金属凝固及连铸连铸发展概况(共37张PPT)

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,金属凝固及连铸连铸发展概况,11/13/2024,第一页，共37页。,教学次数,教学内容,主题（,topics,）,1,课程介绍,什么是凝固和连铸？学习目的；主要内容；课程大纲；课程要求。,2,凝固热力学,-1,液态金属结构；二元合金的稳定相平衡；溶质平衡分配系数；液,-,固相界面成分及界面溶质分配系数。,3,凝固热力学,-2,4,凝固动力学,自发形核；非自发形核；固,-,液相界面结构；晶体生长方式。,5,单相合金的凝固,凝固过程的溶质再分配；金属凝固过程中的“成分过冷”；界面稳定性与晶体形态；胞晶组织与树枝晶；微观偏析；固,-,液界面非线性动力学理论。,6,多相合金的凝固,概述；共晶合金的凝固；偏晶合金的凝固；包晶合金的凝固。,7,凝固过程中液态金属的流动,液态金属的对流；枝晶间液态金属的流动；宏观偏析；微重力场下的金属凝固特点。,8,铸件凝固组织控制,铸件凝固组织的形成；等轴晶的晶粒细化；凝固组织中偏析及控制；凝固收缩及其控制。,9,连续铸钢发展概况,金属凝固成形方式概述；连铸与模铸的比较；连续铸钢工艺流程简述；国外连铸发展过程和现状；我国连铸发展概况。,10,连铸设备,连铸机型及特点；连铸机的主体设备。,11,连铸过程流体流动现象,钢液的流动特点；浇注过程流动水力学；流动的物理模拟；流动的数学模拟。,12,连铸坯的凝固传热,连铸坯的凝固冷却过程；结晶器内坯壳的形成；连铸坯凝固过程的热平衡；结晶器传热；二冷区的传热；连铸坯的凝固传热的数学模型。,13,连铸工艺,钢水准备；中间包钢水温度控制；拉速确定和控制；铸坯冷却控制；提高连铸机作业率。,14,连铸保护渣,保护渣的功能；保护渣分类、如何正确使用保护渣；保护渣与铸坯质量的关系。,15,连铸坯质量,凝固组织；纯净度；表面质量；内部质量；形状缺陷；最终产品对连铸坯质量要求。,16,连铸坯热装、热送与近终形连铸,热装与热送工艺流程和优点；发展概况；技术关键；热装与连铸连轧的高温冶金学问题；近终形连铸发展历史；薄板坯连铸；薄带连铸；长产品近终形连铸。,11/13/2024,第二页，共37页。,内容：,金属凝固成形方式；,连铸与模铸的比较；,连续铸钢工艺流程及机型；,国外连铸发展过程；,我国连铸发展概况。,11/13/2024,第三页，共37页。,一、金属凝固成形方式,成形方式：,1,、金属型铸造；,2,、砂型铸造：,3,、压铸；,4,、振动式连铸；,5,、移动式连铸；,6,、喷雾成形。,模铸,连铸,11/13/2024,第四页，共37页。,去年世界钢产量,15,16,亿吨，连铸比,95%,以上。,11/13/2024,第五页，共37页。,二、连铸与模铸的比较（优点和缺点）,1,、,连铸坯综合成材率高,模铸：,84,88%,；,连铸：,95%,以上,原因：,模铸切头切尾损失,10-20%,；,连铸切头切尾损失,1-2%,。,优点：,11/13/2024,第六页，共37页。,2,、降低能耗,采用连铸工艺比传统工艺可节能,1/4-1/2,。,原因：,省去开坯工艺。,模铸：钢锭,均热炉初轧,连轧,连铸：连铸坯连轧,11/13/2024,第七页，共37页。,11/13/2024,第八页，共37页。,3,、简化工序，缩短流程,模铸与连铸生产流程示意图,11/13/2024,第九页，共37页。,4,、,连铸坯质量好于钢锭、品种扩大,原因：,模铸凝固时间长，元素偏析显著；,连铸坯断面小，冷速大，树枝晶间距小，偏析轻；,目前，几乎所有的钢种均采用连铸工艺生产。,5,、易于实现机械化和自动化,设备和操作水平的提高，采用全过程的计算机管理，不仅从根本上改善了劳动环境，还大大提高了劳动生产率。