第一篇：連鑄鋼鐵的發(fā)展歷史解析

什么叫連鑄的完美解析

連鑄即為連續(xù)鑄鋼(英文，Continuous Steel Casting)的簡稱。在鋼鐵廠生產(chǎn)各類鋼鐵產(chǎn)品過程中，使用鋼水凝固成型有兩種方法:傳統(tǒng)的模鑄法和連續(xù)鑄鋼法。而在二十世紀(jì)五十年代在歐美國家出現(xiàn)的連鑄技術(shù)是一項把鋼水直接澆注成形的先進技術(shù)。與傳統(tǒng)方法相比，連鑄技術(shù)具有大幅提高金屬收得率和鑄坯質(zhì)量，節(jié)約能源等顯著優(yōu)勢。

中文名稱：連鑄

外文名稱：Continuous casting 連鑄流程

連續(xù)鑄鋼的具體流程為:鋼水不斷地通過水冷結(jié)晶器，凝成硬殼后從結(jié)晶器下方出口連續(xù)拉出，經(jīng)噴水冷卻，全部凝固后切成坯料的鑄造工藝過程。如果連鑄生產(chǎn)薄板坯，那么還可以進入連鑄連軋工藝進行進一步的加工。連鑄除了鑄鋼之外，還可以鑄造鋁、銅制產(chǎn)品。

發(fā)展歷史

從二十世紀(jì)五十年代開始，連鑄這一項生產(chǎn)工藝開始在歐美國家的鋼鐵廠中，這種把液態(tài)鋼水經(jīng)連鑄機直接鑄造成成型鋼鐵制品的工藝相比于傳統(tǒng)的先鑄造再軋制的工藝大大縮短了生產(chǎn)時間，提高了工作效率。到了八十年代，連鑄技術(shù)作為主導(dǎo)技術(shù)逐步完善，并在世界各地主要產(chǎn)鋼國得到大幅應(yīng)用，到了九十年代初，世界各主要產(chǎn)鋼國已經(jīng)實現(xiàn)了90%以上的連鑄比。中國則在改革開放后才真正開始了對國外連鑄技術(shù)的消化和移植;到九十年代初中國的連鑄比僅為30%。

連鑄民企

WAM公司作為中國最早的一家民營專業(yè)化連鑄技術(shù)公司，從1992年成立起就致力于中國連鑄技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，為推動國內(nèi)連鑄鋼鐵業(yè)的迅速發(fā)展，提高國內(nèi)連鑄比貢獻自己的一份力量。

連鑄課題

鑄鐵水平連鑄課題為國家“七五”攻關(guān)項目，鑄鐵經(jīng)過水平連鑄方法生產(chǎn)的型材，無砂型鑄造經(jīng)常出現(xiàn)的夾渣、縮松等缺陷，其表面平整，鑄坯尺寸精度高(土L 0mm)無需表面粗加工，即可用于加工各種零件。特別是鑄鐵型材組織致密，灰鑄鐵型材石墨細小強度高，球鐵型材石墨球細小園整，機械性能兼有高強度與高韌性結(jié)合的優(yōu)點。目前國際上鑄鐵型材已廣泛運用到制造液壓閥體，高耐壓零件，齒輪、軸、柱塞、印刷機輥軸及紡織機零部件。在汽車、內(nèi)燃機、液壓、機床、紡織、印刷、制冷等行業(yè)有廣泛用途。

連鑄機械

連鑄機主要由中間罐、結(jié)晶器、振動機構(gòu)、引錠桿、二次冷卻道、拉矯機和切割機組成。

中間罐是裝盛鋼水的部位，加熱成液態(tài)的鋼水首先裝在鋼包中，由天車?yán)\至中間包上方，并把鋼水倒入中間包中。中間包中的鋼水再經(jīng)由管道進入結(jié)晶器。液態(tài)金屬的溫度可以隨合金大幅增加嚴(yán)格控制。

結(jié)晶器

結(jié)晶器是連鑄機的核心部件，連鑄生產(chǎn)的主體思想是把液態(tài)的鋼水直接鑄造成成型產(chǎn)品，結(jié)晶器就是把液態(tài)鋼水冷卻出固態(tài)鋼坯的部件，它是由一個內(nèi)部不斷通冷卻水的金屬外殼組成，這個不斷輸送冷卻水的外殼把與之相接觸的鋼水冷卻成固態(tài)。另一方面，結(jié)晶器的形狀還決定了連鑄出的鋼坯外形，如果結(jié)晶器的橫截面是長方形，連鑄出的鋼坯將是薄板坯;而正方形形狀的結(jié)晶器橫截面拉出的鋼坯將是長條形，即方坯。

與結(jié)晶器相連的部件是振動機構(gòu)，該機構(gòu)在生產(chǎn)過程中通過不斷地振動帶動結(jié)晶器一同振動，排除液態(tài)金屬中的氣體，幫助凝結(jié)成固態(tài)外殼的鋼坯從下方拉出。

引錠桿

引錠桿在連鑄機剛開始生產(chǎn)時起拉動第一塊鋼坯的作用。在液態(tài)鋼水在結(jié)晶器中凝結(jié)之后，引錠桿將鋼坯從下方拉出，同時拉開連鑄生產(chǎn)的序幕。

在拉出鋼坯之后，第一個經(jīng)過的區(qū)域是二次冷卻道，在二次冷卻道中向鋼坯噴射冷卻水，將鋼坯將逐漸從外表冷卻到中心，沿著輥道進入拉矯機。拉矯機的作用是將連鑄坯拉直，以便于下一步工序的進行。

拉矯機的后方是切割機。對于生產(chǎn)出不同形狀的鋼坯，使用的切割機也就不同。連鑄薄板坯多用大型飛剪，而條狀坯則多使用與鋼坯同步前進的火焰切割機。

主要問題

雖然高度的自動化有助于生產(chǎn)出無收縮鑄件，但如果液態(tài)金屬事先不除盡雜質(zhì)，在鑄造過程中會出現(xiàn)問題。氧化是液態(tài)金屬雜質(zhì)的主要來源，氣體、礦渣或不溶合金也可能卷入液態(tài)金屬。為防止氧化，金屬盡量與大氣隔離。在中間包，任何夾雜物包括氣泡，其他礦渣或氧化物，或不溶合金也可能被夾雜在渣層。

一個主要的連鑄問題是連鑄坯的斷裂。如果凝固的金屬外殼過薄，有可能導(dǎo)致鋼坯在拉出一定長度后下方的金屬將上方正在凝結(jié)的金屬拉斷，導(dǎo)致鋼水泄露，進而破壞其他機器而發(fā)生事故。通常情況下，斷裂是由于過高的拉出速度，使凝固的外殼沒有足夠時間來產(chǎn)生所要求的厚度;也有可能是拉出的金屬溫度仍然過高，這意味著最終凝固時間大大低于矯直輥和地方鏈斷裂整頓期間，由于應(yīng)用的壓力。阿突破，也可能發(fā)生，如造成撕裂。如果傳入的金屬過熱，可以通過減慢拉出速度來防止斷裂。

另一個可能出現(xiàn)的問題是碳化物，鋼鐵與溶解氧反應(yīng)也可能產(chǎn)生碳化物。由于金屬是液態(tài)，這種碳化反應(yīng)是非常的快，同時產(chǎn)生大量高溫氣體，如果是在中間包或者結(jié)晶器中發(fā)生碳化反應(yīng)，氧元素還會反應(yīng)生成氧化硅或氧化鋁，如果產(chǎn)生過多的氧化硅或氧化鋁將有可能堵塞中間包與結(jié)晶器中間的連接管，進而導(dǎo)致破壞生產(chǎn)。

優(yōu)越特性

連鑄技術(shù)的迅速發(fā)展是當(dāng)代鋼鐵工業(yè)發(fā)展的一個非常引人注目的動向，連鑄之所以發(fā)展迅速，主要是它與傳統(tǒng)的鋼錠模澆鑄相比具有較大的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)簡化生產(chǎn)工序

由于連鑄可以省去初軋開坯工序，不僅節(jié)約了均熱爐加熱的能耗，而且也縮短了從鋼水到成坯的周期時間。近年來連鑄的主要發(fā)展之一是澆鑄接近成品斷面尺寸鑄坯的趨勢，這將更會簡化軋鋼的工序。(2)提高金屬的收得率

采用鋼錠模澆鑄從鋼水到成坯的收得率大約是84~88%，而連鑄約為95~96%，因此采用連鑄工藝可節(jié)約金屬7~12%，這是一個相當(dāng)可觀的數(shù)字。日本鋼鐵工業(yè)在世界上之所以有競爭力，其重要原因之一就是在鋼鐵工業(yè)中大規(guī)模采用連鑄。從1985年起日本全國的連鑄比已超過90%。對于成本昂貴的特殊鋼，不銹鋼，采用連鑄法進行澆鑄，其經(jīng)濟價值就更大。我國的武漢鋼鐵公司第二煉鋼廠用連鑄代替模鑄后，每噸鋼坯成本降低約l70元，按年產(chǎn)量800萬噸計算，每年可收益約13.5億元。由此可見，提高金屬收得率，簡化生產(chǎn)工序?qū)@得可觀的經(jīng)濟效益。

(3)節(jié)約能量消耗

據(jù)有關(guān)資料介紹，生產(chǎn)1噸連鑄坯比模鑄開坯省能627~1046KJ，相當(dāng)于21.4~35.7kg標(biāo)準(zhǔn)煤，再加上提高成材率所節(jié)約的能耗大于100kg標(biāo)準(zhǔn)煤。按我國目前能耗水平測算，每噸連鑄坯綜合節(jié)能約為130kg標(biāo)準(zhǔn)煤。

(4)改善勞動條件，易于實現(xiàn)自動化

連鑄的機械化和自動化程度比較高，連鑄過程已實現(xiàn)計算機自動控制，使操作工人從笨重的體力勞動中解放出來。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動化水平的提高，電子計算機也用于連鑄生產(chǎn)的控制，除澆鋼開澆操作外，全部都由計算機控制。例如我國寶鋼的板坯連鑄機，其整個生產(chǎn)系統(tǒng)采用5臺PFU一1500型計算機進行在線控制，具有切割長度計算，壓縮澆鑄控制、電磁攪拌設(shè)定、結(jié)晶器在線調(diào)寬、質(zhì)量管理、二冷水控制、過程數(shù)據(jù)收集、鑄坯、跟蹤、精整作業(yè)線選擇、火焰清理、鑄坯打印標(biāo)號和稱重及各種報表打印等3l項控制功能。

(5)鑄坯質(zhì)量好

由于連鑄冷卻速度快、連續(xù)拉坯、澆鑄條件可控、穩(wěn)定，因此鑄坯內(nèi)部組織均勻、致密、偏析少、性能也穩(wěn)定。用連鑄坯軋成的板材，橫向性能優(yōu)于模鑄，深沖性能也好，其他性能指標(biāo)也優(yōu)于模鑄。近年來采用連鑄已能生產(chǎn)表面無缺陷的鑄坯，直接熱送軋成鋼材。

連續(xù)鑄鋼是一項系統(tǒng)工程，涉及煉鋼，軋鋼，耐火材料，能源，備品備件，生產(chǎn)組織管理等一系列的工序。多年的生產(chǎn)實踐證明:只有樹立“連鑄為中心，煉鋼為基礎(chǔ)，設(shè)備為保證”的思想，才能較好地掌握現(xiàn)代連鑄技術(shù)，連鑄工藝的采用，改變了傳統(tǒng)的工藝要求、操作習(xí)慣和時間節(jié)奏。這就要求操作者和技術(shù)人員加強學(xué)習(xí)，更新知識，以適應(yīng)連鑄新技術(shù)的發(fā)展，做好技術(shù)培訓(xùn)工作。

