶器。生产率低,常因金属粘结结晶器而发生漏钢。结晶器振动的概念由德国一非铁金属连铸的先驱提出,于1952年用于德国某钢厂的直结晶器立式连铸机上, 这是连铸工业化规模的开始。
由于技术限制,多年内连铸技术只限于小钢厂,自1970年开始,连铸开始用于钢铁联合企业生产板坯。对凝固现象的科学合理的透彻理解,导致连铸快速增长。连铸技术
1.1连铸技术简介
连铸是把液态钢用连铸机浇注、冷凝、切割而直接得到铸坯的工艺。它是连
接炼钢和轧钢的中间环节，是炼钢生产厂（或车间）的重要组成部分。一台连铸机主要是由盛钢桶、中间包、中间包车、结晶器、结晶器振动装置、二次冷却装置、拉坯矫直装置、切割装置和铸坯运出装置等部分组成的。连铸技术的应用彻底改变了炼钢车间的生产流程和物流控制，为车间生产的连续化、自动化和信息技术的应用以及大幅度改善环境和提高产品质量提供了条件。此外，连铸技术的发展，还会带动冶金系统其他行业的发展，对企业组织结构和产品结构的简化与优化有着重要的促进作用。1.2连铸工艺的优点
钢液的两种成形工艺：模铸法和连铸法比较如图1所示
图1 模铸与连铸工艺流程的对比图
可以看出二者的根本差别在于模铸是在间断情况下，把一炉钢水浇铸成多根钢锭，脱模之后经初轧机开坯得到钢坯；而连铸过程是在连续状态下，钢液释放显热和潜热，并逐渐凝固成一定形状铸坯的工艺过程[1]。钢在这种由液态向固态的转变过程中，体系内存在动量、热量和质量的传输，相变、外力和应力引起的变形，这些过程均十分复杂，往往耦合进行或相互影响[2]。与模铸—初轧开坯工艺相比,连铸工艺具有如下优点[3]：
(1)简化了铸坯生产的工艺流程，省去了模铸工艺的脱模、整模、钢锭均热和开坯工序。流程基建投资可节省40％，占地面积可减少30％，操作费用可节省40％，耐火材料的消耗可减少15％。
(2)提高了金属收得率，集中表现在两方面一是大幅度减少了钢坯的切头切尾损失；二是可生产出的铸坯最接近最终产品形状，省去了模铸工艺的加热开坯 3
工序，减少金属损失。总体讲，连铸造工艺相对模铸工艺可提高金属收得率约9％。
(3)降低了生产过程能耗，采用连铸工艺，可省去钢锭开坯均热炉的燃动力消耗。可节省能耗1／4～1／2。
(4)提高了生产过程的机械化、自动化水平，节省了劳动力，为提高劳动生产率创造了有利条件，并可进行企业的现代化管理升级。1.3我国连铸技术的发展状况
中国是世界上研究和应用连铸技术较早的国家,从20世纪50年代起就开始连铸技术的研究,60年代初进入到连铸技术工业应用阶段。但是,从60年代末到70年代末,连铸技术几乎停滞不前。1982年统计数字表明,世界平均连铸比为30%左右,而中国的连铸比仅为6.2%。80年代后,中国连铸技术进入新的发展时期,从国外引进了一批先进水平的小方坯、板坯和水平连铸机。80年代中期,中国拥有了第一个全连铸钢厂-武钢第二炼钢厂。近年来,中国连铸技术飞速发展。到2005年,中国除海南、宁夏、西藏外,其他各省(市、自治区)都有了连铸,连铸比已经达到了97.5%,目前,中国的钢铁冶金工艺水平达到了世界中上等水平[4]。
2连铸生产及关键技术
2.1连铸设备
