毕业论文《衡管连铸工艺探讨》

湖 南 工 业 大 学

2014届成人教育毕业论文（设计）

材 料

院 (部)： 冶金工程学院 学生姓名： 李 文 指导教师： 刘 友 良 专 业： 冶金工程 班 级： 学 号：

2014年 4月

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材料清单

1、毕业论文（设计）开题报告 2、指导教师评阅表 3、评阅教师评阅表 4、答辩及最终成绩评定表 5、毕业论文（设计说明书）

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2014届成人教育毕业论文（设计）课题开题报告

院 (部)：冶金工程学院 专业：冶金工程 学生姓名 课题名称 课题 所属领域的现状 课题重点 难点 和特色 李文 学号 班级 衡管连铸工艺探讨 与传统方法相比，连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。 它与传统的钢锭模浇铸相比具有较大的技术经济优越性，主要表现在以下几个方面： （1） 简化生产工序 （2） 提高金属的收得率 （3） 节约能量消耗 （4） 改善劳动条件，易于实现自动化 （5） 铸坯质量好 计 划 进 度 1、2012年5月关注水平连铸生产情况并做好记录。 2、2013年5月关注弧型连铸生产情况并做好记录。 3、2014年2月对水平连铸与弧型连铸的特点与优势作出比较并拟稿。 4、2014年4月修正拟稿，完成毕业论文设计。 指导 教 签名： 师意见 年 月 日 教研 室意 签名 见 年 月 日 说明：开题报告作为毕业论文（设计）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业论文（设计）成绩考查的重要依据，经导师签署意见及教研室审查后生效。

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湖南工业大学2014 届毕业论文（设计）指导教师评阅表

院（部）：冶金工程学院 学生姓名 专 业 课题名称 李文 学 号 指导教师姓名 班 级 刘友良 冶金工程 衡管连铸工艺探讨 评语：（包括以下方面，限300字以上） 1、 学习态度工作量完成情况； 2、 检索和利用文献能力、外文翻译和计算机应用能力； 3、 学术水平或技术水平、综合运用知识能力和创新能力； 是否同意参加答辩： 指导教师签字： 年 月 日

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是□ 否□

湖南工业大学2014 届毕业论文（设计）评阅教师评阅表

院（部）：冶金工程学院 学生姓名 专 业 课 题 李文 学 号 评阅教师姓名 班 级 冶金工程 衡管连铸工艺探讨 评语：（包括以下方面） 对论文学术评语（包括选题意义；文献利用能力；所用资料、实验数据和计算结果可靠性；创新成果及写作规范化和逻辑性。注意对其中可能存在的剽窃、论据作假等把好关，如果发现请详细说明）； 存在的主要不足之处与评阅人的建议（针对课题内容给设计者（作者）提出不少于3个问题） 选题与文献综述 创新性 基础理论和专门知识 作者写作、表达能力 综合评价 是否同意参加答辩 评阅人（签名）： 年 月 日

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优（ ），良（ ），中（ ），差（ ） 优（ ），良（ ），中（ ），差（ ） 优（ ），良（ ），中（ ），差（ ） 优（ ），良（ ），中（ ），差（ ） 优（ ），良（ ），中（ ），及格（ ），不及格（ ） 是□ 否□

湖南工业大学2014 届毕业论文（设计）答辩及最终成绩

评 定 表

院（部）（公章）：冶金工程学院 学生姓名 课题名称 李文 学号 班级 2014级 答辩 日期 指导 教师 评 定 成 绩 评 定 等级 教师1 思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。 优 良 中 差 优 必 答 题 良 中 差 优 自 由 提 问 良 中 差 答辩评定等级 指导教师评定等级 评阅教师评定等级 最终评定成绩： 答辩委员会主任签名： 年 月 日 教师2 教师3 教师4 教师5 总 评 刘友良 衡管连铸工艺探讨 课 题 介 绍 答 辩 表 现 思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入,知识面宽。 优（ ），良（ ），中（ ），差（ ） 答辩小组长签名： 优（ ），良（ ），中（ ），差（ ） 优（ ），良（ ），中（ ），差（ ） 5

湖南工业大学

2014届成人教育毕业论文（设计说明书）

衡管连铸工艺探讨

院 (部)： 湖南工业大学 学生姓名： 李 文 指导教师： 刘 友 良 专 业： 冶金工程 班 级： 完成时间： 2014年4月

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目 录

摘要…………………………………………………………………………………I ABSTRACT……………………………………………………………………………II 1 连铸介绍

1.1连续铸钢(以下简称连铸)工艺流程简述?????????????1 1.2连铸机机型与结构特点????????????????????1 1.2.1连铸机机型分类?????????????????????1 1.2.2各种连铸机的特点????????????????????2 2 连铸冶金学及相关新技术

2.1钢水准备??????????????????????????4 2.1.1连铸钢水温度的控制?????????????????? 4 2.2中间包冶金?????????????????????????4 2.2.1中间包的作用????????????????????? 5 2.2.2中间包的结构????????????????????? 5 2.2.3中间包冶金概念的提出 ????????????????? 5 2.3铸过程中钢液的凝固与热传??????????????????5 2.3.1连铸过程热平衡???????????????????? 5 2.3.2传热机构???????????????????????6 2.3.3二冷区传热 ??????????????????????6 2.4连铸相关新技术???????????????????????6 2.4.1连铸电磁搅拌技术????????????????????6 2.4.2钢包下渣检测技术????????????????????7 3 弧 形 连 铸

