4.连铸工艺和设备结晶器.4.12专题培训课件.ppt

4.1 结晶器结晶器n结晶器是一个强制水冷的无底钢锭模，是连铸机非结晶器是一个强制水冷的无底钢锭模，是连铸机非常重要的部件，是连铸设备中最关键的部件，它的性常重要的部件，是连铸设备中最关键的部件，它的性能对连铸机的生产能力和铸坯质量以工艺的顺利和稳能对连铸机的生产能力和铸坯质量以工艺的顺利和稳定都有十分重要的作用，称之为连铸设备的定都有十分重要的作用，称之为连铸设备的“心脏心脏”。钢液在结晶器内冷却、初步凝固成型，且形成一定的钢液在结晶器内冷却、初步凝固成型，且形成一定的坯壳厚度。这一过程是在坯壳与结晶器壁连续、相对坯壳厚度。这一过程是在坯壳与结晶器壁连续、相对运动下进行的。运动下进行的。n通俗的讲连铸结晶器就是一个钢水制冷成型设备。通俗的讲连铸结晶器就是一个钢水制冷成型设备。基本由框架、水箱和铜板、调整系统基本由框架、水箱和铜板、调整系统(调整装置、减调整装置、减速机等速机等)；润滑系统；润滑系统(油管油路油管油路)，冷却系统和喷淋等，冷却系统和喷淋等设备组成。连铸结晶器需要和连铸结晶器保护材料设备组成。连铸结晶器需要和连铸结晶器保护材料(渣渣)一同使用。一同使用。14.1 结晶器结晶器n结晶器是连铸机的关键部件。它的作用是：结晶器是连铸机的关键部件。它的作用是：在尽可能高的拉速下，保证出结晶器坯壳厚度，防在尽可能高的拉速下，保证出结晶器坯壳厚度，防止拉漏；止拉漏；通过结晶器的振动，使坯壳脱离结晶器壁而不被拉通过结晶器的振动，使坯壳脱离结晶器壁而不被拉断和漏钢；断和漏钢；保证坯壳均匀稳定的生成，铸坯周边厚度均匀；保证坯壳均匀稳定的生成，铸坯周边厚度均匀；使钢液逐渐凝固成所需要规格、形状的坯壳；使钢液逐渐凝固成所需要规格、形状的坯壳；通过调整结晶器的参数，使铸坯不产生脱方、鼓肚通过调整结晶器的参数，使铸坯不产生脱方、鼓肚和裂纹等缺陷。和裂纹等缺陷。2344.1钢水在结晶器内的凝固过程钢水在结晶器内的凝固过程n当高温钢水浇入结晶器，钢水与水冷的铜壁接触，当高温钢水浇入结晶器，钢水与水冷的铜壁接触，就会迅速凝固形成很薄的初生坯壳。由于钢水静压力就会迅速凝固形成很薄的初生坯壳。由于钢水静压力的作用，生成的坯壳与铜壁紧贴在一起的，此时钢水的作用，生成的坯壳与铜壁紧贴在一起的，此时钢水热量能迅速传给铜壁，被冷却水带走。热量能迅速传给铜壁，被冷却水带走。n随着凝固的继续进行，坯壳逐渐增厚，坯壳企图收随着凝固的继续进行，坯壳逐渐增厚，坯壳企图收缩离开铜壁，而钢水静压力又把坯壳挤靠到铜壁，这缩离开铜壁，而钢水静压力又把坯壳挤靠到铜壁，这个收缩一挤靠过程反复进行。当坯壳厚度达到能抵抗个收缩一挤靠过程反复进行。当坯壳厚度达到能抵抗钢水静压力时，坯壳就脱离铜壁，这样在铜壁与坯壳钢水静压力时，坯壳就脱离铜壁，这样在铜壁与坯壳之间形成了空气缝隙之间形成了空气缝隙(叫气隙叫气隙)，增加了传热的阻力，增加了传热的阻力，延缓了坯壳厚度的增长。气隙一般是在结晶器下部形延缓了坯壳厚度的增长。气隙一般是在结晶器下部形成。所以结晶器内钢水凝固放出的热量是通过凝固壳成。所以结晶器内钢水凝固放出的热量是通过凝固壳-气隙气隙-铜壁铜壁-冷却水导出的。冷却水带走的热量占结晶冷却水导出的。冷却水带走的热量占结晶器总散热量器总散热量96%左右。左右。54.1 连铸结晶器的性能要求连铸结晶器的性能要求n结晶器是连铸机的重要部件。钢液在结晶器中凝固结晶器是连铸机的重要部件。钢液在结晶器中凝固成型，结成一定厚度的坯壳并被连续拉出进入二次冷成型，结成一定厚度的坯壳并被连续拉出进入二次冷却区。却区。n良好的结晶器应具有下列性能：良好的结晶器应具有下列性能：(1)良好的导热性，能使钢液快速凝固，形成足够厚度良好的导热性，能使钢液快速凝固，形成足够厚度的坯壳。每的坯壳。每1kg钢水浇注成坯并冷却到室温，放出的热钢水浇注成坯并冷却到室温，放出的热量约为量约为1340kJ/kg，而结晶器约带走，而结晶器约带走510%，即，即67134kJ/kg。结晶器长度又较短，一般不超过。结晶器长度又较短，一般不超过1m，在这，在这样短的距离内要能带走大量的热量，要求它必须具有样短的距离内要能带走大量的热量，要求它必须具有良好的导热性能。若导热性能差，会使出结晶器的铸良好的导热性能。若导热性能差，会使出结晶器的铸坯坯壳变薄，为防止拉漏，只好降低拉速，因此结晶坯坯壳变薄，为防止拉漏，只好降低拉速，因此结晶器具有良好的导热性是实现高拉速的重要前提；器具有良好的导热性是实现高拉速的重要前提；6(2)结构刚性要好。