中厚板生产与实训全套教学教程整本书电子教案.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,中厚板生产与实训,1,学习领域一,原料选择及操作,任务一 原料选择,2,能力目标：,掌握中厚板的技术要求，会正确选择原料。,知识目标：,了解中厚板的常用术语和技术指标，掌握原料选择方法。,中厚板的几个图片,中厚板的定义,定义：,中厚钢板是一种宽厚比和表面积都很大的扁平钢材。,厚度：大于等于,4mm,，常见,6,至,150mm,之间,中厚板,宽度：常见在,1.8m,至,5m,之间,长度：常见在,6,至,12m,之间,中厚板相关,概念及其关系,钢板,扁钢、窄中板、翼缘板,出厂开平板,（热轧板）,开平板,普碳开平板,低合金开平板,船卷开平板,中厚板,普板,低合金板,锅炉容器板,造船板,汽车大梁钢,桥梁板,高建钢,管线钢,中厚板常见分类,中厚板主要用途,用途：钢结构、机械、造船、路面与桥梁等,中厚板用处具体分类,普通中厚板,广泛用来制造各种容器、炉壳、炉板、桥梁及汽车静钢钢板、低金钢合金钢钢板、桥梁用钢板、造般钢板、锅炉钢板、压力容器钢板、花纹钢板、汽车大梁钢板、拖拉机某些零件及焊接构件。,桥梁用钢板,用于大型铁路桥梁。要求承受动载荷、冲击、震动、耐蚀等。,造船钢板,用于制造海洋及内河船舶船体。要求强度高、塑性、韧性、冷弯性能、焊接性能、耐蚀性能都好。,锅炉钢板,用于制造各种锅炉及重要附件，由于锅炉钢板处于中温（,350,以下）高压状态下工作，除承受较高压力外，还受到冲击，疲劳载荷及水和气腐蚀，要求保证一定强度，还要有良好的焊接及冷弯性能。,压力容器用钢板,主要用于制造石油、化工气体分离和气体储运的压力容器或其它类似设备，一般工作压力在常压到,320kg/cm,2,甚至到,630kg/cm,2,，温度在,-20-450,范围内工作，要求容器钢板除具有一定强度和良好塑性和韧性外，还必须有较好冷弯和焊接性能。,汽车大梁钢,用于制造汽车大梁（纵梁、横梁）用厚度为,2.5-12.0mm,的低合金热轧钢板。由汽车大梁形状复杂，除要求较高强度和冷弯性能外，要求冲压性能好。,中厚板轧机产线,中厚板轧辊,中厚板长流程示意图,一般中厚板生产工艺,中厚板轧机的布置,有三种：,（）单机架布置,（）双机架布置（主要布置形式）,（）半连续或连续式布置,布置形式,13,单机架,单机架中厚板轧机，一个机架既是,粗轧机,，又是,精轧机,。,采用单机架生产，只要按规程勤换辊，钢板表面质量是可以保证的。因此，有些新建厂因限于产量和投资，先采用单机架，预留第二架位置，将来扩建成双机架。,三辊劳特式轧机,二辊式轧机,四辊式轧机,淘汰,改造,单机架,14,双机架,双机架中厚钢板轧机呈纵列式布置，前一架为粗轧机，后一架为精轧机。,优点：,粗、精轧制道次分配合理、产量高；使进入精轧机的来料断面较均匀，质量好；粗轧可以独立生产，较灵活。,四辊式,四辊式,二辊式,四辊式,三辊式,四辊式,组成型式,15,半连续或连续式,连续式中厚钢板轧机，用于大量生产薄而宽、品种单一的中厚板，不适合于多品种生产。因此，这种轧机未得到很快发展。,16,三、对板带材的技术要求,1.,尺寸精度,板带钢尺寸精度包括厚度、宽度、长度精度。尺寸精度主要是指厚度精度，因为它不仅影响到使用性能，而且在生产中难度最大。,尺寸精度要求高,2.,板型,板型要平坦，无浪形瓢曲。,由于板带钢既宽且薄，对不均匀变形的敏感性又特别大，所以要保持良好的板形就很不容易。板带愈薄，其不均匀变形的敏感性越大，保持良好板形的困难也就愈大。显然，板形的不良来源于变形的不均，而变形的不均又往往导致厚度的不均，因此板形的好坏往往与厚度精确度也有着直接的关系。,板 型 好,3.,表面质量,钢板表面不得有气泡、结疤、拉裂、刮伤、折叠、裂缝、夹杂和压入氧化铁皮等缺陷，因为这些缺陷不仅影响轧件的外观形象，而且往往破坏钢板的物理性能或成为产生破裂和锈蚀的缺陷源，成为应力集中的薄弱环节。,表面质量要好,4.,性能,中厚板的性能要求主要包括机械性能、工艺性能和某些钢板的特殊物理或化学性能。,对于重要用途的结构钢板，要求具有较好的综合性能，即除了有良好的工艺性能，甚至除了有一定的强度和塑性以外，还要求保证一定的化学成分，保证良好的焊接性能、常温或低温冲击韧性或一定的冲压性能，保证一定的金相组织及各向组织均匀性等。,性能要好,对板带技术要求归纳起来就是：,尺寸精确；,板形好；,表面光洁；,性能高。