一、名词解释
1.结晶:温度降到凝固点以下时,金属使由液态转变为晶体状态,这一过程称为结晶。
2.连续铸钢:将高温钢水不断地浇注到水冷结晶器内,实行强制冷却,待钢坯凝固成一定厚度的坯壳后从结晶器下口连续拉出。
3.液芯长度:是指铸坯从结晶器液面到铸坯中心液相完全凝固点的长度。
4.拉速:以铸机每一流每分钟拉出的铸坯长度表示。
5.浇注温度:是指开浇5min后,中间包内距钢液注入点最远的一流水口区域的钢液度。
6.比水量:单位时间冷却水消耗量和通过二冷区铸坯质量的壁纸,单位L/Kg。
7.压缩比:铸坯横断面积与轧材横断面积之比。
8.冶金长度:根据最大拉速计算出来的液芯长度,就是连铸机的冶金长度。
9.连铸机的流数:对每台连铸机来说,同时能浇注铸坯的总根数。
10.过冷度:金属的实际结晶温度Tn总是低于理论结晶温度Ts,Ts与Tn之差值称为过冷度。
11.热脆:过高的含硫量,会使铸坯在热加工时,产生裂纹,俗称热脆。
12.铸机长度:对铸坯全凝固矫直连铸机,从结晶器液面直拉矫机水平切点弧线长称铸机长度。
对带液芯多点矫直弧形连铸机,把想哦那个结晶器液面到最后一对拉辊之间的长度称铸机长度。
13.连铸机的弧形半径:铸坯弯曲时的外弧曲率半径。
14.近终型连铸:指所浇注接近最终产品尺寸和形状的浇注方式。
15.高效连铸:是指整个铸坯生产过程高拉速、高质量、高效率、高作业率形成高温铸坯。
二、钢水的浇注温度是连铸工艺重要参数。这是因为:
第一,合适的浇注温度是连铸生产顺利进行的前提。连铸时如果浇注温度过低,液面结冷钢、钢液流动性差、夹杂物不易上浮以及钢包钢水变流等现象,引起水口堵塞、粘结漏钢等。如果浇注温度过高,容易引起钢包、中间包耐材熔损及二次氧化加剧,从而引起钢液的洁净度恶化;浇注温度高,会造成铸坯壳较薄,易产生漏钢现象,或使拉坯速度较低,溢钢使浇注中断,而且会使结晶器的坯壳减薄和厚度不均匀性增加,增加拉漏危险。
第二,合适的浇注温度是获得良好铸坯质量的基础。连铸时如果浇注温度过高会助长铸坯形状缺陷,如菱变、鼓肚及内部缺陷裂纹、中心疏松、中心偏析等。还会加剧钢水二次氧化及对耐火材料的侵蚀,使铸坯中非金属夹杂物增多而恶化钢坯的纯净度。
第三,合适浇注温度还是提高连铸生产技术经济指标的基本保证。
由此可见,必须把各钢种浇注温度控制在一个合适的范围内。这是连铸工艺控制的重要任务,它比传统的模铸工艺对钢水温度控制难度要大,要求更严格。
三、工艺控制
(一)
1.加入保温剂
在钢包和中包钢水表面覆盖保温剂或中间包保护渣。中间包使用保护渣可防止钢液的辐射散热、降低遮度以及防止钢液二次氧化。吸收钢水中上浮的非金属夹杂物。
2.钢包和中包加盖:钢包和中间包加盖保温时减少热损失的有效措施。实测表明,通过保温剂表面散失的热量约占总热损失的一半。钢包加盖还可以使钢液上两熔渣始终保持液态,便于注后清渣;另外还可以减少包衬散热,提高周转包包温。
3.钢包、中包加砌绝热层,减少包衬算热损失。特别是采用导热率较高的镁铝质,镁钙质等碱性包衬时加强包衬绝热保温尤为重要,可使温降速度平均降低20~40﹪.