结晶器内壁与高温金属接触，外结构刚性要好。结晶器内壁与高温金属接触，外壁通冷却水，而它的壁厚又很薄壁通冷却水，而它的壁厚又很薄(仅有仅有1020mm)，因此在它的厚度方向温度梯度极大，热应力相当可因此在它的厚度方向温度梯度极大，热应力相当可观，其结构必须具有较大的刚度，不易变形，以适观，其结构必须具有较大的刚度，不易变形，以适应大的热应力；应大的热应力；(3)装拆和调整方便。为了能快速改变铸坯尺寸或快装拆和调整方便。为了能快速改变铸坯尺寸或快速修理结晶器，以提高连铸机的生产能力，现代结速修理结晶器，以提高连铸机的生产能力，现代结晶器都采用了整体吊装或在线调宽技术；晶器都采用了整体吊装或在线调宽技术；(4)工作寿命长。结晶器在高温状况下伴随有铸坯和工作寿命长。结晶器在高温状况下伴随有铸坯和结晶器内壁之间的滑动摩擦，因此结晶器内壁的材结晶器内壁之间的滑动摩擦，因此结晶器内壁的材质应有良好的耐磨性和较高的再结晶温度；质应有良好的耐磨性和较高的再结晶温度；4.1 连铸结晶器的性能要求连铸结晶器的性能要求7(5)振动时惯性力要小。为提高铸坯表面质量，结晶振动时惯性力要小。为提高铸坯表面质量，结晶器的振动广泛采用高频率小振幅，最高已达器的振动广泛采用高频率小振幅，最高已达400次次/min，在高频振动时惯性力不可忽视，过大的惯性，在高频振动时惯性力不可忽视，过大的惯性力不仅影响到结晶器的强度和刚度，进而也影响到力不仅影响到结晶器的强度和刚度，进而也影响到结晶器运动轨迹的精度。重量要小，以减少振动时结晶器运动轨迹的精度。重量要小，以减少振动时的惯性力；的惯性力；(6)结晶器结构要简单，以便于制造和维护；结晶器结构要简单，以便于制造和维护；(7)有良好的刚性和加工性，易于制造；有良好的刚性和加工性，易于制造；(8)成本要低。成本要低。4.1 连铸结晶器的性能要求连铸结晶器的性能要求84.1 高效连铸机结晶器设计的原则高效连铸机结晶器设计的原则保证高效率的热传导功能，即冷却强度大，冷却效率保证高效率的热传导功能，即冷却强度大，冷却效率高，使铸坯在结晶器内结壳达到足够的厚度；高，使铸坯在结晶器内结壳达到足够的厚度；结晶器的热流强度均匀。热流强度均匀使铸坯坯壳均结晶器的热流强度均匀。热流强度均匀使铸坯坯壳均匀；匀；拉坯阻力小；拉坯阻力小；结晶器，特别是铜管寿命长。结晶器，特别是铜管寿命长。n目前方坯结晶器主要采用抛物线铜管、精致铜水套技目前方坯结晶器主要采用抛物线铜管、精致铜水套技术。结晶器铜管的内腔形状应尽可能与坯壳的凝固特性术。结晶器铜管的内腔形状应尽可能与坯壳的凝固特性曲线相吻合，水套应保证足够的尺寸精度，以保证水缝曲线相吻合，水套应保证足够的尺寸精度，以保证水缝的均匀性。高效连铸机结晶器一般都配有电磁搅拌和液的均匀性。高效连铸机结晶器一般都配有电磁搅拌和液面检测装置。面检测装置。9n按结晶器的外形按结晶器的外形(型式型式)可分为可分为直形结晶器直形结晶器和和弧形结弧形结晶器晶器。直形结晶器直形结晶器四面壁板都是平面状的，直形结晶器的四面壁板都是平面状的，直形结晶器的内壁沿坯壳移动方向呈垂直形，因此导热性能良好，内壁沿坯壳移动方向呈垂直形，因此导热性能良好，坯壳冷却均匀。该类型结晶器还有利于提高坯壳的质坯壳冷却均匀。该类型结晶器还有利于提高坯壳的质量和拉坯速度、结构较简单、易于制造、安装和调试量和拉坯速度、结构较简单、易于制造、安装和调试方便；夹杂物分布均匀；但铸坯易产生弯曲裂纹，连方便；夹杂物分布均匀；但铸坯易产生弯曲裂纹，连铸机的高度和投资增加。直形结晶器用于立式和立弯铸机的高度和投资增加。直形结晶器用于立式和立弯式及直弧连铸机。式及直弧连铸机。4.1 结晶器形式和结构结晶器形式和结构-构造构造 10弧形结晶器弧形结晶器(curved mold)用在全弧形和超低头型用在全弧形和超低头型(椭圆形椭圆形)连铸机上。对弧形结晶器来说，两块侧面复连铸机上。对弧形结晶器来说，两块侧面复合板是平的，内外弧复合板做成弧形的。弧形结晶器合板是平的，内外弧复合板做成弧形的。弧形结晶器在导热性能方面不如直结晶器，且非金属夹杂物上浮在导热性能方面不如直结晶器，且非金属夹杂物上浮时，易在内弧侧时，易在内弧侧1/4处集聚，夹杂物分布不均，影响处集聚，夹杂物分布不均，影响铸坯内部质量。弧形结晶器的内壁沿坯壳移动方向呈铸坯内部质量。