《课件 连铸工艺与设备-结晶器》由会员分享,可在线阅读,更多相关《课件 连铸工艺与设备-结晶器(86页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、连铸工艺与设备 4. 结晶器课程编号:01014901课程类型:选修课学 时: 32 学 分:2开课对象:材料成型及控制工程专业本科生先修课程:认识实习、机械设计、金属学、生产实习 2011.4.12 1/864.1 结晶器n结晶器是一个强制水冷的无底钢锭模,是连铸机非 常重要的部件,是连铸设备中最关键的部件,它的性 能对连铸机的生产能力和铸坯质量以工艺的顺利和稳 定都有十分重要的作用,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,且形成一定的 坯壳厚度。这一过程是在坯壳与结晶器壁连续、相对 运动下进行的。n通俗的讲连铸结晶器就是一个钢水制冷成型设备。 基本由框架、水箱和铜板、
2、调整系统(调整装置、减速 机等);润滑系统(油管油路),冷却系统和喷淋等设备 组成。连铸结晶器需要和连铸结晶器保护材料(渣)一 同使用。 24.1 结晶器n结晶器是连铸机的关键部件。它的作用是: 在尽可能高的拉速下,保证出结晶器坯壳厚度,防 止拉漏; 通过结晶器的振动,使坯壳脱离结晶器壁而不被拉 断和漏钢; 保证坯壳均匀稳定的生成,铸坯周边厚度均匀; 使钢液逐渐凝固成所需要规格、形状的坯壳; 通过调整结晶器的参数,使铸坯不产生脱方、鼓肚 和裂纹等缺陷。3454.1钢水在结晶器内的凝固过程n当高温钢水浇入结晶器,钢水与水冷的铜壁接触, 就会迅速凝固形成很薄的初生坯壳。由于钢水静压力 的作用,生成
3、的坯壳与铜壁紧贴在一起的,此时钢水 热量能迅速传给铜壁,被冷却水带走。 n随着凝固的继续进行,坯壳逐渐增厚,坯壳企图收 缩离开铜壁,而钢水静压力又把坯壳挤靠到铜壁,这 个收缩一挤靠过程反复进行。当坯壳厚度达到能抵抗 钢水静压力时,坯壳就脱离铜壁,这样在铜壁与坯壳 之间形成了空气缝隙(叫气隙),增加了传热的阻力, 延缓了坯壳厚度的增长。气隙一般是在结晶器下部形 成。所以结晶器内钢水凝固放出的热量是通过凝固壳- 气隙-铜壁-冷却水导出的。冷却水带走的热量占结晶 器总散热量96%左右。 64.1 连铸结晶器的性能要求n结晶器是连铸机的重要部件。钢液在结晶器中凝固 成型,结成一定厚度的坯壳并被连续拉出
4、进入二次冷 却区。 n良好的结晶器应具有下列性能: (1)良好的导热性,能使钢液快速凝固,形成足够厚度 的坯壳。每1kg钢水浇注成坯并冷却到室温,放出的热 量约为1340kJ/kg,而结晶器约带走510%,即67 134kJ/kg。结晶器长度又较短,一般不超过1m,在这 样短的距离内要能带走大量的热量,要求它必须具有 良好的导热性能。若导热性能差,会使出结晶器的铸 坯坯壳变薄,为防止拉漏,只好降低拉速,因此结晶 器具有良好的导热性是实现高拉速的重要前提; 7(2)结构刚性要好。结晶器内壁与高温金属接触,外 壁通冷却水,而它的壁厚又很薄(仅有1020mm), 因此在它的厚度方向温度梯度极大,热应
5、力相当可 观,其结构必须具有较大的刚度,不易变形,以适 应大的热应力; (3)装拆和调整方便。为了能快速改变铸坯尺寸或快 速修理结晶器,以提高连铸机的生产能力,现代结 晶器都采用了整体吊装或在线调宽技术; (4)工作寿命长。结晶器在高温状况下伴随有铸坯和 结晶器内壁之间的滑动摩擦,因此结晶器内壁的材 质应有良好的耐磨性和较高的再结晶温度;4.1 连铸结晶器的性能要求8(5)振动时惯性力要小。为提高铸坯表面质量,结晶 器的振动广泛采用高频率小振幅,最高已达400次 /min,在高频振动时惯性力不可忽视,过大的惯性力不仅影响到结晶器的强度和刚度,进而也影响到 结晶器运动轨迹的精度。重量要小,以减少