连铸机的发展大致经历了立式→立弯式→弧形→超低头形→水平等几个阶段。每种机型都各有其特点,有它最适应的范围,还没有一种机型可完全取代其他机型。目前, 连铸机除满足产量要求外,从生产率、铸坯品种质量、铸坯断面、降低连铸机高度、节省基建和设备投资等方面综合分析,弧形连铸机是被应用的主要机型[3]。但板坯连铸机的总趋向是用直弧型替代弧型,以消除或减轻铸坯内弧侧夹杂物的积聚问题。
连铸生产所用设备通常可分为主体设备和辅助设备两大部分。主体设备主要包括:(1)浇铸设备-钢包运输设备、中间包及中间包小车或旋转台;(2)结晶器及其振动装置;(3)二次冷却装置-小方坯连铸机、大方坯连铸机和板坯连铸机有很大差别);(4)拉坯矫直机设备-拉坯机、矫直机、引锭链、脱锭与引锭子链存放装置;(5)切割设备-火焰切割机与机械剪切机等。
辅助设备主要包括:(1)出坯及精整设备-辊道、推(拉)钢机、翻钢机、火焰
清理机等;(2)工艺设备-中间包烘烤装置、吹氩装置、脱气装置、保护渣供给与结晶器润滑装置等;(3)自动控制与测量仪表-结晶器液面测量与显示系统、过程控制计算机、测温、测重、测长、测速、测压等仪表系统[3]。2.2连铸关键技术
(1)钢包回转台的关键技术有:钢包加盖,单包升降系统,钢包称量系统,防氧化保护浇注系统,钢包下渣检测系统,钢包倾斜机构,长水口自动安装系统,钢水质量控制系统,钢水温度控制检测系统,钢包吹氩搅拌系统,回转驱动采用液压马达的新型驱动系统。
(2)中间包及其烘烤装置的关键技术有:中间包大型化(已达40～80t),中间包结构形状的优化、挡渣墙的设置和新型耐火材料的利用,钢水自动称量反馈系统,中间包冶金技术,采用陶瓷泡沫过滤器过滤各类夹杂物,热中间包循环使用工艺和设备,浸入式水口快速更换装置,滑动水口与浸入式水口组合使用及氩气密封,自动开浇工艺与系统,烘烤装置自动点火器,浸入式水口内部烘烤技术。
(3)中间包车关键技术有:结晶器液面检测器安装机构,复杂紧凑的机械结构、电缆及管线走向设计,长水口自动安装机械手(被设计在中间包车上),中间包倾斜浇注技术(提高金属收得率)。
(4)结晶器关键技术有:结晶器倒锥度,在线热状态调宽调锥度系统,结晶器在线停机调厚,高速浇铸时铜板冷却水高流速均匀传热冷却结构,涡流式、电磁式、同位素式、浮子式、激光式、超声波式等各种有效的液面检控系统,漏钢预报及热成像系统,结晶器铜板热面温度控制系统及最低进水温度控制,结晶器电磁搅拌和电磁制动,一个结晶器浇多流铸坯的插装式结构,结晶器铜板母材采用合金铜并镀镍铬、镍铁合金或镍钴合金(提高其高温抗变形的能力和耐磨性能), 浇铸宽板坯采用分段式结晶器足辊或高拉速时采用格栅支承结构,浸入式水口随板坯宽度和拉速变化而变化的最佳工艺特性,保护渣自动供给装置,保护渣的理化性能检测设施。
(5)结晶器振动装置关键技术有:液压伺服振动机构(能在浇铸过程中改变振幅、频率和波形偏斜率),缓冲力的优化,高频率小振幅工艺的优化,振动体质量的最小化及板簧导向系统,外装式结晶器电磁钢流控制装置的支撑与运转机构,内装式结晶器电磁钢流控制装置的支撑机构,结晶器运动状况动态监视系统(主要 5
监视摩擦力的变化),结晶器振动反向控制模型(拉速提高,频率降低,振幅提高)。
(6)零号扇形段的关键技术有:调宽调厚装置及工艺设备参数,设备冷却、有效润滑及防漏钢设施,牢靠的定位与对弧调整功能。
(7)积极采用连铸新工艺、新成果。引进薄板坯连铸技术、单晶连铸技术、连铸坯高温热送热装及直接轧制、水平连铸技术、铸坯的轻压下技术以及中间包冶金等技术,将对我国连铸甚至整个钢铁工业的发展起到重要的促进作用。