弧形结晶器的内壁沿坯壳移动方向呈圆弧形，因此铸坯不易产生弯曲裂纹；但导热性比直圆弧形，因此铸坯不易产生弯曲裂纹；但导热性比直形结晶器差；弧形结晶器用在全弧形和椭圆形连铸机形结晶器差；弧形结晶器用在全弧形和椭圆形连铸机上。所以，目前新建大型板坯连铸机多采用直结晶器。上。所以，目前新建大型板坯连铸机多采用直结晶器。4.1 结晶器形式和结构结晶器形式和结构-构造构造 11n按断面按断面(铸坯规格和形状铸坯规格和形状)分有板坯、方坯、矩形坯、分有板坯、方坯、矩形坯、圆坯和异型坯；圆坯和异型坯；n按结构形式按结构形式(结晶器本身结构结晶器本身结构)分有分有整体式、管式、整体式、管式、组合式、多级和在线调宽结晶器组合式、多级和在线调宽结晶器等。等。u小方坯及矩形坯多采用管式结晶器，而大型方坯、小方坯及矩形坯多采用管式结晶器，而大型方坯、矩形坯和板坯多采用组合式结晶器。矩形坯和板坯多采用组合式结晶器。4.1 结晶器形式和结构结晶器形式和结构-构造构造 12管式结晶器管式结晶器u管式结晶器由铜管、冷却水套、管式结晶器由铜管、冷却水套、底脚板和足辊等部件组成。管式底脚板和足辊等部件组成。管式结晶器结构简单，易于制造、维结晶器结构简单，易于制造、维修，广泛应用于中小断面铸坯的修，广泛应用于中小断面铸坯的浇注，最大浇注断面为浇注，最大浇注断面为180mm180mm。1-冷却水入口；冷却水入口；2-钢液；钢液；3-夹头；夹头；4-冷却水出口；冷却水出口；5-油压缸油压缸是用壁厚为是用壁厚为612mm的铜管的铜管制成所需要的断面，在铜管外制成所需要的断面，在铜管外面套有套管以形成面套有套管以形成57mm的冷的冷却水通路，保证冷却水流速为却水通路，保证冷却水流速为每分钟每分钟610m。这种结晶器结。这种结晶器结构简单，制造方便，广泛用于构简单，制造方便，广泛用于小方坯连铸机上。小方坯连铸机上。13组合式结晶器组合式结晶器 图图1-10 组合式结晶器及连接方式组合式结晶器及连接方式1-外弧内壁；外弧内壁；2-外弧外壁；外弧外壁；3-调节垫块；调节垫块；4-侧内壁；侧内壁；5-侧外壁；侧外壁；6-双头螺栓；双头螺栓；8-内弧内壁；内弧内壁；9-水缝水缝组合结晶器组合结晶器(composite mold)：它是由四块复合壁板组：它是由四块复合壁板组合成所需要的内腔合成所需要的内腔，每块复合壁板都是由铜质内壁和钢每块复合壁板都是由铜质内壁和钢质外壳组成。在与钢壳接触的铜板面上铣出许多沟槽形质外壳组成。在与钢壳接触的铜板面上铣出许多沟槽形成中间水缝，冷却水在槽中通过。大方坯和板坯连铸机成中间水缝，冷却水在槽中通过。大方坯和板坯连铸机都用这种形式的结晶器都用这种形式的结晶器。14组合式结晶器组合式结晶器 15组合式结晶器结构特点组合式结晶器结构特点组合式结晶器由内外弧铜板、窄边铜板、冷却水箱、组合式结晶器由内外弧铜板、窄边铜板、冷却水箱、窄边夹紧和厚边调整装置以及足辊所组成。窄边夹紧和厚边调整装置以及足辊所组成。为提高结晶器冷却强度为提高结晶器冷却强度，与液态金属接触的内侧与液态金属接触的内侧(内弧、内弧、外弧和侧板外弧和侧板)皆采用导热性好又耐磨的铜合金。皆采用导热性好又耐磨的铜合金。在浇注时，从结晶器拉出的铸坯外部还是很薄的坯壳，在浇注时，从结晶器拉出的铸坯外部还是很薄的坯壳，内部还是液芯，为了更好地支撑这薄薄的坯壳和减少由内部还是液芯，为了更好地支撑这薄薄的坯壳和减少由钢水静压力而形成的鼓肚变形钢水静压力而形成的鼓肚变形，在结晶器下端布置有在结晶器下端布置有23对足辊对足辊(也有采用格栅结构的也有采用格栅结构的)。为了适应不同尺寸的铸坯为了适应不同尺寸的铸坯，设置有调宽和调厚装置，设置有调宽和调厚装置，近代板坯连铸机发展了在线调宽装置，在不间断拉坯条近代板坯连铸机发展了在线调宽装置，在不间断拉坯条件下改变铸坯的宽度，缩短辅助时间，提高铸机的生产件下改变铸坯的宽度，缩短辅助时间，提高铸机的生产能力。能力。16多级结晶器多级结晶器(multi-stage mold)多级结晶器多级结晶器即在结晶器即在结晶器下口安装足下口安装足辊、铜板或辊、铜板或冷却格栅。冷却格栅。多级结晶器结构示意图多级结晶器结构示意图a-足辊；足辊；b-冷却板；冷却板；c-冷却格栅冷却格栅 17结晶器形式和结构结晶器形式和结构整体式结晶器：它是用整块铜锭刨削制成的，在其内整体式结晶器：它是用整块铜锭刨削制成的，在其内腔四周钻有许多小孔用以通冷却水。