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连铸的发展
二战之后,连铸发展非常迅速,今天钢铁生产者普遍相信连铸至少和模铸一样在经济上是合理的,并且能与大部分高质量钢的生产系列相匹配。这项技术不断开发的目的在于改善钢的性能,这促使生产特殊高级钢时企业对其生产工艺过程不断进行调整。使用连铸系统的理由有:
(l)和初轧机组(小型车间)相比,降低投资费用;
(2)和传统的铸锭相比,提高10%的生产能力;
(3)在整个铸坯长度上钢的成分较均匀;中心质量比较好,尤其是板坯;高的内表面质量,比其他需要昂贵的清理表而的工序节省;
(4)高度的自动化;
(5)益于保护环境;
(6)较好的工作条件设备类型
首台连铸机是立式连铸机,可是,由于横断面的增大,注流长度的增加,而且主要是随着浇注速度的增加,这种设备迫使厂房建筑高度增加。这些因素也导致了具有冶金影响的液相长度的大大增加。连铸坯的液相长度由下式决定:
L=D2/4x2Vc 这里,D=铸坏厚度(mm)x=凝固特征系数(mm/min1/2)
对于全部的冷却长度这些值达到26-33。Vc=拉坯速度(m/分)
为了减少厂房高度,首先研制出将钢水倒人立式结晶器中,并且在弯曲之前让钢水完全凝固的连铸系统,或弯曲时铸坯仍处在液相,这种系统随后发展为弧形结晶器,这是目前最常用的方法。立式连铸机和那些铸坯在完全凝固时被弯曲的连铸机都有一个长直的液相,这大大增加了成本。
然而从维修的角度看,这些系统有冶金学优点。铸坯内部仍为液相就进行弯曲的连铸机比完全凝固后再弯曲的立式连铸机更好,它不需要修建与立式连铸机一样高的厂房。然而,液相弯曲系统要求更高的初期投资和更大的维护费用。弧形连铸机是考虑了投资费用和维护费用的折衷产物,而且可以在冶金上实现。
连铸适合于生产任何横断而的产品:正方形的、长方形的、多边形的、圆形的、椭圆形断面都可以。也有些基本断面的例子,如管坯、板坯、大型坯、方坯。断面宽厚比大于1.6的铸坏通常称为板坯。方坯铸机生产正方形或近于方形、圆形或多边形断面,断面尺寸
1,200mm,但通常在700度(变化拉速)来补偿任何钢液面的变化。
连铸中使用的引锭杆类型取决于连铸机的类型。立式连铸机可以使用刚性引锭杆,而组合式的或灵活式的引锭杆必须用于弧形连铸机。引锭杆与铸坯可以采用不同方式连接,一种是用连接部件(平板、螺钉、碎条钢)将钢液与引锭杆焊接在一起;另一种是在引锭杆头部铸造一个特殊连接头,它能使引锭杆像打开扣环那样进行脱锭。
铸坯离开结晶器时的坯壳厚度首先取决于钢液与结品器的接触长度,它也依赖于结晶器的具体导热系数和钢水进人结晶器时的过热度。它可以由下面的抛物线公式进行精确计算:
C=xt
式中:C-坯壳厚度(mm)x—凝固特性(mm/min1/2)t-凝固时间(min)
铸坯在结晶器内或附近的凝固特性是20到26,它取决于操作条件;二冷区是29到33.离开结晶器时铸坯坯壳厚度约为铸坯厚度的8-10%,它取决于拉坯速度。结晶器下面的二冷区加速了铸坯的凝固过程。通常使用水进行冷却,但有时也用水和空气的混合物或压缩空气。为了适应冷却剂的流速,二冷区被分成很多部分。通过喷嘴将需要的水量喷到整个铸坏上。与铸坯断面和拉速有关的钢水静压力可能会太高,以至于铸坏不得不被支撑以防止鼓肚。在生产大型坯尤其是板坯的工厂,这种装置是很昂贵的。