制造方法

1、Al-Pb合金-鋼背軸瓦材料的水平連鑄復(fù)合方法

2、csp薄板坯連鑄結(jié)晶器保護渣

3、把鋼連鑄成方坯和初軋坯的結(jié)晶器

4、把液體金屬引入金屬連鑄模具的噴嘴

5、板坯連鑄電磁攪拌輥

6、板坯連鑄機的結(jié)晶器銅板上電鍍鎳鐵合金的工

7、板坯連鑄機結(jié)晶器銅板上電鍍鎳-鐵合金的方法

8、板坯連鑄機切割車同步器

9、板坯連鑄結(jié)晶器窄邊銅板

10、板坯連鑄結(jié)晶器中的電磁攪拌裝置

11、板坯連鑄浸入式水口在線快速更換裝置

12、板坯連鑄拉矯輥

13、板坯連鑄拉矯機

14、半連鑄鑄態(tài)球鐵管制造方法

15、包覆連鑄產(chǎn)品的生產(chǎn)方法和設(shè)備

16、包含外表面上的金屬鍍層的銅或銅合金冷卻壁的金屬連鑄結(jié)晶器部件以及鍍層的方法

17、包晶體鋼連鑄法

18、保持連鑄拉速與結(jié)晶器振動頻率相匹配的方法

19、表面無裂紋連鑄坯和用該鑄坯的非調(diào)質(zhì)高張力鋼材的制法

20、表面質(zhì)量極好的奧氏體不銹鋼帶的雙輥連鑄方法以及利用該方法所獲得的帶材

21、薄板還連鑄用浸入式水口及其制造方法

22、薄板連鑄用結(jié)晶器用粉末

23、薄板坯、帶坯或小方坯連鑄裝置

24、薄板坯連鑄保護渣及制造方法

25、薄板坯連鑄結(jié)晶器

26、薄板坯連鑄連軋的方法及設(shè)備

27、薄板坯連鑄楔形結(jié)晶器

28、薄板坯連鑄用浸入式水口

29、薄板坯連鑄用浸漬噴嘴

30、薄板坯連鑄用特種水口

31、薄帶連鑄方法及裝置

32、薄帶連鑄結(jié)晶輥冷卻水槽堵頭

33、薄帶連鑄用結(jié)晶輥

34、薄帶連鑄用異形布流器

35、薄帶坯水平連鑄機

36、薄帶鑄片連鑄方法及裝置

37、薄鋼板連鑄機的側(cè)壁

38、薄金屬產(chǎn)品的連鑄方法及實現(xiàn)該方法的設(shè)備

39、薄型金屬產(chǎn)品的連鑄方法及設(shè)備

40、步進槽式連鑄機

41、采用帶坯連鑄生產(chǎn)(110)[001]晶粒取向電工鋼的方法

42、采用兩個水口進行板坯連鑄的方法及裝置

43、測定數(shù)據(jù)以便自動運轉(zhuǎn)連鑄機的方法和裝置

44、長形產(chǎn)品的連鑄方法和相應(yīng)的連鑄生產(chǎn)線

45、超薄板坯專用連鑄結(jié)晶器保護渣及其生產(chǎn)工藝

46、超低碳鋼用連鑄保護渣

47、超低頭連鑄機的矯直輥列布置形狀

48、垂直連鑄裝置

49、大方坯和板坯連鑄機的一種快速連接更換定位裝置

50、大管徑銅管坯上引連鑄機

51、大口徑銅管連鑄工藝

52、帶材連鑄

53、帶材連鑄設(shè)備

54、帶鋼連鑄的方法

55、帶鋼連鑄的方法及裝置

56、帶鋼連鑄機的引出頭

57、帶坯連鑄設(shè)備

58、帶式連鑄機的改進的冷卻襯墊裝置

59、帶有多功能攪拌器的連鑄生產(chǎn)線

60、帶有鋼坯儲存和定序的中厚鋼坯連鑄機和多爐加工作業(yè)線

61、帶有后置爐子、粗軋機和一個精軋機列的連鑄機

62、帶直通式結(jié)晶器和鑄坯導(dǎo)輥裝置的板坯連鑄設(shè)備

63、電熱法礦冶連鑄工藝

64、調(diào)節(jié)用于金屬且特別是鋼材的連鑄設(shè)備的一個或多個輥道段的方法和裝置

65、調(diào)整金屬連鑄模構(gòu)件的銅或銅合金外表面的方法 66、調(diào)整連鑄機注口位置的方法和設(shè)備

67、調(diào)整連鑄坯支承元件位置的調(diào)整裝置和連鑄坯導(dǎo)軌

68、斷面小于90方連鑄機的結(jié)晶器

69、對輥連鑄脹緊密封式結(jié)晶輥

70、多功能組合式連鑄管結(jié)晶器

71、方坯連鑄電磁攪拌器

72、方坯連鑄機鑄坯導(dǎo)向噴水裝置

73、方坯連鑄結(jié)晶器用振動裝置

74、防止連鑄件的帶邊緣區(qū)的不希望的冷卻的方法和裝置

75、非均等分瓣體軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器

76、非均等縫隙軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器

77、分瓣式水套電磁軟接觸連鑄結(jié)晶器

78、封閉金屬帶材雙輥連鑄機鑄腔的側(cè)壁和配有該側(cè)壁的連鑄機

79、復(fù)合式電磁連鑄結(jié)晶器

80、復(fù)合式連鑄長水口

81、改進的連鑄生產(chǎn)無氧銅桿的設(shè)備

82、改善連鑄板坯表面質(zhì)量的方法 83、鋼帶的立式連鑄的方法

84、鋼的連鑄方法

85、鋼的連鑄用鑄型粉末

86、鋼的連鑄鑄件的制造方法

87、鋼連鑄用的鑄型保護粉料以及鋼的連鑄方法

88、鋼坯、板坯或薄板坯的連鑄方法和裝置

89、鋼坯的連鑄法和用于該方法的鑄模

90、鋼坯連鑄機自適應(yīng)導(dǎo)向機構(gòu)

91、鋼坯連鑄中間罐蓋

92、高保溫、快速定位連鑄鋼液容器

93、高耐磨連鑄結(jié)晶器

94、高速連鑄設(shè)備的運行方法及其實施系統(tǒng)

95、高溫連鑄坯表面缺陷渦流檢測裝置

96、高壓水平連鑄法及其設(shè)備

97、鉻鋯銅質(zhì)連鑄結(jié)晶器銅板熔鑄成型工藝

98、工頻有芯感應(yīng)加熱連鑄中間包

99、管式連鑄結(jié)晶器 100、管式連鑄結(jié)晶器水套

安全規(guī)程

1、巡查維護和修理工作，必須在停澆時完成。

2、維護和修理工作，電器系統(tǒng)必須切斷開關(guān)，懸掛禁止操作牌，以防他人合閘。

3、澆注時禁止進行冷床區(qū)域的調(diào)整、維護和修理工作。

4、冷床有任何動作時，禁止進入冷床擺梁區(qū)域。

5、進入冷床區(qū)域之前和走出床區(qū)域之后，必須同控制室聯(lián)系，建立聯(lián)系確認(rèn)信號。

6、對冷床的巡查、維護和修理必須在設(shè)備停止時進行。

7、調(diào)整、維護、修理冷床時，相鄰設(shè)備必須斷開，并確保防止其合閘。

8、吊運冷床部件時，對吊索具必須檢查確認(rèn)，準(zhǔn)確指揮吊運。

第二篇：連鑄的發(fā)展

連鑄的發(fā)展

二戰(zhàn)之后，連鑄發(fā)展非常迅速，今天鋼鐵生產(chǎn)者普遍相信連鑄至少和模鑄一樣在經(jīng)濟上是合理的，并且能與大部分高質(zhì)量鋼的生產(chǎn)系列相匹配。這項技術(shù)不斷開發(fā)的目的在于改善鋼的性能，這促使生產(chǎn)特殊高級鋼時企業(yè)對其生產(chǎn)工藝過程不斷進行調(diào)整。使用連鑄系統(tǒng)的理由有：

（l）和初軋機組（小型車間）相比，降低投資費用；

（2）和傳統(tǒng)的鑄錠相比，提高10%的生產(chǎn)能力；

（3）在整個鑄坯長度上鋼的成分較均勻；中心質(zhì)量比較好，尤其是板坯；高的內(nèi)表面質(zhì)量，比其他需要昂貴的清理表而的工序節(jié)??；

（4）高度的自動化；

（5）益于保護環(huán)境；

（6）較好的工作條件設(shè)備類型

首臺連鑄機是立式連鑄機，可是，由于橫斷面的增大，注流長度的增加，而且主要是隨著澆注速度的增加，這種設(shè)備迫使廠房建筑高度增加。這些因素也導(dǎo)致了具有冶金影響的液相長度的大大增加。連鑄坯的液相長度由下式?jīng)Q定：

L=D2/4x2Vc 這里，D=鑄壞厚度(mm）x=凝固特征系數(shù)(mm/min1/2）

對于全部的冷卻長度這些值達到26-33。Vc=拉坯速度(m／分）

為了減少廠房高度，首先研制出將鋼水倒人立式結(jié)晶器中，并且在彎曲之前讓鋼水完全凝固的連鑄系統(tǒng)，或彎曲時鑄坯仍處在液相，這種系統(tǒng)隨后發(fā)展為弧形結(jié)晶器，這是目前最常用的方法。立式連鑄機和那些鑄坯在完全凝固時被彎曲的連鑄機都有一個長直的液相，這大大增加了成本。

然而從維修的角度看，這些系統(tǒng)有冶金學(xué)優(yōu)點。鑄坯內(nèi)部仍為液相就進行彎曲的連鑄機比完全凝固后再彎曲的立式連鑄機更好，它不需要修建與立式連鑄機一樣高的廠房。然而，液相彎曲系統(tǒng)要求更高的初期投資和更大的維護費用?；⌒芜B鑄機是考慮了投資費用和維護費用的折衷產(chǎn)物，而且可以在冶金上實現(xiàn)。

連鑄適合于生產(chǎn)任何橫斷而的產(chǎn)品：正方形的、長方形的、多邊形的、圓形的、橢圓形斷面都可以。也有些基本斷面的例子，如管坯、板坯、大型坯、方坯。斷面寬厚比大于1.6的鑄壞通常稱為板坯。方坯鑄機生產(chǎn)正方形或近于方形、圓形或多邊形斷面，斷面尺寸

1,200mm,但通常在700度（變化拉速）來補償任何鋼液面的變化。

連鑄中使用的引錠桿類型取決于連鑄機的類型。立式連鑄機可以使用剛性引錠桿，而組合式的或靈活式的引錠桿必須用于弧形連鑄機。引錠桿與鑄坯可以采用不同方式連接，一種是用連接部件（平板、螺釘、碎條鋼）將鋼液與引錠桿焊接在一起；另一種是在引錠桿頭部鑄造一個特殊連接頭，它能使引錠桿像打開扣環(huán)那樣進行脫錠。

鑄坯離開結(jié)晶器時的坯殼厚度首先取決于鋼液與結(jié)品器的接觸長度，它也依賴于結(jié)晶器的具體導(dǎo)熱系數(shù)和鋼水進人結(jié)晶器時的過熱度。它可以由下面的拋物線公式進行精確計算：

C=xt

式中：C-坯殼厚度(mm)x—凝固特性（mm/min1/2)t-凝固時間(min)

鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)或附近的凝固特性是20到26，它取決于操作條件；二冷區(qū)是29到33.離開結(jié)晶器時鑄坯坯殼厚度約為鑄坯厚度的8-10%，它取決于拉坯速度。結(jié)晶器下面的二冷區(qū)加速了鑄坯的凝固過程。通常使用水進行冷卻，但有時也用水和空氣的混合物或壓縮空氣。為了適應(yīng)冷卻劑的流速，二冷區(qū)被分成很多部分。通過噴嘴將需要的水量噴到整個鑄壞上。與鑄坯斷面和拉速有關(guān)的鋼水靜壓力可能會太高，以至于鑄壞不得不被支撐以防止鼓肚。在生產(chǎn)大型坯尤其是板坯的工廠，這種裝置是很昂貴的。

工藝控制

由于生產(chǎn)率和質(zhì)量的原因，在現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)中，有一種轉(zhuǎn)移費時操作的趨勢，例如，將溫度調(diào)整、脫氧和合金從熔化爐轉(zhuǎn)到鋼包處理站進行。這些操作在連鑄過程中尤為重要，因為在這個過程中要嚴(yán)格控制溫度和成分。

連鑄過程中進入結(jié)晶器的鋼水溫度控制要比常規(guī)鑄造中的溫度控制更精確。太高的過熱度能導(dǎo)致拉漏或一種柱狀結(jié)構(gòu)，帶來較差的內(nèi)部質(zhì)量。另一方面太低的溫度會導(dǎo)致水口堵塞造成澆鑄困難和產(chǎn)生不潔凈鋼。板坯連鑄中間包溫度通常在液相線以上5到20度，而方坯或大型坯則為5到50℃。這種不同取決于鋼的等級，例如，小熔化爐中不銹鋼板坯連鑄過熱度為45℃。

在整個澆鑄過程中，為使鋼水溫度保持在上面所說的范圍之內(nèi)，在鋼包中溫度的均勻性是最重要的。在澆鑄以前為了保持鋼包內(nèi)鋼液溫度的均勻，需要攪拌，有時也進行清洗氮氣或氬氣可以帶走熱量，它們由鋼包底部的多孔塞噴入或在獨立的清洗站通過一個中空的塞棒噴入。

在真空或清洗處理期間可以進行化學(xué)成份控制。在鋼液均勻后，進行取樣分析或用電

4質(zhì)量 冶金質(zhì)量的提高包括在化學(xué)成分和凝固特征上變化小。除了在鑄坯橫切面上，改善碳、硫和合金元素偏析特性以外，沿著鑄坯長度方向也沒有什么變化（當(dāng)將一爐鋼水進行模鑄時，每一支鋼錠都有垂直偏析和組織變化，而連鑄坯不僅是一塊鋼錠而且垂直方向上沒有什么變化）。在現(xiàn)代連鑄過程中，鑄坯表面的質(zhì)量要高于軋制半成品質(zhì)量，軋制半成品的表面有例如結(jié)疤和疤痕等表面缺陷，因此，對鑄錠的精整和產(chǎn)量的損失均降到最低程度。大多數(shù)連鑄鋼坯均無需經(jīng)過任何修整就可進一步加工。因此能得到有較少的內(nèi)部和表面缺陷、性能得到改善、更均勻的最終產(chǎn)品。

能量 連鑄能夠節(jié)約能量，因為連鑄過程減少了在模鑄過程中的能量消耗。這些包括在均熱爐中的燃料消耗和初軋機的電能消耗。能量也可以通過產(chǎn)量增加來間接節(jié)省，因為它能減少用于生產(chǎn)大量半成品的原料鋼的消耗。除此之外，人們正在關(guān)注將熱的連鑄坯直接熱送到精軋機加熱爐的實踐，因此連鑄壞的顯熱被節(jié)約了。

污染 連鑄過程通過省略模鑄工藝設(shè)備如均熱爐減少了污染。

成本 連鑄的資金和運行成本與模鑄工藝相比均減少了。資金節(jié)約歸功于省掉了模鑄工藝所需要的設(shè)備。運行成本節(jié)約主要是較少的勞動力投人和較高的產(chǎn)量。

煉鋼

連鑄的煉鋼操作與用電爐或堿性氧氣轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)鋼錠的煉鋼操作相似，僅有某些不同，主要有兩個：

(1)溫度控制；

(2)脫氧實踐。

出鋼溫度通常更高，以補償因運送到鑄機的時間增加引起的熱量損失，出鋼溫度要維持在一個較小的范圍內(nèi)，以避免溫度太高時拉漏和溫度太低時中間包水口過早凝固。澆鑄溫度也能影響鑄坯的晶體結(jié)構(gòu)。在整個澆注過程中采用均一且低的過熱度可獲得鑄坯最佳晶體結(jié)構(gòu)。為了達到此目的，必須進行使鋼液溫度均勻的操作。廣泛使用的一種方法是利用鋼包底部的多孔塞吹入少量氬氣或?qū)姌尣迦虽摪好嫦麓禋鍞嚢桎撘骸?/p>

脫氧 連鑄鋼必須完全脫氧（鎮(zhèn)靜）以防止在鑄坯表面或接近表面的皮下形成氣泡或氣孔，氣泡和氣孔會導(dǎo)致隨后軋制過程中產(chǎn)生裂紋。根據(jù)鋼的等級和用途，采用如下兩種方法脫氧：

(1)對于粗晶粒鋼加人少量鋁，用硅進行脫氧；

(2)對于細晶粒鋼進行鋁脫氧。硅鎮(zhèn)靜鋼比鋁鎮(zhèn)靜鋼更容易澆鑄，因為避免了氧化鋁沉淀帶來的中間包水口堵塞問題。為了生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品，在連鑄之前，進行鋼包精煉正成為一種很普遍的操作。

第三篇：連鑄技術(shù)的發(fā)展

內(nèi)蒙古科技大學(xué) 本科生課程論文

題 目：連鑄技術(shù)的發(fā)展 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專 業(yè)：09成型 班 級： 指導(dǎo)教師：邢淑清

連鑄技術(shù)的發(fā)展

摘要：介紹了連鑄的歷史、發(fā)展、及其優(yōu)點，主要闡述了連鑄生產(chǎn)的相關(guān)技術(shù)及設(shè)備的應(yīng)用;同時詳細的介紹了高效連鑄生產(chǎn)技術(shù)和最新連鑄技術(shù)的發(fā)展。對連鑄技術(shù)的發(fā)展進行了展望。