这种结晶器刚性好，腔四周钻有许多小孔用以通冷却水。这种结晶器刚性好，易维护，寿命较长，但制造成本高，耗铜多，近几年已易维护，寿命较长，但制造成本高，耗铜多，近几年已不采用不采用；调宽结晶器调宽结晶器(adjustable mold)：宽度可调的结晶器，：宽度可调的结晶器，一般只用于板坯连铸。在不停顿拉坯的条件下，改变铸一般只用于板坯连铸。在不停顿拉坯的条件下，改变铸坯的宽度叫结晶器在线调宽，它的优点是：坯的宽度叫结晶器在线调宽，它的优点是：(1)能连续浇注出不同宽度尺寸的铸坯，缩短了停机时间，能连续浇注出不同宽度尺寸的铸坯，缩短了停机时间，提高铸机生产能力；提高铸机生产能力；(2)可减少铸坯切头切尾的损耗，提高收得率；可减少铸坯切头切尾的损耗，提高收得率；(3)可浇注相近成份的钢水而不需停机。可浇注相近成份的钢水而不需停机。18n结晶器足辊设于结晶器的下方用以支撑和导向来结晶器足辊设于结晶器的下方用以支撑和导向来自结晶器的铸流，分为宽面足辊和窄面足辊。自结晶器的铸流，分为宽面足辊和窄面足辊。n足辊是结晶器重要部分，要求与结晶器有严格的足辊是结晶器重要部分，要求与结晶器有严格的对中，在振动时与结晶器一起振动。在结晶器与对中，在振动时与结晶器一起振动。在结晶器与辊子之间及辊子与辊子之间设有冷却喷嘴，以对辊子之间及辊子与辊子之间设有冷却喷嘴，以对铸坯进行喷淋冷却。铸坯进行喷淋冷却。4.1 结晶器足辊结晶器足辊194.2 结晶器的新形式新技术结晶器的新形式新技术n压力水膜结晶器压力水膜结晶器压力水膜结晶器是比利时冶金研究中心压力水膜结晶器是比利时冶金研究中心(CRM)和阿贝德和阿贝德厂厂(Arbed)联合开发的一种高效结晶器技术。联合开发的一种高效结晶器技术。n曲面结晶器曲面结晶器 曲面结晶器是中冶连铸开发的一种高效方坯结晶器技曲面结晶器是中冶连铸开发的一种高效方坯结晶器技术。该技术是从传热角度，根据气隙产生的主要原因，术。该技术是从传热角度，根据气隙产生的主要原因，通过对结晶器热变形和小方坯收缩的分析开发出来的。通过对结晶器热变形和小方坯收缩的分析开发出来的。n人工附加气隙结晶器人工附加气隙结晶器 人工附加气隙结晶器是新日本制铁株式会社开发的一人工附加气隙结晶器是新日本制铁株式会社开发的一种高效方坯结晶嚣技术，又称种高效方坯结晶嚣技术，又称X-MOLD。20n热顶结晶器热顶结晶器 在结晶器弯月面区域镶嵌导热材料，以减少热流密度，在结晶器弯月面区域镶嵌导热材料，以减少热流密度，延缓坯壳收缩，即热顶结晶器。延缓坯壳收缩，即热顶结晶器。n喷淋式结晶器喷淋式结晶器 喷淋式结晶器是将管式结晶器隔离水缝改为喷淋水冷喷淋式结晶器是将管式结晶器隔离水缝改为喷淋水冷却，即由喷嘴喷出的喷淋水直接喷到结晶器铜管上实现却，即由喷嘴喷出的喷淋水直接喷到结晶器铜管上实现冷却。冷却效率高，有较显著的节水效果。冷却。冷却效率高，有较显著的节水效果。4.2 结晶器的新形式新技术结晶器的新形式新技术214.2 结晶器的新形式新技术结晶器的新形式新技术224.3 结晶器的构造结晶器的构造 n漏钢检测装置漏钢检测装置：为了能够预报结晶器漏钢事故，在结晶器四面铜壁为了能够预报结晶器漏钢事故，在结晶器四面铜壁外通过均匀的螺栓埋入多套康铜热电偶；热电偶测外通过均匀的螺栓埋入多套康铜热电偶；热电偶测到的温度数据输入计算机或在仪表上显示。热电偶到的温度数据输入计算机或在仪表上显示。热电偶的套数越多，检测也越精确。的套数越多，检测也越精确。n也有根据结晶器内壁与铸坯坯壳间摩擦力的大小来也有根据结晶器内壁与铸坯坯壳间摩擦力的大小来测定结晶器内坯壳是否有漏钢。测定结晶器内坯壳是否有漏钢。234.4 结晶器的重要参数结晶器的重要参数(1)结晶器断面尺寸结晶器断面尺寸 a圆坯结晶器圆坯结晶器 b方坯和矩形坯结晶器方坯和矩形坯结晶器 c板坯结晶器板坯结晶器(2)结晶器长度结晶器长度(3)倒锥度倒锥度 244.4 结晶器长度结晶器长度计算公式：计算公式：式中：式中：结晶器出口坯壳厚度，结晶器出口坯壳厚度，mm，小断面，小断面为为1012mm，大断面取，大断面取2025mm 结晶器理论长度，结晶器理论长度，mmK凝固系数取凝固系数取2023V拉速拉速结晶器实际长度结晶器实际长度L一般在一般在700900mm。25n结晶器内腔纵断面的尺寸做成上大下小，形成一个结晶器内腔纵断面的尺寸做成上大下小，形成一个锥度，由于是上大下小，故称倒锥度。锥度，由于是上大下小，故称倒锥度。