,原料,用于生产中厚钢板的原料有扁钢锭、初轧板坯、锻压坯、压铸坯和连铸板坯几种。,原料尺寸的原则是：,（,1,）原料的厚度尺寸在保证钢板压缩比的前提下应尽可能小。,（,2,）原料的宽度尺寸应尽量大，使横轧操作容易。,（,3,）原料的长度应尽可能接近原料的最大允许长度。,种类,尺,寸,23,钢板的材质是指钢的化学成分，由于中厚钢板用途非常广泛，为了满足不同的使用条件和使用要求，中厚钢板的材质也多种多样。,中厚钢板的钢种有：,碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、低合金钢、弹簧钢、高速工具钢及其他各种合金钢,。不同材质的钢板的材质要求参照其相关标准来规定。,原料的材质,24,(1),原料常见缺陷及其特点,连铸板坯常见的缺陷有,:,表面纵裂纹、表面横裂纹、星状裂纹、皮下气泡和夹杂、鼓肚、内部裂纹、中心偏析和中心疏松、非金属夹杂等。,原料检查与清理,25,表面纵裂纹,表面纵裂纹是连铸坯宽面上或角部附近沿其长度方向的裂纹。,表面纵裂纹一般在结晶器中形成，在二冷区进一步发展。,表面纵裂纹是由于在结晶器内生成的凝固壳不均匀，抗拉应力集中在某一薄弱部位而产生的。,26,表面横裂纹,横向裂纹出现连铸坯宽面上时，可以扩散到整个面上，或富集成纵向带。,连铸坯在结晶器中或在连铸机支承辊之间的摩擦、连铸坯在弯曲或矫直时坯壳的变形等引起的纵向拉应力。此外，在连铸坯上震动波纹的凹坑可促进横向横向裂纹的产生。,27,星状裂纹,星状裂纹是在连铸坯表面上呈星星状的裂纹。,连铸坯局部过冷或过大的冷却间歇产生的应力。,28,皮下气孔和夹杂,皮下气孔和夹杂不规则地分布在连铸坯表面上。,夹杂产生的原因：结晶器中钢液面的波动卷入保护渣或有缺陷的浸入式水口在钢液内破损。,皮下气孔产生的原因：钢水脱氧不充分，或当中间包潮湿以及引锭杆头部潮湿时，最先浇注的板坯部分出现皮下气孔。,29,鼓肚,鼓肚是指连铸坯厚度沿宽度方向的中部增大。,连铸机支承辊对连铸坯的支撑不充分或,没有支撑，连铸坯芯部钢水对坯壳的静,压力而使得坯壳膨胀。,内部裂纹,内部裂纹是指矫直、弯曲或辊子压下时造成的压应力作用在脆弱的凝固界面上而使连铸坯产生的裂纹。,30,中心偏析和中心疏松,连铸坯芯部的碳、磷、硫等元素的富集称为中心偏析。,连铸坯中心附近存在许多微小的孔隙叫做中心疏松。,原因：浇注温度过高，以及连铸坯液芯末端区域内夹持辊间隙调整不当都可以加重中心偏析和中心疏松。,采用电磁搅拌可以减轻中心偏析和中心疏松。,31,非金属夹杂物,在弧形连铸机或立弯连铸机中，外来和内部生产的非金属夹杂物在液芯中上浮导致表面产生非金属夹杂物。,避免或减少连铸坯内非金属夹杂物的方法有减少外来杂物；减少钢水中的非金属夹杂物的；防止钢水在浇注过程中的氧化等。,32,(2),原料表面的清理,原料表面存在的缺陷，除一些比较轻的缺陷因其在加热过程中被氧化掉，不会影响钢板质量不需清理外，尺寸超过一定限度的缺陷都需要采用某种清理方法，将其清除掉，以免影响钢板质量或造成废品。,常用的清理方法有火焰清理、风铲清理、砂轮磨研、机床加工、电弧清理,等。,33,任务二 原料区操作,能力目标：,掌握中厚板原料区操作的技术要求，会正确执行原料区操作程序。,知识目标：,熟悉中厚板原料的技术指标，理解原料与最终成品的联系。,34,连铸与轧制衔接工艺,钢铁生产工艺流程正向着连续化、紧凑化、自动化的方向发展。,关键：实现钢水铸造凝固和变形过程的连续化（即连铸连轧）。,衔接存在的问题：产量的匹配、铸坯规格的匹配、生产节奏的匹配、温度的衔接、铸坯表面质量和性能的传递和调控技术。,产量、规格和节奏匹配是基本条件，质量控制是基础，温度与热能的衔接是技术关键。,按照温度曲线，根据冶金学特点，连铸与连轧工序的衔接模式有五种类型：,（,1,）连续铸轧工艺：铸坯在铸造的同时进行轧制。（如：方式,1,）,（,2,）连铸坯直接轧制工艺：高温铸坯不需进加热炉加热，略经补偿加热即可直接轧制。（如：方式,1,）,特点：连铸坯温度在,A3,线以上（,1100,左右），无正式加热工序，铸坯热轧前无相变（奥氏体铁素体奥氏体的相变，保留粗大奥氏体晶粒，需轧制细化）。,（,3,）连铸坯直接热装轧制工艺：高温铸坯温度保持在,1100,A3,之间以奥氏体状态装入加热炉,加热到轧制温度后进行轧制。如：方式,2,。,（,4,）低温热装工艺：铸坯冷至,A3,线或,A1,线以下温度进行装炉。