连续铸钢原理与工艺

　　片断：统计，全世界已有26个国家和地区钢产量的连铸比超过90％。全世界钢产量的平均连铸比已由1981年的33.8％增到1991年的62.9％。近年来，连续铸钢在特殊钢厂也得到广泛应用。据报道，1991年日本普通钢连铸比为98.6％，特殊钢连铸比为81.6％，其中不锈钢连铸比接近100％。应该指出，从世界主要产钢国家发展连铸的历程来看，前苏联在连铸技术的研究方面起步较早，对连铸理论、工艺、设备和品种质量等进行了大量研究工作，在70年代以前是居世界领先地位。然而，由于前苏联炼钢生产一直以平炉为主，氧气转炉炼钢发展迟缓，因此限制了连铸的发展.在70年代后，日本、美国、法国、德国等工业发达国家后来居上。尤其是日本，在60年代后期才从前苏联等国引进连铸技术，由于重视消化和开发研究，促进了连铸技术的应用。日本在70年代以前，连铸机主要设置在电炉钢厂，以生产小方坯为主。1970年连铸比仅为5.6％。但70年代后的两次能源危机，促使连铸技术得到了迅速发展。1980年日本连铸比增加到59.5％，1991年达到94.4％。1991年日本四家最大钢铁公司连铸比达到：新日铁98.9％；日本钢管98.7％；川崎97.7％；住友94.9％，基本上实现了全连铸。目前日本的连铸设备已趋近饱和程度。美国的连铸技术是与瑞士康卡斯特公司和日本厂家合作发展起来的。80年代以前发展缓慢。1980年连铸比为20.3％。1980年以后，增加了连铸投资，把重点放在大型钢厂建设板坯、大方坯及组合式连铸机，到1991年连铸比提高到75.1％。随之也出现了一些全连铸工厂。据统计，1992年全世界产钢国家中，已有30多个大型钢厂实现了全连铸。还应特别注意到，近几年接近于成品尺寸的薄板坯连铸连轧工艺技术有了重大突破，人们认为这是当前钢铁工业发展中的一项重大高新技术。传统的生产热轧薄板的工艺是连铸板坯（厚150～250mm）→粗轧机组（轧成40～70mm）→精轧机组→板卷（2～10mm）。而薄板坯连铸连轧工艺是薄板坯（40～70mm）→精轧机组→板卷。与传统工艺相比，这种新工艺流程短、设备简化，建设投资低，成材率高、能耗降低，生产成本大幅度下降，经济效益十分明显。国外现已有多家公司竞相研究开发如德国的西马克（SMS）公司开发的CSP（CompactStripProduc－tion）工艺，曼内斯曼·德马克（MDS）公司开发的ISP（InlineStripProduction）工艺，意大利的丹涅利（Danieli）、奥地利的沃斯特、阿尔卑里（Voest－Alpine）等公司各自开发出新的工艺。美国的纽柯（Nucor）公司，意大利的阿维第（Arvedi）公司已采用此种新工艺建成了完整的生产线，取得很好的效果。人们预计采用熔融还原、超高功率电炉（直流电弧炉）、炉外精炼、薄板坯连铸和紧凑式热轧机组的新型的钢厂将在世界上不断涌现。1.1.2我国连续铸钢技术发展我国于1957年就开始连续铸钢的试验研究。1958年在重钢三厂建成了立式双流连铸机，用以浇注175×200mm铸坯，并首先采用500t飞剪剪切铸坯。1960年在唐山钢厂建成140×140mm方坯立式连铸机。1964年6月24日在重庆第三钢厂建成第一台弧形板坯和方坯兼用连铸机，这是世界上最早用于工业生产的弧形连铸机之一。首先采用1500t摆式剪机来剪切铸坯。1967年在重钢建成了一台半径为10m的弧形连铸机，是当时世界上最大的弧形连铸机之一。它既能浇注250～300×1500～2100mm板坯，又能浇注3流300mm及4流250mm大方坯。以上四台连铸机至今仍在正常生产。本书前言前言发展连续铸钢是我国钢铁工业的一项重要技术政策。经过十多年的努力，我国的钢铁工业已进入了以发展全连铸为方向，炼钢－炉外精炼－连铸“三位一体”组合优化，促进炼钢生产发展的重要时期。据预测，到2000年，我国将拥有50～60个全连铸钢厂，全国钢产量的连铸比将达到70％～80％。为了适应连铸技术的发展和人才培训的需要，冶金部组织编写了连铸技术系列培训教材，本书就是其中之一。全书共分十二章，内容有连续铸钢的发展，连铸机型和结构特征，连铸工艺参数的设计原理，连铸钢水质量控制，连铸操作工艺，中间包冶金，连铸保护浇注，结晶器冶金，连铸坯凝固与传热，连铸二次冷却控制，连铸坯质量控制，连铸保护渣和覆盖剂等。编著者力图从理论和实践结合的角度来阐明连铸原理和工艺以及应采取的技术对策，希望本书对从事炼钢和连铸生产、设计、科研、教学的人员有所裨益。本书编写者分工如下：第2、3章为程士富，第4章为程士富、杨焕祥、叶枫，第5章为张颖哲、程士富，第6章为蔡开科、杨焕祥，第7章为刘新华，第1、8、9、11章为蔡开科，第10章为张跃萍、吴钢玮，第12章为王釽宗。全书由蔡开科、程士富统编。本书编写和出版过程中，冶金部继续教育中心给予了大力支持，李名俊教授、刘祥教授、邢玉录副教授对全书进行了认真的审阅，在此表示衷心感谢。限于编著者水平，书中错误和不当之处，敬请专家和读者批评指正。蔡开科（北京科技大学）程士富（东北大学）1993.7