3.1弧形连铸机设备简介?????????????????????8 3.2弧形连铸机生产流程及几个重要参数??????????????8 3.2.1弧形连铸机生产流程???????????????????9 3.2.2弧形连铸机的几个重要参数????????????????9 3.3钢液供应设备????????????????????????10 3.4二次冷却系统????????????????????????10 3.4.1二次冷却系统的作用和工艺要求??????????????10 3.4.2 二次冷却装置的结构形式????????????????11

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3.5 结晶器及其维护????????????????????12 3.5.1 结晶器?????????????????????? 12 3.5.2 结晶器内钢液面的控制??????????????? 12 3.6拉矫机?????????????????????????13 3.7 切割机?????????????????????????13 3.8 引锭杆?????????????????????????14 4 水 平 连 铸

4.1水平连铸三大技术关键??????????????????16 4.2连铸坯的凝固特点????????????????????16 4.3水平连铸的成坯原理???????????????????16 4.4水平连铸正常拉坯的工艺条件及监控????????????16 4.5水平连铸操作工艺参数??????????????????17 4.6水平连铸机的基本操作??????????????????17 4.7水平连铸主要工业设备??????????????????18 5 铸坯质量控制

5.1连铸坯质量???????????????????????18 5.1.1连铸坯质量介绍???????????????????18 5.2连铸坯缺陷分类及原因分析????????????????19 5.3 连铸坯质量控制措施???????????????????24 参考文献???????????????????????????27 致 谢???????????????????????????28

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摘 要

本设计主要介绍了连续铸钢概述、连铸冶金学、弧形连铸、水平连铸、连铸相关技术、铸坯质量控制等。结合衡钢连铸生产工艺状况，以大量生产数据为依据，对衡钢连铸坯质量进行了分析。在不断优化过程中，探索出了该公司铸坯质量控制的具体措施。使该公司连铸坯质量得以保证，给企业带来了巨大的经济效益。

关键词 连铸；弧形连铸；水平连铸；连铸坯；工艺；质量

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ABSTRACT

This design is mainly introduced the continuous casting, continuous casting, metallurgy, curved continuous casting and related technical level, casting quality control, etc. Combined with production condition, HengGang casting process in mass production, according to data of HengGang casting billet quality was analyzed. In the process of continuously optimize, and explored the company quality control of slab concrete measures. The company is able to assure quality of casting billet, bring huge economic benefits.

Key words continuous casting；arc； horizontal continuous casting slab；

process；and quality

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1 连 铸 介 绍

1.1连续铸钢(以下简称连铸)工艺流程简述

连续铸钢工艺：连铸机必须与出钢操作密切配合，钢水开始浇入结晶器的同时，一面启动结晶器振动，进行润滑和开放冷却水，一面启动拉坯矫直机拖引锭杆运转，铸坯随引锭杆拉曳前进，铸坯过拉坯矫直机到一定位置后，脱卸并移开引锭杆，铸坯本身由拉坯矫直机继续拉曳。前进的铸坯按定尺长度逐次切割，输送、堆存，待全炉钢水铸完为止。在生产中应力争多炉连铸，以提高经济效益。

将高温钢水连续不断地浇注到一个或一组实行强制冷却的带有”活底”的铜模内，待钢水凝固成具有一定厚度的坯壳后，从铜模的另一端拉出.这样铸坯就会连续不断地从铜模内拉出，这种高温钢水直接浇注成钢坯的工艺，叫”连续铸钢”.它是连接炼钢和轧钢的中间环节，是炼钢厂(或车间)的重要组成部分.连铸生产的工艺流程为：钢包-中间包-结晶器-二次冷却-拉坯矫直-切割-辊道输送-推钢机-铸坯.连铸技术的应用彻底改变了炼钢车间的生产流程和物流控制，为车间生产的连续化、自动化和信息技术的应用，以及为大幅度改善环境和提高产品质量提供了条件.连铸生产的正常与否，不但影响到炼钢生产任务的完成，而且也影响到轧材的质量和成材率.此外，连铸技术的发展，还会带动冶金系统其他行业的发展，它对企业组织结构和产品结构的简化与优化有着重要的促进作用.

1.2连铸机机型与结构特点

1.2.1连铸机机型分类

一类是采用固定式结晶器连铸法的各种连铸机，也就是目前在工业上广泛应用并仍在继续发展的各种连铸机，技术日趋成熟和完善。另一类是采用同步运动式的结晶器连铸法的各种连铸机，这一类连铸机的共同特点是结晶器可随铸坯同步移动，铸模和铸坯之间没有相对运动，因而也没有相对摩擦，可以达到很高的铸造速度，更适合于铸造接近成品钢材尺寸的小断面或薄断面的铸坯。

我们把前一类连铸机按其形式分为立式，立弯式，椭圆，弧形，水平式等各种机型。从20世纪50年代连铸工业化开始，此后30多年连铸机的机型经历了一个由立式、立弯式到弧形的演变过程。其中的弧形连铸机已成为现在工业化连铸机的基本机型。

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1.2.2各种连铸机的特点

（1）立式连铸机

①立式连铸机其铸流轨迹是垂直线。铸机的主要设备布置在垂直线上，从钢水浇注到铸坯切成定尺，整个工序是在垂直位置完成的。铸坯切成定尺后，由升降机或运输机运到地面；

②钢水在直立的结晶器和二冷区逐渐结晶凝固，有利于钢水中非金属夹杂物上浮和在铸坯中均匀分布，坯壳冷却也比较均匀，这对浇注优质钢和合金钢是有利的。另外，铸坯在整个过程不受任何弯曲、矫直作用，更适用于对裂感纹敏性强的钢种；