,6,、占地少，易于实现规模化生产,（诞生了大型钢铁企业）,7,、优化了钢铁生产流程,（铁水预处理、炼钢、精炼）,问题：,1,）漏钢；,2,）铸坯容易产生裂纹。,11/13/2024,第十页，共37页。,三、连续铸钢工艺流程及机型简述,1,、连续铸钢工艺流程,2,、连铸机类型,11/13/2024,第十一页，共37页。,主要环节：钢包、中间包、结晶器、结晶器振动装置、二次冷却和铸坯导向装置、拉坯矫直装置、切割装置、出坯装置等。,1,、连续铸钢工艺流程,11/13/2024,第十二页，共37页。,连浇炉数：,小方坯：,349,炉；,大方坯：,1129,炉；,板坯：,1721,炉。,11/13/2024,第十三页，共37页。,2,、连铸机机型分类,按结晶器是否移动,可以分为两类：一类是固定式结晶器（包括固定振动结晶器）的各种连铸机；另一类是同步运动式结晶器的各种连铸机。,还可以,按铸坯断面形状,分为,:,方坯连铸机、圆坯连铸机、板坯连铸机（薄板、中厚板及厚板）、异型连铸机、方,/,板坯兼用型连铸机等,.,按,钢水的静压头,可分为,:,高头型、低头型和超低头型连铸机等。,11/13/2024,第十四页，共37页。,1,、立式连铸机,2,、立弯式连铸机,3,、直结晶器带液芯弯曲和矫直,连铸机,4,、全弧形连铸机,5,、超低头（椭圆形）连铸机,6,、水平式连铸机,固定式结晶器类：,11/13/2024,第十五页，共37页。,连铸机类型,特点,立式,铸坯做垂直直线运动，不受强制性弯曲变性力作用，适合浇注裂纹敏感性强的钢；,铸坯冷却均匀，非金属夹杂物上浮条件良好，钢的成分和夹杂物偏析较少；,铸机高度大，钢水静压力大，铸坯的鼓肚变形较突出，不适合浇注大断面；,机身高（,30,米以上），厂房高度大，投资大。,立弯式,铸坯由拉坯机拉出结晶器完全凝固后，被顶弯装置弯成弧形，然后在水平位置上矫直；,保持了立式连铸机在垂直方向上进行浇注和凝固的特点；,设备总高度有所降低，但变化不大，是连铸设备从立式向弧形发展中的一种过度机型。,弧形,直弧形,在弧形连铸机上采用直结晶器，在结晶器下口设,2-3m,垂直线段；有利夹杂物充分上浮和分布均匀；,采用带液芯渐近弯曲成弧形，具有铸机高度低、建设费用低的特点；,由于多了弯曲过程，容易引起铸坯外弧裂纹缺陷。,全弧形,结晶器和二冷段布置在,1/4,园弧范围内，铸机高度是立弯式的,1/3,，设备重量轻、投资省；,钢水静压力小，因鼓肚变形引起的内裂和偏析减少；,夹杂物分布不均匀，容易聚集在内弧，对钢水洁净度要求高。,超低头,结晶器、二次冷却段夹辊、拉坯矫直机均布置在,1/4,椭圆圆弧线上,;,椭圆形圆弧是由多个半径的圆弧线组成，其基本特点（优点和缺点）与全弧形连铸机相同，不同是进一步降低了连铸机和厂房的高度，又称为低头（,H/D=25-40,）和超低头（,H/D,小于,25,）连铸机，投资更省。,水平式,结晶器水平安装，铸坯无弯曲矫直变形，适合特殊钢和高合金的浇注；,以间歇式拉坯代替结晶器振动，铸坯容易生产深振痕、润滑困难，仅适合浇注,200mm,下方、园坯；,不需要修建特殊厂房，设备费用低，投资小，但产量低、不适合大规模。,六种连铸机特点比较,11/13/2024,第十六页，共37页。,直结晶器带液芯弯曲和矫直机型,推荐的板坯铸机机型：,11/13/2024,第十七页，共37页。,同步移动结晶器类,1,双辊式连铸机,2,单辊式连铸机,3,双带式连铸机,4,单带式连铸机,5,轮带式连铸机,与固定式结晶器比，移动式的特点：,1,）无相对运动，结晶器长，凝固系数高，拉速大；,2,）可与在线轧机实现连轧，能耗和生产成本低；,3,）设备简单、面积小，适合小规模生产；,4,）缺点是事故率高，表面质量难以保证。,11/13/2024,第十八页，共37页。