如：方式,3,、,4,。,（,5,）常规冷装炉轧制工艺：连铸坯冷至室温后，装入加热炉加热后轧制。,一般将温度,400,作为热装的最低温界限。,1,连铸与轧制衔接模式,总结：,（,1,）（,2,）为直接轧制，（,3,）（,4,）为热送热装轧制。,热装和直接轧制的特点：,利用冶金热能，节约能源；,例如：,500,装炉时，节能,0.25,106KJ/t,，,600,装炉时，节能,0.34,106KJ/t,，,800,装炉时，节能,0.514,106KJ/t,，直接轧制比冷装炉节能,80,85,。,提高成材率，节约金属消耗；（加热时间短，烧损少）,简化生产工艺流程；,大大缩短生产周期；,提高产品质量。（氧化铁皮少，无加热滑道轨迹）,实现连铸连轧的主要技术环节：,铸坯温度保证与输送技术；（关键技术）,自由程序（灵活）轧制技术；,生产计划管理技术；,工艺设备的可靠性技术。,铸坯输送与温度保证技术如图,1,3,所示。,利用液芯潜热，使铸坯保持更高更均匀的温度；,在保证充分冷却不致拉漏的前提下，合理控制钢流速度和冷却制度来保加热温度，将铸坯完全凝固的时刻控制在连铸机冶金长度的末端，否则还要降温。,具体方法：采用上部强冷，下部缓冷的变化冷却制度，提高整体温度；,不对板坯的边部喷水，使液芯尾端两侧呈凸起形（通常中心呈凸形），提高边角温度；,边部减少冷却水量，中部适当加大水量，消除温差。,2,铸坯温度保证与输送技术,连铸板坯的输送保温技术,在连铸生产中，用保温罩将铸坯的两侧罩起来，减少边角部的散热。,在连铸坯外部的运送过程中，使用固定保温罩和绝热辊道。,近来研制了板坯运输保温车。,板坯边部补偿加热技术,采用以下几种：,连铸机内绝热技术（与常规相比边部温度提高,200,）；,在火焰切割机附近采用板坯边部加热装置。,加热方式：电感应加热或煤气烧嘴加热。,连连铸常见质量缺陷,铸坯夹杂物,连铸机的机型对铸坯内夹杂物的数量和分布有着重要影响。弧形铸机,上浮的夹杂物容易被内弧侧液固界面所捕捉，在连铸坯内弧侧距表面约,10mm,处就形成了,Al,2,O,3,夹杂物的聚集,大型夹杂物也多集中于连铸坯内弧内侧厚度的,1/5-1/4,的部位。铸坯夹杂物聚集机理表明：液相穴内有利于夹杂物上浮的有效垂直长度应不小于,2m,，因此最好带有,2-3m,垂直长度的弧形连铸机。,连铸机的机型不同，连铸坯内夹杂物的数量也有明显的差异。如按,1Kg,铸坯重计算铸坯夹杂物的数量：,立式铸机：,0.04mg/kg,；,立弯式铸机：,0.46mg/kg,；,弧形铸机：,1.75mg/kg,；,水平铸机：,1.35mg/kg,。,根据示踪试验所测定的数据，铸坯中夹杂物来源比例为：,出钢过程钢液氧化产物占,10%,；,脱氧产物占,15%,；,熔渣卷入约占,15%,；,注流的二次氧化占,40%,左右；,耐火材料的冲刷约占,20%,；,中间罐渣占,10%,。,提高钢纯净度的措施,无渣出钢,选择合适的精炼处理方式,采用无氧化浇注技术,充分发挥中间罐冶金净化器的作用,选用优质耐火材料,充分发挥结晶器的作用,采用电磁搅拌技术，控制注流运动,连铸坯表面质量及控制,连铸坯表面质量的好坏决定了铸坯在热加工之前是否需要精整，也是影响金属收得率和成本的重要因素，还是铸坯热送和直接轧制的前提条件。,连铸坯表面缺陷形成的原因较为复杂，但总体来讲，主要是受结晶器内钢液凝固所控制,。,表面裂纹,表面裂纹就其出现的方向和部位，可以分为面部纵裂纹；角部纵裂纹与横裂纹；星状裂纹等。,纵向裂纹,在板坯多出现宽面的中间部位，方坯多出现在棱角处。表面纵裂纹直接影响钢材质量。若铸坯表面存在深度为,2.5mm,长度为,300mm,的裂纹，轧成板材后就会形成,1125mm,的分层缺陷。严重的裂纹深度达,10mm,以上，将造成漏钢事故或废品。,其实早在结晶器内坯壳表面就存在细小裂纹，铸坯进入二冷区后，微小裂纹继续扩展形成明显裂纹。由于结晶器弯月面区初生坯壳厚度不均匀，其承受的应力超过了坯壳高温强度，在薄弱处产生应力集中致使纵向裂纹。,坯壳承受的应力包括：坯壳内外，上下存在温度差产生的热应力；钢水静压力阻碍坯壳凝固收缩产生的应力；坯壳与结晶器壁不均匀接触而产生的摩擦力。,这些应力的总和超过了钢的高温强度，致使铸坯薄弱部位产生裂纹。,预防表面纵裂纹的措施,结晶器采用合理的倒锥度,选用性能良好的保护渣,浸入式水口的出口倾角和插入深度要合适,确定合理的浇注温度及拉坯速度,保持结晶器液面稳定,钢的化学成分应控制在合适的范围,采用热顶结晶器,横向裂纹,多出现铸坯的内弧侧振痕波谷处。