③设备高度大，一般高度都在25~35m以上，且铸坯断面越大、拉速越快、定尺长度越长，设备总高度也越高。

1.2.2.2立弯式连铸机

立弯式连铸机其铸流轨迹先是垂直的，然后被弯曲成水平。立弯式连铸机的上半部与立式连铸机相同，即在垂直方向上进行浇铸和冷却凝固，所不同得失在铸坯完全凝固后，把铸坯顶弯90°，使铸坯在水平方向上进行切断和出坯，这样铸机的总高度减小了，铸坯运输比较方便，铸坯的定尺也不受限制。

1.2.2.3直结晶器弧形连铸机

这种铸机采用直结晶器，从结晶器往下有2.5~3.5m的直线段，带有液芯的铸坯经过直线段后，被逐渐弯曲成弧形，然后又把已凝固带液芯的弧形铸坯矫直，完全凝固后在切割成定尺。

直结晶器弧形连铸机的特点是：保留有立式连铸机的优点，钢水在直结晶器及其下部的直线断凝固，有利于钢液中大型夹杂物上浮及钢中夹杂物的均匀分布。用于生产某些对内部夹杂物、偏析要求特别严格的钢种是比较合适的；由于铸坯采用带液芯渐近弯曲成弧形，因而这种铸机仍具有弧形连铸机设备高度较低，建设费用较低的特点；这种铸机的铸坯比其他弧形连铸机多了一个弯曲过程，在铸坯外弧侧坯壳受拉伸，两相区容易造成裂纹缺陷，并且造成设备结构复杂，检修、维护难度大。一般只有生产对内部夹杂物、偏析要求特别严格的大板坯和断面大于250~250的大方坯时才选择此机型。

1.2.2.4弧形连铸机

弧形连铸机的铸流轨迹是以Ro为半径的圆弧的四分之一及其水平切割线组

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成。主要有单点矫直弧形连铸机和多点矫直弧形连铸机两类。

单点矫直弧形连铸机的主要特点是：

(1)由于它布置在四分之一圆弧范围内，因此它的高度比立式、立弯式连铸机要低，这一特点使它的设备重量较轻，投资费用较低，设备的安装和维护方便，因而得到广泛应用；

(2)由于设备高度低，铸坯在凝固过程中承受的钢水静压力相对较小，可减小因鼓肚变形而产生的内裂和偏析，有利于提高拉速和改善铸坯质量；

(3)弧形连铸机的主要问题是钢水在凝固过程中，非金属夹杂物有向内弧聚集的倾向，易造成铸坯内部夹杂物分布不均。因此，对夹杂物要求严格的钢种，必须选择大的圆弧半径，此外钢水需进行炉外处理，提高钢的纯净度，否则铸坯质量打不到要求。

1.2.2.5椭圆形连铸机

椭圆形连铸机的特点是：

(1)其基本半径R可在3~8m之间选取，较为半径为10~12.5m的弧形连铸机高度大大降低，适宜在老厂房内布置；

(2)钢水静压力低，铸坯鼓肚量小，中心裂纹及中间裂纹等缺陷得到改善； (3)投资可比弧形连铸机约低20%~30%。铸机钢水静压力低，设备的设计、制造及维修简化；

(4)这种连铸机进入结晶器内钢水中的夹杂物几乎无上浮机会，所以对钢水的要求比弧形连铸机更严格。应采用炉外处理、无氧化浇注、中间包冶金等措施，保证钢水的纯净度。选用优质耐火材料，防止外来夹杂物污染钢水，这样才能发挥这种连铸机的优越性。

1.2.2.6水平连铸机

水平连铸机的特点是：

(1) 设备高度较低，投资省，建设速度快，适合中、小电炉钢厂技术改造； (2) 钢水无二次氧化，铸坯内部质量得到改善；

(3) 钢水在水平位置凝固成型，不受弯曲矫直作用，有利防止产生裂纹，适

合于特殊钢和高合金钢浇注； (4) 设备维护简单，处理事故方便。

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2 连铸冶金学及相关新技术

2.1钢水准备

与传统的模铸相比较，连铸对钢水质量提出了更严格的要求。对连铸钢水温度、成分和纯净度进行准确和适度的控制，以及有节奏地、均衡地供给连铸机合格质量的钢水是连铸顺利生产的首要条件。因此，它要求钢水质量，温度稳定、成分均匀。为补偿浇注过程中的热损失，连铸钢水温度比模铸高20~50℃，同时，要最大限度地降低有害杂质，使加入钢中的合金元素均匀分布，钢水成分控制在较窄的范围内，以保证铸机的顺利和产品性能的稳定。

2.1.1连铸钢水温度的控制

2.1.1.1钢水温度控制的重要性

连铸工艺要求钢水出钢温度高，浇注温度波动范围窄。这样就增加了钢水温度控制的难度，只有提供合适的浇注温度的钢水，才能保障生产的顺畅。因为过高的浇注温度将产生冶金上不希望的树枝晶组织，也加剧了二次氧化，且会引起铸坯缺陷，如表面裂纹和内部裂纹；此外也增加了对耐火材料的侵蚀和增加了钢中的非金属物的含量，也增加了漏钢的危险性。另一方面，如果浇注钢水温度偏低，钢水发粘不利于夹杂物上浮，也可能由于在连铸过程中钢液过早凝固而使浇注中止，或在钢包和中间包中粗线凝壳。所以获得理想的连铸钢水温度(偏差±5℃)就显得很重要了。要求在浇注期间，钢水温度必须基本恒定，这意味着中间包内钢水温度要保持在一个合适的范围内，不允许忽高忽低。

