连铸连轧工艺结课论文

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1、内蒙古科技大学连铸连轧工艺结课论文保护渣的研究及应用学生姓名： 学号专业班级 指导教师：目录1摘要 22. 关键词”“ 23. 引言 24. 概念 25炼钢连铸工艺流程6. 连铸结晶器保护渣作用 37. 薄板坯连铸技术的特点及对结晶器保护渣的要求”38. 结晶器保护渣的成分49. 薄板坯连铸结晶器保护渣的物理性能及冶金特性”610 结晶器保护渣的应用011 结论” 1112.参考文献11连铸连轧工艺结课论文保护渣的研究及应用摘要：连铸结晶器保护渣对铸坯表面质量具有显著影响。通过对保护渣理化性 能、熔化特性的基础研究,确定了连铸用保护渣的组成及成分范围。确定的保护 渣熔化温度,粘度被实践证明是合

2、理的,这为保护渣的研究提供了理论依据。通 过工业性试验的应用证明所研制的保护渣系能满足薄板坯连铸的需要,使用效 果良好,为我国连铸用保护渣的配制提供了方向。关键词：连铸；保护渣；结晶器Class paper of Continuous Steel Casting and rolling processProtection slag research and applicationAbst ract：ContinuOUS casting crystallizer protection slag on casting surface quality has significant effect.

3、Based on the physical and chemical properties, protective slag melting characteristics of the basic research, determine the continuous casting with protect i ons l a g compo s i t i on and compo s i t i on ran ge. Certa i n protect i ons l a g me l t i n g temperature, vi scos itywas proved tobereas

4、onable,thisfortheprotectionofslag research provides a theoretical basis. Through the application of industrial test that the developed protection slag system can meet the need of slab continuous casting, the use effect is good, for our country with the preparation of the continuous casting slag prot

5、ection provided direction.Key words : Con tinuous St eel Cas ti；甲r ot ec tion slagSlag crys tallizer一、引言作为一项划时代的技术进步【1】，薄板坯连铸技术以其简化生产工序、节能 降耗、投资省、成本低、提高铸坯质量和经济效益好等优点而得到迅速发展。目 前，世界上各类薄板坯连铸机的生产能力已达3800万t/a据日本钢铁界人土预 测【2】，到2020年连铸薄板坯产量将占连铸坯总产量的45%60% ，连铸带钢产量 将占总产量的10%15% ，而传统连铸机所浇铸的连铸坯产量将仅占连铸坯总产 量30%45%

6、 。薄板坯连铸与常规板坯连铸在设计和工艺上最大的区别是结晶器形状及振 动方式，浸入式水口的设计和薄板坯连铸结晶器保护渣的物理性能及化学成分的 优化二项关键技术。分析薄板坯连铸技术的发展，结晶器保护渣对稳定薄板坯连 铸工艺、扩大薄板坯连铸品种、提高铸坯表而质量和产量以及减轻操作难度有着 十分重要的作用。可以说，薄板坯连铸能达到目前的水平是与结晶。器保护渣技 术密不可分的。因此，结晶器保护渣技术作为薄板坯连铸技术的重要组成部分， 必须下大力量进行开发研究，使之符合薄板坯连铸工艺的要求。二、概念（1）连铸：连续铸钢（英文，Con ti nuous St eel Cas ting）的简称，把钢水直 接

7、浇注成形的先进技术。（2）保护渣：由基料、熔剂和熔速控制剂混合而成的具有绝热保温、隔绝空气 防止钢水二次氧化、净化钢渣界面吸附钢液中夹杂物和润滑凝固坯壳并改善凝固 传热作用的粉状或颗粒状物料。（2）结晶器：用于结晶操作的设备。一种槽形容器，器壁设有夹套或器内装有 蛇管，用以加热或冷却槽内溶液。三、炼钢连铸工艺流程目前炼钢方式主要有两种【3】: 电炉炼钢和转炉炼钢。下面以转炉炼钢为例， 介绍其炼钢工艺及起重设备。转炉炼钢及板坯连铸工艺流程分为铁水冶炼钢水初 炼、钢水精炼及板坯连铸三大阶段，包括原料（ 铁水、废钢）供应、铁水预处理、 转炉内吹炼、炉外精炼、钢水运送、钢渣运送处理、钢水连续浇铸（ 连