经金相检查指出,裂纹深,7mm,宽,0.2mm,，处于铁素体网状区，也正好是初生奥氏体晶界。晶界处还有,AlN,或,Nb(CN,),的质点沉淀，因而降低了晶界的结合力,诱发了横裂纹的产生。铸坯矫直，内弧侧受拉应力作用，振痕缺陷效应产生应力集中，如果正值,700-900,脆化温度区，促成了振痕波谷处横裂纹的生成。当铸坯表面有星状龟裂纹时，受矫直应力作用，细小裂纹扩展成横裂纹；若细小龟裂纹处于角部，则形成角部横裂纹,。,预防表面横裂纹的措施,结晶器采用高频率，小振幅振动,二冷区采用平稳热冷却，控制矫直铸坯温度,降低钢中,S,、,O,、,N,的含量，加入,Ti,、,Zr,、,Ca,选用性能良好的保护渣,保持结晶器液面稳定,通过二次冷却使铸坯表面层奥氏体晶粒细化,星状裂纹,一般发生在晶间的细小裂纹，呈星状或呈网状。通常是隐藏在氧化铁皮之下难于发现，经酸洗或喷丸后才出现在铸坯表面。主要是由于铜向铸坯表面层晶界的渗透，或者有,AlN,BN,或硫化物在晶界沉淀，这都降低了晶界的强度,引起晶界的脆化,从而导致裂纹的形成。,预防表面,星状裂纹,的措施,结晶器铜板表面应镀铬或镀镍,精选原料,降低,Cu,、,Sn,等元素的原始含量,降低钢中含硫量，并控制,w(Mn)/w(S,)40,控制钢中,Al,、,N,的含量,选择合适的二次冷却制度,表面夹渣,指在铸坯表皮下,2-10mm,镶嵌有大块的渣子,因而也称为皮下夹渣。就其夹渣的组成来看，锰,-,硅盐系夹杂物的外观颗粒大而浅；,Al,2,O,3,系夹杂物细小而深,.,若不清除,会造成成品表面缺陷，增加制品的废品率。,夹渣的导热性低于钢,致使夹渣处坯壳生长缓慢，凝固壳薄弱，往往是拉漏的起因，一般渣子的熔点高易形成表面夹渣。,敞开浇注，由于二次氧化，结晶器表面有浮渣。,在用保护渣浇注时，夹渣的根本原因是由于结晶器液面不稳定所致。水口出孔的形状,尺寸的变化，插入深度,吹气量，塞棒失控以及拉速突然变化等均会引起结晶器夜面的波动,严重时导致夹渣。,就其夹渣的内容来看，有未熔的粉状保护渣，也有上浮未来得及被液渣吸收的,Al,2,O,3,夹杂物，还有吸收溶解了过量高熔点的,Al,2,O,3,等。,波动区间,20mm,时,皮下夹渣深度,2mm,；,波动区间,40mm,时,皮下夹渣深度,40mm,时,皮下夹渣深度,0.008%,干燥入炉材料，和与钢液直接接触材料,采用全程保护浇注,选用合适的精炼方式降低钢中含气量,控制中间罐塞棒的吹入,Ar,量,连铸坯内部质量及控制,铸坯的内部质量,是指铸坯是否具有正确的凝固结构、偏析程度、内部裂纹、夹杂物含量及分布状况等。,凝固结构是铸坯的低倍组织，即钢液凝固过程中形成等轴晶和柱状晶的比例。铸坯的内部质量与二冷区的冷却及支撑系统密切相关。,中心偏析,钢液在凝固过程中，由于溶质元素在固液相中的再分配形成了铸坯化学成分的不均匀性，中心部位,w(C),、,w(P),、,w(S),含量明显高于其他部位，这就是中心偏析。,中心偏析往往与中心疏松和缩孔相伴存在的，从而恶化了的钢的力学性能，降低了钢的韧性和耐蚀性，严重的影响产品质量。,中心偏析,是由于铸坯凝固末期，尚未凝固富集偏析元素的钢流流动造成的。,铸坯的柱状晶比较发达，凝固过程常有“搭桥”发生。方坯的凝固末端液相穴窄尖，“搭桥”后钢液补缩受阻，形成“小钢锭”结构，因而周期性，间断地出现了缩孔与偏析。当板坯发生鼓肚变形时，也会引起液相穴内富集溶质元素的钢液流动，从而形成中心偏析。,减小铸坯中心偏析的措施,降低钢中易偏析元素,P,、,S,的含量,控制低过热度的浇注,采用电磁搅拌技术，消除柱状晶,“,搭桥,”,二冷区夹辊要严格对弧,凝固末端采用轻压下技术,凝固末端设置强制冷却区,中心疏松,在铸坯的断面上分布有细微的孔隙，这些孔隙称为,疏松,。分散分布于整个断面的孔隙称为一般疏松，在树枝晶间的小孔隙称为,枝晶疏松,；铸坯中心线部位的疏松。一般疏松和枝晶疏松在轧制过程中均能焊合，惟有中心疏松伴有明显的偏析，轧制后，完全不能焊合,。,减少,中心疏松的措施,根据钢种的需要控制合适的过热度和拉坯速度；二冷区采用弱冷却制度和电磁搅拌技术，可以促进柱状晶向等轴晶转化，是减少中心疏松和改善铸坯致密度和有效措施，从而提高铸坯质量。,内部裂纹,铸坯从皮下到中心出现的裂纹都是内部裂纹，在凝固过程中产生的裂纹，也叫凝固裂纹。