關(guān)鍵詞：連鑄技術(shù)；連鑄設(shè)備；高效連鑄技術(shù)；發(fā)展現(xiàn)狀

Development of Continuous Casting

Technology Abstract：The history, development, continuous of casting and its advantages is introduced in this paper.Mainly elaborated the continuous casting production technology and equipment application.Which detailed introduction of the high efficient continuous casting technology and the latest development of continuous casting technology.And On the development of continuous casting technology is discussed.Key words: Continuous casting technology;Continuous casting equipment;High efficient continuous casting technology.引言

1858年,在鋼鐵協(xié)會倫敦會議上,首次提出“無錠澆鑄”的概念。然而,直到20世紀(jì)40年代,該工藝才開始商業(yè)應(yīng)用。因為鋼的熔點和熱傳導(dǎo)性高,在此期間,研究者遇到了很多問題。首臺投用的連鑄機是立式的,裝有一個帶彈簧裝置的結(jié)晶器。生產(chǎn)率低,常因金屬粘結(jié)結(jié)晶器而發(fā)生漏鋼。結(jié)晶器振動的概念由德國一非鐵金屬連鑄的先驅(qū)提出,于1952年用于德國某鋼廠的直結(jié)晶器立式連鑄機上, 這是連鑄工業(yè)化規(guī)模的開始。

由于技術(shù)限制,多年內(nèi)連鑄技術(shù)只限于小鋼廠,自1970年開始,連鑄開始用于鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)板坯。對凝固現(xiàn)象的科學(xué)合理的透徹理解,導(dǎo)致連鑄快速增長。連鑄技術(shù)

1.1連鑄技術(shù)簡介

連鑄是把液態(tài)鋼用連鑄機澆注、冷凝、切割而直接得到鑄坯的工藝。它是連

接煉鋼和軋鋼的中間環(huán)節(jié)，是煉鋼生產(chǎn)廠（或車間）的重要組成部分。一臺連鑄機主要是由盛鋼桶、中間包、中間包車、結(jié)晶器、結(jié)晶器振動裝置、二次冷卻裝置、拉坯矯直裝置、切割裝置和鑄坯運出裝置等部分組成的。連鑄技術(shù)的應(yīng)用徹底改變了煉鋼車間的生產(chǎn)流程和物流控制，為車間生產(chǎn)的連續(xù)化、自動化和信息技術(shù)的應(yīng)用以及大幅度改善環(huán)境和提高產(chǎn)品質(zhì)量提供了條件。此外，連鑄技術(shù)的發(fā)展，還會帶動冶金系統(tǒng)其他行業(yè)的發(fā)展，對企業(yè)組織結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的簡化與優(yōu)化有著重要的促進作用。1.2連鑄工藝的優(yōu)點

鋼液的兩種成形工藝：模鑄法和連鑄法比較如圖1所示

圖1 模鑄與連鑄工藝流程的對比圖

可以看出二者的根本差別在于模鑄是在間斷情況下，把一爐鋼水澆鑄成多根鋼錠，脫模之后經(jīng)初軋機開坯得到鋼坯；而連鑄過程是在連續(xù)狀態(tài)下，鋼液釋放顯熱和潛熱，并逐漸凝固成一定形狀鑄坯的工藝過程[1]。鋼在這種由液態(tài)向固態(tài)的轉(zhuǎn)變過程中，體系內(nèi)存在動量、熱量和質(zhì)量的傳輸，相變、外力和應(yīng)力引起的變形，這些過程均十分復(fù)雜，往往耦合進行或相互影響[2]。與模鑄—初軋開坯工藝相比,連鑄工藝具有如下優(yōu)點[3]：

(1)簡化了鑄坯生產(chǎn)的工藝流程，省去了模鑄工藝的脫模、整模、鋼錠均熱和開坯工序。流程基建投資可節(jié)省40％，占地面積可減少30％，操作費用可節(jié)省40％，耐火材料的消耗可減少15％。

(2)提高了金屬收得率，集中表現(xiàn)在兩方面一是大幅度減少了鋼坯的切頭切尾損失；二是可生產(chǎn)出的鑄坯最接近最終產(chǎn)品形狀，省去了模鑄工藝的加熱開坯 3

工序，減少金屬損失?？傮w講，連鑄造工藝相對模鑄工藝可提高金屬收得率約9％。

(3)降低了生產(chǎn)過程能耗，采用連鑄工藝，可省去鋼錠開坯均熱爐的燃動力消耗?？晒?jié)省能耗1／4～1／2。

(4)提高了生產(chǎn)過程的機械化、自動化水平，節(jié)省了勞動力，為提高勞動生產(chǎn)率創(chuàng)造了有利條件，并可進行企業(yè)的現(xiàn)代化管理升級。1.3我國連鑄技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

中國是世界上研究和應(yīng)用連鑄技術(shù)較早的國家,從20世紀(jì)50年代起就開始連鑄技術(shù)的研究,60年代初進入到連鑄技術(shù)工業(yè)應(yīng)用階段。但是,從60年代末到70年代末,連鑄技術(shù)幾乎停滯不前。1982年統(tǒng)計數(shù)字表明,世界平均連鑄比為30%左右,而中國的連鑄比僅為6.2%。80年代后,中國連鑄技術(shù)進入新的發(fā)展時期,從國外引進了一批先進水平的小方坯、板坯和水平連鑄機。80年代中期,中國擁有了第一個全連鑄鋼廠-武鋼第二煉鋼廠。近年來,中國連鑄技術(shù)飛速發(fā)展。到2005年,中國除海南、寧夏、西藏外,其他各省(市、自治區(qū))都有了連鑄,連鑄比已經(jīng)達到了97.5%,目前,中國的鋼鐵冶金工藝水平達到了世界中上等水平[4]。

2連鑄生產(chǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

2.1連鑄設(shè)備

連鑄機的發(fā)展大致經(jīng)歷了立式→立彎式→弧形→超低頭形→水平等幾個階段。每種機型都各有其特點,有它最適應(yīng)的范圍,還沒有一種機型可完全取代其他機型。目前, 連鑄機除滿足產(chǎn)量要求外,從生產(chǎn)率、鑄坯品種質(zhì)量、鑄坯斷面、降低連鑄機高度、節(jié)省基建和設(shè)備投資等方面綜合分析,弧形連鑄機是被應(yīng)用的主要機型[3]。但板坯連鑄機的總趨向是用直弧型替代弧型,以消除或減輕鑄坯內(nèi)弧側(cè)夾雜物的積聚問題。

連鑄生產(chǎn)所用設(shè)備通?？煞譃橹黧w設(shè)備和輔助設(shè)備兩大部分。主體設(shè)備主要包括:(1)澆鑄設(shè)備-鋼包運輸設(shè)備、中間包及中間包小車或旋轉(zhuǎn)臺;(2)結(jié)晶器及其振動裝置;(3)二次冷卻裝置-小方坯連鑄機、大方坯連鑄機和板坯連鑄機有很大差別);(4)拉坯矯直機設(shè)備-拉坯機、矯直機、引錠鏈、脫錠與引錠子鏈存放裝置;(5)切割設(shè)備-火焰切割機與機械剪切機等。

輔助設(shè)備主要包括:(1)出坯及精整設(shè)備-輥道、推(拉)鋼機、翻鋼機、火焰

清理機等;(2)工藝設(shè)備-中間包烘烤裝置、吹氬裝置、脫氣裝置、保護渣供給與結(jié)晶器潤滑裝置等;(3)自動控制與測量儀表-結(jié)晶器液面測量與顯示系統(tǒng)、過程控制計算機、測溫、測重、測長、測速、測壓等儀表系統(tǒng)[3]。2.2連鑄關(guān)鍵技術(shù)

(1)鋼包回轉(zhuǎn)臺的關(guān)鍵技術(shù)有:鋼包加蓋,單包升降系統(tǒng),鋼包稱量系統(tǒng),防氧化保護澆注系統(tǒng),鋼包下渣檢測系統(tǒng),鋼包傾斜機構(gòu),長水口自動安裝系統(tǒng),鋼水質(zhì)量控制系統(tǒng),鋼水溫度控制檢測系統(tǒng),鋼包吹氬攪拌系統(tǒng),回轉(zhuǎn)驅(qū)動采用液壓馬達的新型驅(qū)動系統(tǒng)。

(2)中間包及其烘烤裝置的關(guān)鍵技術(shù)有:中間包大型化(已達40～80t),中間包結(jié)構(gòu)形狀的優(yōu)化、擋渣墻的設(shè)置和新型耐火材料的利用,鋼水自動稱量反饋系統(tǒng),中間包冶金技術(shù),采用陶瓷泡沫過濾器過濾各類夾雜物,熱中間包循環(huán)使用工藝和設(shè)備,浸入式水口快速更換裝置,滑動水口與浸入式水口組合使用及氬氣密封,自動開澆工藝與系統(tǒng),烘烤裝置自動點火器,浸入式水口內(nèi)部烘烤技術(shù)。

(3)中間包車關(guān)鍵技術(shù)有:結(jié)晶器液面檢測器安裝機構(gòu),復(fù)雜緊湊的機械結(jié)構(gòu)、電纜及管線走向設(shè)計,長水口自動安裝機械手(被設(shè)計在中間包車上),中間包傾斜澆注技術(shù)(提高金屬收得率)。

(4)結(jié)晶器關(guān)鍵技術(shù)有:結(jié)晶器倒錐度,在線熱狀態(tài)調(diào)寬調(diào)錐度系統(tǒng),結(jié)晶器在線停機調(diào)厚,高速澆鑄時銅板冷卻水高流速均勻傳熱冷卻結(jié)構(gòu),渦流式、電磁式、同位素式、浮子式、激光式、超聲波式等各種有效的液面檢控系統(tǒng),漏鋼預(yù)報及熱成像系統(tǒng),結(jié)晶器銅板熱面溫度控制系統(tǒng)及最低進水溫度控制,結(jié)晶器電磁攪拌和電磁制動,一個結(jié)晶器澆多流鑄坯的插裝式結(jié)構(gòu),結(jié)晶器銅板母材采用合金銅并鍍鎳鉻、鎳鐵合金或鎳鈷合金(提高其高溫抗變形的能力和耐磨性能), 澆鑄寬板坯采用分段式結(jié)晶器足輥或高拉速時采用格柵支承結(jié)構(gòu),浸入式水口隨板坯寬度和拉速變化而變化的最佳工藝特性,保護渣自動供給裝置,保護渣的理化性能檢測設(shè)施。

(5)結(jié)晶器振動裝置關(guān)鍵技術(shù)有:液壓伺服振動機構(gòu)(能在澆鑄過程中改變振幅、頻率和波形偏斜率),緩沖力的優(yōu)化,高頻率小振幅工藝的優(yōu)化,振動體質(zhì)量的最小化及板簧導(dǎo)向系統(tǒng),外裝式結(jié)晶器電磁鋼流控制裝置的支撐與運轉(zhuǎn)機構(gòu),內(nèi)裝式結(jié)晶器電磁鋼流控制裝置的支撐機構(gòu),結(jié)晶器運動狀況動態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)(主要 5

監(jiān)視摩擦力的變化),結(jié)晶器振動反向控制模型(拉速提高,頻率降低,振幅提高)。

(6)零號扇形段的關(guān)鍵技術(shù)有:調(diào)寬調(diào)厚裝置及工藝設(shè)備參數(shù),設(shè)備冷卻、有效潤滑及防漏鋼設(shè)施,牢靠的定位與對弧調(diào)整功能。

(7)積極采用連鑄新工藝、新成果。引進薄板坯連鑄技術(shù)、單晶連鑄技術(shù)、連鑄坯高溫?zé)崴蜔嵫b及直接軋制、水平連鑄技術(shù)、鑄坯的輕壓下技術(shù)以及中間包冶金等技術(shù),將對我國連鑄甚至整個鋼鐵工業(yè)的發(fā)展起到重要的促進作用。

3高效連鑄生產(chǎn)

3.1高效連鑄作用

3.1.1連鑄坯產(chǎn)量大幅度提高

從1989年到2001年我國連鑄坯產(chǎn)量由1004萬t增加到12 000萬t以上，連鑄比由16．3％提高到87．5％。如果只靠投資新建鑄機，而沒有連鑄機的高效化，新建和原有鑄機都是那樣的低生產(chǎn)率，要想達到這樣的總產(chǎn)量是不可想象的，無論資金投入、場地占用等許多方面都是難以承受的。高效連鑄技術(shù)為鋼鐵行業(yè)的調(diào)整結(jié)構(gòu)降低成本作出了貢獻。3.1.2實現(xiàn)煉鋼車間的爐機匹配

我國的轉(zhuǎn)爐車間爐容從幾噸到200t都有小方坯生產(chǎn)。由于小方坯鑄機生產(chǎn)能力低，3臺轉(zhuǎn)爐配4、5臺甚至6臺連鑄機，匹配關(guān)系復(fù)雜混亂，工藝制度不能保證。這反過來又影響了鑄機生產(chǎn)和鑄坯質(zhì)量。3.1.3經(jīng)濟效益

實現(xiàn)高效連鑄使各項技術(shù)指標(biāo)提高，消耗下降，鑄坯質(zhì)量改善，可使企業(yè)降低成本節(jié)省投資，獲得很大的經(jīng)濟效益。3.2提高連鑄機生產(chǎn)率的途徑

提高連鑄機產(chǎn)量，主要是從提高連鑄機拉速和提高連鑄機作業(yè)率兩方面著手。

3.2.1提高連鑄機拉速

連鑄機拉速的提高受出結(jié)晶器坯殼厚度、液相穴長度（冶金長度）、二次冷卻強度等因素的限制。要針對連鑄機的不同情況，對連鑄機進行高效化改造。

小方坯連鑄機高效化改造的核心就是提高拉速。拉速提高后，為了保證出結(jié)晶器坯殼不漏鋼，其核心技術(shù)就是優(yōu)化結(jié)晶器錐度，開發(fā)新型結(jié)晶器，包括：Concast的凸模結(jié)晶器（CONVEX MOLD）；Danieli自適應(yīng)結(jié)晶器（DANAM）；VAI的鉆石結(jié)晶器（DIAMOLD）；Paul Wurth的多錐度結(jié)晶器。雖然結(jié)晶器名稱不相同，但其實質(zhì)就是使結(jié)晶器錐度與坯殼收縮相一致，不致于產(chǎn)生氣隙而減慢傳熱，影響坯殼均勻性生長。

