异形坯连铸技术的最新进展

第一篇：异形坯连铸技术的最新进展

异形坯连铸技术的最新进展

由于异形坯连铸技术将炼钢、精炼、异形坯连铸机和轧机紧凑式布置，形成钢梁生产新工艺(CBP)而迅速发展。该工艺将异形坯直接热装入加热炉，与传统方坯冷装相比∶

(1)投资减少约30%；

(2)能耗降低50%~60%；

(3)从废钢到成品钢梁生产总时间减少90%；

(4)生产率提高15%；

(5)金属收得率提高1.5%；

(6)不需要中间仓库；

(7)节约人工费用；

(8)降低操作和维修费用。

异形坯连铸技术主要是钢梁异形坯连铸和紧凑式钢梁生产线。1968年，加拿大阿尔戈马

公司异形坯连铸机投入商业性生产，美国纽柯-大和公司、日本东京钢公司、共英钢公司、卢森堡Thoringen钢厂等也先后建成生产线。2002年，美国动力钢公司新建电炉炼钢车间(内设一台150吨电炉，2台钢包炉，1台三流钢梁异形坯/大方坯连铸机)投产，并与现有钢梁轧机连接，形成年产能力120万吨CBP生产线。美国纽柯公司最近也投产了一座CBP短流程厂。此外，美国Ameristeel厂和西班牙CELSA厂最近也投产了多功能组合式连铸机(除钢梁异形坯外，大方坯和小方坯兼用)。目前，全世界已建成CBP生产线约50条。

中国异形坯连铸以H型钢生产线为主，其中马鞍山钢铁公司和莱阳钢铁公司设备较先进。马鞍山钢铁公司目前拥有大和中小型异形坯生产线两条∶1998年投产的大型H型钢机组，年产能为100万吨高附加值H型钢；2005年投产的中小型H型钢机组，年产能为50万吨高附加值H型钢。其中耐火钢用作高层住宅楼的钢梁、火车用耐侯H型钢，并且开发了符合美国API标准的SM490YB热轧H型钢，实现了海洋石油平台用热轧H型钢的国产化，正在开发汽车大梁、建筑抗震以及轻型薄壁专用H型钢。莱阳钢铁公司目前拥有大、中、小型三条型钢生产线，主要设备从德国引进∶分别是在2005年、1998年和2002年投产。连铸采用异形坯热送热装技术，轧机采用CCS技术、XH轧制方法及CRS矫直机矫直技术，全线计算机控制，实现从装料到成品发货的全程自动化生产。

异形坯连铸技术是连铸领域的前沿技术，世界各国应为降低生产成本、提高产品竞争力而加快研究步伐。

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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：连铸坯质量考核制度

连铸钢坯质量考核制度

为了加强连铸坯质量管理，确保下道工序正常生产，结合实际生产需要，现制定连铸坯质量考核制度：

1、钢坯五大元素的控制，应严格按照公司内控标准执行，五大元素超出内控标准的，考核炼钢厂1000元/项。

2、连铸坯长度允许偏差为+80mm，超出该范围考核炼钢厂100元/根。

3、连铸坯边长允许偏差为±5mm,超出该范围考核炼钢厂100元/根。

4、连铸坯两对角线之差应≤10mm，超出该范围则判定为脱方，脱方钢坯考核炼钢厂500元/根。

5、连铸坯切斜应≤12mm，超出该范围考核炼钢厂200元/根。

6、连铸坯鼓肚应≤5mm，超出该范围考核炼钢厂200元/根。

7、连铸坯弯曲度不得大于20mm/m，总弯曲度不得大于总长度的2%，超出该范围考核炼钢厂200元/根。

8、连铸坯表面不得有目视可见的重接、翻皮、结疤、夹杂，一经发现，考核炼钢厂500元/根。

9、连铸坯不得有深度或高度大于3mm的划痕、压痕、擦伤、气孔、皱纹、冷溅、凸块、凹坑（包括由于手工切割造成连铸坯端部不平整、凸块、凹坑、裂痕），一经发现，考核炼钢厂200元/根。

10、连铸坯端面不允许有中心偏析产生的黑点、缩孔、裂纹及皮下气泡（允许有5个以下气泡），一经发现，考核炼钢厂500元/根。

11、连铸坯应按炉组批发运并喷写炉批号，随炉号跟踪卡一同发送到下道工序，此三项若不能按要求执行，考核炼钢厂200元/项。

以上连铸坯质量问题一经发现需及时整改，如流转到下道工序则按照上述制度考核，同时按废坯退回炼钢;如发现弄虚作假，对责任单位考核2000元/次。

技术中心

2014年7月29日

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。

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