从结晶器下口拉出带液心的铸坯，在弯曲、矫直和夹辊压力作用下，于凝固前沿薄弱的固液界面上沿一次树枝晶或等轴晶界裂开，富集溶质元素母液流入缝隙中，此裂纹往往伴有偏析线，也称“偏析条纹”，在热加工过程中不能消除的，影响钢的力学性能，尤其是对横向性能危害最大,。,皮下裂纹,一般在距铸坯表面,20mm,以内，与表面垂直的细小裂纹，都称其为皮下裂纹。裂纹大都靠近角部，也有在菱变后沿断面对角线走向形成的。主要是由于铸坯表面层温度反复变化导致相变，沿两相组织的交界面扩展而形成的裂纹。,矫直裂纹,带液心的铸坯进入矫直区，铸坯的内弧表面受张力作用，矫直变形率超过了凝固前沿固液界面的临界允许值，从晶间裂开，形成裂纹。,压下裂纹,是与拉辊压下方向相平行的一种中心裂纹。当压下过大时，即使铸坯完全凝固也有可能形成裂纹。,中心裂纹,在板坯横断面中心线上出现，并伴有,P,、,S,元素的正偏析，也称其断面裂纹。,中心星状裂纹,在方坯断面中心出现呈放射状的裂纹。形成原因：由于凝固末期液相穴内残余钢液凝固收缩，而周围的固体阻碍其收缩产生拉应力，中心钢液凝固放出潜热而加热周围的固体使其膨胀，在两者综合作用下，使中心区受到破坏而导致放射性裂纹。,减少铸坯内部裂纹的措施,采用压缩浇铸技术，或者应用多点矫直技术,二冷区采用合适夹辊辊距，支撑辊准确对弧,二冷水分配适当，保持铸坯表面温度均匀,合适拉辊压下量，最好采用液压控制机构,连铸坯形状缺陷及控制,鼓肚变形,带液心的铸坯在运行过程中，于两支撑辊之间，高温坯壳中钢液静压力作用下，发生鼓胀成凸面的现象，称之为鼓肚变形。板坯宽面中心凸起的厚度与边缘厚度之差叫鼓肚量，用以衡量铸坯彭肚变形程度。,板坯鼓肚,会引起液相穴内富集溶质元素钢液的流动，从而加重铸坯的中心偏析；也有可能形成内部裂纹，给铸坯质量带来危害。,鼓肚量的大小与钢液静压力、夹辊间距、冷却强度等因素有密切关系。鼓肚量随辊间距的,4,次方而增加，随坯壳厚度的,3,次方而减小。,减少鼓肚应采取措施,降低连铸机的高度,二冷区采用小辊距密排列；铸机从上到下,辊距应由密到疏布置；,支撑辊要严格对中,加大二冷区冷却强度。,防止支撑辊的变形，板坯的支撑辊最好选,用多节辊。,菱形变形,菱形变形也叫脱方。是大、小方坯的缺陷。是指铸坯的一对角小于,90,，另一对角大于,90,；两对角线长度之差称为脱方量。,若脱方量小于,3%,时，方坯的饨角处导出的热量少，角部温度高，坯壳较薄，在拉力的作用下会引起角部裂纹；如果脱方量大于,6%,时，铸坯有加热炉内推钢会发生堆钢现象，或者轧制时咬入孔型困难，易产生折叠缺陷。因此铸坯的脱方量控制在,3%,以下。,菱形变形,是由于结晶器四壁冷却不均匀，形成的坯壳厚度不均匀，引起收缩不均匀，这一系列的不均匀导致了铸坯的菱形变形。在结晶器内由于四壁的限制铸坯仍能保持方坯；可一旦出了结晶器，如二冷仍不够均匀，支撑不充分，铸坯的菱变会进一步发展；即便二冷能够均匀冷却，由于坯壳厚度的不均匀造成的温度不一致，坯壳的收缩仍然不均匀，菱形变形也会发展。,应对菱变的措施,选用合适锥度的结晶器,结晶器最好用软水冷却,保持结晶器内腔正方形，以使凝固坯壳为,规规正正的形状,结晶器以下的,600mm,距离要严格对弧；并确,保二冷区的均匀冷却。,控制好钢液成分。,圆铸坯变形,圆坯变形成椭圆形或不规则多边形。圆坯直径越大，变成随圆的倾向越严重。形成椭圆变形的原因有：,1,）圆形结晶器内腔变形；,2,）二冷区冷却不均匀；,3,）连铸机下部对弧不准；,4,）拉矫辊的夹紧力调整不当，过分压下,。,可采取相应措施,：,及时更换变形的结晶器,连铸机要严格对弧,二冷区均匀冷却,可适当降低拉速,非连铸连轧原料缺陷产生的成品表面问题,1.非金属夹杂,特征不具有金属性质的氧化物、硫化物、硅酸盐和氮化物等潜入钢板本体并显露于钢板表面的点状、片状或条状缺陷。,成因：（1）炼钢过程中脱氧剂加入后形成的脱氧化合物，在凝固过程中来不及浮出、排除而留于钢坯中，轧制后暴漏与钢板表面；（2）炼钢中间包、刚报等的耐火材料崩裂，脱落后进图钢水；（3）由于连铸浇铸速度过快，捞渣不及时，造成保护渣随钢液卷入结晶器内，在钢坯和坯壳之间形成渣钢混合物，榨汁后暴露与钢板表面；（4）钢坯在加热炉内加热时，加热炉耐火材料崩裂脱落到钢坯表面，轧制时压入钢板。,81,2.气泡,在钢板表面出现无规律分布的、或大火硝的鼓包，外形比较圆滑。气泡开裂后列侯呈不规则的缝隙或孔隙，裂口周边有明显的胀裂产生不规则“犬齿”，列侯的末梢有清晰的塌陷，裂口内部有肉眼可见的夹杂富集。