目前，國際上小方坯鑄機拉速達到的水平見圖1和表1。

圖1 方坯尺寸與拉速關(guān)系

表1小方坯鑄機拉速

名 稱 德馬克 康卡斯特 丹尼立 VAI

斷面/mm×

mm 130×130 150×150 130×130 115×115 155×155

拉速/m.min 4.0-4.3 3.5 4.3 5.1 2.9

結(jié)晶器型式 拋物線 凸型 自適應(yīng) 鉆石 鉆石

小方坯鑄機拉速的提高，表現(xiàn)為單流產(chǎn)量的提高。從世界連鑄發(fā)展的歷程來看，20世紀(jì)70、80、90年代連鑄機的單流年產(chǎn)量分別為5～6、8～10、15～16萬t。

我國鋼材生產(chǎn)結(jié)構(gòu)是長型材較多,板材比較低(約40%),反映在連鑄機建設(shè)上是中小型鋼廠建設(shè)小方坯連鑄機較多。據(jù)統(tǒng)計,我國共建小方坯連鑄機280臺 7

978流,年產(chǎn)量近6000萬ｔ,平均單流年產(chǎn)量約為6萬ｔ。與國外比較,連鑄機生產(chǎn)率還較低。為提高連鑄機生產(chǎn)率,從20世紀(jì)90年代以來,我國對舊有小方坯連鑄機進行了高效化改造,如120mm×120mm方坯拉速由2.0m/min提高到3.0～4.0m/min,150mm×150mm方坯拉速由1.5m/min提高到2.5～3.0m/min。目前,我國不少鋼廠的小方坯連鑄機經(jīng)過高效化改造后,單流年產(chǎn)量已達到15～20萬ｔ的國際水平。3.2.2提高連鑄機作業(yè)率

提高連鑄機作業(yè)率的技術(shù)有：

（1）長時間澆注多爐連澆技術(shù)：異鋼種多爐連澆；快速更換長水口；在線調(diào)寬；結(jié)晶器在線快速調(diào)厚度（只需25～30min）；在線更換結(jié)晶器（小方坯）；中間包熱循環(huán)使用技術(shù)；防止浸入式水口堵塞技術(shù)。

（2）長時間澆注連鑄機設(shè)備長壽命技術(shù)：長壽命結(jié)晶器，每次鍍層的澆鋼量為20～30萬t；長壽命的扇形段,上部扇形段每次維修的澆鋼量100萬t,下部扇形段每次維修的澆鋼量300～400萬t。

（3）防漏鋼的穩(wěn)定化操作技術(shù)：結(jié)晶器防漏鋼預(yù)報系統(tǒng)；結(jié)晶器漏鋼報警系統(tǒng)；結(jié)晶器熱狀態(tài)運行檢測系統(tǒng)。

（4）縮短非澆注時間維護操作技術(shù)：上裝引錠桿；扇形段自動調(diào)寬和調(diào)厚技術(shù)；鑄機設(shè)備的快速更換技術(shù)；采用各種自動檢測裝置；連鑄機設(shè)備自動控制水平。

3.3提高連鑄坯質(zhì)量技術(shù) 3.3.1提高連鑄坯潔凈度技術(shù)

（1）連鑄坯潔凈度評價包括：鋼總氧量T[O]；鋼中微觀夾雜物（＜50μm）；鋼中大顆粒夾雜物量（＞50μm）。不同產(chǎn)品對鋼中潔凈度要求如表6所示。 [6][5] 8

（2）連鑄坯潔凈度是一個系統(tǒng)工程。就連鑄過程而言，要得到潔凈的連鑄坯，其任務(wù)是：爐外精煉獲得的“干凈”鋼水，在連鑄過程中不再污染；連鑄過程中應(yīng)創(chuàng)造條件在中間包和結(jié)晶器中使夾雜物進一步上浮去除。連鑄過程鋼水再污染，主要決定于鋼水二次氧化、鋼水與環(huán)境（空氣、渣、包襯）相互作用、鋼水流動的穩(wěn)定性、鋼渣乳化卷渣。

（3）連鑄過程控制鋼潔凈度對策：保護澆注；中間包冶金技術(shù)，鋼水流動控制；中間包材質(zhì)堿性化（堿性復(fù)蓋劑，堿性包襯）；中間包電磁離心分離技術(shù)；中間包熱循環(huán)操作技術(shù)；中間包的穩(wěn)定澆注技術(shù)；防止下渣和卷渣技術(shù)；結(jié)晶器流動控制技術(shù)；結(jié)晶器EMBR技術(shù)。3.3.2提高鑄坯表面質(zhì)量的控制技術(shù)

鑄坯表面質(zhì)量好壞是熱送熱裝和直接軋制的前提條件。鑄坯表面缺陷的產(chǎn)生主要決定于鋼水在結(jié)晶器的凝固過程。要清除鑄坯表面缺陷，應(yīng)采用以下技術(shù)：結(jié)晶器鋼液面穩(wěn)定性控制；結(jié)晶器振動技術(shù)；結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼生長均勻性控制技術(shù)；結(jié)晶器鋼液流動狀況合理控制技術(shù)；結(jié)晶器保護渣技術(shù)。3.3.3提高連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的控制技術(shù)

連鑄坯內(nèi)部缺陷一般情況在軋制時能焊合消除，但嚴(yán)重時會使中厚板力學(xué)性能惡化，使管線鋼氫脆和高碳硬線脆斷。鑄坯內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生主要決定帶液芯的鑄坯在二冷區(qū)的凝固過程。要消除鑄坯內(nèi)部缺陷，可采用以下技術(shù)措施：低溫澆注技術(shù)；鑄坯均勻冷卻技術(shù)；防止鑄坯鼓肚變形技術(shù)；輕壓下技術(shù)；電磁攪拌技術(shù)；凝固末端強冷技術(shù)；多點或連續(xù)矯直技術(shù)；壓縮鑄造技術(shù)。

[7]4最新連鑄技術(shù)的發(fā)展

4.1近終形連鑄技術(shù)的發(fā)展

世界鋼鐵生產(chǎn)者開始尋求技術(shù)改進以擴展連鑄的優(yōu)勢。1989年,德國供應(yīng)商SMS首次在美國的一個小型鋼廠紐柯鋼廠安裝了一臺薄板坯連鑄機。新設(shè)計了漏斗形結(jié)晶器,其它與傳統(tǒng)連鑄機相似。導(dǎo)致世界范圍內(nèi)薄板坯連鑄機的商業(yè)化發(fā)

展,其厚度范圍在40～70mm 之間,典型拉速為5.5m/min。

薄板坯連鑄機的成功并沒有使鋼鐵工作者進一步尋求技術(shù)進步的腳步停止,其代表為R&D在貝西默的獨創(chuàng)帶鋼連鑄概念。1999年,鋼鐵巨頭Nucor/BHP/IHI及Thyssen Krupp steel/Usino r/ VAI開始商業(yè)化推廣他們的Cast rip工藝及Euro st rip 工藝,可以直接從鋼水生產(chǎn)出帶鋼(見圖2)。

圖2雙輥帶鋼鑄機

在普遍采用的雙輥帶鋼連鑄工藝中,鋼液倒入兩個柜式旋轉(zhuǎn)輥中。兩個陶瓷側(cè)板擠壓裝有鋼液的鑄輥的前面。鋼殼在兩個輥面間形成,熔融金屬喂入彎月面。坯殼生長至兩輥間的接觸點(最窄點), 在這里兩坯殼相接觸,當(dāng)它們通過鑄輥時形成連續(xù)的鋼帶,從結(jié)晶器下面出鑄機。至形成2mm厚的凝固鋼帶僅需0.4s。典型的鑄速為40～130mm/min,依賴于帶鋼厚度、鑄輥尺寸和溶池高度。

鋼梁的首次近終形連鑄是鑄成“狗骨”形毛坯取代正方形或矩形截面,可生產(chǎn)的梁毛坯尺寸為(480～1050)mm×(355～450)mm×(120～165)mm,鑄速為0.45～2.5m/min,其軋制成本較低,生產(chǎn)率較高,能耗降低。4.2 結(jié)晶器幾何形狀的演變

結(jié)晶器是鑄機的心臟,結(jié)晶器設(shè)計相應(yīng)決定了鑄速和生產(chǎn)率。為提高鑄速和生產(chǎn)率,需要適當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶器幾何形狀,以提高熱傳輸和降低結(jié)晶器摩擦。4.2.1厚板坯連鑄機的直結(jié)晶器

從傳統(tǒng)的弧形結(jié)晶器到直結(jié)晶器的采用,保證在整個結(jié)晶器長度內(nèi)鑄流、坯

殼與結(jié)晶器銅板的均勻接觸。使坯殼快速均勻生長,降低拉漏危險。而且,非金屬夾雜容易上升到熔池,保證鑄坯的優(yōu)良內(nèi)部質(zhì)量。4.2.2小方坯的多段結(jié)晶器

多段結(jié)晶器對高速小方坯連鑄降低漏鋼率較為有效,它由一個主筒結(jié)晶器和與之相連的約320mm長的剛性第二段組成。第二段由4塊固定在底板上的水冷銅板組成,通過一個支架和基板套在主結(jié)晶器的外面。連鑄過程中,冷卻板通過彈簧作用輕壓鑄坯,冷卻板噴冷卻水加快熱傳輸,冷卻水直接垂直噴射到小方坯蓋板上。這種工藝中,鑄速可達4～4.3m/min,高于傳統(tǒng)有足輥結(jié)晶器連鑄機的3.5m/min,而且,漏鋼率也較傳統(tǒng)鑄機降低0.50%～1.0%。4.2.3錐度結(jié)晶器

錐度結(jié)晶器可用于大方坯/小方坯和板坯連鑄機,拋物線結(jié)晶器的引入成為連鑄歷史的轉(zhuǎn)折點。結(jié)晶器錐度依賴于鋼種和鑄速,結(jié)晶器設(shè)計上考慮鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的鑄坯收縮,以使結(jié)晶器與鑄坯接觸,保證良好傳熱。在高速澆鑄下,鋼在結(jié)晶器內(nèi)的停留時間非常短,因此,坯殼必須有足夠的強度以承受液態(tài)鋼水的靜壓力,為此,結(jié)晶器筒在不同段設(shè)計成多種錐度,主要考慮鋼水收縮,保證鋼坯與結(jié)晶器的良好接觸。

另一個發(fā)展方向是在板坯連鑄機結(jié)晶器采用有導(dǎo)角的拋物線錐度,保證整個結(jié)晶器長度內(nèi)鑄坯與銅板直接接觸,促進坯殼快速均勻生長。導(dǎo)角減小了結(jié)晶器摩擦,因此可減少銅板磨損。其應(yīng)用可改善鑄態(tài)組織、減少鑄坯角部內(nèi)部質(zhì)量缺陷、降低側(cè)邊鼓肚。

4.2.4小方坯鑄機的結(jié)晶器長度

對高速小方坯,提高結(jié)晶器筒長100～200mm,使總長超過傳統(tǒng)的900mm,提高鋼在結(jié)晶器內(nèi)的停留時間,從而提高坯殼強度。4.3結(jié)晶器振動的改進 4.3.1液壓結(jié)晶器振動

理想的結(jié)晶器振動是充分利用結(jié)晶器優(yōu)化設(shè)計的前提。液壓結(jié)晶器振動采用二個液壓缸控制伺服閥,每個伺服閥預(yù)先設(shè)定設(shè)置點,將結(jié)晶器設(shè)置成周期性振動。對伺服閥儲存不同的設(shè)置點實現(xiàn)相應(yīng)的振動速度曲線,正弦函數(shù)是基本的振動型式。

不同速度曲線的振頻和振幅不同,在澆鑄過程中,鑄速函數(shù)能自動與預(yù)設(shè)定的函數(shù)序列相適應(yīng)。其優(yōu)點包括:振動曲線、振幅、振頻的在線控制,減少結(jié)晶器摩擦,減輕結(jié)晶器機械運動,減輕鑄件振痕,提高操作安全和減少維護等。4.3.2板坯連鑄機結(jié)晶器振動的三角模式

結(jié)晶器振動利于保護最初形成的坯殼,需要一個合理的結(jié)晶器正向和負(fù)向振動以降低坯殼的拉應(yīng)力,使結(jié)晶器潤滑渣充分滲入并沿模壁鋪展。在正弦振動中,主要問題是在每個振幅中,正滑脫時間較短,高頻振動器使結(jié)晶器摩擦增大。為此,開發(fā)了三角模式振動,通過調(diào)整振動速度,使向上運動的時間長于向下運動,這種較長的正滑脫時間減少了結(jié)晶器與凝固坯殼的相對運動,因為負(fù)滑脫時間較短,可減小摩擦,降低振痕深度。4.3.3結(jié)晶器寬度調(diào)整

在線液壓結(jié)晶器寬度調(diào)整利于生產(chǎn)不同尺寸板坯,減小下線時間。該系統(tǒng)可提高連鑄產(chǎn)品大綱的靈活性,提高生產(chǎn)率。4.3.4結(jié)晶器液面自動控制

當(dāng)前結(jié)晶器液面控制通常采用塞棒調(diào)整中間包滑板開閉進行。結(jié)晶器液面探測可采用放射性同位素,系統(tǒng)擁有一個PID(比例微積分)控制器,可將液面實際控制信號與設(shè)定值相比較。控制器根據(jù)反饋結(jié)果輸出信號促使伺服驅(qū)動開閉塞棒激勵器。伺服驅(qū)動可控制塞棒位置, 控制精度通常為±2mm。在自動開澆模式,按存儲的時間曲線對結(jié)晶器進行設(shè)定,如果液面達到固定的設(shè)定值,自動從時間曲線控制切換到閉環(huán)控制。其主要優(yōu)點是優(yōu)良的表面/皮下質(zhì)量,較輕的振痕深度和低一倍的漏鋼率,因此提高了生產(chǎn)率。4.4電磁攪拌

連鑄坯組織為較外層柱狀晶區(qū)為中心等軸晶區(qū)所包圍, 柱狀晶的長度直接受過熱度影響,如圖3所示。

圖3過熱度對柱狀晶和等軸晶量的影響

為限制柱狀晶區(qū),中間包內(nèi)鋼水溫度應(yīng)接近液相線溫度,EMS(電磁攪拌)能限制柱晶結(jié)晶,促進細小規(guī)則等軸晶形成。攪拌器的工作原理包括磁場的產(chǎn)生,磁場穿透凝固殼,在鋼液中感應(yīng)出傅科勒特電流。這種感應(yīng)電流和磁感應(yīng)產(chǎn)生一個電磁力,使液態(tài)金屬產(chǎn)生運動。通過對流促進液固鋼之間的熱交換,消除殘余過熱,導(dǎo)致凝固前沿的熱梯度減小,柱狀晶生長條件不復(fù)存在。這些運動導(dǎo)致柱狀晶枝晶重熔和斷裂,形成更多的等軸晶。圖4示出了電磁攪拌和未攪拌時等軸晶比例對比。

