(四)连铸工艺与操作.ppt

1 连铸连轧新技术 第二讲连铸工艺与操作 2 主要内容 一 概述二 生产模拟三 生产工艺四 连铸设备五 工艺参数 3 一 概述 1 连铸的发展概况2 连铸机的特点3 连铸机的机型 4 1 连铸的发展概况 连续铸钢 连铸 是将钢水通过连铸机直接铸成钢坯 从而取代模铸和初轧开坯的一种钢铁生产先进工艺 世界各国都以连铸比 连铸坯产量占钢总产量比例 的高低来衡量钢铁工业生产结构优化的程度和技术水平的高低 连铸的好处在于节能和提高金属收得率 5 连续铸钢 6 1 连铸的发展概况 钢液凝固成型有两种方法 模注 获得钢锭连铸 获得钢坯一般钢材的生产工艺是 若采用模注钢锭 轧制或锻压 钢坯 轧制 钢材若采用连铸钢坯 轧制 钢材 7 连铸的特点 简化了工序 缩短了流程省去了脱模 整模 钢锭均热 初轧开坯等工序 由此可节省基建投资费用约40 减少占地面积约30 劳动力节省约70 提高了金属收得率采用模铸工艺 从钢水到钢坯 金属收得率为84 88 而连铸工艺则为95 96 金属收得率提高10 14 8 连铸的特点 降低了能源消耗采用连铸工艺比传统工艺可节能1 4 1 2 生产过程机械化 自动化程度高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 提高质量 扩大品种几乎所有的钢种均可以采用连铸工艺生产 如超纯净度钢 硅钢 合金钢 工具钢等约500多个钢种都可以用连铸工艺生产 而且质量很好 9 亨利 贝塞麦 连续浇铸最早由亨利 贝塞麦提出 并于1846年开始试验 但是直到1937年才实现了铜合金的连铸 1950年制出钢液的连铸机 连铸技术在钢铁生产中的应用是钢铁冶金工业的一次技术革命 它不仅大大提高了生产率 减少了材料消耗 提高了能源效率 并且提高了材料的质量 此后还出现了连铸连轧O C C技术 10 连铸的发展史 1 现代炼钢技术的发展 连铸技术的作用 1 1947年 1974年 技术特点 转炉 高炉的大型化 以模铸 初轧为核心 生产外延扩大 2 1974年 1989年 技术特点 全连铸工艺 以连铸机为核心 3 1989年 现在 技术特点 连铸 连轧工艺 以薄板坯 连铸 连轧为代表 钢厂向紧凑化发展 11 2 21世纪钢铁工业发展趋势 1 产品更加纯洁化 2 生产工艺更加高效低耗 3 生产过程对环境更加友好 12 连铸液体金属是19世纪提出的 最初只能用于浇铸低熔点的有色金属 1933年现代连铸之父容汉斯提出连铸振动系统 1943年建成第一台实验性连铸机 80年代后世界各国连铸技术迅速发展 目前国外对于中低碳钢 普通高碳钢 沸腾钢代用钢 低合金钢 弹簧钢 轴承钢等已实现连铸 13 2 连铸工艺流程 打开钢包底部的滑动水口 钢水从钢包流入中间包 当中间包里的钢液面达到一定高度时打开中间包底部的滑动水口 钢水流入到强制水冷的结晶器 当结晶器内钢液面达到一定高度时并且钢液四周已凝固成具有一定厚度的坯壳 启动拉矫机咬住引锭杆向下移动 因钢水与引锭杆黏结一起故钢水被拉出结晶器 钢坯进入二冷区 因坯壳很薄内部是钢液故喷水冷却 完全凝固的钢坯经矫直切成所需长度 14 我国于1957年开始连铸试验研究 80年代采用自行研制开发和引进相结合的方法 使连铸技术得到很快发展 目前我国转炉炼钢连铸比100 电炉炼钢连铸比近70 15 连铸钢水的温度要求 钢水温度过高的危害 出结晶器坯壳薄 容易漏钢 耐火材料侵蚀加快 易导致铸流失控 降低浇铸安全性 增加非金属夹杂 影响板坯内在质量 