在结晶器中钢水由于受到冷却而形成一定形状的在结晶器中钢水由于受到冷却而形成一定形状的坯壳，随着铸坯不断下移，温度也不断下降而收缩，坯壳，随着铸坯不断下移，温度也不断下降而收缩，若结晶器没有倒锥度，就会在坯壳与结晶器之间形若结晶器没有倒锥度，就会在坯壳与结晶器之间形成间隙，称气隙。由于气隙的存在降低了冷却效果，成间隙，称气隙。由于气隙的存在降低了冷却效果，同时由于坯壳过早地脱离结晶器内壁，在钢水静压同时由于坯壳过早地脱离结晶器内壁，在钢水静压力作用下坯壳会产生鼓肚变形。因此，将结晶器做力作用下坯壳会产生鼓肚变形。因此，将结晶器做成倒锥度，上述情况就可以避免，但其锥度大小应成倒锥度，上述情况就可以避免，但其锥度大小应与铸坯冷却收缩程度相适应。与铸坯冷却收缩程度相适应。过小的倒锥度还会形成气隙，过大的倒锥度会增过小的倒锥度还会形成气隙，过大的倒锥度会增大拉坯阻力，根据经验，倒锥度一般取大拉坯阻力，根据经验，倒锥度一般取0.5%0.8%。例如我国某厂板坯连铸机，倒锥度取例如我国某厂板坯连铸机，倒锥度取0.63%0.65%。4.4 结晶器锥度结晶器锥度26n对铸坯质量、拉速、坯壳厚度和漏钢率等都有影响。对铸坯质量、拉速、坯壳厚度和漏钢率等都有影响。计算公式：计算公式：式中：式中：L1结晶器上口宽度，结晶器上口宽度，mm L2结晶器下口宽度，结晶器下口宽度，mmu对方坯倒锥度可取对方坯倒锥度可取0.4%0.8%；对板坯可；对板坯可取取0.5%1.0%。4.4 结晶器锥度结晶器锥度274.4 结晶器水缝面积结晶器水缝面积n水缝面积对铸坯在结晶器的质量、拉速、结晶器的水缝面积对铸坯在结晶器的质量、拉速、结晶器的寿命等都有着重要作用。寿命等都有着重要作用。(1)水量一般水量一般100120t/h，可以通过计算得到；，可以通过计算得到；(2)水速控制在水速控制在610m/s；(3)进出水温差，方坯进出水温差，方坯36；板坯；板坯58；(4)水的压力一般控制在水的压力一般控制在310kg/cm3。284.4 结晶器的拉坯阻力结晶器的拉坯阻力n结晶器的拉坯阻力主要与结晶器的锥度、结晶器结晶器的拉坯阻力主要与结晶器的锥度、结晶器铜板状况、所浇的钢种性能、保护渣性能等有关，铜板状况、所浇的钢种性能、保护渣性能等有关，它对铸坯表面横裂、漏钢和液面不稳定有大的影响。它对铸坯表面横裂、漏钢和液面不稳定有大的影响。F=(10001500)L；L结晶器周边长结晶器周边长 mm。n结晶器转角半径：结晶器转角半径：结晶器转角半径对结晶器寿命和铸坯角部裂纹都有结晶器转角半径对结晶器寿命和铸坯角部裂纹都有影响，断面影响，断面120120200200mm为为612mm，大，大于于201201mm为为1215mm。29n结晶器拉坯阻力的在线监测，是预报漏钢的重要结晶器拉坯阻力的在线监测，是预报漏钢的重要手段，下面介绍应变片测定法。手段，下面介绍应变片测定法。应变片贴在振动机构的拉杆上，加速度传感器安应变片贴在振动机构的拉杆上，加速度传感器安放在振动机构的振动台上，然后将信号放大记录并放在振动机构的振动台上，然后将信号放大记录并加以显示。摩擦阻力随结晶器处于正滑动和负滑动加以显示。摩擦阻力随结晶器处于正滑动和负滑动不同运动状态时而正负交变，并有规则的变化，当不同运动状态时而正负交变，并有规则的变化，当阻力突然增大，表示坯壳与结晶器有粘结；当阻力阻力突然增大，表示坯壳与结晶器有粘结；当阻力突然变小，表明坯壳被拉断。这种异常的变化对预突然变小，表明坯壳被拉断。这种异常的变化对预报漏钢很有价值，国外有的钢厂用这个办法作为漏报漏钢很有价值，国外有的钢厂用这个办法作为漏钢的在线监测手段。钢的在线监测手段。4.4 结晶器的拉坯阻力结晶器的拉坯阻力304.4 结晶器的材质和寿命结晶器的材质和寿命n结晶器内层是钢水凝固时进行热交换并使钢水成型的结晶器内层是钢水凝固时进行热交换并使钢水成型的关键部件，因此要求其内壁材质导热系数要高。膨胀系关键部件，因此要求其内壁材质导热系数要高。膨胀系数要低，在高温下有足够的强度和耐磨性；塑性还要好数要低，在高温下有足够的强度和耐磨性；塑性还要好，易于加工。紫铜板导热性能良好，但强度和硬度都低，易于加工。紫铜板导热性能良好，但强度和硬度都低，尤其在高温下强度就更低，因而其寿命较短。为了提，尤其在高温下强度就更低，因而其寿命较短。为了提高寿命，普遍采用铜合金制作结晶器内壁，如：铜银合高寿命，普遍采用铜合金制作结晶器内壁，如：铜银合金、铜金、铜-铬铬-锆锆-砷合金、铜砷合金、铜-镁镁-锆合金等。