圖4電磁攪拌對晶粒的細化作用

根據(jù)需要攪拌器可放于結(jié)晶器或結(jié)晶器之下。對大方坯/小方坯連鑄機,EMS可提高表面/皮下質(zhì)量,減少合金偏析、渣坑和針孔,其主要優(yōu)點是通過增大等軸晶區(qū)提高內(nèi)部質(zhì)量,減少枝晶搭橋,阻止中心氣孔和中心偏析。

為進一步降低偏析,可在二冷區(qū)下部安裝EMS,通過攪拌中心未凝固鋼液,均勻成分,減少中心線偏析發(fā)生。

攪拌器類型應(yīng)根據(jù)澆鑄產(chǎn)品的冶金要求和攪拌參數(shù)如強度、頻率、磁場方向等進行選擇,而且設(shè)計和位置應(yīng)慎重考慮。

電磁攪拌改變了彎月面形狀,減慢了彎月面鋼液凝固,導(dǎo)致彎月面附近液體流動。在板坯連鑄中,一種AC和DC雙重感應(yīng)磁場技術(shù)被用于進行彎月面控制,另有一種改進的電磁攪拌閘用于控制結(jié)晶器自然流動形式。4.5輕壓下

大方坯/板坯連鑄機輕壓下的目的是減少鑄坯的中心偏析。采用調(diào)整拉坯段的錐度,對出結(jié)晶器后的鑄坯采用外加機械壓力減輕中心疏松、偏析、化學(xué)成分不均勻性。通過阻止凝固搭橋,促進粘稠鋼液運動,補償熱收縮。輕壓下參數(shù)取決于鑄機布置、鑄速、鋼的化學(xué)成分、鋼水過熱度及鑄坯二次冷卻。改進的動態(tài)輥縫調(diào)整技術(shù)可適應(yīng)拉坯過程中澆鑄參數(shù)的變化。4.6連鑄自動化

二級自動化系統(tǒng)能改善質(zhì)量和提高生產(chǎn)率,連鑄工藝和質(zhì)量自動控制系統(tǒng)包括結(jié)晶器液面控制、鑄坯錐度控制、速度控制數(shù)學(xué)模型、噴水冷卻系統(tǒng)和長度切割優(yōu)化等[8]。5發(fā)展趨勢

5.1進一步發(fā)展高效連鑄技術(shù)(傳統(tǒng)連鑄技術(shù)的發(fā)展方向)[9]。

高效連鑄技術(shù)是指連鑄機實現(xiàn)高拉速、高作業(yè)率、高連澆爐數(shù)及低拉漏率生產(chǎn)高溫?zé)o表面缺陷連鑄坯的技術(shù)。實現(xiàn)連鑄高效化的前提是：及時為連鑄機供應(yīng)溫度和成分均合格的鋼水；完善自動檢測的手段和電子計算機的聯(lián)網(wǎng)控制；具有高質(zhì)量的連鑄用保護渣和耐火材料；操作人員具有熟練的操作技術(shù)等。實現(xiàn)連鑄高效化，其核心是提高連鑄機的拉速。而提高連鑄機拉速，需要解決結(jié)晶器和二冷段的冷卻效果、結(jié)晶器的液面控制及相關(guān)技術(shù)問題。

5.2推廣近終形連鑄技術(shù)。

主要包括薄板坯連鑄技術(shù)、薄帶連鑄技術(shù)、異型坯連鑄技術(shù)和噴霧成形等。與傳統(tǒng)工藝相比，它主要具有工藝簡單、生產(chǎn)周期短、能量消耗低、生產(chǎn)成本低、質(zhì)量較高等優(yōu)點。這些優(yōu)點恰好彌補了傳統(tǒng)工藝的不足。此外，利用薄帶連鑄技術(shù)的快速凝固效應(yīng)可以獲得一些難以生產(chǎn)的材料和新功能材料[10]。5.3液芯壓下技術(shù)

液芯壓下又稱軟壓下,是在鑄坯出結(jié)晶器下口后,對帶液芯的鑄坯的坯殼施加擠壓,使其減薄到目標(biāo)厚度。根據(jù)液芯壓下的終點位置又分靜態(tài)壓下和動態(tài)壓下。液芯壓下的終點位置不變,在一個扇形段內(nèi)結(jié)束的稱靜態(tài)液芯壓下。動態(tài)液芯壓下是指根據(jù)鋼種、過熱度、澆注速度及冷卻模型計算液芯長度,依據(jù)液芯長度在合適的鑄坯長度上分配鑄坯壓下量,且使液芯壓下終點處于合適固相率的區(qū)域。動態(tài)液芯壓下可細化晶粒,減少中心偏析,明顯提高鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量。由于靜態(tài)液芯壓下是在固定位置實施,而不是在鑄坯的凝固末端,普遍認(rèn)為對鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的提高不大。目前CSP、QSP采用的是靜態(tài)液芯壓下,FTSR采用的是動態(tài)液芯壓下技術(shù)[11,12]。

6結(jié)論

(1)我國連鑄比已超過世界平均水平，接近工業(yè)發(fā)達國家水平，連鑄比可以說接近飽和狀態(tài)。

(2)我國小方坯連鑄機高效化改造取得很大成績。小方坯連鑄機單流產(chǎn)量已達到國際先進水平。但我國連鑄機平均作業(yè)率與世界連鑄機平均水平還存在較大差距。提高連鑄機作業(yè)率以增加連鑄機產(chǎn)量還有較大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

(3)經(jīng)過近10多年來的努力，我國連鑄在高效化改造、新技術(shù)的應(yīng)用等方面取得了很大成就，就大中型企業(yè)連鑄機裝備水平來看已與國外鋼廠水平相當(dāng)。要重視工藝軟件技術(shù)開發(fā)與創(chuàng)新，新技術(shù)要用出實效來。要依靠傳統(tǒng)的板坯和大方坯連鑄機來生產(chǎn)和解決高品質(zhì)、高附加值的連鑄坯質(zhì)量問題。

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第四篇：連鑄生產(chǎn)工藝的發(fā)展

連鑄生產(chǎn)工藝的發(fā)展

近年來，我國經(jīng)濟的快速增長，特別是工業(yè)和基本建設(shè)的加速，促進了鋼鐵工業(yè)的發(fā)展。我國已成為世界上鋼鐵消費和鋼鐵生產(chǎn)大國，粗鋼產(chǎn)量和消費量占世界總量的比例分別由1992年的11.2%和11.9%躍升到2002年的20.1%和25.8%，2002年鋼產(chǎn)量達到1.82億t。由于連鑄技術(shù)具有顯著的高生產(chǎn)效率、高成材率、高質(zhì)量和低成本的優(yōu)點，近二三十年已得到了迅速發(fā)展，目前世界上大多數(shù)產(chǎn)鋼國家的連鑄比超過90%。

連鑄技術(shù)對鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)流程的變革、產(chǎn)品質(zhì)量的提高和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面起了革命性的作用。我國自1996年成為世界第一產(chǎn)鋼大國以來，連鑄比逐年增加，2003年上半年連鑄比已經(jīng)達到了94.65%。

連鑄即為連續(xù)鑄鋼（英文，Continuous Steel Casting）的簡稱。在鋼鐵廠生產(chǎn)各類鋼鐵產(chǎn)品過程中，使用鋼水凝固成型有兩種方法：傳統(tǒng)的模鑄法和連續(xù)鑄鋼法。而在二十世紀(jì)五十年代在歐美國家出現(xiàn)的連鑄技術(shù)是一項把鋼水直接澆注成形的先進技術(shù)。與傳統(tǒng)方法相比，連鑄技術(shù)具有大幅提高金屬收得率和鑄坯質(zhì)量，節(jié)約能源等顯著優(yōu)勢。從上世紀(jì)八十年代，連鑄技術(shù)作為主導(dǎo)技術(shù)逐步完善，并在世界各地主要產(chǎn)鋼國得到大幅應(yīng)用，到了上世紀(jì)九十年代初，世界各主要產(chǎn)鋼國已經(jīng)實現(xiàn)了90％以上的連鑄比。中國則在改革開放后才真正開始了對國外連鑄技術(shù)的消化和移植；到九十年代初中國的連鑄比僅為30％。

連續(xù)鑄鋼的具體流程為：鋼水不斷地通過水冷結(jié)晶器，凝成硬殼后從結(jié)晶器下方出口連續(xù)拉出，經(jīng)噴水冷卻，全部凝固后切成坯料的鑄造工藝過程。統(tǒng)計數(shù)字顯示，2002年我國連鑄比為93.7%，2003年上半年全國連鑄比達到94.65%，已超過了世界8970%平均連鑄比的水平；我國連鑄比已達到發(fā)達國家的水平，連鑄比將要達到飽和狀態(tài)。全球已建成54流連鑄－連軋生產(chǎn)線，年生產(chǎn)能力為5500萬t；我國已建和在建13流生產(chǎn)線，年生產(chǎn)能力達到1400萬t（見表2），占全球總產(chǎn)量的1/4；中國CSP鋼產(chǎn)量（1050萬t）與美國CSP產(chǎn)量（1000萬t）相當(dāng)。

提高連鑄機拉速 連鑄機拉速的提高受出結(jié)晶器坯殼厚度、液相穴長度（冶金長度）、二次冷卻強度等因素的限制。要針對連鑄機的不同情況，對連鑄機進行高效化改造。小方坯連鑄機高效化改造的核心就是提高拉速。拉速提高后，為了保證出結(jié)晶器坯殼不漏鋼，其核心技術(shù)就是優(yōu)化結(jié)晶器錐度，開發(fā)新型結(jié)晶器，包括：Concast的凸模結(jié)晶器（CONVEX MOLD）；Danieli自適應(yīng)結(jié)晶器（DANAM）；VAI的鉆石結(jié)晶器（DIAMOLD）；Paul Wurth的多錐度結(jié)晶器。雖然結(jié)晶器名稱不相同，但其實質(zhì)就是使結(jié)晶器錐度與坯殼收縮相一致，不致于產(chǎn)生氣隙而減慢傳熱，影響坯殼均勻性生長。小方坯鑄機拉速的提高，表現(xiàn)為單流產(chǎn)量的提高。從世界連鑄發(fā)展的歷程來看，20世紀(jì)70、80、90年代連鑄機的單流年產(chǎn)量分別為5～6、8～10、15～16萬t。

我國鋼材生產(chǎn)結(jié)構(gòu)是長型材較多，板材比較低（約40%），反映在連鑄機建設(shè)上是中小型鋼廠建設(shè)小方坯連鑄機較多。據(jù)統(tǒng)計，我國共建小方坯連鑄機280臺978流，年產(chǎn)量近6000萬t，平均單流年產(chǎn)量約為6萬t。與國外比較，連鑄機生產(chǎn)率還較低。為提高連鑄機生產(chǎn)率，從20世紀(jì)90年代以來，我國對舊有小方坯連鑄機進行了高效化改造，如120mm×120mm方坯拉速由2.0m/min提高到3.0～4.0m/min，150mm×150mm方坯拉速由1.5m/min提高到2.5～3.0m/min。目前，我國不少鋼廠的小方坯連鑄機經(jīng)過高效化改造后，單流年產(chǎn)量已達到15～20萬t的國際水平。

板坯連鑄機拉速的水平目前板坯厚度為200～250mm的拉速在1.6～2.0m/min左右，單流年產(chǎn)量達到200萬t。如果說提高拉速是小方坯連鑄機高效化的核心，那么板坯連鑄機高效化的核心就是提高連鑄機作業(yè)率。這是因為板坯連鑄機的拉速受爐機匹配條件及鑄機本身冶金長度的限制不可能有較大的變化，以及由于過高拉速所造成的漏鋼危害，對板坯連鑄機的影響遠遠高于小方坯連鑄機。從原則上講，連鑄機提高拉速措施有：結(jié)晶器優(yōu)化技術(shù)；結(jié)晶器液面波動檢測控制技術(shù)；結(jié)晶器振動技術(shù)；結(jié)晶器保護渣技術(shù)；鑄坯出結(jié)晶器后的支掌技術(shù)；二冷強化冷卻技術(shù)；鑄坯矯直技術(shù)；過程自動化控制技術(shù)。拉速提高了，鑄坯內(nèi)部疏松、偏析缺陷加重，夾雜物增加。高拉速與高質(zhì)量是相互矛盾的，因此應(yīng)根據(jù)鋼種和產(chǎn)品用途，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，把高拉速和高質(zhì)量的矛盾統(tǒng)一起來，以獲得最佳經(jīng)濟效益。國外有不少鋼廠板坯連鑄機拉速不高，而單流產(chǎn)量卻很高，如美國A.K.Ashland鋼廠的板坯鑄機，澆240mm×1160～1750mm板坯，工作拉速為1.78m/min，單流年產(chǎn)量達到220萬t，連鑄機有鋼作業(yè)率為98%。這說明對板坯連鑄機高效化改造核心不是提高拉速，而是要設(shè)法提高鑄機作業(yè)率以提高

連鑄機的生產(chǎn)率。

提高連鑄機作業(yè)率的技術(shù)有：

（1）長時間澆注多爐連澆技術(shù)：異鋼種多爐連澆；快速更換長水口；在線調(diào)寬；結(jié)晶器在線快速調(diào)厚度（只需25～30min）；在線更換結(jié)晶器（小方坯）；中間包熱循環(huán)使用技術(shù)；防止浸入式水口堵塞技術(shù)。

（2）長時間澆注連鑄機設(shè)備長壽命技術(shù)：長壽命結(jié)晶器，每次鍍層的澆鋼量為20～30萬t；長壽命的扇形段,上部扇形段每次維修的澆鋼量100萬t,下部扇形段每次維修的澆鋼量300～400萬t。

（3）防漏鋼的穩(wěn)定化操作技術(shù)：結(jié)晶器防漏鋼預(yù)報系統(tǒng)；結(jié)晶器漏鋼報警系統(tǒng)；結(jié)晶器熱狀態(tài)運行檢測系統(tǒng)。

（4）縮短非澆注時間維護操作技術(shù)：上裝引錠桿；扇形段自動調(diào)寬和調(diào)厚技術(shù)；鑄機設(shè)備的快速更換技術(shù)；采用各種自動檢測裝置；連鑄機設(shè)備自動控制水平。

