冶金工程概論4(連鑄部分)

1、冶金工程概論連鑄工藝與設備1煉鑄軋鐵礦石 噴 煤 煤 焦 爐 造渣料 高 爐 豎 爐 廢 鋼 電 爐 轉(zhuǎn) 爐 爐外精煉 鑄鐵機 天然氣 連 鑄 加熱爐 板坯 薄板坯 大方坯 小方坯 板坯 和 薄板坯 方坯 和 小方坯 板 材 管 材 熱軋 熱軋板 熱卷帶 酸洗機 冷軋 酸洗板 冷軋板帶 熱處理、鍍層線 軋 鋼 無縫管 型材 棒線材 典型的現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)流程液態(tài)固態(tài)2什么是鋼水的澆鑄 ?鋼的生產(chǎn)包括煉鋼、澆鑄兩大環(huán)節(jié)。澆鑄：是將合格鋼水鑄成適合于軋制或鍛壓加工所 需一定形狀、尺寸和單重的鑄坯(或鋼錠)。澆鑄兩種工藝方式： 鋼錠模澆鑄，模鑄工藝，成品為鋼錠； 連續(xù)鑄鋼，連鑄工藝，產(chǎn)品為連鑄坯。 3鋼

2、錠澆鑄 鋼水經(jīng)鋼包注入鑄模凝固成鋼錠的過程。4鋼錠模類型56上注下注按鋼水進入鋼錠模的方位可分為：上注和下注78910鑄造最適合于制造形狀復雜，特別是有復雜內(nèi)腔的毛坯件曲軸飛機葉輪航天器1112鋼包中間包結(jié)晶器火焰切割長水口浸入式水口二冷區(qū)拉矯機鋼坯連鑄13鋼水下注到中間包 鋼水下注到結(jié)晶器二冷區(qū) 拉矯機 14定尺切割（1） 定尺切割（2） 冷床（1） 冷床（2） 15鋼包中間包結(jié)晶器火焰切割長水口浸入式水口二冷區(qū)拉矯機鋼坯16大包中間包結(jié)晶器鋼液的流向17181.結(jié)晶器強制水冷的無底鋼錠模，“水冷漏斗”組成：結(jié)晶器銅管、外水套、內(nèi)水套、 冷卻水系統(tǒng)、振動系統(tǒng)最關鍵的部件，連鑄設備的“心臟”作

3、用：使鋼水均勻快速地凝固，形成 厚度均勻、表面良好的初生坯殼， 保證連鑄順行。 這一過程是在坯殼與結(jié)晶器壁連續(xù)、 相對運動下進行的。連鑄結(jié)晶器需要和保護渣一同使用。脫模：振動類型：方坯、矩形坯、圓坯、板坯 19結(jié)晶器的上下往復運行，“脫?！?的作用。坯殼與銅板間的粘附力因結(jié)晶器振動而減小，防止了在初生坯殼表面產(chǎn)生過大應力而導致裂紋的產(chǎn)生或引起更嚴重的后果。當結(jié)晶器向下運動時，因為“負滑脫”作用，可“愈合”坯殼表面裂痕，并有利于獲得理想的表面質(zhì)量。根據(jù)結(jié)晶器振動的運動軌跡將振動方式分為非正弦振動和正弦振動兩大類。結(jié)晶器的振動：通過振動臺支撐結(jié)晶器，使結(jié)晶器沿相應于澆鑄半徑的弧度作弧形振動。20結(jié)

4、晶器的振動：振動主要參數(shù)振幅：振動曲線半波的行程（A）。振頻：單位時間內(nèi)振動的次數(shù)振動速度:即振動線速度 平均振動速度:即完整周期中振動速度的平均值最大振動速度：振動周期中速度達到的最大值負滑脫時間：即結(jié)晶器向下振動時，速度超過拉速的那一段時間.負滑脫率，通常用下式表達21為了提高連續(xù)澆注鋼坯的質(zhì)量，強化保護澆注工藝，使用一種固態(tài)粉渣覆蓋在結(jié)晶器鋼液面上形成一層保護渣。結(jié)晶器保護渣五大作用：1 覆蓋鋼水絕熱保溫；2 隔絕空氣，防止鋼水二次氧化；3 吸收上浮到鋼渣界面上的非金屬夾雜物；4 降低拉坯阻力，潤滑鑄坯和結(jié)晶器作用；5 流入坯殼和結(jié)晶器間隙內(nèi)的液態(tài)渣形成 渣膜，以控制鑄坯向結(jié)晶器傳熱速度

5、， 保持坯殼均勻生長。22保護渣的渣層結(jié)構縱向渣層結(jié)構：絕熱保溫防止鋼液二次氧化吸收夾雜物橫向渣層結(jié)構：潤滑傳熱合適的熔化性能、粘度和結(jié)晶性能形成渣池保證橫向結(jié)構潤滑和傳熱的前提23連鑄保護渣的熔融結(jié)構：連鑄過程中，由于熱量傳遞、化學反應、機械振動和物質(zhì)遷移，結(jié)晶器內(nèi)的保護渣構成了一個非穩(wěn)態(tài)體系因此，凝固過程的影響變得復雜和難于控制。最典型的保護渣熔融結(jié)構為三層結(jié)：即由上至下依次為粉渣層、燒結(jié)層和熔融層。24連鑄保護渣成分：工作條件和設計原則的要求，國內(nèi)外均采用硅酸鹽為基礎的玻璃渣體系作基料成分。按基料組成可分為三個渣系： 即SiO2-Al2O3-CaO系、SiO2-Al2O3-FeO系、Si

