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连铸连轧
第一章钢铁冶金基本知识
第二章连铸机构造及各部分功能
第三章连铸坯质量及其控制
第四章连铸坯的热装、热送、能量的衔接
第五章薄板坯连铸连轧
第六章连铸大方坯液芯轧制
第七章近终型连铸及铸轧的配合
第一章钢铁冶金基本知识
1.钢铁冶金系统工程
2.对合格钢水的要求
3.炉外精炼
连铸与冶炼能力、节奏的匹配
一、钢铁冶金系统工程
1.工艺过程:
矿石→选矿(磁选、浮选)→烧结(球团)→炼铁(高炉、非高炉)→炼钢(平炉、转炉和电炉;炉外精炼)→铸造(模铸、连铸)→轧制(热轧、冷轧)→成品(板、管、型、线)。
2.最终产品的组织性能要满足用户的各种需要。
(强度、塑性、韧性、加工性能、特殊物理化学性能)。
3.最终性能取决于成份控制、各工序的组织性能控制、具有遗传性、要求系列优化
二、对合格钢水的要求
1.温度合格
2.成份合格
3.纯净度合格
二、对合格钢水的要求
1.温度合格:
控制出钢温度、浇铸温度(考虑各中间过程温降)。
Ø温度过高:
钢中气体夹杂物↑,铸坯易裂,钢质变差,各项耐火材料消耗增加,枝晶粗大,偏析增加。
Ø温度过低:
浇铸困难,结晶器液面结壳,钢水粘度增加,气体夹杂物上浮困难。
.温度合格:
控制出钢温度、浇铸温度(考虑各中间过程温降)。
Ø过热度:
钢的浇铸温度与该钢种的液相线温度之差。
△T=Tm-Tl,一般15~35℃
Tl=1537℃-[88C%+8Si%+5Mn%+30P%
+25S%+5Ca%+4Ni%+2Mo%+2V%+
+1.5Cr%]
2.成份合格
Ø基本成分:
C来自铁水、增碳剂、高碳铁合金、保护渣
Si来自铁水、脱氧剂、铁合金
Mn来自铁水、脱氧剂、铁合金
P来自铁水中的矿石
S来自铁水中的焦炭、石灰
P、S为有害元素,S引起热脆,P引起冷脆,要通过炉外精炼将S脱至0.01%以下,P脱至0.015%以下(高级钢S和P脱至0.005%以下)。
2.成份合格
Ø合金成分:
特殊加入,视钢种而定。
Cr、Ni、Mo、Mn、Si等
Ø微合金元素:
特殊加入或铁矿石残留,少量加入(如0.003%)就可获得优异性能。
Nb、V、Ti、Re、B
Ø有害成份:
S%、P%、Cu%、As%、Pb%、Sn%等来自废钢和炼钢辅料,要求控制在要求范围以下
v调整成份时要考虑合金元素的收得率,应在脱氧后加入,并有成分微调功能。
3.纯净度合格
Ø气体[H]来自原材料、耐火材料、空气中的水分,易引起白点。
目前控制水平在2ppm以下。
[O]来自空气及吹炼中的氧,引起皮下气泡、氧化物夹杂,故炼钢后期要脱氧(加入MnFe、SiFe、Al)。
目前控制水平在10~30ppm以下。
[N]来自空气,引起时效反应和脆性(电炉钢尤甚)。
目前控制水平在30~60ppm。
(ppm:
百万分之一)
Ø夹杂。
引起裂纹,探伤不合格
v夹杂物分内生(脱氧产物),外来夹杂(耐材、保护渣)二次氧化产物,50µm以上为大颗粒夹杂,危害较大。
v夹杂物分塑性夹杂(MnS)和脆性夹杂(硅酸盐),脆性夹杂易成为裂纹源。
v球形夹杂危害比尖楞状夹杂危害小,通过钙处理、稀土处理使夹杂物变性(球化,熔点降低呈液滴状上浮)。
v夹杂物上浮速度公式:
式中:
u-夹杂物上浮速度;r-夹杂物半径;g-重力加速度
ρm、ρs-钢水、夹杂物的密度,η-钢水粘度
三、炉外精炼
炉外精炼:
在炼钢炉以外的冶炼处理
1.铁水预脱P、S
2.有真空的炉外精炼
3.有热源的炉外精炼
4.炉外精炼所起的作用
1.铁水预脱P、S
v在铁水罐内和鱼雷罐车内喷CaC2,CaO、Mg粉;