,成因：（1）钢坯皮下夹杂引起的，它主要是与中间包水口对中不良或保护渣质量有关，保护渣卷入钢水后产生的含有非金属夹杂的气囊，在轧制时，气体体积缩小压力增大而产生鼓泡并呈现在钢板局部表面上。（2）钢中气体引起的，连铸时由于拉速较快，钢坯内部的气体没有充分的时间溢出，留在钢坯内部形成气泡，在轧制时气泡扩展，导致金属局部难以焊合，当气泡内压力足够大时将在钢板表面鼓起形成鼓包。,82,3.结疤,钢坯表面呈现为舌状、块状或鱼鳞状压入或翘起的金属片。,成因：钢坯在热状态下表面粘结有外来的金属物,83,学习领域二,加热,任务一 认识加热设备,84,能力目标：,熟悉加热设备的技术参数，会正确使用加热设备。,知识目标：,熟悉加热炉构造，掌握加热设备各部件名称。,加热的目的是：,(1),提高金属的塑性 金属在冷的状态下塑性很低，为了改善金属的热加工条件，必须提高金属的塑性。一般说来，金属的热加工温度越高，可塑性越好。例如高碳钢在常温下的变形抗力约为,6000,kg,cm,2,，这样在轧制时就需要很大的轧制压力，消耗很大的能量。如果将它加热到,1200,，这时的变形抗力降低到大约,300,kg,cm,2,，比常温下的变形抗力降低,20,倍。所以钢的温度越低，加工所消耗的能量越大，轧机的磨损也越快，而且温度不足时还容易发生断辊事故。,(2),使金属锭或坯内外温度均匀 由于金属内外的温度差，使其内部产生应力，应力会造成轧材时的废品或缺陷。通过均热使断面亡温差缩小，避免出现危险的温度应力。,(3),改变金属的结晶组织 金属经过冷加工以后，组织结构改变，处于加工硬化状态，需要加热进行热处理达到所要求的物理性能和力学性能。有时钢锭在浇铸过程中会带来一些组织缺陷，例如高速钢中碳化物的偏析等，通过在高温下长时间保温，可以消除或减轻这类缺陷的危害。,对加热炉的要求是：,(1),生产率高 在保证质量的前提下，物料加热速度越快越好，这样可以提高加热炉的生产率，减少炉子座数或缩小炉子尺寸。快速加热还能降低金属的烧损和单位燃料消耗，节约维护费用。一般用单位生产率即炉底强度的高低来评价一座炉子工作的优劣。,(2),加热质量好,金属的轧制质量与金属加热质量有密切的关系。加热时物料出炉温度应符合工艺要求，断面上温度分布均匀，金属烧损率低。防止过烧和表层的脱碳现象。,(3),燃料消耗低 轧钢厂能量消耗的,10,一,15,用于加热炉上，节省燃料对降低成本和节约能源都有重大意义。一般用单位燃料消耗量来评价炉子的工作，如每,kg,钢消耗的燃料量,(kg),或热量,(kJ),。,(4),炉子寿命长 由于高温作用和机械磨损炉子不可避免会有损坏，必须定期进行检修。应尽可能延长炉子的使用寿命，降低修炉的费用。,(5),劳动条件好 要求炉子的机械化及自动化程度高，操作条件好，安全卫生，对环境无污染。,常用加热设备,连续加热炉是轧制车间应用最普遍的炉子。料坯由炉尾装入。加热后由另一端排出。推钢式连续加热炉，钢坯在炉内是靠推钢机的推力沿炉底滑道不断向前移运；机械化炉底连续加热护，料坯则靠炉底的传动机械不停地在炉内向前运动。燃烧产生的炉气一般是对着被加热的料坯向炉尾流动，即逆流式流动。料坯移到出料端时，被加热到所需要的温度，经过出料口出炉，再沿辊道送往轧机。,具有连续加热炉热工特点的炉子很多，从结构、热工制度等分面看，连续加热炉可按下列特征进行分类。,(1),按温度制度可分为：两段式、三段式和强化加热式。,(2),按被加热金属的形状可分为：加热方坯的、加热板坯的、加热圆管坯的、加热异型坯的。,(3),按所用燃料种类可分为：使用固体燃料的、使用重油的、使用气体燃料的、使用混合燃料的。,(4),按空气和煤气的预热方式可分为：换热式的、蓄热式的、不预热的。,(5),按出料方式可分为：端出料的和侧出料的。,(6),按物料在炉内运动的方式可分为：推送式连续加热炉、步进式炉、辊底式炉、转底式炉、链式炉等。,推送式连续加热炉,一、推送式连续加热炉,是一座烧煤两段式连续加热炉的示意图。按炉温制度分为加热期和预热期，炉膛,也相应地分为加热段和预热段。加热薄料坯的小炉子也有单面加热的，一般多为两面加热。,当料坯的厚度不大时,(,一般小于,200,mm),，可以采用两段式炉。,当料坯断面较厚时，加热终了后内外上下温度差较大，为了消除温差，必须延长加热时间，但受到物料表面温度的限制，如果表面温度过高，就会产生加热缺陷。这时两段式连续加热炉就不能适应要求,二、三段式连续加热炉,1.,三段式连续加热炉的温度制度,三段式连续加热炉采取预热期、加热期、均热期的三段温度制度。