铸坯柱状晶发达 中心偏析加重 易产生中心线裂纹 钢水温度过低的危害 容易发生水口堵塞 浇铸中断 连铸表面容易产生结疱 夹渣 裂纹等缺陷 非金属夹杂不易上浮 影响铸坯内在质量 16 钢水在钢包中的温度控制 根据冶炼钢种严格控制出钢温度 使其在较窄的范围内变化 其次 要最大限度地减少从出钢 钢包中 钢包运送途中及进入中间包的整个过程中的温降 实际生产中需采取在钢包内调整钢水温度的措施 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 钢水包的保温 17 3 连铸机的机型 立式连铸机 钢水从结晶器内开始凝固到铸坯完全凝固后切成定尺 铸坯始终沿直线运动 中间包 结晶器 导辊 拉坯辊和切割机都沿直线布置 优点 四周冷却均匀 不易产生内部和表面裂纹 有利于夹杂物上浮 缺点 设备高度大 投资费用高 铸坯断面和定尺长度及拉速受到限制 18 立弯式连铸机 可适应较长定尺的要求 2m 钢水从结晶器开始凝固 完全凝固后进入弯曲段 在水平方向出坯 铸机的中间包 结晶器 导辊 引锭杆沿垂线布置 拉矫机 切割机沿水平布置 缺点 高度比立式下降 但由于增加了一次弯曲和矫直 易造成裂纹 19 弧型连铸机 设备高度明显下降 能够适应提高拉速和加大断面的要求又分为 直弧型连铸机 采用直结晶器从结晶器下保留2m直线段 然后为弧型段 铸坯由直变弯 最后通过拉矫机将弧形坯矫直 优点 夹杂物易上浮 且比立弯式高度低 全弧型连铸机 铸坯的运动轨迹是一条弧线 结晶器 二冷段全为弧型 拉矫机 切割机和出坯系统布置在水平线上 20 椭圆连铸机 又称带有多点矫直的弧型连铸机 又称超低头连铸机 它分段依次改变圆弧部分的曲率半径 使结晶器和二冷段夹棍布置在1 4椭圆上 这种结构的机型除了弧形区是采用多半径外 其它基本特点与弧型连铸机相同 该机型与纯净钢水的生产技术相结合 可生产无缺陷铸坯 21 水平连铸机 其主要设备结晶器 二冷装置 拉矫机和切割设备等均不止在水平线上 水平连铸机的结晶器和中间包是紧密相连的 在中间包水口和结晶器连接处安装有分离环 此外 拉坯时结晶器不振动 而是拉坯机带着铸坯作 拉 反推 停 不同组合的周期运动 22 二 生产模拟 连铸工位全景 连铸生产模拟 23 三 连铸生产工艺 中间包更换 上引锭杆 开浇 启车拉矫 脱引锭杆 切割 钢包更换 停车 24 1 上引锭杆 油缸驱动 引锭杆放到中间轨道 送入拉矫机引锭杆经二冷段 入结晶器上100 150mm 反向至结晶器下口150mm处 拉矫机引锭杆夹紧定位 完成安装操作 25 2 开浇 精炼处理后钢水 连铸回转台 加保温盖 转至浇注工位 中间包小车至浇注工位 中间包基座下降 水口与结晶器对中 开大包水口 中间包加保温剂 开中间包滑动水口 实现开浇 26 3 启车拉矫 启车 从中间包开浇到拉矫机启动时间为10 15s 开始拉坯速度为0 5m min 2min后达正常速度 之后根据钢水过热度调整拉速 启动拉矫机同时结晶器振动 二冷喷水 加保护渣 中间包开浇后加保护渣 勤加少加 均匀覆盖 0 5 0 6kg t 拉坯 结晶器液面波动80 120mm 3mm 矫直 铸坯在高温下通过拉矫机连续矫直 使弧形坯变成直线铸坯 27 4 脱引锭杆 引锭杆头部凹槽与注入结晶器钢水接触凝固成凸台 将铸坯与引锭杆挂接一起 拉出拉矫机后 将引锭头抬起 实现铸坯与引锭杆分离 28 5 切割 铸坯切割长度由PLC系统自动调节 当满足用户和下部工序要求时 夹钳夹住铸坯并与之同步 