3高效连铸生产
3.1高效连铸作用
3.1.1连铸坯产量大幅度提高
从1989年到2001年我国连铸坯产量由1004万t增加到12 000万t以上，连铸比由16．3％提高到87．5％。如果只靠投资新建铸机，而没有连铸机的高效化，新建和原有铸机都是那样的低生产率，要想达到这样的总产量是不可想象的，无论资金投入、场地占用等许多方面都是难以承受的。高效连铸技术为钢铁行业的调整结构降低成本作出了贡献。3.1.2实现炼钢车间的炉机匹配
我国的转炉车间炉容从几吨到200t都有小方坯生产。由于小方坯铸机生产能力低，3台转炉配4、5台甚至6台连铸机，匹配关系复杂混乱，工艺制度不能保证。这反过来又影响了铸机生产和铸坯质量。3.1.3经济效益
实现高效连铸使各项技术指标提高，消耗下降，铸坯质量改善，可使企业降低成本节省投资，获得很大的经济效益。3.2提高连铸机生产率的途径
提高连铸机产量，主要是从提高连铸机拉速和提高连铸机作业率两方面着手。
3.2.1提高连铸机拉速
连铸机拉速的提高受出结晶器坯壳厚度、液相穴长度（冶金长度）、二次冷却强度等因素的限制。要针对连铸机的不同情况，对连铸机进行高效化改造。
小方坯连铸机高效化改造的核心就是提高拉速。拉速提高后，为了保证出结晶器坯壳不漏钢，其核心技术就是优化结晶器锥度，开发新型结晶器，包括：Concast的凸模结晶器（CONVEX MOLD）；Danieli自适应结晶器（DANAM）；VAI的钻石结晶器（DIAMOLD）；Paul Wurth的多锥度结晶器。虽然结晶器名称不相同，但其实质就是使结晶器锥度与坯壳收缩相一致，不致于产生气隙而减慢传热，影响坯壳均匀性生长。
目前，国际上小方坯铸机拉速达到的水平见图1和表1。
图1 方坯尺寸与拉速关系
表1小方坯铸机拉速
名 称 德马克 康卡斯特 丹尼立 VAI
断面/mm×
mm 130×130 150×150 130×130 115×115 155×155
拉速/m.min 4.0-4.3 3.5 4.3 5.1 2.9
结晶器型式 抛物线 凸型 自适应 钻石 钻石
小方坯铸机拉速的提高，表现为单流产量的提高。从世界连铸发展的历程来看，20世纪70、80、90年代连铸机的单流年产量分别为5～6、8～10、15～16万t。
我国钢材生产结构是长型材较多,板材比较低(约40%),反映在连铸机建设上是中小型钢厂建设小方坯连铸机较多。据统计,我国共建小方坯连铸机280台 7
978流,年产量近6000万ｔ,平均单流年产量约为6万ｔ。与国外比较,连铸机生产率还较低。为提高连铸机生产率,从20世纪90年代以来,我国对旧有小方坯连铸机进行了高效化改造,如120mm×120mm方坯拉速由2.0m/min提高到3.0～4.0m/min,150mm×150mm方坯拉速由1.5m/min提高到2.5～3.0m/min。目前,我国不少钢厂的小方坯连铸机经过高效化改造后,单流年产量已达到15～20万ｔ的国际水平。3.2.2提高连铸机作业率
提高连铸机作业率的技术有：
（1）长时间浇注多炉连浇技术：异钢种多炉连浇；快速更换长水口；在线调宽；结晶器在线快速调厚度（只需25～30min）；在线更换结晶器（小方坯）；中间包热循环使用技术；防止浸入式水口堵塞技术。