锆合金等。在铜中加入含量为在铜中加入含量为0.08%0.12%的银，就能提高结的银，就能提高结晶器内壁的高温强度和耐磨性。加银的目的是为了提高晶器内壁的高温强度和耐磨性。加银的目的是为了提高铜板的再结晶温度，当含银量在铜板的再结晶温度，当含银量在0.080.1%时再结晶器时再结晶器温度为温度为318326(比普通铜板提高比普通铜板提高50)，高于它的工，高于它的工作温度，在正常冷却条件下结晶器内壁工作温度为作温度，在正常冷却条件下结晶器内壁工作温度为250320，这样可以防止再结晶。，这样可以防止再结晶。31n在铜中加入含量力在铜中加入含量力0.5%的铬或加入一定量的磷，可的铬或加入一定量的磷，可显著提高结晶器的使用寿命。显著提高结晶器的使用寿命。n结晶器工作时与高温铸坯直接接触，两者之间经常结晶器工作时与高温铸坯直接接触，两者之间经常处于滑动摩擦状态，为了提高结晶器的导热性能，其处于滑动摩擦状态，为了提高结晶器的导热性能，其内壁一般用铜合金制成，但其硬度较低，因此，为了内壁一般用铜合金制成，但其硬度较低，因此，为了提高结晶器内壁铜合金板耐磨性和寿命而采取在结晶提高结晶器内壁铜合金板耐磨性和寿命而采取在结晶器的铜板上镀层的办法。目前，单一镀层主要用铬或器的铜板上镀层的办法。目前，单一镀层主要用铬或镍，复合镀层用镍、镍合金和铬三层镀层，比单独镀镍，复合镀层用镍、镍合金和铬三层镀层，比单独镀镍寿命提高镍寿命提高5-7倍；还有镍、钨、铁镀层，由于钨和铁倍；还有镍、钨、铁镀层，由于钨和铁的加入，其强度和硬度都适合高拉速铸机使用。的加入，其强度和硬度都适合高拉速铸机使用。4.4 结晶器的材质和寿命结晶器的材质和寿命32n结晶器的寿命，可用结晶器浇注铸坯的长度来表结晶器的寿命，可用结晶器浇注铸坯的长度来表示。在一般操作条件下，一个结晶器可浇注板坯示。在一般操作条件下，一个结晶器可浇注板坯1000015000m长。也有用结晶器从开始使用到修长。也有用结晶器从开始使用到修理前所浇注的炉数来表示，其范围为理前所浇注的炉数来表示，其范围为100150炉。炉。n提高结晶器寿命的措施有：提高结晶器寿命的措施有：(1)提高结晶器冷却水水质；提高结晶器冷却水水质；(2)保证结晶器足辊、二次冷却区的对弧精度；定保证结晶器足辊、二次冷却区的对弧精度；定期检修结晶器；期检修结晶器；(3)合理选择结晶器内壁材质及设计参数等。合理选择结晶器内壁材质及设计参数等。4.4 结晶器的材质和寿命结晶器的材质和寿命334.5 结晶器的冶金作用结晶器的冶金作用(1)保证凝固坯壳均匀生长；保证凝固坯壳均匀生长；(2)液相穴夹杂物上浮和排除；液相穴夹杂物上浮和排除；(3)结晶器微合金化；结晶器微合金化；u结晶器喂包芯线，通过中间包塞棒和浸入式水口喂结晶器喂包芯线，通过中间包塞棒和浸入式水口喂包芯线，包芯线含有包芯线，包芯线含有90%Al粉和铁粉；粉和铁粉；u结晶器喂稀土丝。结晶器喂稀土丝。(4)凝固组织的控制。凝固组织的控制。u在结晶器内加微型冷却剂在结晶器内加微型冷却剂(如微细铁末如微细铁末)，喂入薄钢，喂入薄钢带或喷入金属粉末，以降低钢水过热度，使结晶器内带或喷入金属粉末，以降低钢水过热度，使结晶器内钢水在液相线温度凝固，增加铸坯等轴晶区，改善铸钢水在液相线温度凝固，增加铸坯等轴晶区，改善铸态组织，减轻中心偏析。态组织，减轻中心偏析。34n调宽装置是在结晶器的每个窄面中心线的上下两调宽装置是在结晶器的每个窄面中心线的上下两个部位各安装一套蜗轮丝杆伺服马达，并带有位个部位各安装一套蜗轮丝杆伺服马达，并带有位置控制器。每一个蜗轮传动轴跟伺服马达相联接。置控制器。每一个蜗轮传动轴跟伺服马达相联接。在自动调宽时，结晶器两个窄边的在自动调宽时，结晶器两个窄边的4套蜗杆伺服马套蜗杆伺服马达传动装置驱动两个窄边相向或反向同速运行，达传动装置驱动两个窄边相向或反向同速运行，实现调宽所要达到的宽度。可以在浇铸前将结晶实现调宽所要达到的宽度。可以在浇铸前将结晶器调整到所要求的宽度，也可以边浇铸边改变结器调整到所要求的宽度，也可以边浇铸边改变结晶器的宽度。晶器的宽度。