暂缺《连续铸钢原理与工艺》作者简介

     目录
   1连续铸钢的发展
    1.1连续铸钢发展概况
    1.1.1连续铸钢发展历史和现状
    1.1.2我国连续铸钢技术发展
    1.2连续铸钢的优越性
    1.2.1节省工序缩短流程
    1.2.2提高金属收得率
    1.2.3降低能量消耗
    1.2.4生产过程机械化和自动化程度高
    1.2.5连铸钢种扩大，产品质量日益提高
    1.3传统连铸技术的发展与新的连铸技术的开发
    1.3.1传统连铸技术的发展
    1.3.2新的连铸技术的开发
    参考文献
   2连铸机机型和结构特征
    2.1连铸机机型
    2.1.1连铸机机型分类
    2.1.2各种连铸机的特点
    2.2连铸机的结构特征
    2.2.1小方坯连铸机
    2.2.2板坯连铸机
    2.2.3圆坯连铸机
    2.2.4大方坯连铸机
    2.3连铸机机型的选择
    2.3.1连铸机机型选择原则
    2.3.2连铸机型的确定
    参考文献
   3连铸工艺参数的设计原理
    3.1连铸机生产能力
    3.1.1连铸机产量计算
    3.1.2铸坯断面
    3.1.3连铸机流数
    3.1.4连铸机的作业率
    3.1.5金属收得率
    3.1.6浇注时间
    3.1.7准备时间
    3.1.8连浇炉数
    3.2连铸机的基本参数计算
    3.2.1铸机的弧形半径
    3.2.2冶金长度
    3.2.3拉速设计
    3.3中间包结构的设计
    3.3.1中间包容积
    3.3.2中间包形状
    3.3.3中间包内腔主要尺寸
    3.3.4中间包内衬
    3.3.5中间包水口流量控制
    3.4结晶器的设计
    3.4.1结晶器的结构
    3.4.2结晶器主要尺寸计算
    3.4.3结晶器冷却水量
    3.5二冷区设计
    3.5.1二冷区比水量的确定
    3.5.2二冷区水量及各段水量分配
    3.5.3二冷区喷水系统
    3.6水口设计
    3.6.1定径水口计算
    3.6.2浸入式水口
    参考文献
   4连铸钢水质量控制
    4.1钢水温度的目标管理
    4.1.1连铸钢水温度控制的重要性
    4.1.2连铸钢水传递过程温度变化规律
    4.1.3连铸钢水浇注温度的确定
    4.1.4连铸钢水温度控制对策
    4.2钢水成分的控制
    4.2.1碳及硅、锰含量的控制
    4.2.2磷、硫含量的控制
    4.2.3残留元素含量的控制
    4.3钢水纯净度的控制
    4.3.1冶炼过程钢水含氧量控制
    4.3.2脱氧控制
    4.3.3少渣或无渣出钢工艺
    4.3.4吹氩搅拌
    4.4连铸钢水炉外精炼工艺路线
    4.4.1各种炉外精炼设备的功能
    4.4.2连铸钢水炉外精炼工艺路线
    参考文献
   5连铸操作工艺
    5.1浇注前的准备
    5.1.1钢包的准备
    5.1.2中间包的准备
    5.1.3结晶器的检查
    5.1.4铸坯导向和二冷区检查
    5.1.5拉矫机和剪切操作检查
    5.1.6堵引锭头操作
    5.2浇注操作
    5.3浇注温度控制
    5.4拉坯速度控制
    5.5冷却水控制
    5.5.1一次冷却
    5.5.2二次冷却
    5.6操作中事故分析
    5.6.1漏钢
    5.6.2水口堵塞
    5.7异钢种连浇技术
    5.8耐火材料质量对工艺操作影响
    5.8.1连铸耐火材料的选择
    5.8.2耐火材料质量对操作的影响
    参考文献
   6中间包冶金
    6.1中间包操作过程的流动现象
    6.1.1中间包钢液流动概念
    6.1.2钢包注流冲击区
    6.1.3注流卷入空气
    6.1.4旋涡
    6.1.5流动不稳定性和波的形成
    6.2中间包钢水夹杂物的去除
    6.2.1夹杂物上浮
    6.2.2钢水平均停留时间
    6.3中间包流动形态控制
    6.3.1中间包无控制流动
    6.3.2中间包控制流动
    6.3.3中间包卷渣
    6.4中间包精炼技术
    6.4.1中间包双层覆盖渣
    6.4.2中间包吹Ar
    6.4.3夹杂物形态控制