提高板坯連鑄機設(shè)備堅固性、可靠性和自動化水平，達到長時間的無故障在線作業(yè)，是提高板坯連鑄機作業(yè)率水平的關(guān)鍵。連鑄坯的質(zhì)量概念包括：鑄坯潔凈度（鋼中非金屬夾雜物數(shù)量，類型，尺寸，分布，形態(tài)）；鑄坯表面缺陷（縱裂紋，橫裂紋，星形裂紋，夾渣）；鑄坯內(nèi)部缺陷（中間裂紋，角部裂紋，中心線裂紋，疏松，縮孔，偏析）。連鑄坯質(zhì)量控制戰(zhàn)略是：鑄坯潔凈度決定于鋼水進入結(jié)晶器之前的各工序；鑄坯表面質(zhì)量決定于鋼水在結(jié)晶器的凝固過程；鑄坯內(nèi)部質(zhì)量決定于鋼水在二冷區(qū)的凝固過程。提高鑄坯表面質(zhì)量的控制技術(shù) 鑄坯表面質(zhì)量好壞是熱送熱裝和直接軋制的前提條件。鑄坯表面缺陷的產(chǎn)生主要決定于鋼水在結(jié)晶器的凝固過程。要清除鑄坯表面缺陷，應(yīng)采用以下技術(shù)：結(jié)晶器鋼液面穩(wěn)定性控制；結(jié)晶器振動技術(shù)；結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼生長均勻性控制技術(shù)；結(jié)晶器鋼液流動狀況合理控制技術(shù)；結(jié)晶器保護渣技術(shù)。提高連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的控制技術(shù) 連鑄坯內(nèi)部缺陷一般情況在軋制時能焊合消除，但嚴(yán)重時會使中厚板力學(xué)性能惡化，使管線鋼氫脆和高碳硬線脆斷。鑄坯內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生主要決定帶液芯的鑄坯在二冷區(qū)的凝固過程。要消除鑄坯內(nèi)部缺陷，可采用以下技術(shù)措施：低溫澆注技術(shù)；鑄坯均勻冷卻技術(shù)；防止鑄坯鼓肚變形技術(shù)；輕壓下技術(shù)；電磁攪拌技術(shù)；凝固末端強冷技術(shù)；多點或連續(xù)矯直技術(shù)；壓縮鑄造技術(shù)。綜上所說我們可以得出結(jié)論：

（1）我國連鑄比已超過世界平均水平，接近工業(yè)發(fā)達國家水平，連鑄比可以說接近飽和狀態(tài)。

（2）我國小方坯連鑄機高效化改造取得很大成績。小方坯連鑄機單流產(chǎn)量已達到國際先進水平。但我國連鑄機平均作業(yè)率與世界連鑄機平均水平還存在較大差距。提高連鑄機作業(yè)率以增加連鑄機產(chǎn)量還有較大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

（3）經(jīng)過近10多年來的努力，我國連鑄在高效化改造、新技術(shù)的應(yīng)用等方面取得了很大成就，就大中型企業(yè)連鑄機裝備水平來看已與國外鋼廠水平相當(dāng)。要重視工藝軟件技術(shù)開發(fā)與創(chuàng)新，新技術(shù)要用出實效來。

（4）要依靠傳統(tǒng)的板坯和大方坯連鑄機來生產(chǎn)和解決高品質(zhì)、高附加值的連鑄坯質(zhì)量問題。薄板坯連鑄連軋技術(shù)已引入大中型企業(yè)，我國薄板坯連鑄/連軋生產(chǎn)已跨入世界先進行列，它對改變我國鋼材產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高板帶比，改變熱軋帶卷的市場競爭力起重大的變革作用。

（5）在今后2～3年內(nèi)，要密切注意薄帶連鑄領(lǐng)域取得的進展。

第五篇：連鑄三大件發(fā)展現(xiàn)狀

武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

連鑄“三大件”發(fā)展現(xiàn)狀

姓名：徐騰騰 班級：無機非金屬材料工程（卓越）1101 學(xué)號：201102128116 摘要：整體塞棒、長水口（大包長水口）和浸入式水口（中包所用水口），稱為連鑄“三大件”。連鑄“三大件”在煉鋼生產(chǎn)中處于十分重要的位置，主要起到保護澆注和控流的作用，他們質(zhì)量的好壞對于連鑄乃至整個鋼廠生產(chǎn)的連續(xù)性與穩(wěn)定性有重要的意義。其材質(zhì)主要是鋁碳質(zhì)，以氧化鋁和炭素為原料，大多數(shù)情況下還加入添加劑，如SiC、單質(zhì)Si等，用瀝青或樹脂等有機結(jié)合劑粘結(jié)而成的碳復(fù)合耐火材料。成型方法采用等靜壓成型。本文主要從連鑄“三大件”的原材料、生產(chǎn)過程、應(yīng)用及在使用中出現(xiàn)的問題分析其發(fā)展現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：連鑄 三大件 發(fā)展現(xiàn)狀 AlO－C 前言

進入2000年以后, 隨著連鑄技術(shù)的日臻成熟,高效連鑄技術(shù)已成為鋼鐵行業(yè)發(fā)展重點。高效連鑄技術(shù)是以高拉速為核心,以高質(zhì)量連鑄坯無缺陷生產(chǎn)為基礎(chǔ),實現(xiàn)高連澆率、高作業(yè)率連鑄的系統(tǒng)技術(shù)。連鑄速度的提高、連澆時間的延長,通過保護澆鑄水口的鋼水流速流量也顯著提高, 因此對連鑄用耐材提出了更高的要求。連鑄過程中所用的整體塞棒、長水口和浸入式水口在生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品品種、質(zhì)量水平方面，正逐步追趕紓解先進水平，取代某些進口產(chǎn)品，以滿足我國煉鐵生產(chǎn)發(fā)展的需要。

延長連鑄“三大件”的壽命是需求方最大的要求，由其所處環(huán)境和組成考慮，主要提高他們對渣液的抗侵蝕能力和高溫抗氧化性。本文簡述我國連鑄“三大件”的原料、生產(chǎn)過程、應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀；解決其存在的壽命低、成本高、生產(chǎn)復(fù)雜的問題。通過對其從原料到成品和所處環(huán)境的分析，以及與國外產(chǎn)品的對比，選擇最合理的成分組成和成型方式，提高性價比。從而減少鋼鐵生產(chǎn)成本，促進鋼鐵工業(yè)的發(fā)展。連鑄“三大件”使用環(huán)境 武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

連鑄“三大件”在連鑄系統(tǒng)中所使用的位置如圖：

2.1 塞棒

塞棒的功能主要是用于中間包開閉,除能自動控制中間包至結(jié)晶器的鋼水流量外,還可通過塞棒的吹氬孔,向中間包吹入氬氣和其它惰性氣體,塞棒還具有控制鋼流和凈化的功能。連鑄生產(chǎn)過程中，整體塞棒頭部受侵蝕、沖刷嚴(yán)重，特別是澆鑄某些特鋼，如經(jīng)Ca、Si處理的鋼種或P、S合金化的高速切削鋼，塞棒頭部侵蝕過快，常因無法控制鋼流速度而報廢。整體塞棒使用前必須烘烤到800～1000℃方能使用，長時間的烘烤會使鋁碳制品表面石墨氧化呈疏松狀態(tài)，導(dǎo)致制品耐侵蝕性和使用壽命降低，在使用時會造成制品斷裂和穿孔事故。

2.2 長水口

當(dāng)鋼水由鋼包向中間包澆注時,為了避免氧化和飛濺,在鋼包底部的滑動水口的下端安裝長水口,一端與下水口相連,另一端插入中間包的鋼水內(nèi)進行密封保護澆注。長水口其作用如下：（1）防止鋼水二次氧化，改善鋼的質(zhì)量；（2）減少鋼中易氧化元素的氧化產(chǎn)物在水口內(nèi)壁沉積，延長其使用壽命；（3）長水口可多次使用，降低耐火材料消耗。對鋁碳質(zhì)長水口，通過加入適量低膨脹材料（熔融石英、鈦酸鋁），增韌材料（氧化鋯）和鋼纖維補強等的基礎(chǔ)上，為進一步改善其性能從材質(zhì)上又采取提高水口中Al2O3含量，減少SiO2加入量，以確保熱震性能，提高使用壽命。

2.3 浸入式水口

在連鑄技術(shù)中,浸入式水口渣線部位被嚴(yán)重侵蝕,以及防止氧化鋁附著造成水口的堵塞,為提高鑄坯質(zhì)量,在中間包與結(jié)晶器之間設(shè)有浸入式水口,其主要作用是:(1)防止鋼水二次氧化氮化和鋼水的飛濺;(2)調(diào)節(jié)鋼水流動狀態(tài)和注入速度;(3)防止保護渣非金屬夾雜物卷入鋼水中,對促進鋼水中夾雜物的上浮起重要作用;(4)對邊鑄拉坯成材率和鑄坯質(zhì)量有決定性影響。浸入式水口具有一定的氣孔率，同樣具有透氣性，外界空氣在鋼水流動產(chǎn)生的負(fù)壓作用下滲透到水口內(nèi)部，與鋼水接觸使其氧化。因此在長水口和浸入式水口的外表面必須涂一層防氧化釉層。武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

3連鑄“三大件”原料選擇 3.1 簡介

近年來，國內(nèi)連鑄鋼產(chǎn)量不斷增加，連鑄“三大件”大多采用Al2O3－C質(zhì)材料制作，在使用條件最苛刻的部位如渣線、塞棒頭等部位用ZrO2－Ｃ材料，并加入BN、Si3N4、B4C3、Al、Si以及塞隆、阿隆等復(fù)合添加劑以提高其使用壽命。為滿足特殊性能鋼的需要，近年一些廠家還開發(fā)了低碳、無碳和低硅、無硅的復(fù)合產(chǎn)品。

3.2 骨料

鋁碳質(zhì)耐火材料中的Al2O3組分主要選用電熔剛玉、燒結(jié)剛玉。電熔或燒結(jié)氧化鋁原料的價格貴、硬度大。電熔氧化鋁是指以高鋁礬土或工業(yè)氧化鋁為原料在電弧爐內(nèi)熔融并除去雜質(zhì)冷卻后得到的熔塊；其特點是氧化鋁含量高，剛玉晶粒完整粗大，化學(xué)穩(wěn)定性高。電熔剛玉有兩種生產(chǎn)方法，一是間歇式熔塊法（脫殼爐）；二是半連續(xù)式傾倒法（煉鋼電爐）。燒結(jié)氧化鋁是以工業(yè)氧化鋁為原料，經(jīng)高溫煅燒制的低氣孔率氧化鋁。

碳在Al2O3－C制品中的作用如下：在顆?？障秲?nèi)或在顆粒之間形成脈狀網(wǎng)絡(luò)碳鏈結(jié)構(gòu)，形成“碳結(jié)合”，從而降低制品的氣孔率，提高制品的高溫強度；碳還可以形成不受金屬和熔渣侵蝕的表面，提高制品的抗侵蝕性和耐熱沖擊性；此外，碳的存在為鐵、硅氧化物的還原提供條件，生成的氣體能夠阻止渣向耐火材料內(nèi)部滲透；碳還可以耐火制品的導(dǎo)熱性，避免制品的某個部位因溫度過高而導(dǎo)致制品的剝落、斷裂。鋁碳質(zhì)耐火材料中的炭素材料以鱗片狀石墨為主，也可采用熱解高純石墨，優(yōu)勢還加入炭黑。

3.3 添加劑

抗氧化劑有金屬Al、Si粉及SiC粉。加入少量抗氧化劑能延緩含碳層氧化，提高制品使用壽命。

3.4 結(jié)合劑

鋁碳質(zhì)耐火材料常用的結(jié)合劑有：樹脂、焦油、瀝青等。采用熱固性酚醛樹脂結(jié)合劑及烏洛托品硬化劑，生成不溶解、不固溶的固化物，高溫時的殘余碳量高，其使用性能優(yōu)良。

4連鑄“三大件”的生產(chǎn)過程

連鑄“三大件”雖然功能不同，但有著相同或相似的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點、使用條件、性能要求等，因而在生產(chǎn)中采用幾乎完全相同的工藝。這3種產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及高性能特點決定了它們從生產(chǎn)工藝到所用原料不同于其他耐火材料。除少量浸入式水口為熔融石英質(zhì)外，絕大多數(shù)為鋁炭質(zhì)：形狀之細長需采用等靜壓成型，高石墨含量配料采用樹脂結(jié) 武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

合劑形成碳結(jié)合，保護氣氛熱處理。連鑄“三大件”是一類技術(shù)含量高的耐火材料產(chǎn)品，對工藝過程、工藝參數(shù)的選擇控制，對工藝裝備的水平都有較嚴(yán)格的要求，以保證產(chǎn)品質(zhì)量高度穩(wěn)定。具體制造工藝過程包括以下主要工序：原料——坯料制備——等靜壓成型——熱處理——機加工、探傷、檢選、表面防氧化涂層、包裝等。

4.1 原料

連鑄“三大件”所用原料可分為如下幾類：主體耐火原料，石墨原料，功能添加劑和有機結(jié)合劑等。原料的選擇對產(chǎn)品的品質(zhì)、使用效果有很大的影響。因此生產(chǎn)三大件產(chǎn)品對原料的純度、粒度、乃至結(jié)構(gòu)都有較嚴(yán)格的要求。

4.1.1 主體耐火原料

涉及多種高檔氧化物原料，如各種類型的剛玉原料、電熔氧化鎂、尖晶石、電熔氧化鋯、熔融石英，電熔鋯莫來石等，依產(chǎn)品之不同和部位之不同而選擇不同原料為主體耐火原料。三大件產(chǎn)品本體用剛玉原料或高鋁原料，渣線采用部分穩(wěn)定的電熔氧化鋯原料，塞棒棒頭、水口碗部處依澆注鋼種不同而選用剛玉、電熔氧化鎂、尖晶石等材質(zhì)。熔融石英，鋯莫來石常作為改善抗熱震性原料部分引入。主體原料的種類、品質(zhì)、粒度配比與產(chǎn)品抗熱震性、抗侵蝕性、抗沖刷性密切相關(guān)。一般骨料粒度不大于1mm，產(chǎn)品關(guān)鍵部位選用高純度電熔原料。

4.1.2 石墨原料

連鑄“三大件”產(chǎn)品中均大量采用天然鱗片石墨，石墨組分對產(chǎn)品的最重要貢獻是賦予其高抗熱震性以適應(yīng)使用時高溫鋼液的強烈熱沖擊。但其致命缺點是氧化問題，石墨的氧化和連鑄操作條件、石墨的品位、粒度大小等都有關(guān)系。多數(shù)觀點認(rèn)為石墨的純度越高，抗侵蝕性和抗氧化性越好，有些廠家對石墨原料還進行精制處理以進一步減少雜質(zhì)含量。