切割枪开始工作 切割完毕 夹钳松开 切割机复位 29 6 钢包更换 根据回转台上重力传感器指示的钢水状态 在浇注近结束时控制滑动水口开度 根据大包下渣检测装置测定下渣情况 关闭水口 大包提起 脱长水口 回转180 将待浇钢包旋至中间包上方 实现多炉连浇 30 7 中间包更换 根据包衬和浸入式水口寿命决定 一般10 15次 更换过程 大包长水口关闭后 提升并脱长水口 至中间包液面高度200mm时 关中包滑动水口并停拉矫 中包升起至待机位 另一预热好的中包开到浇钢位 机座下降 对中水口 按开浇操作进行 31 8 停车 大包和中包滑动水口关闭 当中包水口关闭时向结晶器内加冷钢 以加速尾坯凝固 降低拉速到0 5m min 同时二冷强度下降 待尾坯凝固后 将其拉出 32 四 连铸设备 中间包及中间包车 钢包及回转台 等离子加热装置 结晶器及振动台 电磁搅拌设备 二冷段 拉矫机 切割机 引锭装置 33 1 钢包及回转台 钢包又称盛钢桶 钢水包 大包等 它是用于盛装 运载钢液并进行浇注的设备 也是钢液炉外精炼的容器 34 作用 存储钢水 并将钢水运输至连铸机 同时底部设吹Ar管起精炼作用 结构与功能 由本体 滑动水口连接板 透气砖 倾翻吊环组成 滑动水口 由上 下滑板 弹性压紧装置 开关驱动机构及座砖组成 35 图滑动水口控制原理图 a 全开 b 半开 c 全闭1一上水口 2一上滑板 3一下滑板 4一下水口 钢包通过滑动水口开启 关闭来调节钢液注流 36 回转台作用 运载钢包并支撑钢包进行浇注 结构与功能 钢结构 旋转装置 锁定装置 升降装置组成 设置在钢水跨和浇注跨之间 向中包提供钢水 37 2 中间包及中间包车 中间包作用 介于大包和结晶器之间 接受来自大包的钢水 并向结晶器分流 起到减压 稳流 除渣 储钢分流 均匀温度和成分的作用 结构 呈 T 型 由包体 包盖组成 底部设有滑动水口机构 浸入式水口及夹持装置 并设溢流槽 38 中间包的容量是钢包容量的20 40 在通常浇注条件下 钢液在中间包内应停留8 10min 才能起到夹杂物上浮和稳定注流的作用 39 中间包车作用 将中间包从预热位置运到浇注位置 浇注完毕从浇注位置运回预热位置 浇注时支撑中间包 40 中间包车的功能 1 将中间包由预热位置移到浇钢位置上 在浇钢结束后还应移出浇钢位置 因此中间包车应具有运行功能 2 在安放中间包时 首先将中间包提起 使水口离开结晶器盖一定高度后再进入浇钢位置 下降中间包 使水口对准结晶器中心 因此它应具有升降和微调功能 3 在浇钢过程中偶遇事故时 需将中间包中钢水放掉 因此中间包车还必须有使钢水溢流出去的功能 4 浇钢过程中 中间包中钢水重量应能显示 因此它应具有称量功能 41 3 等离子加热装置 加热原理 通过高压能将气体电离成离子 通过离子运动形成电弧 经中间包钢水 返回电极形成电流回路 电弧将热量通过辐射加热中间包钢水 调整等离子枪的功率 控制中间包钢水的温度 42 4 结晶器及振动台 作用 使浇注到结晶器的钢水凝固成均匀的坯壳 以便承受钢水静压力 使铸坯顺利拉出 防止漏钢 结构及功能 结晶器本体由结晶器铜管 外水套 内水套 电磁搅拌装置和冷却水系统组成 足辊用于支撑导向坯壳很薄的铸坯 43 结晶器的作用 是一个水冷的钢锭模 是连铸机的核心部件 称之为连铸设备的心脏 钢液在结晶器内冷却 初步凝固成型 且均匀形成具有一定厚度的坯壳 结晶器采用冷却水冷却 通常称为一次冷却 44 对结晶器的要求 1 良好的导热性 能使钢液快速凝固 2 