连铸新技术

《连铸新技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《连铸新技术（87页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、现代连铸新技术及展望,重庆大学材料科学与工程学院冶金系 文 光 华,2,现代连铸新技术及展望,前言 连续铸钢在现代钢铁工艺流程中的作用和现状 高效连铸的开发及应用 近终形连铸的开发及工业化 连铸前沿技术 连铸技术展望,3,一、前言,20世纪下半叶以来，世界钢铁工业的技术经济面貌发生了革命性变化，出现了两轮大规模的创新高潮(现代转炉炼钢、连续铸钢)，推动了工业发达国家从钢铁产品数量扩张到结构优化的战略转移。突出的贡献之一在于连续铸钢技术的工业化，取代了用钢锭模铸钢、初轧机开坯的第一代钢液成形技术，从而使从炼钢到轧制成材的工艺生产线连续化成为可能。而今，随着相关行业科学技术的进步，特别是控制技术的

2、发展，传统连铸技术已无竞争能力可言，即将为以高效连铸、近终形连铸为代表的新一代连铸技术所代替。目前，连铸技术水平的高低已成为一个国家钢铁工业技术水平的重要指标之一。,4,如今在生产率、生产灵活性、产品质量和低成本竞争等方面对连铸生产提出了越来越高的要求，实现连铸机的高生产率主要决定于：1）提高连铸机作业率；2）提高连铸机拉速；3）连铸机设备可靠性和灵活性。由连铸机铸出的铸坯质量决定了最终产品质量，而铸坯质量含义主要是指：1）铸坯的洁净度；2）铸坯表面的缺陷；3）铸坯内部缺陷。连铸机高的作业率和高的铸坯质量是与钢水在连铸机凝固过程紧密相连的，这样就需要不断改进连铸机设备、工艺技术和过程控制技术以

3、实现优化配置，使连铸机生产达到高产量、高质量、低成本的目的。因此，今天简要介绍为实现这一目标，目前连铸生产中所采用的先进技术和今后的发展趋势。,5,二、连铸在现代钢铁工艺流程中作用和现状,连续铸钢技术的发展历程 连续铸钢的重要作用 连续铸钢的生产现状,6,二、连铸在现代钢铁工艺流程中作用和现状,2.1 连续铸钢技术的发展历程连续铸钢技术的发展大致可分为: 四个阶段 第一阶段(18401930年)为连续浇铸金属液思想的启蒙阶段； 第二阶段(19401949年)是连续铸钢特征技术的开发阶段； 第三阶段(19501976年)为传统连铸技术的成熟阶段； 第四阶段(20世纪80以来)传统连铸技术的优化发

4、展阶段。,7,2.1 连续铸钢技术的发展历程,第一阶段(18401930年)连续浇铸金属液思想的启蒙阶段。 最早(1887年)提出与现代连铸机相似的连铸设备建议的是德国人.，在其开发的设备中已包括了上下敞开的结晶器、液态金属注入、二次冷却段、引锭杆和铸坯切割装置等。,8,2.1 连续铸钢技术的发展历程,第二阶段(19401949年)连续铸钢特征技术的开发阶段。其代表人物是现代连铸之父德国人.，1943年在德国建成了第一台试验连铸机，提出的振动水冷结晶器、浸入式水口、结晶器保护剂等技术原理，奠定了现代连铸机结构的基础。结晶器振动已成为连铸机的标准操作。,9,2.1 连续铸钢技术的发展历程,第三阶

5、段(19501976年)传统连铸技术的成熟阶段。连续铸钢技术以惊人的速度得到了发展，出现了5000多个有关连铸的专利，其中，具有代表性的技术有钢包回转台、浸入式水口浇注、中包塞棒控制、电磁搅拌、结晶器在线无级调宽、渐进弯曲矫直技术等。,10,2.1 连续铸钢技术的发展历程,第四阶段(20世纪80以后)传统连铸技术的优化发展阶段，即高效、近终形连铸发展阶段。以连铸技术优化发展为契机，带动传统钢铁生产流程向紧凑化、连续化、高度自动化方向发展。,11,2.2 连续铸钢的重要作用,12,2.2 连续铸钢的重要作用,从上图模铸与连铸工艺相比，连续铸钢工艺具有如下优点: 1)简化了铸坯生产的工艺流程，省去

6、了模铸工艺的脱模、整模、钢锭均热和开坯工序； 2)生产流程基建投资可节省40%，占地面积可减小30%，操作费用可节省40%，耐材消耗可减少15%，能量消耗降低1/41/2，金属收得率提高9%； 3)使钢铁生产流程趋于高效化、集约化，产品品种生产专业化、优质化; 4)提高了生产过程的机械化、自动化水平，可进行企业的现代化管理升级，流程生产管理趋于科学化、合理化。,13,2.2 连续铸钢的重要作用,近终形连铸与传统连铸相比，上述优点更为明显。,14,2.3 连续铸钢的生产现状,从原材料来看，20世纪堪称为钢铁世纪，钢铁产品总量逐年增加，质量逐步提高，品种趋于多元化。1900年全球粗钢产量约3亿吨，