4.6 结晶器调宽装置结晶器调宽装置35结晶器断面调宽装置结晶器断面调宽装置 a-由窄调宽；由窄调宽；b-由宽调窄由宽调窄 通过移动结晶器的窄边来调整它的宽度，调整方法是对两侧通过移动结晶器的窄边来调整它的宽度，调整方法是对两侧窄边多次小步向外窄边多次小步向外(由窄调宽由窄调宽)或向内或向内(由宽调窄由宽调窄)移动，调节的移动，调节的顺序依次按顺序依次按1、2、3进行，直至达到新的宽度为止，最后一进行，直至达到新的宽度为止，最后一次调整应满足结晶器新宽度的设定锥度值。每次调节量约为初次调整应满足结晶器新宽度的设定锥度值。每次调节量约为初始锥度的始锥度的1/4，调节速度为，调节速度为2050 mm/min，调节是由每个窄边，调节是由每个窄边的上下各有两套机构实现的，采用计算机控制。的上下各有两套机构实现的，采用计算机控制。364.7 结晶器保护渣结晶器保护渣n为了提高连续浇注钢坯的质量，强化保护浇注工艺，为了提高连续浇注钢坯的质量，强化保护浇注工艺，使用一种固态粉渣覆盖在结晶器钢液面上形成一层保护使用一种固态粉渣覆盖在结晶器钢液面上形成一层保护渣。结渣。结晶器保护渣的作用晶器保护渣的作用：(1)覆盖钢水绝热保温覆盖钢水绝热保温u位于结晶器液面上层的粉状渣层，结构松散，具有良位于结晶器液面上层的粉状渣层，结构松散，具有良好的绝热保温作用，可提高结晶器弯月面温度，可减少好的绝热保温作用，可提高结晶器弯月面温度，可减少渣圈的生成或过分长大。尤其是在浇铸高碳钢时，提高渣圈的生成或过分长大。尤其是在浇铸高碳钢时，提高保护渣的绝热保温性能，对改善铸坯润滑有利保护渣的绝热保温性能，对改善铸坯润滑有利；37(2)隔绝空气，防止钢液特别是弯月面的二次氧化隔绝空气，防止钢液特别是弯月面的二次氧化u保护渣加入到钢液面后，覆盖于钢水面上的液渣层隔保护渣加入到钢液面后，覆盖于钢水面上的液渣层隔绝空气与钢水表面的接触，保护钢水表面不受空气的二绝空气与钢水表面的接触，保护钢水表面不受空气的二次氧化次氧化。n为了更好地起到保护为了更好地起到保护作用，液渣层应均匀覆作用，液渣层应均匀覆盖于钢水面上，渣中不盖于钢水面上，渣中不应含有使钢氧化的成分应含有使钢氧化的成分，如应限制渣中如应限制渣中(FeO)含量含量小于小于1%，熔渣的透气性，熔渣的透气性要好，对钢液的润湿性要好，对钢液的润湿性要好要好；4.7 结晶器保护渣结晶器保护渣38(3)净化钢液界面，吸附溶解上浮到钢渣界面上的非金净化钢液界面，吸附溶解上浮到钢渣界面上的非金属夹杂物属夹杂物u为防止钢液上浮的夹杂物被卷入凝固壳，造成铸坯为防止钢液上浮的夹杂物被卷入凝固壳，造成铸坯表面或皮下缺陷，因此，保护渣的液渣层应具有良好表面或皮下缺陷，因此，保护渣的液渣层应具有良好的吸收和溶解夹杂物理学能力。为此保护渣的熔渣应的吸收和溶解夹杂物理学能力。为此保护渣的熔渣应有低的粘度，对氧化物夹杂的润湿性好，吸收夹杂物有低的粘度，对氧化物夹杂的润湿性好，吸收夹杂物以后自身性能要稳定，目前用的都属于硅酸盐类的保以后自身性能要稳定，目前用的都属于硅酸盐类的保护渣护渣。4.7 结晶器保护渣结晶器保护渣39(4)在结晶器壁与连铸坯壳之间形成一层渣膜起润滑作在结晶器壁与连铸坯壳之间形成一层渣膜起润滑作用，减少拉坯阻力，防止结晶器壁与凝固壳的粘结；用，减少拉坯阻力，防止结晶器壁与凝固壳的粘结；(5)控制传热的速度和均匀性。控制传热的速度和均匀性。u流入坯壳和结晶器间隙内的液态渣形成渣膜，以控流入坯壳和结晶器间隙内的液态渣形成渣膜，以控制铸坯向结晶器传热速度，保持坯壳均匀生长。保护制铸坯向结晶器传热速度，保持坯壳均匀生长。保护渣熔化形成的液渣，可以改善传热的均匀性，提高铸渣熔化形成的液渣，可以改善传热的均匀性，提高铸坯质量。充填坯壳与结晶器壁之间的气隙，改善结晶坯质量。充填坯壳与结晶器壁之间的气隙，改善结晶器传热器传热。4.7 结晶器保护渣结晶器保护渣404.7 保护渣在结晶器内的行为保护渣在结晶器内的行为414.7 连铸过程中弯月面形成连铸过程中弯月面形成n随着结晶器的上下振动，钢液注随着结晶器的上下振动，钢液注入结晶器内，且保持一定的液面入结晶器内，且保持一定的液面高度，高度，由于钢液是金属键，强度由于钢液是金属键，强度大，表面张力大大，表面张力大，因而在结晶器，因而在结晶器铜壁处钢液形成了向内壁突出的铜壁处钢液形成了向内壁突出的弯月面。弯月面。n弯月面是凝固坯壳生长的起始点，弯月面是凝固坯壳生长的起始点，它的性质在很大程度上决定了铸它的性质在很大程度上决定了铸坯表面质量。坯表面质量。n 连铸结晶器弯月面区域的定义为连铸结晶器弯月面区域的定义为:从弯月面根部以下从弯月面根部以下45mm到根部以到根部以上上45mm从结晶器内壁到离壁从结晶器内壁到离壁20mm处的区域。