,小结：,1）连铸机机型发展是逐渐降低铸机高度，即经历了由立式、立弯式,到弧形的演变过程；,2）弧形也经历了由全弧形、超低头到直弧形的转变；,3）铸坯的矫直由单点向多点直至连续矫直发展；,4）接近成品断面连铸，减低轧钢加工成本，简化工艺是努力方向。,新机型发展原则：,建设 、生产成本、铸坯质量、铸机生产率四者统一起来。,11/13/2024,第十九页，共37页。,四、国外连铸发展过程和现状,第一阶段：连铸由设想变为现实,连续铸钢最初设想,早期的尝试,40,年代试验,第二阶段：工业化,50,年代工业化,60,年代弧形连铸机,70,年代能源危机,80,年代成熟推广,第三阶段：,90,年代新革命,11/13/2024,第二十页，共37页。,钢水直接铸成接近最终产品尺寸的钢坯的想法是,1856,年由英国,Bessmer,提出,。这一想法经过一百多年的努力探索，终于使该技术在本世纪,70,年代开始大规模用于实际，并逐步形成了今天的连铸技术。,1.1,最初设想,第一阶段：连铸由设想变为现实,11/13/2024,第二十一页，共37页。,模铸与连铸生产流程示意图,世界上第一台工业生产性连铸机是1951年在原苏联红十月钢厂投产的立式半连续式装置。,结晶器、二次冷却段夹辊、拉坯矫直机均布置在1/4椭圆圆弧线上;,与固定式结晶器比，移动式的特点：,第三阶段：新世纪的高效连铸,采用了弧形连铸后，连铸技术的应用才实现了一次真正的突破，不仅提供了生产率，降低了设备 ，而且更有利于安装在原有的钢厂内。,78、79年武钢二炼钢从德国引进三台板坯弧形铸机，并在85年建成了我国第一个全连铸厂；,到1980年，连铸机数量已达156台，连续铸钢产量占钢总量的比例已超过60。,二元合金的稳定相平衡；,从此，连续铸钢技术经历了“从本世纪40年代的试验开发、50年代开始步入工业生产、60年代弧形铸机的出现、70年代由能源危机推动的大发展、到80年代日趋成熟的技术和90年代面临新的变革”的60年 发展历程。,界面稳定性与晶体形态；,1）连铸机机型发展是逐渐降低铸机高度，即经历了由立式、立弯式,从本世纪70年代开始，异军突起。,主要环节：钢包、中间包、结晶器、结晶器振动装置、二次冷却和铸坯导向装置、拉坯矫直装置、切割装置、出坯装置等。,到弧形的演变过程；,第一阶段：50、60年代自主开发,1.2 早期尝试,亚瑟（）（1866年）和德国土木工程师达勒恩（）(1877年)最早提出以水冷、底部敞口固定结晶器为特征的常规连铸概念。前者采用一个底部敞开、垂直固定的厚壁铁结晶器并与中间包相连，施行间歇式拉坯；后者采用固定式水冷薄壁铜结晶器、施行连续拉坯、二次冷却，并带飞剪切割、引锭杆垂直存放装置。19201935年间，连铸过程主要用于有色金属，尤其是铜和铝的领域。,11/13/2024,第二十二页，共37页。,炼钢生产的大炉容量、高浇铸温度和钢本身比热低，这些在有色金属生产中未曾遇到过。一项最重要的开拓性工作是如何提高一台连铸机的浇铸能力，最关键的是浇铸速度。1921年，瑞典人皮尔逊提出结晶器以可变的频率和振幅做往复振动的想法。1933年德国人容汉斯（）真正将这一想法付诸实施。,振动结晶器的构想和付诸实施，不仅使浇铸速度提到一个较高的水平，而且是连铸技术成为通向钢铁领域发展的基石。从此，连续铸钢技术经历了“从本世纪40年代的试验开发、50年代开始步入工业生产、60年代弧形铸机的出现、70年代由能源危机推动的大发展、到80年代日趋成熟的技术和90年代面临新的变革”的60年 发展历程。,11/13/2024,第二十三页，共37页。,1.3 40,年代连续铸钢的试验开发,在40年代钢的连铸试验开发主要集中在 和欧洲。,虽然振动式结晶器是钢得以顺利连铸的开创性的技术关键，但真正有效防止坯壳与结晶器粘结的突破性进展的技术贡献，应当归功于英国人哈里德（Halliday）提出的“负滑脱”概念，这有改善润滑