工艺控制
由于生产率和质量的原因,在现代钢铁生产中,有一种转移费时操作的趋势,例如,将温度调整、脱氧和合金从熔化炉转到钢包处理站进行。这些操作在连铸过程中尤为重要,因为在这个过程中要严格控制温度和成分。
连铸过程中进入结晶器的钢水温度控制要比常规铸造中的温度控制更精确。太高的过热度能导致拉漏或一种柱状结构,带来较差的内部质量。另一方面太低的温度会导致水口堵塞造成浇铸困难和产生不洁净钢。板坯连铸中间包温度通常在液相线以上5到20度,而方坯或大型坯则为5到50℃。这种不同取决于钢的等级,例如,小熔化炉中不锈钢板坯连铸过热度为45℃。
在整个浇铸过程中,为使钢水温度保持在上面所说的范围之内,在钢包中温度的均匀性是最重要的。在浇铸以前为了保持钢包内钢液温度的均匀,需要搅拌,有时也进行清洗氮气或氩气可以带走热量,它们由钢包底部的多孔塞喷入或在独立的清洗站通过一个中空的塞棒喷入。
在真空或清洗处理期间可以进行化学成份控制。在钢液均匀后,进行取样分析或用电
4质量 冶金质量的提高包括在化学成分和凝固特征上变化小。除了在铸坯横切面上,改善碳、硫和合金元素偏析特性以外,沿着铸坯长度方向也没有什么变化(当将一炉钢水进行模铸时,每一支钢锭都有垂直偏析和组织变化,而连铸坯不仅是一块钢锭而且垂直方向上没有什么变化)。在现代连铸过程中,铸坯表面的质量要高于轧制半成品质量,轧制半成品的表面有例如结疤和疤痕等表面缺陷,因此,对铸锭的精整和产量的损失均降到最低程度。大多数连铸钢坯均无需经过任何修整就可进一步加工。因此能得到有较少的内部和表面缺陷、性能得到改善、更均匀的最终产品。
能量 连铸能够节约能量,因为连铸过程减少了在模铸过程中的能量消耗。这些包括在均热炉中的燃料消耗和初轧机的电能消耗。能量也可以通过产量增加来间接节省,因为它能减少用于生产大量半成品的原料钢的消耗。除此之外,人们正在关注将热的连铸坯直接热送到精轧机加热炉的实践,因此连铸坏的显热被节约了。
污染 连铸过程通过省略模铸工艺设备如均热炉减少了污染。
成本 连铸的资金和运行成本与模铸工艺相比均减少了。资金节约归功于省掉了模铸工艺所需要的设备。运行成本节约主要是较少的劳动力投人和较高的产量。
炼钢
连铸的炼钢操作与用电炉或碱性氧气转炉生产钢锭的炼钢操作相似,仅有某些不同,主要有两个:
(1)温度控制;
(2)脱氧实践。
出钢温度通常更高,以补偿因运送到铸机的时间增加引起的热量损失,出钢温度要维持在一个较小的范围内,以避免温度太高时拉漏和温度太低时中间包水口过早凝固。浇铸温度也能影响铸坯的晶体结构。在整个浇注过程中采用均一且低的过热度可获得铸坯最佳晶体结构。为了达到此目的,必须进行使钢液温度均匀的操作。广泛使用的一种方法是利用钢包底部的多孔塞吹入少量氩气或将喷枪插人钢包液面下吹氩搅拌钢液。
脱氧 连铸钢必须完全脱氧(镇静)以防止在铸坯表面或接近表面的皮下形成气泡或气孔,气泡和气孔会导致随后轧制过程中产生裂纹。根据钢的等级和用途,采用如下两种方法脱氧:
(1)对于粗晶粒钢加人少量铝,用硅进行脱氧;
(2)对于细晶粒钢进行铝脱氧。硅镇静钢比铝镇静钢更容易浇铸,因为避免了氧化铝沉淀带来的中间包水口堵塞问题。为了生产高质量的产品,在连铸之前,进行钢包精炼正成为一种很普遍的操作。