处的区域。424.7 钢液弯月面的作用钢液弯月面的作用n受结晶器的强烈冷却作用，突出的弯月面开始凝受结晶器的强烈冷却作用，突出的弯月面开始凝固，形成了极薄的坯壳，在向下运动的过程中受固，形成了极薄的坯壳，在向下运动的过程中受钢水静压力的作用变形，形成了铸坯的凝固壳。钢水静压力的作用变形，形成了铸坯的凝固壳。n如果弯月面表面干净，具有较大的曲率半径，变如果弯月面表面干净，具有较大的曲率半径，变形能力大，就容易恢复变平，则铸坯的某些表面形能力大，就容易恢复变平，则铸坯的某些表面缺陷就难以产生。缺陷就难以产生。43n连铸过程中，由于热量传递、连铸过程中，由于热量传递、化学反应、机械振动和物质化学反应、机械振动和物质迁移，结晶器内的保护渣构迁移，结晶器内的保护渣构成了一个非稳态体系因此，成了一个非稳态体系因此，凝固过程的影响变得复杂和凝固过程的影响变得复杂和难于控制。难于控制。n把结晶器保护渣加入到结晶把结晶器保护渣加入到结晶器钢液面上，它可以迅速形器钢液面上，它可以迅速形成三层熔融结构，整个渣层成三层熔融结构，整个渣层的厚度约为的厚度约为3050mm。最。最典型的保护渣为三层结构：典型的保护渣为三层结构：即由上至下依次为粉渣层、即由上至下依次为粉渣层、烧结层和熔融层。烧结层和熔融层。结晶器内保护渣分布示结晶器内保护渣分布示意图意图4.7 连铸保护渣层的熔融结构连铸保护渣层的熔融结构44n成分设计是连铸保护渣研制、成分设计是连铸保护渣研制、应用的基础环节，成分设计的应用的基础环节，成分设计的优劣决定着保护渣的性能，并优劣决定着保护渣的性能，并最终影响连铸坯质量。最终影响连铸坯质量。n连铸保护渣成分设计原则：连铸保护渣成分设计原则：(1)保护渣具有合理的熔化温度、保护渣具有合理的熔化温度、熔化速度和熔融结构；熔化速度和熔融结构；(2)保护渣具有稳定适宜的粘度；保护渣具有稳定适宜的粘度；(3)保护渣具有合理的结晶温度保护渣具有合理的结晶温度和矿物组成；和矿物组成；(4)保护渣具有足够的吸收夹杂保护渣具有足够的吸收夹杂物容量；物容量；(5)使保护渣的加工、使用符合使保护渣的加工、使用符合环保要求。环保要求。4.7 连铸保护渣的成分设计连铸保护渣的成分设计成分设计及质量控制成分设计及质量控制保护渣的熔化保护渣的熔化熔渣池的形成熔渣池的形成熔渣向气隙的流入熔渣向气隙的流入对坯壳形成的影响对坯壳形成的影响铸坯结晶器传热铸坯结晶器传热铸坯液渣润滑铸坯液渣润滑连铸坯表面质量连铸坯表面质量45n首先要考虑获得稳定的三层渣层结构，以实现保护首先要考虑获得稳定的三层渣层结构，以实现保护渣的各种作用。其次要从当地的资源情况出发，降渣的各种作用。其次要从当地的资源情况出发，降低保护渣的成本。低保护渣的成本。1.选取：以选取：以SiO2-CaO-Al2O3系中的低熔点、低粘度区系中的低熔点、低粘度区为基础，含有适当的为基础，含有适当的Na2O，CaF2等元素。等元素。(CaO=3050%，SiO2=4560%，Al2O320%)熔点熔点13001500。2.组成：组成：(1)基料部分：提供基料部分：提供SiO2，CaO和和Al2O3的基本造渣料。的基本造渣料。(2)辅助材料：调节熔化温度及粘度而提供辅助材料：调节熔化温度及粘度而提供Na2O，CaF2等成分，起助熔作用。等成分，起助熔作用。4.7 保护渣的组成保护渣的组成46(3)熔速调节剂：为调剂熔化速度而配入的能提供碳熔速调节剂：为调剂熔化速度而配入的能提供碳粒的材料。粒的材料。SiO2，CaO各占各占50%-为了保持保护渣的中为了保持保护渣的中性和弱酸性性和弱酸性.CaO/SiO2=0.61.2-对氧化性夹杂有较好的对氧化性夹杂有较好的润湿作用，润湿作用，SiO2易于吸收难溶浮渣易于吸收难溶浮渣TiO2，CaO吸收吸收Al2O3和和Cr2O3。控制控制Al2O3=5%15%-降低熔渣熔点降低熔渣熔点控制控制(FeO)5%-降低熔渣氧化性降低熔渣氧化性加炭质材料加炭质材料3%7%-控制熔渣熔化速度控制熔渣熔化速度助熔材料的加入量取决于浇注的钢种和熔融保助熔材料的加入量取决于浇注的钢种和熔融保护渣需要的粘度。护渣需要的粘度。4.7 保护渣的组成保护渣的组成47(1)熔化温度熔化温度保保护渣由多组元构成，因此，没有固定的熔点，护渣由多组元构成，因此，没有固定的熔点，它从熔化开始到熔化终了是一个温度范围。为方它从熔化开始到熔化终了是一个温度