7、到2001年已超过8亿吨。与此同时，连铸比也由1990年的59.5%迅速提高到2001年的85.4%。19902001年，我国钢产量年均增加约670万吨；连铸比由1990年的22.66%提高到2001年的87.5%，年均增长约4.7%，与发达国家增长最快时期的速度相近。,15,2.3 连续铸钢的生产现状,16,2.3 连续铸钢的生产现状,同时,连续铸钢技术的发展,促进了冶炼、精炼、轧制工序的技术革新,各项生产技术指标大幅提高。,17,2.3 连续铸钢的生产现状,近几年，在我国钢铁工业大力发展的同时，连铸生产也得到高速的增长。2002年全国连铸比就上升到94%，粗钢产量为1.8亿吨。 2005年

8、估计钢产量将达3.5亿吨左右，占世界钢产量的35%，连铸比为9496%。应该说我国是名副其实 的 钢铁大国和连铸坯生产大国。同时，连铸比处于世界前列。这个地位是其它任何国家都不可替代的。,18,三、 高效连铸的开发及应用,高效连铸技术是20世纪80年代中后期发展起来的，是连铸技术优化发展的方向。所谓高效连铸通常是指比常规连铸生产效率更高，以高拉速为核心，以高质量、无缺陷铸坯生产为基础，实现高连浇率、高作业率的连铸系统技术。其核心是高拉速技术。,19,三、 高效连铸的开发及应用,高效连铸的应用 高效连铸关键技术,20,3.1 高效连铸的应用,国外板坯铸机高效化技术经济指标：,目前,高效连铸技术在

9、日本、美国、韩国、欧洲等钢铁工业发达国家中的一些现代化钢厂已得到普遍应用,并取得了巨大的经济效益。,21,3.1 高效连铸的应用,国外方坯铸机高效化最高拉速：,22,3.1 高效连铸的应用,可以说，采用高效连铸技术后，使我国钢铁工业仅用10年时间完成了行业总体流程和生产水平的历史性技术改造任务，步入了中后期工业国家的先进行列。,国内状况,23,3.2 高效连铸关键技术,当连铸机作业率超过了80%以上， 再要提高连铸机产量就必须从提高拉速着手。而拉速的提高决定于：出结晶器均匀的坯壳厚度；液相穴的长度；铸坯的冷却强度。为解决上述提高拉速的限制性因素，因此人们一直在探索如何进一步提高连铸机拉速的关键

10、技术。,24,3.2 高效连铸关键技术,1）结晶器锥度优化技术 2）结晶器液面波动控制技术 3）结晶器振动技术 4）结晶器保护渣技术 5）结晶器漏钢预报技术 6）铸坯出结晶器后的支撑和强化冷却技术 7）铸坯矫直技术 8）生产自动化控制技术 9）提高连铸机作业率技术,25,3.2.1 结晶器锥度优化技术,新型方坯高拉速结晶器 方坯拉速提高后所带来的最主要问题是漏钢， 而漏钢的根源多在结晶器内。拉速提高时，出结晶器的坯壳必然变薄，且使得坯壳沿横断面厚薄不均，裂纹向铸坯表面扩展将导致漏钢事故。因此，要提高拉速，首先要对现有结晶器结构进行改进，提高和优化其传热效率。国外已经开发出了一些适应高拉速浇铸的

11、新型结晶器，其本质特点是具有优化的连续锥度。,26,新型方坯高拉速结晶器,1、瑞士CONCAST公司的凸模结晶器(Convex mold)该结晶器内腔形状不同于传统结晶器，其顶部内壁为凸形，两壁间夹角为96，向下逐步变化，直到底部成为方形，两壁间夹角为90。随着温度降低，凸形坯壳发生线收缩而自然变成直线，结晶器内壁的几何形状变化适应了其收缩变化过程，因而模壁与坯壳始终接触良好，抑制了气隙的出现，传热增加且稳定均匀，角部坯壳能和中部坯壳一样均匀地生长。因此，菱变缺陷得到控制，角部坯壳具有足够强度抑制裂纹和漏钢的产生。该结晶器的操作结果是，拉速提高50%100%，拉漏率下降30%，产品质量也明显改