结构刚性要好 3 结晶器结构要简单 便于制造和维护 4 内表面耐磨性要好 以提高寿命 5 重量要轻 以减少振动时的惯性力 45 结晶器的类型与构造 按结晶器的外形可分为 直结晶器 用于立式 立弯式及直弧形连铸机 弧形结晶器 用在全弧形和椭圆形连铸机 从其结构来分 管式结晶器 用于小方坯 圆坯及矩形坯连铸 组合式结晶器 用于大方坯 大矩形坯和板坯连铸 46 振动台作用 振动使结晶器内壁获得良好润滑 减少摩擦力 防止内壁粘结 结构 采用偏心四连杆机构 振动台驱动装置 由电机通过齿轮箱驱动偏心机构 产生正弦振动 并通过四连杆机构将运动传动到振动台 使结晶器上下振动 47 结晶器振动的作用 结晶器实施有规律的往复振动可以防止拉坯时坯壳与结晶器粘结 同时获得良好的铸坯质量 结晶器向上运动时 减少新生的坯壳与结晶器壁产生粘结 以防止坯壳受到较大的应力 减少铸坯表面出现裂纹 而结晶器向下运动时 借助结晶器壁与坯壳的摩擦 在坯壳上施加一定的压力 愈合结晶器上升时拉出的裂痕 有利于保护渣在结晶器壁的渗透 保证结晶器充分润滑和顺利脱模 48 结晶器振动方式 根据结晶器振动的运动轨迹可将振动方式分为非正弦振动和正弦振动两大类 非正弦振动使结晶器振动的速度变化较大 引起较大惯性力矩 对重要的零件和轴承产生很大负荷 正弦型振动以四偏心机构为首推 结构简单 运动平稳 零件寿命长等优点 49 结晶器冷却水系统的设计原则在结晶器冷却水循环系统中 为清除混进冷却水中的杂质 在每台连铸机上都应设置自洗式过滤器 并安装在连铸机附近的阀室 以便集中控制和手动操作 结晶器的冷却水回路都汇集到机器的间接冷却水主管道中 并流回水处理系统 为便于水管的装卸 结晶器冷水配管与管道水管之间都采甩伸缩接头连接 以便适应结晶器上下振动 为保证冷却水能充满冷却水箱及备管路 在最高处应设置空气排除配管枣程旋塞 以便捧尽管路中的空气 50 1 绝热保温 防止钢液面结壳在高温钢液面上加入低熔点的保护渣 一般要求保护渣形成液渣层 烧结层和原渣层三层结构 保护渣三层温度 液渣层温度较高 同钢液温度相近 烧结层在800 900 C左右 原渣层400 500 C 加入保护渣后 钢水扩散的热量比裸露钢液散热小10倍 可以减少大量的热损失 防止结壳 2 隔绝空气防止二次氧化 结晶器保护渣作用 51 3 吸收钢水中的夹杂物要求保护渣具有良好的吸收熔解夹杂物的能力 粘度低夹杂物熔解速度增加 液渣的高碱度 低SiO2 Al2O3 高Na2O CaF2有利于提高夹杂物的熔解度 4 渣膜的润滑作用结晶器内钢水表面张力和铜壁的冷却作用 形成了向内弯曲的凝固壳 加之结晶器振动和气隙的毛细管的作用 可把弯月面上的液渣吸入坯壳与铜壁间的气隙形成渣膜 起润滑作用 52 5 改善结晶器传热结晶器内坯壳的收缩产生了气隙 使热阻增加 导致热流减少 如果气隙内充满均匀渣膜 气隙热阻减少将改善传热 凝固坯壳均匀生长 53 5 电磁搅拌设备 作用 改善铸坯表面和内部质量 扩大连铸钢种 主要安装在结晶器 二冷区 凝固末端 减少表面和皮下气泡 改善偏析 疏松 原理 应用移动磁场在凝固前沿的液体产生对流运动 通过电磁搅拌的离心作用使夹杂物离开壁面而聚集 同时打断柱状晶晶梢 防止疏松 54 在连铸机上电磁搅拌器安装的位置一般有三处 即结晶器电磁搅拌 M EMS 二冷区电磁搅拌 S EMS 和凝固末端电磁搅拌 F EMS 如下图所示 图电磁搅拌线圈安装位置 55 6 二冷段 作用 铸坯拉出结晶器时 坯壳很薄 内部为液态 为使其凝固 