8、铸） 、铸 坯输送搬运等过程。1）铁水冶炼钢水初炼阶段: 转炉炼钢用铁水通过铁水罐车运输到加料跨，经过 铁水预处理后，由铸造起重机将铁水兑入转炉，并由加料跨加料起重机将部分废 钢倒入转炉后进行冶炼。2）钢水精炼阶段: 冶炼好后将初炼好的钢水倒入钢水罐，再经过钢水炉外精炼 后经铸造起重机将钢水吊至炉外精炼设施处进行二次精炼，然后钢水接受跨铸造 起重机将钢水罐吊运到大包回转台。3）板坯连铸阶段: 连铸过程是指大包回转台回转180将钢水罐中的钢水流放 到中间罐，中间罐将钢水分流到连铸机，连铸机铸出的钢水经过结晶器二冷区铸 成铸坯，钢坯在铸坯辊道上经过切割，形成定尺铸坯，然后由板坯夹钳起重机（ 或 电

9、磁挂梁、料耙起重机） 将铸坯运送到铸坯跨进行存放贮存。四、连铸结晶器保护渣的作用连铸结晶器保护渣在钢水而上形成二层结构【4】，即粉渣层一烧结层液渣 层，这三层结构对连铸坯的表而及内部质量有决定性的影响，是影响连铸机生产 效率的一个重要因素.结晶器保护渣在连铸生产中具有如下作用:防比结晶器内 钢液的二次氧化；在结晶器内钢液表面形成一绝热层，防比结晶器内钢液表而的 凝固；吸收结晶器内钢液中上浮的夹杂物，提高结晶器内钢液的纯净度；在结晶 器壁和铸坯凝固壳的间隙形成均匀的润滑层，防比产生粘结性漏钢事故；改善铸 坯凝固壳与结晶器壁的传热，减少铸坯的表而缺陷.选择和应用合理的结晶器保 护渣，使它们的物理、

10、化学性质和热力学、动力学性能达到最佳，既可减少连铸 坯表而的缺陷，又可防比连铸生产过程中的粘结漏钢事故。五、薄板坯连铸技术的特点及对结晶器保护渣的要求 拉坏速度快（3m/min-6m/min）单位时间内注入结界l器内钢液量大【5】，结晶 器内钢液搅拌比较强烈，液而稳定性差，容易引起铸坯表面和皮下夹渣及裂纹的 产生，同时 ，结界,器内钢液而上熔渣厚度难以保持均匀；在拉速很高时，山结 晶器坏壳厚度薄，如拉坏阻力过大，铸坏易山现横裂。 铸坏厚度薄（40-60mm或70-90mm ）在同等拉速条件卜，结晶器热流大，产生 纵裂的倾向增大，而且浸入式水口形状受到限制，易造成钢水液而搭桥”以及 结晶i器壁各

11、处温度分布小均匀和流股强烈冲刷，使凝固坏壳小均匀，易产生裂 纹；结晶器内钢水表面积小，熔渣吸附夫杂物机会小。 结晶I器冷却强度高（10C/s1000C/s）钢液凝固速度快，结晶器液面温度低， 保护渣更容易形成渣圈并聚集或从钢水吸热而造成液 面结壳，铸坏产生衣而和 皮卜夫济以及皱皮等缺陷；而且冷却速度快，结晶器热流密度大，但导热小均匀， 铸坏会产生裂纹。 衣面积/体积大(50mmx (800-2000) mm薄板坏为1.031.06)浇铸的铸坏中的 夫杂物更接近于表面；由于连铸薄板坏衣而积大，弯月而区域相对增加，阻碍了 夫杂物的上浮；需润滑铸坏衣而积也增加，因此，保护渣消耗量要相应多些；与 结晶

12、i器壁接触而积大，钢液散热快，温度下降快，容易造成钢液而结壳。 拉速变化范围宽，幅度大(见图1)拉速波动，容易使铸坏产生夫济和漏钢； 要求保证单位时间内的保护渣供应，否则会使润滑或传热不均匀，造成铸坯表面 缺陷。笛冷“翅阍陨琴从上可以看出，薄板坯连铸所呈现的每一个技术特点及造成的影响，均与结 晶器保护渣有直接的关系。为了实现最佳操作性能和获得满意的产品 质量，薄板坯连铸结晶器保护渣必须满足如下要求:(1) 成渣速度快，能够及时补充液渣的快速消耗，在高速铸造或拉速变化较大的 情况，仍能维持足够的保护渣消耗量。(2) 结晶器壁与坯壳间的渣膜厚度适宜且分布均匀，防卜坯壳与结晶器壁直接 接触，以降低摩

