内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）1第一章 引言1.1 连续铸钢1.1.1 连铸的定义我国是研究和应用连铸技术较早的国家，与 50 年代中期就开始进行连铸技术的研究。60 年代初与工业先进国家同时进入连铸技术的工业应用阶段。但从 60 年代末到 70 年代末，连铸发展速度缓慢。1980 年世界平均连铸比已达 30，而我国只有 6.2，80 年代以后，连铸技术开始了新的发展时期。引进了一批代表 80年代先进水平的小方坯、板坯的连铸机，对我国连铸技术的发展起到重要的作用。80 年代中期出现了全连铸的钢厂武汉钢铁公司二炼钢厂，武钢的板坯连铸机、首钢试验厂的老式国产小方坯连铸机和韶关钢铁厂新投产的国产新式小方坯连铸机的主要技术经济指标已接近世界先进水平，被评为我国特等连铸机。能连铸的钢种有高、中、低碳钢，不锈钢，部分合金结构钢，电工硅钢及高牌号硅钢、低合金结构钢等。全套图纸，加高温钢水连续不断地浇铸成具有一定断面形状和一定尺寸规格铸坯的生产工艺过程叫做连续铸钢。连续铸钢与普通模铸不同，它不是把高温钢水浇注在一个个钢锭模内，而是将高温水连续不断地浇铸到一个或一组实行强制水冷带有“活底”的铜模内。待高温的钢水凝固到具有一定厚度的坯壳后，则从铜模的另一端拉出“活底” ，这样铸钢坯就会连续从铜模下口被拉出来。这种使高温钢水直接浇铸成钢坯的新工艺，就是连续铸钢。他完全改变了在钢铁生产中一直占主导地位的“模铸开坯”内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）2工艺，大大地简化了从钢水到钢坯的生产工艺流程。连续铸钢的一般生产工艺流程，如图 1-1 所示。由炼钢炉炼出的合格钢水，经盛钢桶运送到浇注位置，通过中间罐铸入强制水冷的铜模结晶器内。结晶器是无底的，在铸入钢水之前，必须先装上一个“活底” ，它同时也引出铸锭的作用，这个“活底”就叫引锭链。铸入结晶器的钢水在迅速冷却凝固成形的同时，其前部与伸入结晶器底部的引锭链头部凝结在一起。银锭连的尾部则夹持在拉坯机的拉辊中，当结晶器内钢水升到要求的高度后，开动拉坯机，以一定的速度把引锭链从结晶器拉出。为防止铸坯坯壳被拉断漏钢和减少结晶器中的拉坯阻力在浇注过程中既要对结晶器内壁润滑又要对它做上下往复振动。铸坯被拉出结晶器后，为使其更快的散热需进行喷水冷却，称之为二次冷却，通过二次冷却支导装置的铸坯逐渐凝固。这样，铸坯不断地被拉出，钢水连续地从上面铸入结晶器，便形成了连续铸坯的过程。当铸坯通过拉坯机、矫直机后，脱去引锭链。完成凝固的直铸坯由切割设备切成定尺，经运输辊道进入后步工序。图 1-1连续铸钢生产所用的设备，实际上是连铸作业线上的一整套机械设备。通常可分为主体设备和辅助设备两大部分。主题设备主要包括有：浇注设备盛钢桶运载设备、中间罐及中间罐小车或旋转台；结晶器及其振动装置；二次冷却支导装置，如在弧形连铸设备中采用直结晶器时，需设顶弯装置；拉坯矫直设备拉坯机、矫直机、引锭链、脱锭与引锭链存放装置；切割设备火焰切割机与机械内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）3剪切机。辅助设备主要包括有：出坯及精整设备辊道、拉钢机、翻钢机、火焰清理机等；工艺性设备中间罐烘烤装置、吹氩装置、脱氧装置、保护渣供给与结晶器润滑装置等；自动控制与测量仪表结晶器液面测量与显示系统、过程控制计算机、测温 、测重、测长、测速、测压等等仪表系统。从上诉工艺流程和主要机械设备的说明可知，连续铸钢设备必须适应高温钢水由液态变成固态，又变成液态的全过程。其间进行比较复杂的物理与化学变化。显然，连续铸钢具有连续性强、工艺难度大和工作条件差等特点。因此生产工艺对机械设备提出了较高的要求，主要有：设备应具有足够抗高温的疲劳强度和刚度，制造和安装精度要高，易于维修和快速更换，要有充分的冷却和良好的润滑等。