中间包用绝热板冷中间包,可使中间包温度损失减少近10﹪
4.加快钢包周转及包衬高温烘烤,实现红包出钢。再采用钢包加盖效果就更好,可减少钢包热修时间。钢包周转加快,可保证红包出钢。
(二)钢水温度调整
连铸钢水温度调整包括两种涵义:其一、对钢包内钢水温度分布不均匀性进行调整;其二,对钢包内钢水偏高或偏低进行调整。
1.钢包吹Ar搅拌调温
吹Ar的冶金作用是:(1)均匀钢水成分及均匀温度;(2)调整钢水温度(降温);(3)促进钢种非金属夹杂物及气体的排出、上浮。可在吹Ar搅拌同时加入轻型清洁小块废钢降温。其降温效果比较稳定,可按钢水每降温1℃,则需加入废钢0.7kg/t钢计算。
2. 成分控制目的与要求
(1) 成分稳定:为保证多炉连铸时工艺操作和铸坯性能的均匀一直性。必须将钢水成分控制在较窄的范围内,以保持各炉钢水的相对稳定。
(2) 可浇性好保证在浇注过程中,钢水有良好流动性,水口不堵塞、不冻结。
(3)抗裂纹敏感性抢,连铸过程中,铸坯坯壳要受到各种外力的作用,往往在坯壳薄弱部位,产生表面裂纹或内部裂纹,因此对钢中产生裂纹倾向大的元素含量要严格限制。
(三)纯净度控制
1、钢中C含量的控制
碳是钢中最基本的、也是对钢组织及性能影响最大的元素。碳也是热裂敏感性元素。
(1) 碳含量在0.17~0.22﹪时,在两相区凝固界面处钢的延伸率最低
(2)结晶器传热与含碳量有关,碳含量在0.12﹪时,结晶器热流最低,结晶器壁温度波动大,坯表面粗糙。导致结晶器出口处坯壳薄、而且坯壳厚度不均匀增加。易产生裂纹及拉漏。多炉连铸时,各炉次之间含碳量差别要尽可能小,要求≦0.02﹪ 。
2、钢中AL:铝极易使钢产生二次氧化,产生AL2O3夹杂物,使钢可浇性变坏,并恶化铸坯表面质量。对于一般的Si-Al镇静钢,可控制钢中(Als)≦0.006﹪,但不能过低,以防坯壳出现针孔及气泡。
3.拉速越高,连铸机生产能力越高,因此,最发拉坯速度是衡量连铸设备最大生产能力的依据。
拉速提高,出结晶器处坯壳厚度减薄。同时,还要考虑到坯壳厚度的不均匀性造成的薄弱环节。如坯角部,由于最早脱离结晶器,气隙大,凝固速度慢,成为坯厚的薄弱环节。角部受到较大的热应力,因此,漏钢事故往往在角部产生,坯厚不均匀是有诸多工艺及设备因素产生的。
增加结晶器有效长度,可以在一定程度上增加坯壳出结晶器处厚度,但是过长结晶器,使结晶器内壁与坯壳之间气隙增加,润滑变差,传热条件变差。热流分布是沿结晶器出口方向渐减的、因此,增长结晶器有效长度,对增加结晶器出口处坯壳厚度作用也是渐减的。而过长结晶器,还会增加坯壳不均匀性。
结晶器冷却:结晶器是初生坯壳形成及成长的地方。铸坯表面缺陷如表面裂纹等也是在结晶器内产生的。铸坯拉裂以及漏钢事故常发生于结晶器出口,因此,对结晶器冷却控制非常重要。
4.水量控制:水流量按铸坯断面尺寸及钢种进行自动调节。结晶器周边每毫米供水约2~2.2L/min。
5.水温控制:冷却水进水温度T进≦35℃;冷却水出水温度T出≦45℃;冷却水出水温度差:T出-T进≦10℃.
6.水流速度控制:V=6~8m/s
(四) 二次冷却:
1.冷却制度
二冷区冷却制度有强冷与弱冷两种。采用二冷区弱冷却制度,即矫直温度大于钢种脆性区上限温度,二冷区弱冷可以降低铸坯中心偏析程度,限制铸坯柱状晶发展,减少横裂、纵裂。弱冷还可以进一步提高热送和连轧时铸坯温度,有利于节能。因此弱冷却制度被广泛采用。
强冷制度:即矫直温度小于钢种脆性区下限温度。一般T<700℃,可以避开钢的脆性区。
2.冷却强度控量
(1)比水量:二冷区普遍采用弱冷制度,二冷区气—水喷雾冷却的应用,耗水量可进一步下降,近年来比水量有下降趋势。
(2)冷却方式
①喷水冷却
②气—水喷雾冷却
气—水喷雾冷却是高压水及压缩空气,经混合后,通过气—水喷嘴出口小孔,形成高速雾化细小水滴,以一定角度、一定高度、一定水气流量喷射到高温坯表面,使坯进一步冷却。