6、振动时 的惯性力; (6)结晶器结构要简单,以便于制造和维护; (7)有良好的刚性和加工性,易于制造; (8)成本要低。4.1 连铸结晶器的性能要求94.1 高效连铸机结晶器设计的原则 保证高效率的热传导功能,即冷却强度大,冷却效率 高,使铸坯在结晶器内结壳达到足够的厚度; 结晶器的热流强度均匀。热流强度均匀使铸坯坯壳均 匀; 拉坯阻力小; 结晶器,特别是铜管寿命长。 n目前方坯结晶器主要采用抛物线铜管、精致铜水套技 术。结晶器铜管的内腔形状应尽可能与坯壳的凝固特性 曲线相吻合,水套应保证足够的尺寸精度,以保证水缝 的均匀性。高效连铸机结晶器一般都配有电磁搅拌和液 面检测装置。10n按结晶器的
7、外形(型式)可分为直形结晶器和弧形结晶器。 直形结晶器四面壁板都是平面状的,直形结晶器的 内壁沿坯壳移动方向呈垂直形,因此导热性能良好, 坯壳冷却均匀。该类型结晶器还有利于提高坯壳的质 量和拉坯速度、结构较简单、易于制造、安装和调试 方便;夹杂物分布均匀;但铸坯易产生弯曲裂纹,连 铸机的高度和投资增加。直形结晶器用于立式和立弯 式及直弧连铸机。4.1 结晶器形式和结构-构造 11 弧形结晶器(curved mold)用在全弧形和超低头型(椭 圆形)连铸机上。对弧形结晶器来说,两块侧面复合板是平的,内外弧复合板做成弧形的。弧形结晶器在 导热性能方面不如直结晶器,且非金属夹杂物上浮时 ,易在内弧侧
8、1/4处集聚,夹杂物分布不均,影响铸坯内部质量。弧形结晶器的内壁沿坯壳移动方向呈圆 弧形,因此铸坯不易产生弯曲裂纹;但导热性比直形 结晶器差;弧形结晶器用在全弧形和椭圆形连铸机上 。所以,目前新建大型板坯连铸机多采用直结晶器。4.1 结晶器形式和结构-构造 12n按断面(铸坯规格和形状)分有板坯、方坯、矩形坯、圆坯和异型坯; n按结构形式(结晶器本身结构)分有整体式、管式、组合式、多级和在线调宽结晶器等。 u小方坯及矩形坯多采用管式结晶器,而大型方坯、 矩形坯和板坯多采用组合式结晶器。 4.1 结晶器形式和结构-构造 13管式结晶器u管式结晶器由铜管、冷却水套 、底脚板和足辊等部件组成。管 式
9、结晶器结构简单,易于制造、 维修,广泛应用于中小断面铸坯 的浇注,最大浇注断面为 180mm180mm。 1-冷却水入口;2-钢液;3-夹头; 4-冷却水出口;5-油压缸 是用壁厚为612mm的铜管 制成所需要的断面,在铜管外 面套有套管以形成57mm的 冷却水通路,保证冷却水流速 为每分钟610m。这种结晶器 结构简单,制造方便,广泛用 于小方坯连铸机上。14组合式结晶器 图1-10 组合式结晶器及连接方式 1-外弧内壁;2-外弧外壁;3-调节垫块;4-侧内壁;5-侧外壁; 6-双头螺栓;8-内弧内壁;9-水缝 组合结晶器(composite mold):它是由四块复合壁板组 合成所需要的内
10、腔,每块复合壁板都是由铜质内壁和钢 质外壳组成。在与钢壳接触的铜板面上铣出许多沟槽形 成中间水缝,冷却水在槽中通过。大方坯和板坯连铸机 都用这种形式的结晶器。15组合式结晶器 16组合式结晶器结构特点 组合式结晶器由内外弧铜板、窄边铜板、冷却水箱、窄 边夹紧和厚边调整装置以及足辊所组成。 为提高结晶器冷却强度,与液态金属接触的内侧(内弧 、外弧和侧板)皆采用导热性好又耐磨的铜合金。 在浇注时,从结晶器拉出的铸坯外部还是很薄的坯壳, 内部还是液芯,为了更好地支撑这薄薄的坯壳和减少由 钢水静压力而形成的鼓肚变形,在结晶器下端布置有2 3对足辊(也有采用格栅结构的)。 为了适应不同尺寸的铸坯,设置有
11、调宽和调厚装置,近 代板坯连铸机发展了在线调宽装置,在不间断拉坯条件 下改变铸坯的宽度,缩短辅助时间,提高铸机的生产能 力。17多级结晶器 (multi-stage mold) 多级结晶器 即在结晶器 下口安装足 辊、铜板或 冷却格栅。 多级结晶器结构示意图 a-足辊;b-冷却板;c- 冷却格栅 18结晶器形式和结构 整体式结晶器:它是用整块铜锭刨削制成的,在其内腔 四周钻有许多小孔用以通冷却水。这种结晶器刚性好, 易维护,寿命较长,但制造成本高,耗铜多,近几年已 不采用; 调宽结晶器(adjustable mold):宽度可调的结晶器,一 般只用于板坯连铸。在不停顿拉坯的条件下,改变铸坯 的