4.1.2.1 納米碳纖維

納米碳纖維不僅具有石墨極優(yōu)良的本征特性，如耐熱、耐腐蝕、耐熱沖擊、傳熱和 武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

導(dǎo)熱性好、高溫強度高等性能。由于過渡金屬元素Co，Ni的微粒具有沉積碳的作用，郭巍將過渡金屬元素引入Al2O3-C耐火材料中生長了納米碳纖維，本文研究納米碳纖維在Al2O3-C耐火材料中生長可能受哪些因素影響。因此，本文將酚醛樹脂或瀝青作為碳源，過渡金屬鹽作為催化劑引入到Al2O3-C 耐火材料中，用兩種熱處理溫度采用催化裂解法原位反應(yīng)生成碳纖維，分析碳纖維顯微結(jié)構(gòu)以及它在Al2O3-C 耐火材料中生長受哪些因素影響，并對催化生長機制進行探討。4.1.2.1.1 實驗部分

實驗原料選擇燒結(jié)板狀剛玉、鋯莫來石、高純鱗片、石墨金屬硅和碳化硅，以熱固性酚醛樹脂作結(jié)合劑，外加一定量的硝酸鎳/硝酸鈷，各種原料的理化指標(biāo)如表1 所示：實驗中所用熱固性酚醛樹脂固含量85%，殘?zhí)剂?5%；硝酸鎳、硝酸鈷為分析純.按試樣配方稱量好原料，催化劑硝酸鎳、硝酸鈷與白剛玉粉混合后再通過干燥、球磨后得到復(fù)合粉體，按照一定的混合順序?qū)⒋诸w粒、石墨、酚醛樹脂、細粉在混砂機中將物料混合均勻；干燥24h后，利用萬能壓力機在170kN的壓力下壓制成50mm×50mm的圓柱試樣；將干燥好的試樣裝在匣缽在埋碳條件下進行1200和1400℃保溫3h的熱處理，利用Hitachi S-3400N掃描電鏡和能譜儀對熱處理后的試樣顯微形貌和成分進行分析。4.1.2.1.2 實驗結(jié)果及分析

以液體酚醛樹脂和瀝青為碳源，分別以過渡金屬鹽(硝酸鎳、硝酸鈷)為催化劑，用兩種溫度制度(1200℃保溫3h，1400℃保溫3h)進行埋碳熱處理，用化學(xué)沉積法制備納米碳纖維。采用掃描電子顯微鏡對產(chǎn)物進行表征，探討碳納米纖維生長機理及考察制備工藝(熱處理溫度、催化劑種類、催化劑加入量)對碳纖維形貌、微觀結(jié)構(gòu)的影響。圖1為分別以0.5%(質(zhì)量百分比)的硝酸鎳、硝酸鈷(分析純)為催化劑，以酚醛樹脂為碳源，在1200，1400℃兩種燒成制度下試樣的顯微形貌，來考察不同燒成制度、不同催化劑對催化裂解法原位合成碳納米纖維的影響。從圖1(1)(3)中可以看出，在1200℃時，硝酸鈷、硝酸鎳為催化劑都有碳纖維生長，圖1(1)中在鋁碳耐火材料基體縫隙中生長出管狀碳纖維，圖1(3)中在鋁碳耐火材料基體表面生長出節(jié)狀碳纖維.從圖1(2)，(4)中可以看出，在1400℃時，催化劑基本被碳所包裹，失去活性，導(dǎo)致碳納米纖維的生長受到抑制溫度影響著化學(xué)反應(yīng)的進行，根據(jù)Lindermann離子理論，單分子發(fā)生熱反應(yīng)所需要的能量只依靠。子本身提高能量是遠遠不夠的，還通過分子與分子之間相互碰撞來提供能量；當(dāng)溫需要度升高，超過一定速度的粒子數(shù)目會隨著溫度的升高迅速增加，反應(yīng)粒子的碰撞頻繁發(fā)生，活化中間物的濃度升高，反應(yīng)產(chǎn)物在催化劑上的脫附能力也隨之增加，進而促進了基體碳沉積.圖2 為不同碳源以硝酸鎳、硝酸鈷為催化劑1200℃熱處理后試樣的顯微形貌。從圖2(1)，(3)中可以看出，以酚醛樹脂為碳源的試樣中都有大量碳纖維生長，從圖2(2)，(4)中可以看出，加入以瀝青為碳源的試樣中只有少量納米碳纖維生長；圖2(1)加入硝酸鈷的鋁碳耐火材料基體內(nèi)生長出大量結(jié)節(jié)狀碳纖維物質(zhì)，這些纖維狀物質(zhì)呈叢狀生長在鋁碳耐火材料基體的縫隙，直徑大約2μm，長度約幾十μm。圖2(3)武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

加入硝酸鎳的鋁碳耐火材料基體內(nèi)生長出大量管狀碳纖維物質(zhì)，直徑約幾百nm，長度約為幾十μm。瀝青和酚醛樹脂的碳化過程是不一樣的。瀝青為液相碳化過程，受熱時首先熔化，經(jīng)過所謂“中間體”的“液晶體”變?yōu)楣腆w，即這種“液晶體”或“各向異性”組織促進了碳的石墨化.酚醛樹脂是熱硬性樹脂，其碳化過程為固相碳化，不像瀝青那樣形成各向異性的“結(jié)晶中間體”，故形成的碳難以石墨化，碳化產(chǎn)物通常是各向同性的無定型碳。鋁碳質(zhì)耐火材料用酚醛樹脂作結(jié)合劑，加入量為3%～8%。酚醛樹脂在加熱到約200～800℃時發(fā)生分解，在生成固定碳的同時，放出CO2，CH4，CO，H2以及H2O等氣體，由于碳化產(chǎn)物的不同，使得樹脂碳和瀝青碳的抗氧化能力存在明顯的差別，在同樣的熱處理溫度下得到的樹脂碳氧化的開始溫度和氧化峰值溫度均較瀝青碳低。1200℃用酚醛樹脂作碳源先到達碳氧化開始溫度，分解催化劑顆粒，從而生長出納米結(jié)構(gòu)的纖維。實驗中試樣的結(jié)合劑酚醛樹脂在400～800℃分解出的CO，CH4，C2H2，CO2等氣體，可以作為合成碳納米結(jié)構(gòu)的碳源，同時由于鋁碳耐火材料試樣是在1200℃下埋碳燒成，其燒成過程包含了合成碳納米結(jié)構(gòu)的溫度區(qū)間(600～1200℃)，另外納米結(jié)構(gòu)碳所需的催化劑在鋁碳耐火材料配料時加入，這些因素為納米結(jié)構(gòu)的碳提供了生長條件。酚醛樹 武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

脂為結(jié)合劑加熱后提供碳源，根據(jù)前面觀察Al2O3-C 耐火材料中納米碳纖維的顯微形貌觀察到了烴類氣體熱解碳的三種聚集形態(tài): 顆粒、片及纖維。Al2O3-C耐火材料中納米碳纖維生長機理與氣相生長碳纖維的生長機理相符合。氣相生長碳纖維的生長機理可用表面擴散來定性說明納米碳纖維的生長過程，認(rèn)為烴分子先被吸附在金屬的某個晶面上，在加熱過程中分解出來碳原子，碳原子溶解到金屬內(nèi)部，再由吸附碳原子的一面擴散到另一面，并以碳纖維的形式在此面析出。假設(shè)該過程是一個化學(xué)平衡過程，納米碳纖維就可以連續(xù)不斷地生長，直到金屬吸附烴原子的面被碳原子完全包裹住，此時烴分子停止分解。在這一機制中，金屬-金屬碳氫物質(zhì)在催化劑顆粒表面擴散，析出碳纖維，中空管是由于催化劑顆粒和基體間的接觸角而形成。

由上述機理可知，當(dāng)碳纖維生長結(jié)束時，催化劑微粒以類球形存在于生成的每根纖維的頂端，因此所得碳纖維的頂端直徑較下端大；同時由此機理可以得出，納米碳纖維的生長與催化劑的加入量及粒度有關(guān)。當(dāng)加入催化劑粒度過大或加入量過多時，催化分解后金屬顆粒將發(fā)生團聚，造成催化劑失活，而不利于納米碳纖維的生長，甚至使纖維無法生長。

從圖1，2可以看出，不同催化劑加入鋁碳耐火材料中納米碳纖維的形貌有很大的不 武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

同，硝酸鎳和硝酸鈷為碳源的耐火材料中都有納米碳纖維/納米碳管生成，硝酸鈷為碳源生成的節(jié)狀的碳纖維比較粗大，硝酸鎳為碳源生成的納米碳纖維比較細長且中空，推測生成的是納米碳纖維。通過觀察和分析碳納米纖維的生成量、形貌和分布，鎳鹽的催化效果最好，鈷鹽其次，這是因為從C-Ni，C-Co 二元相圖可以看出:在550℃時，碳在這二種金屬中的溶解度分別為0.067%，0.009%。碳在金屬中的溶解度越大，碳與金屬之間的可潤濕性就越好，即它們之間的界面作用力相對就越小，能在碳纖維表面平鋪開來，在還原時就容易形成較小的顆粒。所以催化劑顆粒從大到小的順序為: Co ＞ Ni.在一定范圍內(nèi)隨著催化劑顆粒粒徑增大，所制碳納米纖維的直徑也增大。在碳纖維表面能否長出納米碳纖維/納米碳管，這與催化劑的選擇和反應(yīng)溫度有關(guān)。Co和Ni的催化作用都較好，能成功地長出納米碳纖維/納米碳管，但相比之下以Ni 為催化劑時，生長的納米碳纖維/納米碳管直徑更細。4.1.2.1.3 結(jié)論

(1)在常規(guī)的制備工藝條件下，加入硝酸鎳/硝酸鈷催化劑，Al2O3-C耐火材料基體內(nèi)都能生長出納米碳纖維狀物質(zhì)，加入量為2.0% 生長納米碳纖維量最大，以硝酸鎳作催化劑長出的納米碳纖維要比以硝酸鈷作催化劑長出的納米碳纖維直徑更細。

(2)推測納米碳纖維在Al2O3-C耐火材料中原位生長因素可能與燒成制度、催化劑種類和加入量，碳源有關(guān)。以酚醛樹脂為碳源，Al2O3-C耐火材料試樣中有大量的碳纖維生長；以瀝青為碳源，Al2O3-C耐火材料中，只有少量碳纖維生長；加入硝酸鈷和硝酸鎳，Al2O3-C 耐火材料試樣中都有納米碳纖維生長，催化劑加入量為2.0% 時，碳纖維生成量比較大。同等條件下，1200℃熱處理碳纖維生長效果好于1400℃熱處理。

4.1.3 功能添加劑

為有針對性地改善連鑄“三大件”產(chǎn)品的使用性能，常在配料中加入一定量的起改性作用的添加劑，如防氧化添加劑抑制或減緩石墨在使用過程中的氧化，低熔點、低膨脹系數(shù)添加劑緩沖熱應(yīng)力提高抗熱沖擊性等。目前所應(yīng)用的功能耐火材料多數(shù)是碳結(jié)合的含碳耐火材料，防氧化問題是在產(chǎn)品組成設(shè)計時必須考慮的問題。添加防氧化劑和表面防氧化涂層是在生產(chǎn)連鑄用含碳耐火材料時慣用的措施，常用的防氧化添加劑有金屬鋁粉、硅粉、碳化硅、碳化硼、Al-Si、從Mg合金粉等等。這些添加劑或者在熱處理過程中生成非氧化物如SiC、Si3N4、SiAlON、AlN等增強材料，或者在使用過程中它們可先于石墨與氧反應(yīng)，能將CO(g)還原成C，抑制制品中C的消耗速度；生成C和氧化物，提高耐火材料的致密度、形成保護層、促進石墨結(jié)晶、提高高溫強度等。4.1.3.1 納米添加劑

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米粉生產(chǎn)成本降低，分散技術(shù)提高，納米粉應(yīng)用范圍擴大。德國研究人員在降低Al2O3-C耐火材料中碳(石墨)含量的同時添加納米粉，以期改善Al2O3 －C耐火材料的抗熱震性和高溫抗折強度。試驗的基礎(chǔ)配比(w)為: 電熔剛玉(粒度≤0.2 武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

mm)29.1%，板狀剛玉粗顆粒(粒度≤0.6 mm)38.9%，天然石墨粉(粒度≤0.040 mm)10%，天然鱗片石墨顆粒(粒度＞0.071mm)10%，高純單質(zhì)Si粉(粒度≤0.150 mm)6%，熱塑性酚醛樹脂(液體和固體)6%，固化劑六亞甲基四胺(烏洛托品)0.6%(外加)。納米添加劑分別為納米尖晶石S10(粒徑為(10±3)nm)、納米板狀剛玉粉AS(粒徑為10～250 nm)和中國產(chǎn)碳納米管TN(比表面積＞200 m2.g－1)，各自的添加量(外加，w)分別為0.0%、0.1%、0.3%，加入方式有單獨添加和復(fù)合添加。所有原料在室溫下混合(納米粉在液體酚醛樹脂加入后分步加入，以便被液體酚醛樹脂盡可能地潤濕)后，以100 MPa壓力壓制成25 mm×25 mm×150 mm 的試樣，在180℃熱處理后分別在1 000 和1400℃煅燒5h。檢測燒后試樣的顯氣孔率、體積密度、常溫耐壓強度、常溫抗折強度、高溫抗折強度(1400℃)、抗熱震性(空冷法，以5次熱震后的抗折強度保持率表征)，并進行XRD、SEM和EDS分析。結(jié)果表明:(1)添加S10、AS或TN均可以提高Al2O3 －C材料的常溫強度、高溫強度和抗熱震性。其中，以加入S10 的試樣的常溫抗折強度、高溫抗折強度和抗熱震性最好；加入AS 的試樣的強度較高，但抗熱震性欠佳；加入TN 的試樣的抗熱震性最差。(2)復(fù)合添加TN 和AS 的試樣的性能得到進一步改善，常溫抗折強度和高溫抗折強度都增大，抗熱震性優(yōu)異，5次熱震后的抗折強度保持率高達99.2%；1000℃熱處理后，該試樣中出現(xiàn)了呈互鎖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的片狀A(yù)l3CON 晶相，這是由納米板狀氧化鋁與碳納米管反應(yīng)形成的，是連接碳和氧化鋁的化學(xué)相，使材料具有優(yōu)異的熱態(tài)強度。(3)SEM分析顯示，添加S10、AS 或TN 的試樣在1000℃煅燒后均原位形成了Si－O晶須或纖維，其形態(tài)(長度、直徑)以及晶相取決于納米添加劑的種類。4.1.3.2 防氧化劑