在炉子的结构上也相应地分为预热段、加热段和均热段。一般有三个供热点，即上加热、下加热与均热段供热。断面尺寸较大物料的加热，多采用三段连续加热炉。,料坯由炉尾推入后，先进入预热段缓慢升温，出炉烟气温度,850-950,，最高不超过,1050,。料坯进入加热段后，强化加热，表面迅速升温到出炉所要求的温度，允许物料内外有较大温差。最后，物料进入温度稍低的均热段进行均热，表面温度不再升高，而是使断面上的温度逐渐趋于均匀。均热段的温度一般为,1250-1300,，即比物料出炉温度高约,50,。现在连续加热炉的加热段及均热段的温度有提高的趋势，加热段超过,1400,，烟气出炉温度也相应提高，同时也很重视温度分布的均匀性，各段温度可以分段自动调节。,三段连续加热炉的供热分配,连续加热炉的供热是根据加热工艺所要求的温度制度来分配的，它保证加热制度的实现和料坯加热温度的均匀性，并和炉子生产率有密切的关系。,三段连续加热妒一般是三个供热段，即均热段、上加热段和下加热段。各段燃料分配的比例大致是：均热段占,20,30,，上加热段占,20,40,，下加热段占,40,60,，总和为,100,。但为了使护子在生产中有一定的调节余地，所以供热能力的配置比例应大于燃料分配的比例，即烧嘴能力的总和应为燃料消耗量的,120,130,。这样大体上均热段、上加热段、下加热段的供热能力分配比例是,30,：,40,：,60,。,机械化炉底加热炉,由于推送式连续加热炉的长度受推料比的限制，以及一些特殊型坯加热的需要，陆续发展了多种机械化炉底妒，如步进式炉、环形炉、辊底式炉、链式妒等。这些炉型的共同点是炉底依靠机械传动，加热的物料随炉底面移动从装料端送往出料端并完成加热过程。,一、步进式加热炉,步进式护是各种机械化炉底路中使用最广发展最快的炉型。,70,年代以来，各国新建的大型轧机，几乎都配置了步进式炉，就是中小轧机也有不少采用这种炉型的。,1,步进式加热炉物料的运动,步进式加热炉的基本特征是料坯在炉底上的移动靠炉底可动的步进梁作矩形轨迹的往复运动，把放置在固定梁上的料坯一步一步地由进料端送到出料端。下图是步进式炉内料坯运动就迹的示意图。,炉底由固定梁和移动梁,(,步进梁,),两部分所组成。最初料坯放置在固定梁上，这时移动梁位于料坯下面的最低点,1,。开始动作时，移动梁由,1,点垂直上升到,2,点的位置在到达固定梁平面时把料坯托起；接着移动梁载着料坯沿水平方向移动一段距离从,2,点到,3,点；然后移动梁再垂直下降到,4,点的位置，当经过固定梁水平面时又把料坯放到固定梁上。这时料坯实际已经前进到一个新的位置，相当于在固定梁上移动了从,2,点到,3,点这样一段距离；最后移动梁再由,4,点退回到,1,点的位置。这样移动梁经过上升一前进一下降一后退四个动作，完成了一个周期，料坯便前进,(,也可以后退,),一步。然后又开始第二个周期。,移动梁的运动是可逆的，当轧机故障要停炉检修，或因其他情况需要将物料退出炉子时，移动梁可以逆向工作，把料坯由装料端退出炉外；移动梁还可以只作升降运动面没有前进或后退的动作，即在原地踏步，以此来延长物料的加热时间。,2,步进式加热炉的结构,从炉子的结构看，步进式加热炉分为上加热步进式炉、上下加热步进式炉、双步进梁,步进式炉等。,3,步进式加热炉的优缺点,和推送式连续加热炉相比，步进式炉具有以下优点：,1),可以加热各种形状的料坯，特别适合推送式炉不便加热的大板坯和异型坯。,2),生产能力大，炉底强度可以达到,800,一,1000,kg,(m,2,h),，与推送式炉相比，加热等量的料坯，炉子长度可以缩短,10,-15,。,3),炉子长度不受推送比的限制，不会产生拱料、粘连现象。,4),炉子的灵活性大，在炉长不变的情况下，通过改变料坯之间的距离，就可以改变炉内料块的数目，适应产量变化的需要。而且步进周期也是可调的，如果加大每一周期前进的步距，就意味着料坯在炉内的时间缩短，从而可以适应不同金属加热的要求。,5),单面加热的步进式炉没有水管黑印，不需要均热床。两面加热的情况比较复杂，对黑印的影响要看水管绝热良好与否而定。,6),由于料坯不在炉底滑道上滑动，料坯的下面不会有划痕。推送式炉由于推力震动，使滑道及绝热材料经常损坏，而步进式炉不需要这些维修费用。,7),轧机故障或停轧时，能踏步或将物料退出炉膛，以免料坯长期停留炉内造成氧化和脱碳。,8),可以准确计算和控制加热时间，便于实现过程的自动化。