6、O2-Al2O3-Na2O系，其中SiO2-Al2O3-CaO 系應用最為普遍。在基料基礎上輔加少量的添加劑(如堿金屬或堿土金屬氧化物、氯化物)和控制熔化速度的碳質(zhì)材料(如碳黑、石墨等)。25熔化溫度和熔化速度的測定方法將保護渣加工成如左圖的錐形或者圓柱形試樣，推入高溫爐內(nèi)的恒溫區(qū)，以10/min的升溫速度升溫，觀察渣料的熔化情況，進而定義保護渣的熔化溫度。將爐溫升至1300或1350恒溫，然后迅速將左圖渣料推入恒溫區(qū)，觀察渣料完全熔化后所需時間。26保護渣粘度測定方法將配制好的保護渣粉末混勻。將爐溫恒定在1350，稱取140g渣料加入坩堝，10min后渣料均勻熔化；將Mo轉(zhuǎn)頭下降到熔渣表面充

7、分預熱；Mo轉(zhuǎn)頭下端距離石墨坩堝底部10mm，攪拌一段時間，使爐渣盡可能均勻；以5min-1的速度降低爐溫，將測得頻率與零點頻率值比較得到保護渣粘度數(shù)值；系統(tǒng)連續(xù)采集數(shù)據(jù)即可得到粘度溫度曲線。27結(jié)晶器壁20mm45mm45mm連鑄過程中彎月面形成： 隨著結(jié)晶器的上下振動，鋼液注入結(jié)晶 器內(nèi)，且保持一定的液面高度，由于鋼 液是金屬鍵，強度大，表面張力大，因 而在結(jié)晶器銅壁處鋼液形成了向內(nèi)壁突 出的彎月面。 彎月面是凝固坯殼生長的起始點，它的 性質(zhì)在很大程度上決定了鑄坯表面質(zhì)量。 連鑄結(jié)晶器彎月面區(qū)域的定義為:從彎月 面根部以下45mm到根部以上45mm從結(jié) 晶器內(nèi)壁到離壁20mm處的區(qū)域。28

8、結(jié)晶器內(nèi)坯殼生長的行為特征：鋼水進入結(jié)晶器，與銅板接觸形成彎月面。在彎月面的根部由于冷卻速度很快（可達100/s），初生坯殼迅速形成，而隨著鋼水不斷流入結(jié)晶器且坯殼不斷向下運動，新的初生坯殼就連續(xù)不斷的生成，已生成的坯殼則不斷增加厚度。已凝固的坯殼，因發(fā)生相變，使坯殼向內(nèi)收縮而脫離結(jié)晶器銅板，直至與鋼水靜壓力平衡。由于第（2）條的原因，在初生坯殼與銅板之間產(chǎn)生了氣隙，這樣坯殼因得不到足夠冷卻而開始回熱，強度降低，鋼水靜壓力又將坯殼貼向銅板。上述過程反復進行，直至坯殼出結(jié)晶器。坯殼的不均勻性總是存在的，大部分表面缺陷就是起源于這個過程之中。角部的傳熱為二維，開始凝固最快，最早收縮，最早形成氣隙。

9、角部的傳熱始終小于其他部位，致使角部區(qū)域坯殼最薄，這也是產(chǎn)生角部裂紋和發(fā)生漏鋼的薄弱環(huán)節(jié)。29連鑄工藝和設備30鋼包回轉(zhuǎn)臺將從精煉跨接受的鋼包回轉(zhuǎn)到澆注跨，為連鑄機提供鋼水，實現(xiàn)多爐連澆，提高連鑄機作業(yè)率。由底座、回轉(zhuǎn)臂、驅(qū)動裝置、回轉(zhuǎn)支撐、事故驅(qū)動控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和錨固件6部分組成。31中間包作用： 介于大包和結(jié)晶器之間，接受來自大包的鋼水，并向結(jié)晶器分流，起到減壓、穩(wěn)流、除渣、儲鋼分流、均勻溫度和成分及冶金的作用；結(jié)構： 呈“T”型，由包體、包蓋組成，底部設有滑動水口機構，浸入式水口及夾持裝置，并設溢流槽。32安裝在鋼包和中間包底部以實現(xiàn)調(diào)節(jié)鋼水流量的裝置。通過液壓缸8帶動活動滑板2移動