2.1.1.2控制好精炼炉吊包温度及钢包到中间包钢水温降

为了满足连铸生产对钢水温度的要求，必须控制好精炼炉吊包温度及钢包到中间包钢水温度。因为连铸工业要求吊包温度高，浇注温度波动范围窄，这样就增加了钢水温度控制的难度，所以我们的出发点，首先是尽可能减少钢包到中间包钢水温度以降低精炼炉吊包温度，其次尽可能稳定精炼操作，提高精炼炉吊包温度命中率，避免吊高温钢。

2.2中间包冶金

2.2.1中间包的作用

中间包在连铸生产过程中的作用，主要有：

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(1)合理存储钢水，按工艺要求进行有效分流，保证顺利开浇、停浇和换包，实现对连铸机均衡、连续和稳定地供给钢水；

(2)防止钢水再次污染，即抑制二次氧化、减轻耐火材料侵蚀、减少渣的卷入以及渣中不稳定氧化物的危害；

(3)改善改善流动条件，防止短路流动，减小死区，改进流动方向，增加钢水的停留世纪，改善夹杂物上浮和去除的条件；

(4)选择合适的包衬耐火材料和熔池覆盖剂，减轻热损失，利于上浮夹杂物的排出；

(5)控制好钢水温度，必要时再加热，使钢水过热度保持稳定。 简而言之中间包的冶金作用主要是减压、稳流、去渣、分流。

2.2.2中间包的结构

中间包是由钢板焊接而成，其内衬有隔热层、永久层和工作层。中间包要有包盖，内衬由耐火材料打结而成。采用中间包盖一则为了保温，再者可以保护钢包包底不致过分受烘烤而变形，在包盖上开有注入孔和塞棒孔。

2.2.3中间包冶金概念的提出

经过炉外精炼的钢水可以说是纯净了，但浇到中间包又可能再污染，为了提高钢水纯度这一目的，将钢包精炼中采用的措施移植到中间包，以进一步净化钢水，提高铸坯质量，为此提出了中间包冶金的概念。

2.3连铸过程中钢液的凝固与热传

2.3.1连铸过程热平衡

凝固传热在整个连铸过程中贯穿始终，凝固过程中的传热强度，直接决定了凝固速度，制约着铸坯的形成过程和物理化学性质的均匀程度，同时嗨影响着连铸设备的使用寿命。认识和掌握连铸凝固传热的规律性，对于连铸机的设计，连铸工艺的制定和铸坯质量的控制都有重要的意义。

凝固是发生在铸坯传热过程中的主要现象。连铸坯可看成液相穴很长的钢锭，以一个固定的速度在连铸机内运动，铸坯在运动中凝固，实际上是沿液相穴固----液交界面潜热的释放和传递过程。

铸坯在连铸机中从上到下运动，在二冷区接受喷水冷却，已凝固的坯壳温度分布的不均匀性，也容易使凝固坯壳产生裂纹。

在连铸机内铸坯的凝固经历三个过程：

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① 钢水有结晶器内形成初生坯壳；

② 带有液心的坯壳在二次冷却区稳定生长； ③ 临近凝固末期的坯壳加速增长。

2.3.2传热机构

连铸凝固传热的机构比较复杂，其中传导、对流和辐射三种基本传热方式并存，属于综合传热。

在凝固过程的初期，由于浇注时钢液的强制流动，钢液本身温度嗨比较高，流动性也比较好，因而内部对流传热就比较强；随着钢液本身温度的不断下降，流动性逐渐变差，其中对流传热方式就会逐渐减弱。

2.3.3二冷区传热

二冷区传热机理：

在二冷区内铸坯的冷却情况与在结晶器内有很大的不同。在二冷区，除了铸坯向周围辐射和向支撑辊导热之外，主要的散热方式是表面喷水强制冷却，特别是铸坯在二冷区每一个辊距(即两个相邻夹辊与坯壳表面切点之间的距离)之内，都要周期性地通过四种不同的冷却区域。

2.4连铸相关新技术

2.4.1连铸电磁搅拌技术

2.4.1.1电磁技术在连续铸钢中的应用

电磁技术在连续铸钢工艺中有着广泛的应用，概括地讲可以分为如下几个方面：

(1) 电磁力学特性的利用，如铸流约束、电磁制动、电磁搅拌、电磁软接触

等；

(2) 电磁热特性的利用，如中间包感应加热等；

(3) 电磁物理特性的利用，如电磁下渣检测、液面检测等。

2.4.1.2电磁冶金技术

目前，已被用于工业生产的电磁冶金技术主要是电磁制动和电磁搅拌，其目的是改变钢液凝固过程中的流动、传热和溶质的分布，进而影响连铸坯的凝固组织。与常规连铸相比，电磁制动能够降低结晶器内钢液向下冲击的深度，促进凝固前沿非金属夹杂物的上浮，稳定弯月面的波动，促进保护渣的均匀分布。电磁

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搅拌能够加强钢液芯内钢水的对流运动，均匀钢液过热度，打碎树枝晶，促进非金属夹杂物和气泡的上浮，促进等轴晶的形成，减轻中心偏析、中心疏松和缩孔。

2.4.2钢包下渣检测技术

在连铸生产过程中，由于大包使用长水口保护浇注，浇注末期，看不见钢包下渣。当钢包渣流入中间包以后，会增加中间包渣的氧含量，特别是与钢水中的铝发生氧化反应产生氧化铝夹杂物，直接影响到钢水的纯净度，最终会影响铸坯轧管质量。为杜绝钢包下渣，传统的方法就是操作人员通过振动检测来确认钢包余水情况，确保浇注不下渣，或者操作人员移开长水口观察钢包下渣情况来判断是否下渣而决定关闭水口与否，这样做，一方面导致钢水二次氧化，另一方面凹字人员很难做到在钢包刚出渣时就关闭滑动水口，从而使连铸坯洁净度受到影响。

