连铸坯凝固及其控制.ppt

2.5 连铸坯的凝固 2.5.1 连铸 (continuous casting) 连铸，使金属液由中间包经浸入式水口不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的一种铸造工艺。 连铸的设备以弧形连铸机钢坯连铸为例，主要有钢包支承装置、盛钢桶(钢包)、中间罐、中间罐车、结晶器(一次冷却装置)、结晶器振动装置、铸坯导向和二次冷却装置、引锭杆、拉坯矫直装置(拉矫机)、切割设备和铸坯运出装置(见辊道和横向移送设备)等。 连续铸钢的发展 连续铸钢技术经历了20世纪40年代的试验开发，50年代开始步入工业生产阶段，60年代出现弧形连铸机，经过70年代的大发展，80年代日趋成熟和90年代的一场新的变革，直到今天，经历了70年的发展历程。众多专家学者致力于连铸技术及连铸坯质量的研究。当前，连续铸钢已向薄板坯连铸连轧、异形坯连铸和高速连铸等高效节能的高附加值产品的方向发展。 普通连铸板坯的厚度为150~300mm，而连铸薄板坯的厚度已经减薄至50~90mm，双辊薄带连铸铸出的镁合金薄带厚度可达1.0～3.5mm。为保证板带钢的性能和表面质量的要求，一般要求板带钢压缩比4~6就可以满足，对于要求高性能和对表面缺陷敏感的钢种，要求有更大的压缩比。但实际表明因快速凝固对细化晶粒的影响，压缩比达到2.5以上就可以满足要求。 2.5.2 连铸坯的凝固 要获得性能优良的铸件，首先就要在工艺上进行控制获得高质量的铸件，同样的道理，连铸坯质量也是科技工作者研究的重要课题。 连铸生产的产品包括：圆钢坯、方坯、板坯以及各种近终形产品（薄带、异型坯等）。采用连铸坯取代模铸作轧材，从工艺角度来讲，明显提高了钢材的收得率，因为连铸工艺完全消除了浇注系统及冒口切损问题，使得成材率提高约10%~15%。 一、拉速控制 ? 在保证铸坯质量和安全生产的前提下，拉速主要受铸坯凝固速度的制约。 其关系式为:s＝K t1/2 式中s为钢凝固层厚度(毫米)，s为凝固时间（分）一定的s值应保证硬壳不破裂和安全生产,K值为23～32,视钢种、断面、钢水温度和拉速变化而定。以普通碳钢为例，拉坯速度：板坯0.5～1.8米/分，大方坯0.6～1.5米/分，小方坯1.5～3.5米/分，CSP 4.5~6米/分。 二、冷却控制 ? 连续铸钢的冷却区集中在结晶器、二冷段和后部工序冷却（空冷）等三个部分。一般认为结晶器段占冷却量的14～20％，二冷段占23～30％。冷却强度过大和拉速不适应时，会造成铸坯内裂和外裂纹。冷却强度过小和不均匀则易产生铸坯鼓肚、漏钢等现象。冷却强度必须随钢种、铸坯温度和拉速快慢进行控制调节。每公斤钢的冷却水消耗量约1～2公斤。要求各断面部位冷却均匀，冷却水要过滤净化，使水质洁净，导热均匀。 三、连铸结晶器内的传热与坯壳厚度 连铸过程中，熔融金属放出的总热量(Qsum)从结晶器边界到冷却水的传输过程非常复杂，在熔融金属与结晶器边界同时有几种传热方式，保护渣和气隙形成边界热阻，阻碍熔融金属和结晶器边界传热。 在稳定生产条件下，结晶器内部，熔融金属放出的总热量Qsum 可以估算，这部分热量由冷却水带走。 1 热面温度与平均热流密度与距结晶器上口距离的关系 2 拉速和碳含量对热流密度的影响 3 拉速和碳含量对结晶器出口处坯壳厚度的影响 4 碳含量（钢种）对漏钢率的影响 5 连铸保护渣的选用 保护渣的冶金作用 （1）对结晶器钢液面绝热保温； （2）使钢液面不受空气二次氧化； （3）吸收钢液中上浮的夹杂物; （4）润滑运动的铸坯，在结晶器与坯壳之间起着良好的润滑作用，从而减少拉坯阻力，防止“粘结”现象的发生。 （5）均匀和调节凝固坯壳向结晶器的传热，使坯壳均匀生长，形成足够厚度的坯壳，防止裂纹的产生。 2.5.3 连铸坯的形状缺陷 2.5.3.1连铸小方坯的脱方和角裂 脱方：小方坯横截面上两个对角线长度不相等时称脱方。脱方将对铸坯质量产生影响。 脱方是角部冷却不均匀造成的，与结晶器壁厚、钢水成分（含碳量）、冷却水流速、冷却水水质及结晶器内腔形状有关。 漏钢：小方坯偏离角漏钢有两种类型。一种是单独由鼓肚引起；另一种是鼓肚为主，脱方为辅引起的。前一种产生在刚出结晶器时，后一种产生在二冷区以后乃至拉矫辊以前的任何地点。 2.5.3.2连铸板坯的形状缺陷及中心内裂 连铸板坯的形状缺陷是宽面鼓肚和窄面凸出。连铸板坯的粘结漏钢、宽面纵裂（随板宽增加而增加）和偏离角纵裂漏钢都与板坯形状缺陷有关。 连铸板坯偏离角纵裂的产生其机理与小方坯使用单锥度结晶器时产生偏离角纵向凹陷和裂纹的机理相近，即在弯月面处锥度太小，结晶器出口处锥度太大有关。 偏离角纵裂与结晶器窄面铜板锥度小或在使用过程中锥度丧失有关（即窄面凸出）。 防止窄面凸出的措施有：