③干式冷却
干式冷却是二冷区不喷水,不产生蒸汽。把通常导辊改成水套式螺旋焊辊;冷却水从辊身与辊套之间螺旋缝中通过,通过与坯接触的套管传热使坯进一步冷却。
(3)喷嘴形式 喷嘴形式可分为:水喷喷嘴及气—水喷嘴。按形状可分为:空心圆锥、矩形、扁平型。
3.注流流量控制
注流流量控制装置,目前有塞棒、滑动水口及定径水口。板坯连铸用前两种。
※ 中间包液面控制:中间包液面高度的稳定是保证结晶器液面高度稳定的前提条件。对铸坯质量及漏钢事故影响很大。当中间包液面降低时,钢液在中间包内停留时间缩短,非金属夹杂物来不及上浮,被卷入注流。非金属夹杂物一旦进入结晶器钢液内,上浮困难,铸坯很有可能形成表面或内部夹杂物或夹杂物粘附在结晶器、坯壳表面,使坯壳传热恶化,坯壳生长不均匀,增加拉漏的危险、特别是多炉连铸,中间包钢水一定要有足够的高度,使钢水包更换期间内,拉速保持相对稳定。中间包液面过低,钢液上方产生涡流,把渣子卷入注流。因此必须保证中间包液面的最低高度<300mm。
四、常见板坯缺陷及预防措施
(一) 板坯缺陷通常分为内部缺陷和外部缺陷,内部缺陷主要有:中心裂纹、中心疏松、三角区裂纹、中心偏析等;表面缺陷有:横裂、纵裂、针孔、皮下气泡、划痕、结疤、接痕、重皮等。
1. 缺陷特征:该缺陷在连铸板坯上出现较多,通常是沿板坯浇铸方向无规律的分布在板坯宽面上(主要在板坯宽面中部出现较多),裂纹部位常伴有轻微的凹陷,且大多数情况下裂纹内有熔渣。一般裂纹深度大多在2~5mm,长度一般为50~1500mm。
2. 产生原因:
1) 结晶器保护渣添加操作不当,铺撒不均匀。
2) 浇注不正常,液面波动较大。
3) 浇注温度较高。
4) 二冷不均。
(二) 角裂纹
1. 缺陷特征:该缺陷为跨角部裂纹,一般均产生在振痕中,且该缺陷几乎都产生在内弧侧,裂口宽度一般为0.1~0.5mm,严重时达2~4mm。
2. 产生原因
① 结晶器变形
② 铸坯边角过冷,矫直时过冷的边角发生撕裂
③ 铸坯表面温度在800~900℃矫直
④ 氮化铝沉淀
⑤ 钢中S含量过高
(三) 中心裂纹
1. 缺陷特征:一般出现在板坯断面厚度1/2处,裂口呈锯齿状,裂纹长度有时较短,有时可达板坯宽度的3/4;裂口宽度一般较细,严重时可达0.5~1.5mm。该裂纹在板坯内是沿中心线平面扩展,通常呈岛状分布。
2. 产生原因:
① 浇注温度过高
② 拉速不合适(一般为过快)
③ 二冷区末段棍子开口度误差较大,特别液相穴末端
④ 二冷不当
⑤ 二冷区弧度误差较大
(四) 三角区裂纹
1. 缺陷特征:该裂纹发生在宽面柱状晶与窄面柱状晶交汇的三角区部位,通常在距窄边30~50mm厚度的1/2处,裂纹长度一般为20~60mm,轻微的裂口宽度为0.1~0.4mm,严重的裂口宽度为0.4~1.0mm,该裂纹在铸坯内也不是连续贯通的,出现该缺陷时,板坯窄面大多数向内凹陷严重。
2. 产生原因:
① 侧面冷却强度过大
② 结晶器倒锥度过大
③ 二冷区辊子开口度不当
④ 二冷区弧度超差
五.连铸常见事故与处理
(一)、桶衬穿钢
出钢和浇注过程中,钢液或渣液穿破桶衬外壳漏出,通常叫穿包事故。
穿漏可发生在渣线以下任何部位、以水口周围、渣线及底壁交界处较常见。穿漏部位越往下事故就越严重。
(二)塞棒控制系统故障
1.水口漏钢:水口漏钢主要是由于塞头与水口未能完全闭合
为了防止水口漏钢,操作中要注意正确选择检查塞头砖、水口砖的质量。如果塞头砖研磨水口时形成的痕迹不连续,说明水口不圆,不能用。
2断棒
浇注过程中,可能发生塞头剥落、脱掉和塞棒折断的现象,主要原因是造棒和塞棒烘烤工作不合符规范要求。如袖砖质量不好时,浇注中容易形成袖砖炸裂,钢液把塞杆蚀断。有时出钢温度过高,出钢渣中FeO含量高(如转炉钢渣的氧化性强),CaF2高(如电炉还原期中萤石加多了)时,也能很快蚀断塞棒。