1.1.2 连续铸钢的发展概况早在一百多年以前，人们就提出了连续浇铸的问题，也曾经做了各种尝试，其中英国的贝赛麦对钢做了反复的试验，终因当时的科学技术水平较低，限制了连续铸钢的成功。知道本世纪五十年代才作为一种新技术开始在钢铁生产中得到应用。由于连铸有着能从钢水一次直接浇铸成坯的巨大优越性，很快得到了迅速的发展与推广。据统计，到 1955 年全世界共建成连铸机 22 台，年总生产能力约为 38 万 t。到 1975 年底，国外以拥有各种类型连铸机的总台数已达 651 台，年总生产能力约为 1.76 亿 t 仅仅 20 年的时间，国外连铸机台数增加近 29 倍，而生产能力增加 460 多倍。尽管近几年世界几个主要产钢国家的粗钢产量增加缓慢，多数国家还有所下降，但总的连铸坯与粗钢产量的比例却在不断的增加。从 1975 年到 1985 年这短短的十年中，全世界铸坯的产量又增加了三倍多，连铸比也提高了近三倍，发展速度相当可观详见表 1.1表 1.1年份 连铸机数量台生产能力 at万 粗钢产量 at万 连铸坯质量at万 连铸比 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）4195519751980198219852265110201131646307177071700850019500225413556313.127.239.249.6值得特别注意的是，当前世界能源普遍紧缺燃料价格不断上涨，作为能源消耗主要工业部门的钢铁企业，是不宜再坚持采用模铸开坯工艺生产钢坯料了，尤其生产小型材，能源浪费会更大。所以，再普遍积极发展大钢坯、方坯的同时，小方坯的的生产也得到了迅速的发展。据统计，1983 年时，全世界已经投产和正在建设的小方坯连铸机共有 608 台，计 2016 流，约占连铸机总台数的 51.6左右。目前，连续铸钢所能浇注的钢钟已近 130 种，连续的钢号已达 500 余种之多，包括普碳钢、低合金钢、不锈钢、高速钢、轴承钢、电磁钢以及超合金钢等。其中 63为碳素钢，37为不锈钢和合金钢。连铸所能浇铸的断面：方坯从5050mm 到 450450mm；板坯从 50108mm 到 3052200mm；圆坯从 50mm 到450mm；工字型坯从达 350760mm；中空圆坯是 450 到 100mm。就拉皮速度来说，近几年有明显提高，浇铸板坯和大方坯的拉坯速度已经达到 1.52 mmin，而浇铸小方坯的拉坯速度已提高到 2.55mmin。多炉连续浇铸的水平也在不断提高，1980 年四流方坯连铸最高达 775 炉，坯重为 12.04 万 t。目前连续铸钢车间主要有两种布置形式，它们主要是根据连铸设备出坯方向的中心线与厂房柱列线之间的关系来区别的，分为横向布置。前者较适合与生产规模较大同时又配置多台连铸设备的炼钢车间，后者则多在旧厂改建或配置连铸设备台数较少的情况下采用。在连续铸钢的发展过程中，连续铸钢设备先后出现了立式、立弯、弧形、水平式等多种形式的连铸机。世界各国最早采用的是立式连铸机，组成它的一整套设备全都配置在一条铅垂线上。由于它的设备高度过大以及由此带来的一系列问题，近年来这种连铸机只有苏联等少数几个国家还在兴建外，其他国家很少采用。为克服立式连铸机存在的问题，出现了一种过渡的立弯式连铸机。它在立式的基础上，当连铸坯出拉坯机后将铸坯顶弯，接着在水平位置上将铸坯矫直、切断、出坯。这种改进在拉坯速度不断提高的条件下，其优越性并不明显。在为进一步内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）5降低设备高度的探索中，出现了弧形连铸机。它是目前应用最广、发展较快的一种型式。其特点是组成连铸机的各单体设备均布置在 14 圆弧及其水平延伸线上，故为弧形连铸机。它基本上保持了立式连铸机的长处，并且大大地降低了设备的总高度。但弧形连铸机的工艺条件不如立式（或立弯式） ，且它的各单体设备配置在弧线上必然带来各种困难。由于近年来在弧形连铸机上采用直结晶器，使其工艺条件又有所改善。据统计各种型式的连铸机占总连铸机台数的比例为：立式15，立弯式 6，弧形及椭圆形 78，其他 1。