10、，從而使它與上下固定滑板1、3進行相對錯位來實現(xiàn)調(diào)節(jié)鋼流?；瑒铀趌:上固定滑板；2:活動滑板；3:下固定滑板；4:浸入式水口；5:滑動水口箱體；6:結(jié)晶器；7:連桿；8:液壓缸；9:中間包33二冷固定扇形段（二冷區(qū)） 結(jié)晶器與拉矯機之間，支撐框架，熱保護裝置，外弧支撐輥，內(nèi)弧壓輥確保各種鑄坯的冷卻控制。此扇形段為固定段。34拉矯機在二次冷卻區(qū)導向裝置的尾部，承擔拉坯、矯直和送引錠桿的作用。一般是拉坯和矯直這兩道操作常在同一機組里完成，故統(tǒng)稱拉矯機上下兩輥式結(jié)構。上輥是主動輥，下輥是被動輥。主動輥由齒輪電機驅(qū)動，電機帶變頻，可調(diào)速。由四個單體組成，多點矯直，矯直的壓力小。通常要求鑄坯在進入拉矯

11、機前應完全凝固，以防止鑄坯產(chǎn)生內(nèi)裂。對拉矯機要求是：足夠的拉坯能力，能克服鑄坯各點阻力；有足夠的矯直力，在規(guī)定的溫度下能把鑄坯矯直；拉坯速度可以調(diào)節(jié)。35電磁攪拌電磁力控制鋼液凝固過程，改善鑄坯質(zhì)量的工藝。電磁攪拌器是借助在鑄坯液相穴中感生的電磁力，強化鋼水的運動。攪拌器激發(fā)的交變磁場滲透到鑄坯鋼水內(nèi)，感應起電流，感應電流與當?shù)卮艌鱿嗷プ饔卯a(chǎn)生電磁力，電磁力是體積力，作用在鋼水體積元上，從而能推動鋼水運動。結(jié)晶器電磁攪拌： 攪拌器安裝在結(jié)晶器銅管外面。二冷區(qū)電磁攪拌：攪拌器安裝在鑄坯外面。凝固末端電磁攪拌：攪拌器安裝在鑄坯外面36電磁攪拌作用鑄坯內(nèi)部質(zhì)量和均質(zhì)性的改善;鑄坯表面及皮下質(zhì)量的改善

12、;減輕中心偏析;鑄坯“白亮帶”現(xiàn)象的產(chǎn)生.37引錠桿是結(jié)晶器的“活底”，開澆前用它堵住結(jié)晶器下口；澆鑄開始后，結(jié)晶器內(nèi)的鋼液與引錠桿頭凝結(jié)在一起；通過拉矯機的牽引，鑄坯隨引錠桿連續(xù)地從結(jié)晶器下口拉出，直到鑄坯通過拉矯機，與引錠桿脫鉤為止，引錠裝置完成任務，鑄機進入正常拉坯狀態(tài)；引錠桿動致存放處，留待下次澆注時使用。 引錠桿功能：從結(jié)晶器鑄坯導向段內(nèi)牽引出來。位置：開澆時，插入到連鑄機頭部。平時存放在引錠桿存放裝置上。結(jié)構：包括引錠頭、過渡段和引錠桿桿體。引錠桿頭部用銷子與引錠桿桿體相連接。與鑄坯的連接由一種為了能快速斷開而采用的一次性的起始片來保證。引錠桿桿體由5段用鉸制螺栓連接的剛性弧形扇形

13、段組成。38拉矯機脫錠示意圖鑄坯拉輥下矯直輥上矯直輥引錠桿39功能：將從連鑄機拉出來的鑄坯，按要求切割成定尺長度的鑄坯，還可以用于切割試樣，切頭、切尾。該設備采用氣動夾鉗使切割機與鑄坯同步行走，電機驅(qū)動切割小車行走，直流調(diào)速電機驅(qū)動，水冷切槍進行切割。厚度大于50mm的厚鋼板一般采用火焰切割，也叫氧氣切割火焰切割機 40411) 臺數(shù)：凡是共用一個盛鋼桶，澆鑄1流或多流鑄坯的1套連鑄鋼設備稱為1臺連鑄機。2) 機數(shù)：凡具有獨立傳動系統(tǒng)和獨立工作系統(tǒng)，當它機出現(xiàn)故障機仍能照常工作的一組連續(xù)鑄鋼設備，稱之為1個機組。1臺連鑄機可以由1個機組或多個機組組成。3) 流數(shù)：1臺連鑄機能夠同時澆注鑄坯的總根數(shù)稱之為連鑄機的流數(shù)。4）拉坯速度是指每分鐘拉出鑄坯的長度，單位是m/min，簡稱拉速連鑄機特性參數(shù)： 42液相深度： 液相深度（L液）是指鑄坯從結(jié)晶器液面開始到鑄坯中心 液相凝固終了的長度，也稱液心長度。 L液連鑄坯液相深度，m； v拉坯速度，m/min； t鑄坯完全凝固所需要的時間，min。 43 冶金長度 根據(jù)最大拉速確定的液相深度為冶金長度L冶。冶金長度是連鑄機的重要結(jié)構參數(shù)；決定著連鑄機的生產(chǎn)能力，也決定了鑄機半徑或高度，從而對二次冷卻區(qū)及矯直區(qū)結(jié)構乃至鑄坯的質(zhì)量都會產(chǎn)生重要影響。鑄機長度 鑄機長度是從結(jié)晶器液