v脱P希望温度较低,渣中FeO较高,有一定碱度[CaO/SiO2],加苏打、氧化铁皮、CaO或用CaO、Mg粉、CaF、CaC2;
v脱S希望温度较高,渣碱度较高,渣流动性好,还原性气氛;
v脱S、P后应扒渣,防止回S、回P。
2.有真空的炉外精炼(可以脱气,有利于冶炼超低碳钢和高强钢)
vVD一般与电炉匹配(VOD、VAD);
vRH一般与大转炉匹配;
vDH
3.有热源的炉外精炼(可以控制温度、防止返钢,与连铸匹配)
vLF电弧加热;
vCAS-OB化学热(加Al,吹O2);
vRH-KTB化学热(吹O2)
4.炉外精炼所起的作用
v缩短冶炼周期,便于和连铸匹配(缓冲环节)
v吹Ar搅拌,加快冶金反应,气体夹杂物上浮,均匀罐内温度、成份;
v喷粉、喂丝、渣洗深脱硫(加大反应界面,提高脱S效率)
v微调成份,提高合金收得率
v调节连铸温度
v真空脱气、脱C、脱氧
四、连铸与冶炼能力、节奏的匹配
v能力匹配。
一般冶炼能力大于连铸能力15~20%保证连浇,轧钢能力大于连铸能力20%左右,提高热装热送率和连浇率。
v提高连浇炉数(日本水岛厂大方坯连浇1015炉,38天,浇钢15万吨,板坯连浇9274炉,34天,浇坯24.8万吨)。
v冶炼、精炼、连铸周期的密切配合和生产组织
v防止漏钢技术
v提高自动开浇率(引流砂质量)
v快换中包和水口技术,提高中包、水口寿命
v异钢种多炉连浇技术
v稳定的铸机状态和无缺陷铸坯生产技术
v计算机控制浇钢
v铸与轧的密切配合
第二章连铸机构造及各部分功能
一、连铸与模铸的比较
二、连铸与模铸的分工
三、连铸机的构造和各部分功能
四、连铸机型
一、连铸与模铸的比较
v模铸:
钢水→整模→浇铸→脱模→均热→初轧→成品轧制
v连铸:
钢水→连铸→成品轧制
v液态铸轧:
钢水→铸轧成品
连铸的优点:
Ø变间断生产为连续生产,产量↑(连铸比,连浇炉数)
Ø冷却强度大,铸造组织比较细密,偏析小
Ø切头切尾率少,成材过程烧损和切损少,成材率提高8~12%
Ø工艺过程缩短,生产周期短,能耗、运输成本降低,能耗降低30~60%(视是否热装、热送、直接轧制而定)
Ø环保条件好,无整模、脱模时的污染
Ø便于自动化,提高技术水平
连铸和模铸的分工:
Ø特殊钢仍由模铸生产(目前能连铸不锈钢、硅钢、高速钢等)
Ø特大特厚产品仍由模铸生产(连铸最大规格方坯450×450,400×600;板坯400×3200mm
Ø连铸不能浇铸沸腾钢
Ø小批量多品种材不适合连铸生产,连铸适合大批量品种比较单一产品的生产
Ø可以连铸和初轧联合生产,各取所长
三、连铸机的构造和各部分功能
1.钢包回转台及钢包车
2.中间包
3.保护浇铸系统
4.结晶器
5.二冷区及支撑辊(足辊、格栅、支撑辊)
6.拉引矫直装置(拉坯、矫直送引锭杆)
7.切割装置
8.引锭装置
1.钢包回转台及钢包车
v保证连续浇铸及换包
v铸中保温及称重(加保温盖)
2.中间包
1储水池作用:
保证换罐时注流和液面稳定
2分流作用(1~8流)要求各流均衡
3中间包冶金:
Ø挡渣坝使气体夹杂上浮,过滤器去除Al2O3夹杂;
Ø中间包容量和深度,保证钢水在包内存留时间在5min左右;
Ø中间包内加热控温(等离子,电感加热)保证过热度;
Ø中间包内喂丝,微调成份;
4中间包的升、降、对中
3.保护浇铸系统
1长水口、快换机械、Ar气保护自动开浇、下渣监测
2埋入水口、快换机械、吐出孔设计、埋入深度控制、渣线调整
3中包覆盖剂、结晶器保护渣
Ø保护渣的三层结构:
粉渣层、熔融层和液渣层
Ø防止氧化、液面保温、吸附夹杂、润滑模壁、调节热流、改善表面;
Ø保护渣的性能:
熔点、熔速、再结晶温度、粘度;
4滑动水口和塞棒
4.结晶器