1.1.3 连续铸钢的优越性连续铸钢的迅速发展，是因为它与传统的“模铸开坯”工艺法相比，具有下述的优点：(1) 简化了生产钢坯的工艺流程，节省大量的投资。连续铸钢可直接从钢水浇铸成钢坯，省去了脱锭、整模、均热、开坯等一系列中间工序和设备。从现代世界连续铸钢的生产水平来看，据统计，基建设投资和操作费用均可节省 40，占地面积约减少 50，设备费用减少 70，耐火材料的消耗较低 15 左右。(2)节省大量能源。近年来，世界性能源危机有增无减，各国对降低能耗都十分重视，连续铸钢对节省能源有极其明显的效果。据日本资料介绍，钢的连铸能力仅为模铸开坯法的 20.813.5。国际钢铁协会技术委员会最近对 109 个钢铁企业调查结果表明，每吨钢坯可节省能源相当于 2050kg 标准煤。如若实行热送新工艺，还可以再节省 5kg 左右的标准煤。(3)提高了金属的收得率和成材率。由于连铸从根本上消除了模铸的中注管和汤道的残钢损失，因而使钢水收得率提高。又因连铸钢坯没有热帽也不需切去 78的坯头，因而成材率也提高了 1015，成本还降低了 1012。(4)连铸将生产钢坯的许多工序，统一到一个整机上进行这样实现连续生产和采用计算机自动控制创造了有利条件，从跟本上改变了工人在高温、多尘环境年高中工作的不良状况，极大的改善了劳动条件，可提高劳动生产率近 30。(5)提高了铸坯的质量。采用连铸的方法可以合理地调节铸坯的冷却条件，实现比较合理的冷却速度，使铸坯结晶过程稳定。内部组织致密，非金属夹杂总量比同钢种钢锭低 20左右。化学成分偏析及低组倍组织缺陷等都减少了。还提高了金属的机械性能，改善了连铸坯的质量。尽管连续铸钢是一项先进的新技术，新设备，且发展很快。但是目前还存在一些内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）6问题：连铸工艺对钢水的要求比较高，无论是化学成分、钢水温度，还是对炼钢炉出钢时间与连铸机的配合，都有严格的要求；在实行多炉连浇的生产条件下，连铸机如何才能适应长期在高温条件下作业而不出事故，或一旦出现问题又怎样才能在短时间内排除，恢复正常生产；连铸的操作工艺有待进一步稳定，浇注品种尚需扩大，浇注板坯时的某些缺陷有待于改进，设备作业率和拉坯速度还必须提高等。1.1.4 连续铸钢在我国的发展我国是连续铸钢技术发展较早的国家之一，早在 20 世纪 50 年代就已近开始进行研究和工业试验工作。1957 年原上海钢铁公司中心实验室的吴大柯先生主持设计并建设成第 1 台立式工业试验连铸机，浇铸 75mm180mm 的小断面铸坯。由徐宝升教授主持设计的第 1 台双流立式连铸机于 1958 年在重钢三厂建设成投产，接着由黑色冶金设计院设计的 1 台单流立式小方坯连铸机于 1960 年在唐山钢厂建成投产，而后仍然是由徐宝升教授主持设计的第 1 台方坯板坯兼用弧形连铸机于 1964 年 6 月 24 日在重钢三厂问世投产，其圆弧半径为 6m，浇铸板坯的最大宽度为 1700mm，这是世界上最早的用于生产的弧形连铸机之一；鉴于这些成就，1994 年徐宝升教授在世界连铸发展史一书中被列为对世界连铸技术发展做出突出贡献的 13 位先驱者之一。此后，由上海钢研所吴大柯先生主持设计的 1 台 4 流形连铸机于 1965 年在上钢三厂投产；该连铸机的圆弧半径为 4.56m，浇铸断面为 270mm145mm，这也是世界最早的弧形连铸机之一，以后一批连铸机相继问世投产。70 年代我国成功地应用了浸入式水口+保护渣浇铸技术。到 1978 年我国自行设计制造的连铸机近 20 台，实际生产量约 112 万 t，连铸比仅3.4。当时世界连铸机总台数为 400 台左右，连铸比在 20.8。改革开放以来，为了发展国民经济增强国力，学习国外先进的技术和经验，加速我国连铸技术的发展，从 70 年代末一些企业开始引进了一批连铸技术和设备。例如1978 和 1979 年武钢二炼钢厂从前德国引进单流板坯弧形连铸机 3