（2）长时间浇注连铸机设备长寿命技术：长寿命结晶器，每次镀层的浇钢量为20～30万t；长寿命的扇形段,上部扇形段每次维修的浇钢量100万t,下部扇形段每次维修的浇钢量300～400万t。
（3）防漏钢的稳定化操作技术：结晶器防漏钢预报系统；结晶器漏钢报警系统；结晶器热状态运行检测系统。
（4）缩短非浇注时间维护操作技术：上装引锭杆；扇形段自动调宽和调厚技术；铸机设备的快速更换技术；采用各种自动检测装置；连铸机设备自动控制水平。
3.3提高连铸坯质量技术 3.3.1提高连铸坯洁净度技术
（1）连铸坯洁净度评价包括：钢总氧量T[O]；钢中微观夹杂物（＜50μm）；钢中大颗粒夹杂物量（＞50μm）。不同产品对钢中洁净度要求如表6所示。 [6][5] 8
（2）连铸坯洁净度是一个系统工程。就连铸过程而言，要得到洁净的连铸坯，其任务是：炉外精炼获得的“干净”钢水，在连铸过程中不再污染；连铸过程中应创造条件在中间包和结晶器中使夹杂物进一步上浮去除。连铸过程钢水再污染，主要决定于钢水二次氧化、钢水与环境（空气、渣、包衬）相互作用、钢水流动的稳定性、钢渣乳化卷渣。
（3）连铸过程控制钢洁净度对策：保护浇注；中间包冶金技术，钢水流动控制；中间包材质碱性化（碱性复盖剂，碱性包衬）；中间包电磁离心分离技术；中间包热循环操作技术；中间包的稳定浇注技术；防止下渣和卷渣技术；结晶器流动控制技术；结晶器EMBR技术。3.3.2提高铸坯表面质量的控制技术
铸坯表面质量好坏是热送热装和直接轧制的前提条件。铸坯表面缺陷的产生主要决定于钢水在结晶器的凝固过程。要清除铸坯表面缺陷，应采用以下技术：结晶器钢液面稳定性控制；结晶器振动技术；结晶器内凝固坯壳生长均匀性控制技术；结晶器钢液流动状况合理控制技术；结晶器保护渣技术。3.3.3提高连铸坯内部质量的控制技术
连铸坯内部缺陷一般情况在轧制时能焊合消除，但严重时会使中厚板力学性能恶化，使管线钢氢脆和高碳硬线脆断。铸坯内部缺陷的产生主要决定带液芯的铸坯在二冷区的凝固过程。要消除铸坯内部缺陷，可采用以下技术措施：低温浇注技术；铸坯均匀冷却技术；防止铸坯鼓肚变形技术；轻压下技术；电磁搅拌技术；凝固末端强冷技术；多点或连续矫直技术；压缩铸造技术。
[7]4最新连铸技术的发展
4.1近终形连铸技术的发展
世界钢铁生产者开始寻求技术改进以扩展连铸的优势。1989年,德国供应商SMS首次在美国的一个小型钢厂纽柯钢厂安装了一台薄板坯连铸机。新设计了漏斗形结晶器,其它与传统连铸机相似。导致世界范围内薄板坯连铸机的商业化发
展,其厚度范围在40～70mm 之间,典型拉速为5.5m/min。
薄板坯连铸机的成功并没有使钢铁工作者进一步寻求技术进步的脚步停止,其代表为R&D在贝西默的独创带钢连铸概念。1999年,钢铁巨头Nucor/BHP/IHI及Thyssen Krupp steel/Usino r/ VAI开始商业化推广他们的Cast rip工艺及Euro st rip 工艺,可以直接从钢水生产出带钢(见图2)。
图2双辊带钢铸机
在普遍采用的双辊带钢连铸工艺中,钢液倒入两个柜式旋转辊中。两个陶瓷侧板挤压装有钢液的铸辊的前面。钢壳在两个辊面间形成,熔融金属喂入弯月面。坯壳生长至两辊间的接触点(最窄点), 在这里两坯壳相接触,当它们通过铸辊时形成连续的钢带,从结晶器下面出铸机。至形成2mm厚的凝固钢带仅需0.4s。典型的铸速为40～130mm/min,依赖于带钢厚度、铸辊尺寸和溶池高度。