13、擦力并使结晶器散热均匀化，防止裂纹的产生及粘结漏钢，避免 铸坯产生表面缺陷。(3) 足够的熔渣层厚度，防比高速连铸或拉速的较大波动时，熔渣供应不足以及 固体渣颗粒流入。(4) 稳定的操作性能，具有良好的溶解吸收夹杂物，改善钢液纯净度的能力， 同时不会由于液渣在结晶器内成分或温度变化呈现大的物理性能波动。(5) 控制传热，对于易裂钢种，具有一定的析晶能力，增大热阻，防比热流过大 引起的坯壳不均造成应力集中。(6) 良好的绝热保温作用，防比结壳，减少弯月而渣圈的形成。六、结晶器保护渣的成分结晶器保护渣的主要化学成分是CaO, Si02, Al203, Na20, CaF2和炭颗粒. 保护渣中的炭颗

14、粒有分离液滴、降低保护渣的熔化速度、提高保护渣的绝热能力 的作用。加入Na20和CaF2可调节保护渣的熔化速度和粘度。保护渣的熔化速度决定保护渣的性能发挥,控制着液渣层的厚度,所以提 高保护渣的熔化速度可以采取如下措施:(1) 减少保护渣中C的含量；(2) 改变保护渣中C的类型；(3) 降低保护渣的熔化温度；(4) 提高浇铸速度。6.1保护渣的碱度 m( CaO) / m( SiO2) 碱度是保护渣的一个重要理化指标,它会改变保护渣的粘度和熔化温度, 根据CaO- Si02 - Al203相图可知，位于碱度为1.0 1.2范围，熔点变化较平坦. 当碱度小于1时,随着碱度的增加,保护渣的熔化温度

15、增加较快(如图2) 。保护渣的碱度在1.0 1.2范围内较合适。另外，碱度过高，在浇铸过程中，对 石英质水侵蚀比较严重，易使铸坯造成硅质夹杂。6.2保护渣中的A12O3由于A12O3能够提高保护渣的粘度(如图3)，而我厂生产的Q235钢中， A12O3含量波动范围较大，所以在浇铸过程中保护渣的粘度变化较大.从我厂 使用的各种保护渣来看，保护渣中A12O3含量较高，在浇铸后期随着保护渣吸 收A12O3量的增加使保护渣吸附夹杂的能力减弱，铸坯表面出现夹杂物较多， 严重影响了板坯的质量合格率.从现场生产来看，保护渣中A12O3小于3%较合 适.为了能使保护渣对A12O3等脱氧产物有较好的吸收，在浇铸

16、过程中，随着 渣中A12O3的富集，可以采用结晶器换渣操作。Na2O和CaF2可以调节保护渣的粘度和熔化速度，改善液渣层的流动性， 对促进液渣吸U6.4保护渣中的炭结晶器保护渣中的炭是以炭黑、石墨或焦炭粉的形式加入的，用它来控制保 护渣的熔化速度和液态保护渣的绝热能力。在各种形式的炭中，炭黑的燃烧温度 最低，而石墨的燃烧温度最高保护渣中的炭黑能大大降低其熔化速度，保护渣 的完全熔化时间随其中炭黑的增加而延长。但使用炭黑时将易于造成铸坯中的横 向凹痕和裂纹缺陷。当保护渣中的炭黑改为焦炭时，可以消除由炭黑造成的铸坯 上的凹痕和裂纹缺陷。为了降低保护渣的熔化速度，必须适当降低保护渣中的 炭含量， 但

17、炭的降低又使保护渣的绝热能力下降。因此， 补偿由于减少保护渣中 的炭而造成的绝热能力的损失， 最好是降低结晶器保护渣的密度. 最有效的方 法是使用喷雾成型法制造的空心颗粒状的保护渣， 这种保护渣的密度可低至0.5 g/ cm3， 降低了保护渣的密度， 提高了保护渣的绝热能力， 减少保护渣中的含 炭量。根据我厂的生产条件，对于结晶器内钢水液面的最佳控制来说应选择含 有3% 5%的焦炭粉和1%以下的炭黑保护渣。七、薄板坯连铸结晶器保护渣的物理性能及冶金特性为了保证结晶器与铸坯之间得到充分润滑必须使用能够与薄板坯连铸相适应的结晶器保护渣。在式(1)和(2)中，表明了结晶器保护渣消耗量及结晶器与凝 固