为解决钢包下渣问题，近几年来，国内外对钢包下渣检测技术开展了大量的研究，相继研制开发了基于重力检测、电磁检测、超声波检测、振动检测等原理的检测实验装置。其中电磁感应法下渣检测技术和振动法下渣检测技术作为冶金新技术得到了广泛应用，用于控制连铸生产过程中浇注末期钢包的下渣量，以减小钢包渣进入中间包污染钢水，提高中间包钢水的洁净度。

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3 弧 形 连 铸

3.1弧形连铸机设备简介

弧形连铸机由主体设备和辅助设备两大部分组成：

浇注设备---钢包、钢包回转台、中间包、中间包车

主 成形及冷却设备---结晶器、结晶器振动装置、二冷支导装置 体 拉坯矫直设备---拉坯矫直机、引锭装置、脱引锭装置、引锭

弧 设 收集装置

形 备 切割设备---火焰切割：氧气-丙烷气切割机、切头切尾推车、装置 连 切头切尾收集车

铸 出坯精整设备---中间轨道、切割区辊、输送辊道、安全档

机 板、出坯辊道、中间挡板、横移机、固定

挡板、打号机、步进式冷床

辅助设备---水、风、点、液压、烘烤、润滑、清渣、吹氩、保护渣、压

缩空气、仪表、起重设备、称重设备

连铸机设备组成 盛钢桶和中间罐 盛钢桶多用旋转台承托，便于调换盛钢连续供钢水。钢水浇进结晶器之前先通过中间罐，调整钢水静压力，保持钢水流动平稳。中间罐可快速调换使用，以保证钢流浇铸不间断并实现多炉连浇。在中间罐水口下设有事故溢流槽，使废钢流入垃圾罐。

结晶器 以纯铜或铜合金材料作内壁，用钢框架密封箍住。内壁和外框留有冷水通路。结晶器内衬铜壁一般厚6～24毫米，长600～1100毫米，在结晶器旁侧装设杠杆机构的机械联锁振动机构，使结晶器沿弧形曲线上下振动。结晶器内壁的润滑有两种方法：对厚度150毫米以上铸坯一般采用伸入式水口加保护渣粉浇铸工艺，对小于150毫米铸坯采用油润滑。

二次冷却装置 结晶器出口至拉坯矫直机之间，沿弧形曲线以多组导辊作铸的轨道，导辊中间穿插多组冷却水喷嘴进行二次冷却，加速钢流凝固。

拉坯矫直机 在二冷区后段设有多支点拖辊，曳拉和矫直铸坯前进。 切割装置 用氧气乙炔火焰或机械剪切割铸坯，这项装置和拉坯矫直机前进方向速度应相互配合。

引锭杆 是许多金属环节连接构成的可挠长杆。可与铸坯一样由拉坯矫直机夹持沿导辊曲线移动。朝结晶器方向一端的引锭杆为凹形锁头，承接钢水牵

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拉铸坯。

3.2弧形连铸机生产流程及几个重要参数

3.2.1弧形连铸机生产流程

连续浇注时，钢包中的钢液流经中间包注入水冷结晶器内，结晶底部由引锭头承托，使引锭头与结晶器壁密封后便可开始浇注。注入结晶器的钢水受到水冷铜模的强烈冷却，迅速成为具有一定厚度坯壳的铸坯。档钢液浇到规定高度时，启动拉矫机，拉辊夹住引锭杆以一定速度把铸坯连续拉出结晶器。为了防止铸坯坯壳被拉断，并减少结晶器内拉坯阻力，在浇注过程中，结晶器始终要进行往复振动。铸坯拉出结晶器以后，进入二次冷却区直到完全凝固。当铸坯进入拉矫机后，脱去引锭装置，铸坯经过矫直，再经切割机切成定尺长度，由输送辊道送走，整个过程是连续进行的。

3.2.2弧形连铸机的几个重要参数

3.2.2.1铸坯断面形状及尺寸

确定铸坯断面尺寸的主要依据是用户的要求和与轧机匹配，以及连铸机所能达到的实际断面，为保证连铸坯轧制后轧材的质量，根据钢种及成材要求应选用3~10的压缩比。

我公司弧开连铸机的断面尺寸：Φ220mm、Φ280mm、Φ330mm 3.2.2.2拉坯速度

拉坯速度一般以每分钟拉出钢坯长度来计算，单位为m/min。最大拉坯速度受结晶器铸坯凝壳厚度的限制，对于碳素钢小断面铸坯，要求坯壳厚度为10~15mm大断面铸坯坯壳厚度为20~30，合金钢可略薄。 3.2.2.3圆弧半径

铸坯离开结晶器后，大约经过1/4个圆周长度就进入矫直辊。如果圆弧半径选得过小，则铸坯矫直内层纤维变形太大容易开裂。生产实践表明，对碳素结构钢和合金钢，在铸坯表面允许延伸率在1.5~2%，铸坯凝固壳内层表面所允许的延伸率在0.1~0.5%范围内，铸坯是不会产生裂纹的。适当增加圆弧半径，有利于完全凝固以后再进行矫直以降低铸坯矫直应力，也利于夹杂物上浮，但大的弧形半径会增加铸机和建筑结构的造价。 3.2.2.4铸机流数的选择