钢梁的首次近终形连铸是铸成“狗骨”形毛坯取代正方形或矩形截面,可生产的梁毛坯尺寸为(480～1050)mm×(355～450)mm×(120～165)mm,铸速为0.45～2.5m/min,其轧制成本较低,生产率较高,能耗降低。4.2 结晶器几何形状的演变
结晶器是铸机的心脏,结晶器设计相应决定了铸速和生产率。为提高铸速和生产率,需要适当的结晶器几何形状,以提高热传输和降低结晶器摩擦。4.2.1厚板坯连铸机的直结晶器
从传统的弧形结晶器到直结晶器的采用,保证在整个结晶器长度内铸流、坯
壳与结晶器铜板的均匀接触。使坯壳快速均匀生长,降低拉漏危险。而且,非金属夹杂容易上升到熔池,保证铸坯的优良内部质量。4.2.2小方坯的多段结晶器
多段结晶器对高速小方坯连铸降低漏钢率较为有效,它由一个主筒结晶器和与之相连的约320mm长的刚性第二段组成。第二段由4块固定在底板上的水冷铜板组成,通过一个支架和基板套在主结晶器的外面。连铸过程中,冷却板通过弹簧作用轻压铸坯,冷却板喷冷却水加快热传输,冷却水直接垂直喷射到小方坯盖板上。这种工艺中,铸速可达4～4.3m/min,高于传统有足辊结晶器连铸机的3.5m/min,而且,漏钢率也较传统铸机降低0.50%～1.0%。4.2.3锥度结晶器
锥度结晶器可用于大方坯/小方坯和板坯连铸机,抛物线结晶器的引入成为连铸历史的转折点。结晶器锥度依赖于钢种和铸速,结晶器设计上考虑铸坯在结晶器内的铸坯收缩,以使结晶器与铸坯接触,保证良好传热。在高速浇铸下,钢在结晶器内的停留时间非常短,因此,坯壳必须有足够的强度以承受液态钢水的静压力,为此,结晶器筒在不同段设计成多种锥度,主要考虑钢水收缩,保证钢坯与结晶器的良好接触。
另一个发展方向是在板坯连铸机结晶器采用有导角的抛物线锥度,保证整个结晶器长度内铸坯与铜板直接接触,促进坯壳快速均匀生长。导角减小了结晶器摩擦,因此可减少铜板磨损。其应用可改善铸态组织、减少铸坯角部内部质量缺陷、降低侧边鼓肚。
4.2.4小方坯铸机的结晶器长度
对高速小方坯,提高结晶器筒长100～200mm,使总长超过传统的900mm,提高钢在结晶器内的停留时间,从而提高坯壳强度。4.3结晶器振动的改进 4.3.1液压结晶器振动
理想的结晶器振动是充分利用结晶器优化设计的前提。液压结晶器振动采用二个液压缸控制伺服阀,每个伺服阀预先设定设置点,将结晶器设置成周期性振动。对伺服阀储存不同的设置点实现相应的振动速度曲线,正弦函数是基本的振动型式。
不同速度曲线的振频和振幅不同,在浇铸过程中,铸速函数能自动与预设定的函数序列相适应。其优点包括:振动曲线、振幅、振频的在线控制,减少结晶器摩擦,减轻结晶器机械运动,减轻铸件振痕,提高操作安全和减少维护等。4.3.2板坯连铸机结晶器振动的三角模式
结晶器振动利于保护最初形成的坯壳,需要一个合理的结晶器正向和负向振动以降低坯壳的拉应力,使结晶器润滑渣充分渗入并沿模壁铺展。在正弦振动中,主要问题是在每个振幅中,正滑脱时间较短,高频振动器使结晶器摩擦增大。为此,开发了三角模式振动,通过调整振动速度,使向上运动的时间长于向下运动,这种较长的正滑脱时间减少了结晶器与凝固坯壳的相对运动,因为负滑脱时间较短,可减小摩擦,降低振痕深度。4.3.3结晶器宽度调整