18、铸坯之间的流体摩擦力主要依赖于结晶器振动情况和结晶器保护渣的物理性 能，特别是保护渣的粘度、熔化温度和结晶温度。Q= 4/2) + 幼廿012)(1)E %-匕)d(2)式中：Q结晶器保护渣消耗量；P保护渣密度；d液体渣膜厚度；g重力加速度；fL流体摩擦力；y熔渣粘度；K结晶器振动速度；K-拉坯速度。7.1粘度粘度是决定保护渣消耗景和均匀流入的重要性能之一，它直接关系到熔化的 保护渣在弯月而区域的行为。保护渣粘度高，很难流入到钢水弯月而与结品器壁 之间。薄板坯连铸在高拉速条件下，为了增加传热，改善铸坯与结品器之间的润 滑，防止粘结漏钢，必须采用较低粘度的保护渣。在常规板坯连铸的拉坯速度时， 满

19、足nVc=0.1 035条件下得到的结品器导热景及渣膜厚度的变化达最低值。对 于薄板坯连铸，nVc=0.203，以适应高速连铸对液体渣流入的苛刻要求。图4 描绘了保护渣粘度的合理优化范围。根据这关系，可以确定拉速在 3m/min6m/mi n的薄板坯连铸，结品器保护渣粘度不应超过O.lPa.S。Pa*s - a - nin1图4 nVc对液渣膜厚度、结晶器传热和结晶器温度变化的影响7.2熔化温度 熔化温度直接影响结晶器弯月而上方的渣层传热和熔渣层的产生，与结晶器 保护渣的绝热保温性能和润滑性能密切相关。在连铸过程中，结晶器保护渣的熔 化温度影响钢液而上熔渣层的厚度见图5，从而影响保护渣向结晶器

20、和坯壳之间 的流入量见图6。图7则示出了结晶器与坯壳间隙内的平均渣膜厚度随保护渣熔化温度的降低而增大的结果。试验证明，保护渣熔化温度越高，熔化速度越慢。1 I i V :广 0 511110012001300图5熔渣层厚度与熔化温度的关系1040 1080 11204 3 2凝固点，图6 熔化温度和保护渣消耗量的关系为了满足薄板坯连铸提高熔化速度、快速成渣的要求，结晶器保护渣的熔化 温度控制比常规板坯连铸应低一些;同时，为了减少渣圈的形成，应尽量提高熔 化温度。根据不同的钢种，一般薄板坯连铸保护渣的熔化温度目标值在9500C 1120C的范围。这样来控制薄板坯连铸保护渣的熔化温度，不仅可以使保

21、护渣 在结晶器内弯月而保持熔融状态，而目使结晶器长度方向上的铸坯凝固坯壳表而 的渣膜处于粘滞的流动状态，可以避免出现固相，起到充分润滑的作用。 结 晶器保护渣作为复杂的多元系物质，熔化表现为区间，熔化区间的大小关系到结 晶器保护渣的熔化结构、渣圈状态及熔化快慢。在设计保护渣熔化温度时熔化区 间范围是必须考虑的因素。熔化区间范围大，由于保护渣在冷却过程中熔渣开始 析出固相到完全凝固的温度范围是其逆过程，可以使结晶器与坯壳之间的渣膜在 更大的温度区间具有可流动的性能，而且热稳定性强。研究认为，熔化区间的温 度范围约1000C较为理想。应指出的是，当坯壳与结晶器间隙中存在的保护渣为固体渣膜时，会减弱

22、坯 壳向结晶器热的传递，因此渣膜厚度可以达到控制结晶器热流的目的。研究表明， 高熔化温度的保护渣，结晶器热流小，低熔化温度的结晶器保护渣热流大。对于 中碳钢0.08% 0.16% C,由于浇铸过程容易产生裂纹，须控制结晶器的热流。 提高保护渣熔化温度，对于裂纹敏感性弱的低碳铝镇静钢，则可以进一步降低熔 化温度在990C以下。7.3结晶温度结晶温度是控制结晶器和铸坯之间传热与润滑的重要参数。在薄板坯连铸过 程中，结晶器和铸相对运动快，使用高结晶温度的保护渣，由于晶体析出而存在 液固共存区，不仅增大固体渣膜与结晶器接触的摩擦力，而且使液体渣膜的剪 切力增大，对渣膜的润滑性能有很大的破坏作用，造成漏