在连铸生产中，有一机一流，一机对流和多机多流三种形式，我公司弧形连

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铸采用四机四流。

3.3钢液供应设备

电炉炼出供连铸用的合格钢水流入钢包，经钢包炉(LF炉)及真空脱气处理(VD炉)，吹氩调温后，将钢包送到中间包上方，准备浇注承托钢包的方式有三种，即固定座架，门型钢包车和钢包回转台。早期的连铸机多设在模铸跨间内，只进行单炉浇注，并采用固定的钢包座架或门型钢包车进行浇注。我公司水平连铸采用的是固定的钢包座架，只有在一包钢水浇完后再上另外一包钢水，生产组织较为困难，钢包周转也较慢，连浇时也不能保证中间包钢液面的温定。现在的连铸车间都采用钢包回转台。可以承托一个或两个钢包，一包在浇注位置时，另一包备用。采用回转台以后，大大缩短了换包时间，为实现多炉连浇创造了条件。

3.4二次冷却系统

3.4.1二次冷却系统的作用和工艺要求

3.4.1.1二次冷却系统的作用

(1)带液心的铸坯从结晶器中拉出后，需喷水或喷气水直接冷却，使铸坯快速凝固，以进入拉矫区；

(2)对未完全凝固的铸坯起支撑、导向作用，防止铸坯的变形； (3)在上引锭杆时对引锭杆起支撑、导向作用；

(4)倘若是采用直结晶器的弧形连铸机，二冷区的第一段还要把直坯弯成弧形坯；

(5)如果采用多辊拉矫机时，二冷区的部分夹辊本身又是驱动辊，起到拉坯作用；

(6)对于椭圆形连铸机，二冷区本身又是分段矫直区.

弧形连铸机的二次冷却装置的重要性不亚于结晶器，它直接影响铸坯的质量、设备的操作和铸机作业率。

3.4.1.2连铸工艺对二冷区的要求

(1)二冷系统在高温铸坯作用下有足够的强度和刚度；

(2)结构简单，调整方便，能适应改变铸坯断面的要求，能快速处理事故； (3)能按要求调整二次冷却区水量，以适应改变铸坯断。

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3.4.2 二次冷却装置的结构形式

二次冷却装置的主要结构形式分为箱式及房式两大类.

(1)箱式结构 机架的形式是箱体.整个二冷区是由多段封闭的扇形段箱体连接组成的.所有支撑导向部件和冷却水喷嘴系统都装在封闭的箱体内.封闭的目的是便于把喷水冷却铸坯时所产生的大量蒸汽抽掉.以免影响操作。

(2)房式结构 房式结构的夹棍全部布置在敞开的牌坊结构的支架上，整个二冷区是由一段或若干段开式机架组成。在二冷区的四周用钢板构成封闭的房式结构.具有结构简单，观察设备和铸坯方便等一系列优点.问题是风机容量和占地面积较大.目前新设计的连铸机均采用房式结构。

3.5 结晶器及其维护

3.5.1 结晶器

结晶器在连铸设备中是非常重要的部件，称为连铸机的：“心脏”。钢水在结晶器内强制冷却初步凝固成型，形成一定厚度的坯壳，这个过程是在坯壳与结晶器间连续相对运动下进行的。

结晶器应具有下列性能： (1)有较好的导热性：

(2)有较好的结构刚性.且便于拆装和调整.易于加工制造； (3)有较好的耐磨性及抵抗热应力的性能； (4)质量要轻，以便在震动时具有较小的惯性力。

具有以上性能的材料是铜及其合金.结晶器的长度一般为700mm左右，近年随着拉坯速度的提高，结晶器的长度逐渐增到900mm，也有少数连铸机采用1200mm的长结晶器。

3.5.1.1 结晶器的结构

按外部形状结晶器可分为直结晶器和弧形结晶器。直结晶器用于立式，立弯式直结晶器弧形连铸机，弧形结晶器则用于弧形及超低头连铸机。按连铸规格及形状分为小方坯，大方坯，板坯及园坯结晶器。按结晶器的结构分有整体式，管式及其组合式结晶器。

衡阳钢管厂弧形连铸机采用圆坯管式结晶器。

管式结晶器的结构，由弧形铜管，钢制外套，足辊等组成。在铜管外面套

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着钢制外罩，形成约3.25mm的冷却水缝。利用隔板和橡胶垫于外水套相连。并成上。下两个水冷室。冷却水从给水管进入下水管，以6~10mm每秒的速度流经水缝，进入上室水，从排水管排出。为消除水缝上部因过热而产生的少量蒸汽，在设计时还留有排水管。

3.5.1.2 结晶器的主要参数

在结晶器内的凝固决定铸坯的表面状态及结晶器坯壳厚度。为了使坯壳均与生长，得到无表面缺陷及足够厚度的坯壳，不仅要提高钢水质量，保证操作稳定，而且通过设计合理结晶器参数来实现。 （1)结晶器断面尺寸及长度

结晶器断面尺寸是根据铸坯在冷却状态下的公称尺寸并考虑钢液凝固和温度降低引起的的收缩量而加以确定的。铸坯在拉矫机过程中造成的压缩和宽展，对铸坯尺寸量影响也应考虑。 （2)结晶器的到锥度

钢水在结晶器中冷却生成坯壳，进而收缩脱离结晶器壁。为了减少气隙，提高结晶器的导热性能。加速坯壳的生长。在设计结晶器时，通常将结晶器下口断面制成壁伤口断面略小。称为结晶器的到锥度。

（3)结晶器冷却水量

结晶器冷却水量也可根据经验按结晶器周边长度计算

3.5.2 结晶器内钢液面的控制

结晶器液位控制的目的可归结为以下几点； （1)减少和避免漏钢，溢钢，稳定生产操作；

（2)防止浮在结晶器液面上的夹杂物卷入铸坯，避免在铸坯表面和内部产生夹杂缺陷：

（3)防止结晶器保护渣不均匀流入，避免产生裂纹，炉渣条痕等表面缺陷； （4)使铸坯初期凝固稳定，保证结晶器内部产生均匀的凝固壳。

为了达到控制结晶器液位的目的，人们自然想到了两种方法，一是控制拉坯速度；二是控制中间包向结晶器内的钢液流入量。前一种控制方法已逐渐被淘汰。 结晶器液位控制设备由控制系统，液位检测系统和执行系统组成。 3.5.2.1控制系统