12、宽度叫结晶器在线调宽,它的优点是: (1)能连续浇注出不同宽度尺寸的铸坯,缩短了停机时间 ,提高铸机生产能力; (2)可减少铸坯切头切尾的损耗,提高收得率; (3)可浇注相近成份的钢水而不需停机。19n 结晶器足辊设于结晶器的下方用以支撑和导向来 自结晶器的铸流,分为宽面足辊和窄面足辊。n 足辊是结晶器重要部分,要求与结晶器有严格的 对中,在振动时与结晶器一起振动。在结晶器与 辊子之间及辊子与辊子之间设有冷却喷嘴,以对 铸坯进行喷淋冷却。4.1 结晶器足辊204.2 结晶器的新形式新技术n压力水膜结晶器 压力水膜结晶器是比利时冶金研究中心(CRM)和阿贝德 厂(Arbed)联合开发的一种高效结
13、晶器技术。n曲面结晶器 曲面结晶器是中冶连铸开发的一种高效方坯结晶器技术 。该技术是从传热角度,根据气隙产生的主要原因,通 过对结晶器热变形和小方坯收缩的分析开发出来的。 n人工附加气隙结晶器 人工附加气隙结晶器是新日本制铁株式会社开发的一种 高效方坯结晶嚣技术,又称X-MOLD。21n热顶结晶器 在结晶器弯月面区域镶嵌导热材料,以减少热流密度, 延缓坯壳收缩,即热顶结晶器。 n喷淋式结晶器 喷淋式结晶器是将管式结晶器隔离水缝改为喷淋水冷却 ,即由喷嘴喷出的喷淋水直接喷到结晶器铜管上实现冷 却。冷却效率高,有较显著的节水效果。4.2 结晶器的新形式新技术224.2 结晶器的新形式新技术234.
14、3 结晶器的构造 n漏钢检测装置:为了能够预报结晶器漏钢事故,在结晶器四面铜壁 外通过均匀的螺栓埋入多套康铜热电偶;热电偶测 到的温度数据输入计算机或在仪表上显示。热电偶 的套数越多,检测也越精确。 n也有根据结晶器内壁与铸坯坯壳间摩擦力的大小来 测定结晶器内坯壳是否有漏钢。 244.4 结晶器的重要参数 (1)结晶器断面尺寸a圆坯结晶器 b方坯和矩形坯结晶器 c板坯结晶器 (2)结晶器长度 (3)倒锥度 254.4 结晶器长度计算公式: 式中: 结晶器出口坯壳厚度,mm,小断面 为1012mm,大断面取2025mm结晶器理论长度,mm K凝固系数取2023 V拉速 结晶器实际长度L一般在70
15、0900mm。26n结晶器内腔纵断面的尺寸做成上大下小,形成一个 锥度,由于是上大下小,故称倒锥度。 在结晶器中钢水由于受到冷却而形成一定形状的 坯壳,随着铸坯不断下移,温度也不断下降而收缩 ,若结晶器没有倒锥度,就会在坯壳与结晶器之间 形成间隙,称气隙。由于气隙的存在降低了冷却效 果,同时由于坯壳过早地脱离结晶器内壁,在钢水 静压力作用下坯壳会产生鼓肚变形。因此,将结晶 器做成倒锥度,上述情况就可以避免,但其锥度大 小应与铸坯冷却收缩程度相适应。过小的倒锥度还会形成气隙,过大的倒锥度会增 大拉坯阻力,根据经验,倒锥度一般取0.5%0.8% 。例如我国某厂板坯连铸机,倒锥度取0.63% 0.6
16、5%。4.4 结晶器锥度27n对铸坯质量、拉速、坯壳厚度和漏钢率等都有影响 。 计算公式: 式中: L1结晶器上口宽度,mmL2结晶器下口宽度,mm u对方坯倒锥度可取0.4%0.8%;对板坯可 取0.5%1.0%。4.4 结晶器锥度284.4 结晶器水缝面积n水缝面积对铸坯在结晶器的质量、拉速、结晶器的 寿命等都有着重要作用。 (1)水量一般100120t/h,可以通过计算得到; (2)水速控制在610m/s; (3)进出水温差,方坯36;板坯58; (4)水的压力一般控制在310kg/cm3。294.4 结晶器的拉坯阻力n结晶器的拉坯阻力主要与结晶器的锥度、结晶器 铜板状况、所浇的钢种性能、保护渣性能等有关, 它对铸坯表面横裂、漏钢和液面不稳定有大的影响 。 F=(10001500)L; L结晶器周边长 mm。n结晶器转角半径: 结晶器转角半径对结晶器寿命和铸坯角部裂纹都