12、善。,27,新型方坯高拉速结晶器,2、DANIELI公司的自适应结晶器(DANAM)该结晶器的特点是，铜管加工成三锥度或抛物线锥度，且可以根据钢种和拉速的不同，通过控制冷却水缝内水压来调整结晶器锥度。结晶器壁在热负荷作用下不再向外弯曲，而在水压作用下会向内移动，弥补铸坯的收缩，使结晶器锥度达到最佳化。这样直接带来两个好处，首先，消除了弯月面附近的负锥度，大大改善了铸坯质量；其次，结晶器与铸坯间的气隙(特别在结晶器下部)，明显小于传统结晶器，传热能力增加，形成较厚坯壳，从而可以保持较高的拉速而没有拉漏的危险。铜管长度在1000mm,拉速达到5.56.0m/min.,28,新型方坯高拉速结晶器,3

13、 、奥地利VAI公司的钻石结晶器(DIAMOLD)该结晶器在设计上有如下三个特点：将结晶器长度延长至1000，以延长铸坯在结晶器内的停留时间，增加出结晶器的坯壳厚度；采用比传统结晶器锥度大的抛物线锥度，以保证坯壳均匀成长；从结晶器顶部往下300400处开始，角部取消锥度以减小摩擦力，而中部仍旧保持抛物线锥度。按照此方法设计出的结晶器，从顶部看其内壁形状象钻石，故称作DIAMOLD。数值模拟表明，该结晶器内坯壳生长稳定均匀，坯壳与模壁间的摩擦力也小。在奥地利、美国、法国、德国及意大利等国投入使用后，拉速大幅度提高，最高超过5.0m/min.，生产效率提高20%50%，铸坯质量明显改善，而且铜管寿

14、命也有所提高。,29,新型方坯高拉速结晶器,4、卢森堡 Paul Wurth 公司的高拉速结晶器其结晶器的主要特点是，结晶器长度延长到1000，采用抛物线锥度，其中在弯月面处最大，为2.3% /；冷却水流速提高到12/，提高了散热能力。在实际浇铸操作时，通过稍许调整弯月面水平高度，使其设计上固定的抛物线锥度适应不同的实际浇铸钢种。该结晶器投入使用，低碳钢拉速达3.5m/min. ，中碳钢达2.8m/min.，高碳钢达2.6m/min.。生产效率提高了50%，铸坯表面质量改善，中心偏析减少。,30,板坯结晶器高效化技术,结晶器自动调宽技术； 结晶器冷却优化技术（水缝、水速等）； 奥钢联最近开发的

15、CLEVER的新型高效箱式结晶器。该结晶器具有以下特点：箱式设计可快速更换铜板；满足刚度要求条件下具有优化的最小单位重量；经济型设计，更换结晶器时调宽驱动装置仍留在铸机上；自动调节板坯宽度，灵活性高；冷却水管路自动连接；优化结晶器背板水缝设计允许使用平面薄铜板；所采用的浅水缝在冷却效率和均匀性方面具有最佳性能。,31,3.2.2 结晶器液面波动控制技术,当拉速提高后，单位时间注入结晶器的钢水量增加，必然加大结晶器内钢液面的波动，此时保护渣容易卷入钢液内部，形成皮下夹渣，影响铸坯质量。在高速浇铸的情况下，除了选择合适的浸入水口浸入深度和出口角度外，更主要的是要采用结晶器液面自动控制技术。国外实现

16、高拉速浇铸的连铸机几乎都采用了结晶器液面波动控制技术，可将钢液面波动控制在3以内，最好的已经达到1。,32,3.2.3 结晶器振动技术,结晶器振动的目的是防止坯壳与结晶器粘接。板坯浇铸过程中发生粘接漏钢的几率较高，因此有必要对结晶器振动装置进行优化，从而能够在高拉速浇铸情况下有效控制粘接拉漏事故的发生。高拉速连铸要求结晶器振动装置具备以下几个条件：负滑脱时间稍短些，以控制振痕深度； 正滑脱时间稍长些，以增加保护渣消耗量。在实现这两个条件方面，传统的正弦振动形式已难以奏效，而非正弦振动形式就显出其优势。非正弦振动的最大特点是，上升速度小而移动时间长，下降速度大而移动时间短，因此满足了高拉速连铸对结晶器振动的要求。,33,3.2.3 结晶器振动技术,奥钢联针对高效板坯连铸，借鉴机械振动装置和第一代液压振动装置的成熟技术，开发出DYNAFLEX液压振动装置。其特点是：无磨损板簧精密导向系统；振动重量低，实现无共振操作；采用螺旋弹簧进行重量补偿，以减小气缸推力；公用介质自动连接；在线调节振幅、频率及波形，可实现非正弦振动。这种振动技术在冶金和操作方面带来以下优点：改善表面质量，同时降低振痕深度；最佳粉剂消耗，减少拉漏，提高高拉速下的浇铸可靠性。,