当今控制器的结构越来越多，比如PID控制器，模糊控制器，自适应控制器等，但PID控制器仍然是过程控制中应用最广泛最基本的一种，在工业应用

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中一直显示出简单，稳定性好，可靠性高等特点。 3.5.2.2 检测系统

目前的液位检测方法主要有；同位素法，涡流法，电磁法，热电偶电极法，浮子法，红外光学法，激光法，工业电视法，微波法等多种。液位检测系统的好坏可由以下四个指标衡量；操作安全性，检测精度，响应速度，检测范围。比较各种液位检测方法，都是在这四个检测指标方面互有长短，还没有一种检测方法能够包括这四个指标，占有绝对优势，如光学检测方法，检测范围较长，响应速度较快，也较为安全，但易于受干扰影响。同位素法精度较高，响应速度也较快，但检测范围有限，同时在安全问题上一直不易被人们接受。实际上，同位素液检测方法经过发展周期最长，技术已较为成熟，在正确操作下不会对人体造成伤害。

3.6拉矫机

拉矫机设置在铸坯导向和二次冷却装置之后，将铸坯连续拉出并矫直的连铸设备。拉矫机另一个重要功能是输送引锭杆。对拉矫机的要求是：(1)经拉矫的铸坯无表面和内部裂纹；(2)可以方便地调整其上下辊的开口度，以适应不同的铸坯断面尺寸；(3)能灵活地调速，以适应拉速的变化；(4)具有足够的强度和刚度；(5)机架的布置要保证安装方便，易于检验和对弧正确等。小方坯连铸机通常采用五辊拉矫机，大方坯连铸机则由3～5对辊子组成。(见图2)板坯连铸机采用多辊拉矫机。现代板坯连铸机的拉矫机功能已在铸坯导向装置的弧形导向段和矫直段完成，不再专设拉矫机了。拉矫机由传动装置、压下装置、辊子、机架、底座等组成。传动装置过往采用直流电机，可以无级调速，现代连铸机的拉矫机都改用交流变频调速。拉矫机压下装置，小方坯连铸机采用气缸或者液压方式，大方坯和板坯连铸机一般均采用液压压下。

3.7 切割机

连铸坯的切割方法有两种：火焰切割和机械剪切。

火焰切割的优点是：设备重量轻、投资少，不受铸坯断面大小及温度限制，切口断面平整，切口附近铸坯不产生变形，设备易于维护。

机械剪切割的优点是：没有金属的烧损，约可节省1％。此外由于机械剪切割速度快，可以剪成较短的定尺长度。目前在板坯和大方坯连铸机上几乎都采用火焰切割，在小方坯连铸机上多采用机械剪切。

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切割枪的形式：切割枪是火焰切割装置的重要部件，而割嘴又是它的核心器件，它直接影响到切割速度、切割质量、切缝宽度、介质耗量以及切割稳定等重要指标。根据预热氧与预热燃气混合方式不同可分为两种形式。

(1)内混式预热氧与燃气在喷嘴内部混合，喷出后燃烧。内混式切割枪的火焰有短的白色焰心，因此只能在与铸坯较近的距离内(10～30㎜)才能切割。

(2)外混式预热氧和燃气从各自的管路中喷出，在喷嘴外部大气中混合燃烧。外混式白色焰心较长(50～100mm)，可在距铸坯较远的距离上进行切割，不致因切割飞溅造成嘴子烧损，喷嘴寿命长。其次是因在大气中混合燃烧，不会有回火灭火，操作稳定，安全可靠。再次是切割断面平整，切缝小，金属耗量少。

火焰切割的原理：火焰切割原理与普通的氧气切割相同，靠预热氧与燃气混合燃烧的火焰使切割缝处的金属熔化，然后利用高压切割氧的能量把熔化的金属吹掉，形成切缝，切断铸坯。火焰切割可使用多种燃气，如乙炔、天然气、丙烷、精制的焦炉煤气等。当用火焰切割不锈钢铸坯时，因在高温条件下易于产生粘稠的铬氧化物，熔点较高，能阻断切割的进行，且熔渣不易排除，使切割中断，所以须要辅加铁粉或其它助熔剂。

火焰切割设备的特点

火焰切割设备应具有如下特点：

(1)切割设备应具有防热、防尘措施，能在强烈热辐射和尘埃等恶劣工况下长期正常运转，可实现自动定尺自动切割功能。

(2)切割枪效能高，切割速度快，切口质量好，切缝小，工作稳定可靠，抗回火能力强，切割噪音低，介质耗量少，切嘴寿命长。

(3)介质供送及控制系统布置合理，安全可靠，可实现远距离控制。 火焰切割装置由切割车、同步装置、切割小车及传动、切割枪、铸坯端面检测装置、能源介质供应系统及电控系统所组成。

3.8 引锭杆

引锭杆的作用是：在开浇时堵住结晶器的下口，使钢水不会漏下，最先注入结晶器内的钢水快速凝固与引锭杆头连成一体，在扇形段驱动辊的驱动下把初步凝固的铸坯拉出结晶器引入拉矫机，引锭杆走出拉矫机后，把引锭杆脱去，进入正常拉坯状态。因此，引锭杆是引导铸坯进入夹送辊的必不可少的设备

在弧形连铸机上，引锭杆要通过弧形的二冷段区域，弧形引锭杆可分为挠性引锭杆和刚性引锭杆。

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有冷钢或残渣，这些都会对热坯产生不同程度的机械划伤，因此，开浇前的辊子检查也是一项很重要的工作。