,步进式炉存在的缺点是，和同样生产能力的推送式炉相比，造价高,15,-20,；其次，步进式炉,(,两面加热的,),炉底支承水管较多，水耗量和热耗量超过问样生产能力的推送式炉。经验数据表明，在同样小时产量下，步进式炉的热耗量高,160kJ(,以每,kg,钢计,),。,燃料及燃烧计算,取,100kg,燃料进行燃烧计算，先将各组成成分的质量换算成千克分子数：,C,用,/12;H,用,/2;O,用,/32;N,用,/28;S,用,/32;W,用,/18,得出,100Kg,燃料燃烧时所需要的氧千克分子数为：,100kg,燃料燃烧所需的理论空气量为,:,104,一、固体燃料完全燃烧的分析计算,以千克分子数表示的理论空气量换算成体积，即,1 kg,燃料燃烧的理论空气量为：,100kg,燃料燃烧的理论燃烧产物的千克分子数为,:,则,1 kg,燃料燃烧的理论燃烧产物量为：,加号之前括包内的数值是燃烧后所生成的气体产物，加号以后的数值为空气中的氮。,105,b,、当考虑到空气中的饱和水蒸汽时,C,、燃料燃烧的实际空气需要量和实际燃烧产物量的计算,a,、当空气消耗系数,n1,时：,实际空气需要量为：,L,n,=nL,o,m,3,/kg,或,m,3,/m,3,实际燃烧产物量为,:,m,3,/kg,或,m,3,/m,3,实际空气需要量应为,:,m,3,/kg,或,m,3,/m,3,实际燃烧产物量,:,m,3,/kg,或,m,3,/m,3,106,二、气体燃料完全燃烧的分析计算,已知气体燃料的湿成分,CO,湿,+H,2,湿,+CH,4,湿,+C,m,H,n,湿,+HS2,湿,+CO,2,湿,+SO,2,湿,+O,2,湿,+N,2,湿,+H,2,O,湿,=100%,气体燃料的燃烧计算方法与固体燃料、液体燃料的燃烧计算相似，而且更为简便。因为任何气体每,1kmol,的体积为,22.4m,3,，所以参加燃烧反应的各气体与燃烧生成物之间的,mol,数之比，就是其体积比。例如：,CO+1/2O,2,=CO,2,1mol,：,0.5 mol,：,1 mol,1m,3,：,0.5 m,3,：,1m,3,1,、空气需要量,2,、燃烧产物量,任务二 制定加热工艺,能力目标：,熟悉加热工艺，会正确制定加热工艺。,知识目标：,熟悉加热工艺包含的内容，掌握加热工艺制定依据。,金属的加热温度和加热速度,一、金属的加热温度,金属的加热温度指金属加热完毕出炉时的表面温度。金属的轧制前的加热，是为了获得良好的塑性和较小的变形抗力加热温度主要根据热加工工艺要求，由金属的塑性和变形抗力等性质来确定。合适的加热温度，应使金属获得最好的塑性和最小的变形抗力，出为这样有利于轧制，提高产量，减少设备磨损和动力消耗。,金属的加热温度，一般来说需要参考金属的状态相图、塑性图及变形抗力图等资料综合确定。碳钢和低台金钢加热温度的选择主要是借助于铁碳平衡相图。,确定轧制的加热温度要依据固相线，因为过烧现象和金属的开始熔化有关。钢内如果有偏析、非金属夹杂，都会促使熔点降低。因此加热的最高温度应比固相线低,100,150,。,在选择其加热温度时，还应考虑钢材表面脱碳问题，为了使脱碳层在规定标准以下，应适当降低钢坯加热温度。,钢的加热温度不能太低，必须保证钢在压力加工的末期仍能保持一定的温度,(,即终轧温度,),。由于奥氏体组织的钢塑性最好，这时金属的变形抗力小，而且加工后的残余应力小，不会出现裂纹等缺陷。根据终轧温度再考虑到钢在出炉和加工过程中的热损失，便可确定钢的最低加热温度。终轧温度对钢的组织和性能影响很大，终轧温度越高。晶粒集聚长大的倾向越大，奥氏体的晶粒越粗大，钢的机械性能越低。所以终轧温度也不能太高，最好在,850,左右，不要超过,900,也不要低于,700,。,金属的加热速度,从生产率的角度，希望加热速度愈快愈钢在加热过程中，由于金属本身的热阻，不可避免地存在内外的温度差，表面温度总比中心温度升高得快，这时表面的膨胀要大于中心的膨胀。这样表面受压力而中心受张力，于是在钢的内部产生了热应力。热应力的大小取决于温度梯度的大小，加热速度越快，内外温差越大，热应力就越大。应力超过了钢的破裂强度极限，钢的内部就要产生裂纹，所以加热速度要限制在应力所允许的范围之内。,但是，钢中的应力只是在一定温度范围内才是危险的。多数钢在,550,以下处于弹性状态，这时如果加热速度太快，温度应力超过了钢的强度极限，就会出现裂纹。温度超过了这个温度范围，钢就进入了塑性状态，对低碳钢可能更低的温度就