在结晶器和足辊后设置了二次冷却导向装置 采用直接喷水和气水冷却两种方式冷却 结构 由活动导向段和弧形导向段组成 56 7 拉矫机 作用 根据工艺选择拉坯速度 在允许变形条件下 进行多点矫直并在水平方向将铸坯送至切割机 结构 主框架 上辊 下辊 压下定位装置和主传动装置组成 57 拉矫机的作用 拉坯 矫直 送引锭杆 处理事故 如冻坯 以及配合板坯连铸机由辊缝测量仪检测二冷段的装配工作状态 58 对拉矫机的要求 1 应具有足够的拉坯力 以在浇注过程中能够克服结晶器 二次冷却区 矫直辊 切割小车等一系列阻力 将铸坯顺利拉出 2 能够在较大范围内调节拉速 适应改变断面和钢种的工艺要求 快速送引锭杆的要求 拉坯系统应与结晶器振动 液面自动控制 二次冷却区配水实现计算机闭环控制 3 应具有足够矫直力 以适应可浇注的最大断面和最低温度铸坯的矫直 并保证在矫直过程中不影响铸坯质量 4 在结构上除了适应铸坯断面变化和输送引锭杆的要求外 还要考虑使未矫直的冷铸坯通过 以及多流连铸机结构布置的特殊要求 结构简单 安装调整要方便 59 8 引锭装置 作用 引锭杆与铸坯脱离后 应及时将引锭杆存放起来 并在下次浇注前通过与拉辊配合 将其送入结晶器 结构 引锭杆由引锭杆头和引锭杆本体组成 各节之间由销轴联接 材质为高强度合金钢 60 引锭装置的作用及组成 引锭杆是结晶器的 活底 开浇前用它堵住结晶器下口 浇注开始后 结晶器内的钢液与引锭杆凝结在一起 通过拉矫机的牵引 铸坯随引锭杆连续地从结晶器下口拉出 直到铸坯通过拉矫机 与引锭杆脱钩为止 引锭装置完成任务 铸机进入正常拉坯状态 引锭杆运至存放处 留待下次浇注时使用 引锭杆由引锭头及引锭杆本体两部分组成 61 图用引锭杆开始进行浇铸过程示意图a 把引锭头插入结晶器底部 b 开始浇铸 c 结晶器振动引锭链拉坯 d 继续拉坯1 结晶器 2 引锭头 3 石棉绳 4 废钢板 碎废钢 62 9 切割机 作用 根据要求将矫直后的铸坯切割成定尺或倍尺 结构 主框架 切割小车 切割枪 驱动系统和供水系统组成 63 连铸机所用切割装置有火焰切割和机械剪切两种类型 目前主要采用火焰切割 火焰切割是用氧气和燃气产生的火焰来切割铸坯 燃气有乙炔 丙烷 天然气和焦炉煤气等 生产中多用煤气 切割不锈钢或某些高合金钢铸坯时 还需向火焰中喷人铁粉 铝粉或镁粉等材料 使之氧化形成高温 以利于切割 64 五 工艺参数 浇注温度的确定 拉速确定 一冷确定 二冷确定 65 1 浇注温度的确定 概念 指中间包钢水温度 由合适的过热度 钢种的液相线温度确定 在一包钢水浇注1 4时过热度最大 浇注结束时最低 过热度高 拉速低则漏钢危险增加 柱状晶发达 中心偏析重 过热度低 拉速高 漏钢几率减少 中心偏析轻 夹杂上浮困难 66 2 拉速确定 拉速的概念 指每分钟拉出的铸坯长度 确定原则 拉速高 钢水在结晶器内停留时间短 坯壳薄 反之 形成厚坯壳 出结晶器时坯壳厚度应为12 14mm 拉速分为 起步拉速和工作拉速 67 3 一冷确定 一冷作用 指结晶器冷却作用 是确保在其中形成一定厚度的坯壳 结晶器内坯壳厚度 kt1 2k 凝固系数 t 凝固时间 确定原则 根据经验确定 结晶器进出水温差 8 供水量2L min 压力0 4 0 6Mpa 68 4 二冷确定 二冷作用 指出结晶器的铸坯在二冷段的冷却过程 根据不同钢种冷却使其完全凝固 冷却方式 喷雾冷却和水 汽喷雾冷却 冷却强度 1 0 1 2L kg钢 低合金钢 0 6 0 8L kg钢 中高碳钢 69 谢谢