1结晶器的作用:
连铸机的心脏。
Ø形成初生坯壳并保证其强度;
Ø保证热流,快速凝固;
Ø结晶器内钢水流动控制(电磁制动,埋入水口设计)液面波动小于5mm。
2结晶器的构造
Ø整体式和组合式;
Ø结晶器的长度h=700~1200mm和锥度i=0.6~1.2%;
Ø结晶器的材质Cu-Ag-Zr镀Ni、Cr
3结晶器振动
Ø频率和振幅(小振幅,大频率)
式中:
Vm-拉速;f-频率;h-振幅
Ø振痕的产生和负滑脱;
Ø正弦振动和非正弦振动;
Ø液面波动和监测
5.二冷区及支撑辊(足辊、格栅、支撑辊)
1二冷区和液相穴
2凝固率系数及其应用
公式:
式中:
D-铸坯厚度;K-凝固率系数,一般22~30;
V-拉速;L-液相穴长度
3比水量(kg/L)和冷却方式(水冷、雾冷、干冷)
4分节辊和二冷区对中的要求,“鼓肚”的防止
5热行和冷行及二冷水表
6.拉引矫直装置(拉坯、矫直、送引锭杆)
1矫直应力和“压缩铸造”,带液芯矫直
2连续矫直和分步矫直
3拉速控制、拉速变化引起的系列反应:
V↑,液面波动↑,坯壳厚度↓,保护渣要求↑;
二冷配水调整,防止拉漏(漏钢预报);
7.切割装置
1飞剪及火焰切割
2定尺切割机械
3毛刺去除
8.引锭装置
1上装引锭杆和下装引锭杆
2防止拉漏措施和开浇策略
四、连铸机型
1立式(空心管坯、大方坯)
2立弯式(异形坯、大板坯、大圆坯)
3弧形(薄板坯、圆坯、方坯)
4超低头(小方坯、小板坯)
5水平式(拉线坯、无缝管坯、小方坯)
不同形式铸机,厂房高度不同,液相钢水静压力不同,气体夹杂上浮不同,矫直应力不同,要根据钢种规格选取。
连铸连轧的衔接
v连铸-轧制分离→连铸-连轧相接→连铸-连轧合二为一
v连铸-连轧生产能力的衔接
(铸机台数与轧机台数,连铸-轧制速度匹配、同步检修)
v连铸-连轧品种规格的衔接
(铸坯尺寸和轧材尺寸的关系,考虑产量,质量,设备能力,自由柔性变换的品种规格)
v连铸-连轧能量的衔接
(冷行、热行,冷送、温送、热送)
v连铸-连轧的质量的衔接
(热履历,缺陷预报,在线探伤,软压下,按坯号管理)
v连铸-连轧生产计划、组织管理的衔接
(按用户定单组织管理)
第三章连铸坯质量及其控制
一、压缩比、展宽比和铸坯尺寸的确定
二、连铸坯的铸造组织(以板坯为例)
三、控制铸造组织的方法
四、连铸坯的表面质量及其控制
五、连铸坯的内部质量控制
一、压缩比、展宽比和铸坯尺寸的确定
v压缩比F0/F成(或板坯H/h),一般大于3,重要用途大于6
v宽展比(宽厚板的横轧)B成/B0,一般大于1.3
v尺寸与设备的匹配
v成材率的提高
二、连铸坯的铸造组织(以板坯为例)
v细晶竖壳带(大的过冷度及结晶器壁造成形核数量多)
v柱状晶带(枝晶定向生长及枝晶偏析的生成)
v中心等轴晶带(体积结晶、非均质形核)
v小钢锭结构(中心偏析及疏松、缩孔形成)
三、控制铸造组织的方法
v低过热度浇铸
v二冷控制(强冷和弱冷)
v电磁搅拌:
MEMS、SEMS、FEMS、低频大电流产生洛仑兹力,起搅拌作用。
a.均匀温度
b.气体夹杂物上浮
c.增加等轴晶
d.加快传热凝固
e.分散偏析
v液相穴末端带液芯压下
四、连铸坯的表面质量及其控制
四、连铸坯的表面质量及其控制
表面质量:
v表面纵裂纹产生的原因(面裂纹,角裂纹)
v表面横裂纹产生的原因(角横裂,面横裂)
v气泡和夹杂
v应力和裂纹的关系σ拉>σ0
表面质量控制:
1.液面波动控制:
小于5mm,防止卷渣和弯月面破裂
2.保护渣选择:
依钢种不同采用不同的保护渣,开浇渣
3.
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