在线液压结晶器宽度调整利于生产不同尺寸板坯,减小下线时间。该系统可提高连铸产品大纲的灵活性,提高生产率。4.3.4结晶器液面自动控制
当前结晶器液面控制通常采用塞棒调整中间包滑板开闭进行。结晶器液面探测可采用放射性同位素,系统拥有一个PID(比例微积分)控制器,可将液面实际控制信号与设定值相比较。控制器根据反馈结果输出信号促使伺服驱动开闭塞棒激励器。伺服驱动可控制塞棒位置, 控制精度通常为±2mm。在自动开浇模式,按存储的时间曲线对结晶器进行设定,如果液面达到固定的设定值,自动从时间曲线控制切换到闭环控制。其主要优点是优良的表面/皮下质量,较轻的振痕深度和低一倍的漏钢率,因此提高了生产率。4.4电磁搅拌
连铸坯组织为较外层柱状晶区为中心等轴晶区所包围, 柱状晶的长度直接受过热度影响,如图3所示。
图3过热度对柱状晶和等轴晶量的影响
为限制柱状晶区,中间包内钢水温度应接近液相线温度,EMS(电磁搅拌)能限制柱晶结晶,促进细小规则等轴晶形成。搅拌器的工作原理包括磁场的产生,磁场穿透凝固壳,在钢液中感应出傅科勒特电流。这种感应电流和磁感应产生一个电磁力,使液态金属产生运动。通过对流促进液固钢之间的热交换,消除残余过热,导致凝固前沿的热梯度减小,柱状晶生长条件不复存在。这些运动导致柱状晶枝晶重熔和断裂,形成更多的等轴晶。图4示出了电磁搅拌和未搅拌时等轴晶比例对比。
图4电磁搅拌对晶粒的细化作用
根据需要搅拌器可放于结晶器或结晶器之下。对大方坯/小方坯连铸机,EMS可提高表面/皮下质量,减少合金偏析、渣坑和针孔,其主要优点是通过增大等轴晶区提高内部质量,减少枝晶搭桥,阻止中心气孔和中心偏析。
为进一步降低偏析,可在二冷区下部安装EMS,通过搅拌中心未凝固钢液,均匀成分,减少中心线偏析发生。
搅拌器类型应根据浇铸产品的冶金要求和搅拌参数如强度、频率、磁场方向等进行选择,而且设计和位置应慎重考虑。
电磁搅拌改变了弯月面形状,减慢了弯月面钢液凝固,导致弯月面附近液体流动。在板坯连铸中,一种AC和DC双重感应磁场技术被用于进行弯月面控制,另有一种改进的电磁搅拌闸用于控制结晶器自然流动形式。4.5轻压下
大方坯/板坯连铸机轻压下的目的是减少铸坯的中心偏析。采用调整拉坯段的锥度,对出结晶器后的铸坯采用外加机械压力减轻中心疏松、偏析、化学成分不均匀性。通过阻止凝固搭桥,促进粘稠钢液运动,补偿热收缩。轻压下参数取决于铸机布置、铸速、钢的化学成分、钢水过热度及铸坯二次冷却。改进的动态辊缝调整技术可适应拉坯过程中浇铸参数的变化。4.6连铸自动化
二级自动化系统能改善质量和提高生产率,连铸工艺和质量自动控制系统包括结晶器液面控制、铸坯锥度控制、速度控制数学模型、喷水冷却系统和长度切割优化等[8]。5发展趋势
5.1进一步发展高效连铸技术(传统连铸技术的发展方向)[9]。
高效连铸技术是指连铸机实现高拉速、高作业率、高连浇炉数及低拉漏率生产高温无表面缺陷连铸坯的技术。实现连铸高效化的前提是：及时为连铸机供应温度和成分均合格的钢水；完善自动检测的手段和电子计算机的联网控制；具有高质量的连铸用保护渣和耐火材料；操作人员具有熟练的操作技术等。实现连铸高效化，其核心是提高连铸机的拉速。而提高连铸机拉速，需要解决结晶器和二冷段的冷却效果、结晶器的液面控制及相关技术问题。
5.2推广近终形连铸技术。