断棒事故除了造成钢液损失外,蚀断后的塞棒下节,往往会在浮力作用下伴随钢渣一起跳出包外。操作人员挑选袖砖,裂缝、掉肉等缺陷超过规定的绝对不能用。砖缝之间的用泥配比适宜。烘烤时要求在100~120℃的温度下,烘24小时,保证彻底干燥。
其次要避免出钢温度过高,渣子过稀(FeO高或CaF2高)。当出钢后发现塞棒侵蚀严重,即在塞棒周围的渣面上,呈现由小到大的沸腾等征兆,这时应马上在塞棒周围加一些石灰等冷料,将渣稠化进行保护。同时应马上开浇。此外,有的钢厂在渣线处采用较大断面的或油煮处理的袖砖,这是防止渣线上断棒的有效措施。
3. 塞棒打不开
有时在开浇时,浇钢工费很大劲也打不开塞棒。这时如果滑杆外部没有被钢液或渣液粘死的现象,那就是因为塞头砖和水口砖粘在一起了。原因可能两种:一种是在两者的接触处,有钢液凝固住了;另一种是高温使质量较差的塞头砖或水口砖软化,在塞棒的压力和钢液的压力作用下,两者紧紧地粘在一起。
※ 针对的预防措施是:
① 避免在塞头砖和水口砖接触产生凝钢。具体来说,要避免出低温钢和使用冷盛钢桶;
② 避免出高温钢,使砖严重软化。提高砖质量,提高它的耐火度和和荷重软化点。
※ 生产中遇到塞棒打不开事故的处理办法是:
① 用氧气管在水口底部、塞头和水口的接触处烧氧,把凝钢浇化;
② 在注钢吊车的副钩挂一钢丝绳,并栓住塞棒机构的横梁,由注钢工指挥缓慢起吊,将塞棒打开;
③ 如果以上两法无效时,还可用适当长度和直径的圆钢,通水口将塞头顶坏,使水口关不严。
(三)滑板控制系统故障
主要事故是漏钢,其次是上水口凝封,滑板打不开等。
※ 漏钢事故的分析
1. 下水口与下滑板间漏钢
◎ 造成原因有:冷的滑板上好后未干燥,缝隙间火泥潮湿;安装时捣打振动过大,火泥大部分被挤出,造成空隙;火泥中有渣块等,使接触不严。
◎ 克服办法是:安装时火泥必须干稠,接口处要做到泥匀缝严(不大于1毫米),要使泥干燥后再用。
2. 上下滑板间漏钢
◎ 造成原因:滑动面不平,造成缝隙漏;上下滑板在注孔边缘处开裂,钢液由裂缝处流出;钢渣对下滑板的过度侵蚀,也是造成上下滑板间漏钢的原因。
◎ 克服办法是:滑板要经过磨床磨平,平整度在认工毫米以内,即可消除滑动面不平的漏钢;防止注孔边缘开裂的办法,可用托板圈把下滑板托住箍紧,用套圈把上滑板箍紧;另外,滑动盒的调节是个关键性操作,调整的要求是,既要紧密又要前后均匀,才能避免调节失误而引起的漏钢。
3. 上滑板与上水口间漏钢
◎ 造成原因有:上滑板与上水口涂泥不匀,或泥中有块状物造成公母口深度不够,而缝隙过大产生漏钢。
◎ 克服办法是:火泥要干净,接口处要泥匀缝严。其次,可将上口的公口改为母口,上滑板的母口改为公口,并适当加大公母口的尺寸。
六.中间包系统常见事故及处理
(一)中间包漏钢
1.原因分析:
①耐火材料质量不高,包衬砌筑质量差。
②连浇炉数过多,包衬耐火材料侵蚀严重。
③烧氧方法不当或烧氧次数太多,将水口壁烧穿。
中间包漏钢危害较大,特别是水口间隙漏钢,钢液流到结晶器铜板上沿结成冷钢,冷钢与正壳粘连会引起挂钢。
(二)水口破断、炸裂和穿孔
1.原因分析
①水口烘烤不当。
②水口材质差,有气孔、夹杂等缺陷
③水口运输、安装时受损。
④浇铸时间过长或烧氧次数多。
(三)水口结瘤
1.原因分析:
①钢液浇注温度偏低,或钢液粘度大。
②水口材质导热率高,或烘烤不良。
③钢液中AL刀;等高熔点夹杂物多。
④水口制作质量差,内壁粗糙。
(五) 塞棒(滑动水口)的常见故障
冷钢垫棒是指水口碗部因温降快,凝有冷钢,抬起塞棒后,塞棒再下落时不能复原位,冷钢垫住了棒头,使注流时失控。
1. 原因分析:
① 钢液温度偏低,水口碗部散热快,易凝冷钢。
② 水口碗部未加引发剂或加的引发剂数量不够或未加到位。
③ 水口碗部和塞棒头烘烤不良。
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