23、钢的可能增加。因此， 薄板坯连铸保护渣采用降低结晶温度来增加液渣膜的厚度，从而达到增加保护渣 消耗量，改善润滑性能和减少摩擦力的目的。由于冷凝析晶还会使渣圈发展，降 低结晶温度也有利于减少渣圈。薄板坯连铸低碳铝镇静钢时，由于保护渣的结晶 特性对粘结漏钢产生较大影响，要求采用低结晶温度的保护渣，在950C以上处于非晶体状态。浇注中碳钢时，应采用较高结晶温度的保护渣以防止铸坯纵裂纹 发生。保护渣的结晶温度直接影响传热速率，它们之间成反比关系见图8，而低 的传热速率使铸坯纵向裂纹指数降低见图9。结品温度，1C图8 结晶温度对传热率的影响4 2- 站就諄377 图9 传热率对中碳钢纵裂的影响 11 此

24、外，薄板坯连铸过程对结品器保护渣溶解吸收夹杂物的能力、熔渣的界而 性质以及保护渣熔化的均匀性也有一定的要求，以保证保护渣的润滑作用及改善 薄板坯的质景。八、结晶器保护渣的应用国内外钢厂的连铸生产实践证明:虽然正确地选择了结晶器保护渣,但如果不能正确地使用,同样会对板坯质量产生影响。8. 1 保护渣的添加方法 向板坯连铸机结晶器内添加保护渣,采用科学的方法,可以使保护渣的功 能得到充分的发挥,对保护渣的添加采用少,勤,匀的方法,即每次少加,勤加 加入的保护渣要均匀,以不裸露钢水为原则。8. 2保护渣层的厚度 合适的液态保护渣层厚度对提高板坯质量非常重要,合适的液态保护渣层 厚度与保护渣的添加方法

25、有直接关系,当结晶器内钢液面上的液体保护渣层的 厚度太薄时,将会使流入钢水弯月面处的液体渣不足,可能产生粘结性漏钢。 8. 3 结晶器内钢水的温度控制结晶器内钢水的温度在连铸生产中是一个非常重要的性能指标。 在我厂的 生产中,结晶器内钢水的温度变化比较大,这必然影响保护渣的各种性能的发 挥,从而对铸坯表面质量影响比较大,所以稳定结晶器内钢水的温度是非常必 要的。九、结论(1) 通过对保护渣性能的基础研究,得出了获得低熔点【6】、低粘度、低结晶温 度、玻璃性好的连铸保护渣基料组成范围。(2) 利用数值仿真、传热数学模型确定的不同钢种在一定拉速下的熔化温度和粘 度被实践证明是合理的。这将为保护渣熔

26、化温度、粘度的制定提供理论依据。(3) 通过综合分析熔化速度、熔融结构、熔化特性曲线得出的能适合高拉速薄板 坯连铸的配炭配方能满足工艺需要。(4) 研制的保护渣系(开浇渣及稳定用渣)能满足我国第一台直弧形结晶器薄 板坯连铸的需要。使用效果良好,这也为普通板坯高速连铸用保护渣的配制提供了方 向。十、参考文献1梁英生薄板坏连铸连轧发展中的几个问题J.钢铁,1997. Vol32曾 刊):26.2北京钢铁设计研究总院国外薄板坏连铸连轧技术(第三辑)C北京:北京钢 铁设计研究总院，1992. 12.3 刘伟，李会勤，戈义彬.综述炼钢连铸工艺用起重机J.河北冶金，2011, (6):52一53.4 欧阳飞，程晓文，傅谦惠板坯连铸结晶器保护渣的选择和应用J.南方金 属，2011，(2):22一305 杨晓江，周晓红,丁广友薄板坯连铸结晶器保护渣技术J.河北冶金,2003, (1) :19.6 唐萍，颜广庭，刘宗权薄薄板坯连铸保护渣的研制及使用J.重庆大学， 1997,(4) :4447.