防氧化涂料原料選擇的關(guān)鍵在于所引入的助熔劑的種類和數(shù)量，因為加入不同的助熔劑后防氧化涂料的熔化溫度、熔融狀態(tài)下的粘度、揮發(fā)溫度和線膨脹系數(shù)不同，其次是原料的組分要合適。防氧化涂料多選用堿性助熔劑和酸性助熔劑：堿性助熔劑選用Li2O、K2O、Na2O、MgO、CaO等；酸性助熔劑選用B2O3和SiO2。Li2O、K2O和Na2O是強助熔劑，在鋁硅二元系中引入以上3種氧化物都可明顯地降低出現(xiàn)液相的溫度，適用于防氧化涂料，但缺點是這三種氧化物在高溫下都易揮發(fā)。B2O3熔點為450度，在防氧化涂料中形成硼酸鹽，可減少龜裂。SiO2是所有釉料的主要組分之一，如果油料中的SiO2含量過高，則會提高防氧化涂料的高溫粘度，降低長石的助融能力，提高防氧化涂料液相的出現(xiàn)溫度；如果其含量過少，則熔融防氧化涂料容易從坯體上流下或被坯體吸收。另外，由于二氧化硅的線膨脹系數(shù)比較低，所以在防氧化涂料中增加二氧化硅的含量，可降低防氧化涂料的線膨脹系數(shù)，使防氧化涂料與坯體的線膨脹系數(shù)相匹配，防止坯體在使用過程中開裂。

因此，研制滿足連鑄“三大件”使用的防氧化涂料，必須根據(jù)成釉氧化物的溫度范圍以及成釉氧化物的具體特點，合理的選用原料，使其中的組分發(fā)揮其優(yōu)勢，提高防氧化涂料的成釉溫度范圍。本試驗中, 選擇石英、硼熔塊、鉀長石和鋰輝石為主要原料, 武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

其化學(xué)組成見表1。

B2O3是以硼熔塊的形式引入的, 因為硼熔塊有以下優(yōu)點:(1)硼熔塊中不含結(jié)晶水, 在干燥和燒成過程中體積變化小,可減少防氧化涂料的收縮開裂現(xiàn)象；(2)硼熔塊在700度左右就開始熔融軟化, 在高溫時防氧化涂層可以隨著坯體的體積變化而變化；(3)硼熔塊熔融溫度范圍廣；(4)硼熔塊能降低釉料的高溫粘度, 使坯體在高溫時產(chǎn)生的氣體容易排出。4.1.3.2.1 實驗過程

1.防氧化涂料的制備

將各原料分別磨成< 0.044mm的粉料,并加入能使防氧化涂料施工及烘干后有適當(dāng)強度的結(jié)合劑(一種溶劑)。為使防氧化涂料在700～1350度均形成光亮的釉層,防止連鑄三大件制品的氧化,經(jīng)過多次試驗,篩選出各原料的最佳加入量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)): 石英40%, 硼熔塊40%, 鉀長石15%,鋰輝石5%,外加色劑5%和結(jié)合劑50% ～70%。各原料按配比放入球磨機中,加入結(jié)合劑,料、球與結(jié)合劑的質(zhì)量比為1 B 2 B(0.5～0.7),混磨2～5h出磨,出磨時料漿需過0.125mm篩子,并控制料漿密度在1.62 ～1.80g/cm-3之間。

2.防氧化涂料的施工

將制備好的料漿用兩層刷涂的方式涂于連鑄三大件產(chǎn)品的表面, 每層厚度一般控制在0.25～0.45 mm,釉層總厚度一般控制在0.6～1mm為最佳。因為隨著防氧化涂層厚度的增大,防氧化涂層開裂等缺陷增多,而且防氧化涂層厚,生產(chǎn)成本也隨之提高；但防氧化涂層太薄, 涂層的防氧化效果較差。施釉后的坯體首先放在60～70度的干燥房中烘干2～5h,然后在120度下烘干,烘干時間大于等于8h。烘干后的防氧化涂料要求和坯體結(jié)合強度高，不龜裂,不起泡,不脫落。

3.防氧化涂料的燒成

將烘干后的連鑄三大件試樣放在電爐中, 在氧化氣氛下燒成,燒成條件分別為700度3h、1100度3h、1350度3h,燒成后的試樣防氧化涂層外觀光滑,沒有棕眼、毛孔和滾釉等缺陷。切開后觀察斷面情況,發(fā)現(xiàn)試樣在各溫度點均沒有發(fā)現(xiàn)有氧化現(xiàn)象。說明本涂料在高溫氧化氣氛下對連鑄三大件產(chǎn)品有很好的保護效果。一般情況下, 燒后的防氧化涂層容易出現(xiàn)棕眼、毛孔和滾釉等缺陷, 這主要是防氧化涂料在干燥和燒成早期出現(xiàn)裂紋造成的,出現(xiàn)裂紋部位的防氧化涂層在高溫時與坯體剝離, 造成愈合不完全, 形成棕眼和滾釉等缺陷。雖然連鑄三大件產(chǎn)品的主要成分都為鋁碳,但工作條件不同, 各自的添 武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

加物也不同, 同一種防氧化涂料用在長水口上,使用效果較好, 但用在整體塞棒和浸入式口上效果可能會一般。通過試驗發(fā)現(xiàn),三大件產(chǎn)品中浸入式水口對防氧化涂料要求較苛刻, 所以把防氧化涂料的主要工作集中在浸入式水口上。在試驗中也證實了連鑄三大件發(fā)生氧化的溫度多集中在550～700度和1100度以上的溫度段。因為含碳耐火材料在550 e 時碳開始氧化, 而防氧化涂料在550度沒有產(chǎn)生液相,或產(chǎn)生的液相量相對較少,不足以封閉含碳制品表面,所以為提高含碳耐火材料的使用壽命，如果烘烤條件允許,在550～700度溫度區(qū)間應(yīng)提高升溫速度。另外,防氧化涂料在1100度以上烘烤及使用時,隨著時間的延長,防氧化涂層變薄甚至被坯體吸收。這是因為涂料中的Na2O、K2O、Li2O 和B2O3揮發(fā),如果其他組分不合適時,防氧化涂層容易變薄,最后消失，失去了對含碳耐火材料的保護作用。防氧化涂料的使用狀態(tài)連鑄三大件防氧化涂料一般有兩種狀態(tài):一種是含碳制品防氧化涂層不經(jīng)高溫成釉直接去現(xiàn)場使用,制品在烘烤及使用時成釉,現(xiàn)多數(shù)生產(chǎn)含碳連鑄三大件廠家普遍采用這種生產(chǎn)工藝；另一種是噴涂防氧化涂料的制品經(jīng)高溫窯快速燒成,防氧化涂層已形成釉層,這種防氧化涂料的使用效果較好,并且也避免了因涂料吸潮而影響了防氧化效果,但這種工藝增加了生產(chǎn)成本。

4.使用

選用鉀長石、鋰輝石、石英及硼熔塊等為主要原料研制的防氧化涂料, 涂在浸入式水口表面,經(jīng)烘干后, 涂層和水口外表面附著良好,涂層沒有出現(xiàn)裂紋及鼓泡現(xiàn)象，強度較高。涂有試驗涂料的浸入式水口在某鋼廠試用。鋼廠采用浸入式水口和中間包同時烘烤的方式,烘烤時間12h,烘烤最高溫度1000度。浸入式水口的使用時間為12h，使用后的浸入式水口取碗口部向下150mm 處切開,發(fā)現(xiàn)水口外部有8mm左右的輕微氧化現(xiàn)象,其余為未氧化層。釉層顏色黑亮,沒有裂紋產(chǎn)生,說明涂料和浸入式水口本體的線膨脹系數(shù)匹配,并且涂料自身愈合性較好。從使用結(jié)果可知,涂有本試驗防氧化涂料的浸入式水口,氧化主要發(fā)生在低溫烘烤階段,就防氧化涂料的使用效果來看,已經(jīng)滿足了使用要求。

5.結(jié)語

(1)使用鉀長石、鋰輝石、石英及硼熔塊為主要原料,可開發(fā)出性能優(yōu)良的防氧化涂料。

(2)防氧化涂料對連鑄三大件失去防氧化作用多發(fā)生在成釉前及部分氧化物揮發(fā)后。

(3)連鑄三大件的組分不同, 對防氧化涂料的要求也不同。

4.1.4 結(jié)合劑

連鑄“三大件”幾乎無例外地采用酚醛樹脂作為結(jié)合劑，連鑄“三大件”的熱處理實際上就是控制樹脂碳化，形成碳結(jié)合，賦予制品有足夠的使用強度。所用樹脂的基本要求是性能穩(wěn)定、殘?zhí)几摺ざ群线m。樹脂的特點是碳化時會排放和分解出大量氣體，對制品強度和氣孔率都有較大或決定性影響，進而影響到了制品的使用性能，選擇一種 武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

合適的樹脂是生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)。樹脂的加入量因材料的不同、石墨含量的不同而有所區(qū)別，一般在總量的6％～12％之間。

4.2 坯料制備

連鑄“三大件”坯料質(zhì)量是影響到后續(xù)工藝和最終產(chǎn)品性能好壞的非常關(guān)鍵的因素，是保證產(chǎn)品具有均勻一致組織結(jié)構(gòu)和性能的前提條件。對坯料的要求是：合適的樹脂加入量，各組分分布均勻，有造粒效果，流動性好，成型性好。坯料制備設(shè)備和工藝參數(shù)的選擇對此有重要影響。常用混料設(shè)備為高速混練機，混料過程為按合理的加料順序加入骨料、預(yù)混合粉料、石墨、樹脂等，混練，兼具造粒作用。烘干設(shè)備可采用耐火材料常規(guī)干燥設(shè)備，也可采用流化干燥床，操作中要嚴(yán)格控制干燥溫度和坯料的干燥程度，以保障有良好的成型性能和坯體強度，一般干燥溫度不超過80℃。

4.3 成型

根據(jù)連鑄“三大件”的外型細長、中間有流鋼通道的結(jié)構(gòu)特點和使用時高可靠性、高重現(xiàn)性的要求，生產(chǎn)中采用冷等靜壓應(yīng)是當(dāng)前最合適的成型方式，能保證細長中空結(jié)構(gòu)的水口在整個長度方向上具有相同的品質(zhì)。所用設(shè)備為冷等靜壓機，液體介質(zhì)，橡膠模套，鋼制模芯。較合適的工藝參數(shù)是壓力取120~200 MPa，一定的升壓、保壓和卸壓曲線。

4.4 熱處理

熱處理作用在于使樹脂分解碳化，形成碳結(jié)合，賦予制品以合適的強度和性能。在熱處理工藝中，為防止石墨氧化，控制熱處理氣氛為惰性或還原氣氛，熱處理制度的制定參照樹脂在加熱過程中的揮發(fā)分的排出和分解反應(yīng)溫度而制定，熱處理溫度常取900～1250℃，熱處理設(shè)備多為梭式窯。

4.5 無損探傷

連鑄“三大件”在使用上的不可重復(fù)性要求產(chǎn)品杜絕任何內(nèi)部損傷，產(chǎn)品檢測需采用無損探傷，所用儀器為X光探傷儀。

4.6 加工和表面涂層

等靜壓成型品的外型尺寸，特別是配合尺寸尚達不到要求精度，三大件產(chǎn)品局部或全部外型尺寸需進行加工。同時，為防止在現(xiàn)場烘烤和使用時免遭氧化，產(chǎn)品表面要涂以保護涂料。所配制的涂料在較低溫度下(600～750℃)能熔化成釉，并能在產(chǎn)品表面良好鋪展和能在較寬的溫度范圍內(nèi)維持黏度無大的變化，起到保護石墨不氧化作用。

雖然連鑄“三大件”在原材料選用，生產(chǎn)工藝，性能要求等方面有諸多相同之處，但由于使用位置不同，使用條件不同，所起的功能不完全相同，在最終產(chǎn)品的要求上有所不同，在材質(zhì)，結(jié)構(gòu)等方面還有各自的特點。武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

4連鑄“三大件”使用中的問題

鋁碳質(zhì)水口由于具有一系列的優(yōu)點,但也存著下列問題: 碳可以增加耐火材料的抗熱震性，并在一定程度上增加材料的耐腐蝕性，但是由于含有碳，使得耐火材料對氧化非常敏感，一旦材料中的碳被氧化,就會使強度降低，鋼水就會輕易的穿過脫碳層，造成材料的侵蝕。因不耐侵蝕而導(dǎo)致在渣線部位形成縮頸現(xiàn)象甚至斷裂；水口內(nèi)壁容易被鋼水脫氧產(chǎn)物Al2O3 等沉積而堵塞水口。并且由于新連鑄技術(shù)的采用,澆鋼溫度高,拉速高,保護渣粘度較低,因而保護渣對浸入式水口的侵蝕加劇,Al2O3-C已不能滿足這些種苛刻條件。為了解決上述問題,上個世紀(jì)80年代日本從材質(zhì)開發(fā)出一種Al2O3C質(zhì)復(fù)合材料。這是由于氧化鋯具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性, 難以被以CaO中的ZrO2 增強了熔渣的粘度, 而未被溶解的氧化鋯顆粒又增強了渣的表觀粘度。從而降低了保護渣對氧化鋯-石墨渣線層的侵蝕,提高了水口的耐侵蝕性。實踐證明,優(yōu)質(zhì)鋁鋯碳質(zhì)復(fù)合水口比鋁碳質(zhì)水口壽命提高近一倍,使用壽命可達到1200min。武漢鋼鐵學(xué)院和秦皇島耐火材料廠合作,于1988年在國內(nèi)首先試制成功了鋁碳/鋯碳復(fù)合式水口,最高澆鑄爐數(shù)11 爐(通鋼量789.4t),使用后的水口磚無剝落, 無裂紋, 復(fù)合式水口無異?，F(xiàn)象,水口孔側(cè)渣線處平均侵蝕速度0.720mm爐～0.95mm爐,水口內(nèi)徑侵蝕速度為0.125mm爐～0.166mm爐。目前, 我國石英質(zhì)水口的使用壽命為4～5次,鋁碳質(zhì)水口的使用壽命為5～7次,鋁碳一鋯碳質(zhì)復(fù)合水口的使用壽命為6～9次,明顯優(yōu)于前兩種。例如青島耐火廠生產(chǎn)的鋁碳一鋯碳質(zhì)復(fù)合水口在寶鋼大板坯連鑄機上應(yīng)用,其壽命為6～8次,連澆時間為330min～440min,通鋼量750t～1200t,Al2O3附著不超過3mm～4mm。

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