主要包括薄板坯连铸技术、薄带连铸技术、异型坯连铸技术和喷雾成形等。与传统工艺相比，它主要具有工艺简单、生产周期短、能量消耗低、生产成本低、质量较高等优点。这些优点恰好弥补了传统工艺的不足。此外，利用薄带连铸技术的快速凝固效应可以获得一些难以生产的材料和新功能材料[10]。5.3液芯压下技术
液芯压下又称软压下,是在铸坯出结晶器下口后,对带液芯的铸坯的坯壳施加挤压,使其减薄到目标厚度。根据液芯压下的终点位置又分静态压下和动态压下。液芯压下的终点位置不变,在一个扇形段内结束的称静态液芯压下。动态液芯压下是指根据钢种、过热度、浇注速度及冷却模型计算液芯长度,依据液芯长度在合适的铸坯长度上分配铸坯压下量,且使液芯压下终点处于合适固相率的区域。动态液芯压下可细化晶粒,减少中心偏析,明显提高铸坯的内部质量。由于静态液芯压下是在固定位置实施,而不是在铸坯的凝固末端,普遍认为对铸坯内部质量的提高不大。目前CSP、QSP采用的是静态液芯压下,FTSR采用的是动态液芯压下技术[11,12]。
6结论
(1)我国连铸比已超过世界平均水平，接近工业发达国家水平，连铸比可以说接近饱和状态。
(2)我国小方坯连铸机高效化改造取得很大成绩。小方坯连铸机单流产量已达到国际先进水平。但我国连铸机平均作业率与世界连铸机平均水平还存在较大差距。提高连铸机作业率以增加连铸机产量还有较大发展潜力。
(3)经过近10多年来的努力，我国连铸在高效化改造、新技术的应用等方面取得了很大成就，就大中型企业连铸机装备水平来看已与国外钢厂水平相当。要重视工艺软件技术开发与创新，新技术要用出实效来。要依靠传统的板坯和大方坯连铸机来生产和解决高品质、高附加值的连铸坯质量问题。
参考文献
[1]陈雷．连续铸钢[M]．北京：冶金工业出版社，2004．8-10．
[2]干勇，仇圣桃，萧泽强．连续铸钢过程数学物理模拟[M]．北京：冶金工业出版社，2001．15-20． [3]周建男．钢铁生产工艺装备新技术[M]．北京：冶金工业出版社，2004．25-100．
[4] 王雅贞，张岩，刘术国．新编连续铸钢工艺及设备[ M] ．北京： 冶金工业出版社，1999．6-15． [5]吴长寿，夏祥生．谈中国钢铁连铸的发展[J]．江西冶金，2002，22(3)：1-4． [6] 蔡开科．连铸技术发展[J]．山东冶金，2004，26(1)：1-8．
[7] G.P.Kang,G.Shin, C.G.Kang.Development of New Model of Mold Oscillator in Continuous Casting[J].Journal of Mechanical Science and Technology,2007,21:421-425.[8] 张成元，郑林．我国连铸技术的发展[J]．山西冶金,2007，106(30)：15-30． [9] 张海军，薛庆国．连铸技术的最新发展趋势[J]．宽厚板，2005，11(6)：42-45． [10]吴建鹏，余新河．薄板坯连铸技术的现状及应用分析[J]．炼钢．2005，21(4)，45-52． [11] 郑林，赵俊．近终形连铸技术的研究现状及发展前景[J]．江苏冶金，2006，34(2)：8-11． [12]许中波．我国连铸技术的现状与展望[J]，炼钢，2000，16(6)：1-5．
点击咨询 