火焰切割枪的烧嘴和介质压力的调整。切割截面上的缺陷（如切痕过大，毛刺，切面有斜度)都与切割机维护不当有关。因此，开浇前必须检查切割枪的高度是否合格，烧嘴是否堵塞。介质压力调整是否合适。不符合要求的要立即更换。

先进的工艺技术是取得高质量连铸坯的保证，钢水质量控制提供合乎连铸要求的钢液，既可保证连铸工艺操作的顺行又可保证铸坯的质量。为此，钢液应具有合适的温度、稳定的成分，并尽可能降低夹杂物含量，保持钢液的纯净度和良好的可浇性。全程保护浇注钢水经过精炼处理后，在浇注过程中必须采取措施防止钢水与空气接触而产生二次氧化，因此，我公司连铸机采用全程保护浇注。结晶器液位自动控制结晶器内钢液面的波动程度，会对以后的铸坯质量产生影响。液面波动过大，钢液面上的保护渣容易卷入到钢水中，凝固时在铸坯表层或次表层形成夹渣，严重时会造成拉漏事故。因此，连铸机选用 Csl37 自动控制液面系统。如果自动控制系统出现故障而必须手动控制时，这期间拉出的铸坯要傲事故状态生产来对待。

电磁搅拌，电磁搅拌安装在结晶器外，能够均匀钢水温度，减少钢水过热，促进气体和夹杂物的上浮，增加等轴晶晶核，从而获得中心宽大的等轴晶带，使晶粒细化，减少中心偏析，使夹杂物在横断面上分布均匀，从而使铸坯内部质量得到改善。二冷段气雾冷却技术我公司铸机的二冷段采用气-雾冷却。所谓气雾冷却是指高压空气和水从两个不同方向进入喷嘴内混合，利用空气动力把水雾化成极细的水滴从喷嘴喷出，其特点是冷却效率高，水流量调节范围大，铸坯冷却均匀，喷嘴不易堵塞等优点，这种技术尤其适用于大圆坯，可减少铸坯裂纹的产生。严格、精心的操作是取得高质量连铸坯的关键 ，中间包烘烤中间包作为连铸过程中贮存钢水的过渡容器，起着承上启下的重要作用。所以，中间包在浇注前必须充分供烤，烘烤后的包衬表面温度要达到1000℃-1200℃ 。这样才能保证耐火材料中的水分充分蒸发。如果中间包烘烤不充分，而用来浇注，不仅有可能影响开浇的顺行，而且由于耐火材料中水分与钢水作用，形成气泡，在液态钢中来不及上浮而在铸坯中形成头端针孔缺陷。

浸入式水口的浸入深度浸入式水口作为中间包内钢水到达结晶器的通道，必须浸入到结晶器钢液面下，但浸入深度也应有所控制。如果水口下端距离钢液面很近，有可能使钢液上面的保护渣卷入钢水中，而在铸坯中形成夹渣。如果距离

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过远，则钢液面处钢水由于热流不足而过早凝固，使保护渣也不能很好地熔化。水口处结冷钢也易造成拉漏事故。同时，由于冷钢比重大于钢水比重，这些富集保护渣颗粒的冷钢沉入钢水中，在铸坯中可能形成簇状夹杂。因此，我公司铸机规定浸入式水口下端浸入钢液面以下50mm-120mm为最适宜。

浇注过程中拉速的调整浇注过程中，要尽量保持拉速的稳定。频繁地调整拉速，对铸坯质量和浇注顺行都没有好处。由于二冷水量是与拉速按一定比例成线性变化的。因此，拉速的提高，势必引起水量的增大，某些高碳钢或含硫比较高的钢种，裂纹敏感性比较强，强冷条件下，会使铸坯产生裂纹。因此，这些钢种在浇注时，拉速应不宜过高或频繁变化。

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参 考 文 献

1 陈炳光，陈昆: 连铸连锻技术: 机械工业出版社:2004 年4月: 820 2 杨拉道 :连铸技术:冶金工业出版社：2007-11 : 114

3 田燕翔 现代连铸新工艺新技术与铸坯质量控制: 当代中国出版社 : 2004/8 : 698

4 史宸兴 实用连铸冶金技术：冶金工业出版社：2009-04-08：680 5 蔡开科 连续铸钢原理与工艺 冶金工业 1993 6 干 勇 连续铸钢 ：冶金工业：2001

6 李德成 最新连铸生产新工艺要点与连铸坯质量缺陷防范： 冶金工业出版社： 2007年9月出版

7 中国钢铁协会 洁净钢生产技术 冶金工业出版 2006.10

8 冯阿强:连铸设备及工艺 中国劳动社会保障出版社 2009年09月 186

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致 谢

随着集团公司品种结构调整的深入，“双高”产品（高技术含量 高附加值产品）比重不断提高。建立高品质结晶钢生产体系，全面提高铸坯的实物质量，从而打造“高质量的圆管坯生产基地”是我们当前的主要任务。建立高品质洁净钢生产体系，大力促进产品的升级与换代，提高衡钢产品的核心竞争力，促进衡钢持续稳定快速发展。

本设计主要介绍了连续铸钢概述、连铸冶金学、弧形连铸、水平连铸、连铸相关技术、铸坯质量控制等。

本设计在编写过程中参考了相关资料，在此一并表示感谢。在此更要感谢我的导师和专业老师，是你们的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业论文。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。本设计虽然经过反复修改，并多次得到了老师指导与支持，但由于编者水平有限，加之时间仓促，在内容和编排上可能会有不足之处，恳请老师批评指教。

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