    6.5中间包过滤器应用
    6.5.1过滤器原理
    6.5.2过滤器材质
    6.5.3深床过滤器动力学模型
    6.5.4过滤器应用效果
    6.6中间包加热技术
    6.6.1中间包钢水温度稳定性控制对策
    6.6.2中间包热平衡分析
    6.6.3中间包加热方法及效果
    参考文献
   7连铸保护浇注
    7.1钢水二次氧化与钢的清洁度
    7.1.1钢清洁度概念
    7.1.2二次氧化生成夹杂物特征
    7.2浇注过程中二次氧化源
    7.2.1注流与空气相互作用
    7.2.2钢液与空气相互作用
    7.2.3钢液与耐火材料作用
    7.2.4钢液与渣相的相互作用
    7.2.5渣相与耐火材料的相互作用
    7.3浇注过程中钢液二次氧化产物的形成
    7.3.1二次氧化产物形式模式
    7.3.2钢中夹杂物起源的追踪
    7.4二次氧化量度的评价
    7.4.1中间包Al平衡法
    7.4.2钢水氮平衡
    7.4.3钢水总氧量
    7.4.4钢中夹杂物评级
    7.5防止二次氧化的对策
    7.5.1保护介质的工艺功能
    7.5.2保护浇注方法
    参考文献
   8结晶器冶金
    8.1结晶器钢水流动行为
    8.1.1结晶器钢水流动特征
    8.1.2结晶器钢水流动形态
    8.1.3结晶器钢流控制技术
    8.2结晶器的冶金作用
    8.2.1凝固坯壳生长均匀性
    8.2.2液相穴夹杂物上浮与排除
    8.2.3结晶器微合金化
    8.2.4凝固组织的控制
    参考文献
   9连铸坯凝固与传热
    9.1连铸坯凝固与传热特点
    9.1.1连铸坯凝固过程实质上是热量传递过程
    9.1.2连铸坯凝固是沿液相穴在凝固温度区间把液体转变为固体的加工过程
    9.1.3铸坯凝固是分阶段的凝固过程
    9.1.4在连铸机内运行的已凝固坯壳的冷却可看成是经历“形变热处理”过程
    9.2结晶器钢水凝固与传热
    9.2.1结晶器平均散热量
    9.2.2结晶器瞬时散热量
    9.2.3结晶器坯壳生长
    9.2.4影响结晶器传热的因素
    9.3二冷区的凝固与传热
    9.3.1二冷区传热方式
    9.3.2影响二冷区传热的因素
    9.3.3二冷区凝固坯壳生长
    9.4连铸坯凝固结构
    9.4.1铸坯低倍结构特征
    9.4.2连铸坯低倍结构模型
    9.4.3铸坯结构的控制
    参考文献
   10连铸二次冷却控制
    10.1二次冷却与铸坯质量
    10.2二次冷却区的设计
    10.2.1二冷区的基本结构
    10.2.2喷嘴的选择及配置
    10.2.3冷却水分配原则及冷却方式
    10.3连铸坯凝固传热数学模型
    10.3.1基本概念
    10.3.2一维传热数学模型
    10.3.3二维传热数学模型
    10.3.4数学模型的求解
    10.4连铸二次冷却控制
    10.4.1二冷水控制方法
    10.4.2目标表面温度动态控制法
    10.4.3参数控制法
    10.4.4两种控制方法的比较
    10.5控制模型的应用
    10.5.1拉速的影响
    10.5.2浇注断面的影响
    10.5.3过热度的影响
    10.5.4冷却强度的影响
    参考文献
   11连铸坯质量控制
    11.1铸坯纯净度
    11.1.1铸坯纯净度与产品质量
    11.1.2连铸坯夹杂物
    11.1.3提高铸坯纯净度措施
    11.2铸坯表面质量
    11.2.1表面纵裂纹
    11.2.2表面横裂纹
    11.2.3铸坯表面网状（星形或晶界）裂纹
    11.2.4铸坯表面夹渣
    11.2.5铸坯皮下气孔
    11.3铸坯内部质量
    11.3.11铸坯凝固结构
    11.3.2铸坯中心偏析
    11.3.3铸坯中心致密度
    11.3.4铸坯内部裂纹
    11.4铸坯形状缺陷
    11.4.1铸坯菱形变形（脱方）
    11.1.4.2鼓肚
    11.5热加工对铸坯缺陷影响
    11.5.1压下量对铸坯内部缺陷的作用
    11.5.2压下量对铸坯表面缺陷的影响
    11.5.3轧制过程铸坯中夹杂物变形
    参考文献
    连铸保护渣及覆盖剂
    12.1保护渣的冶金功能
    12.1.1隔绝空气防止对钢液的二次氧化
    12.1.2吸收非金属夹杂物净化钢渣界面
    12.1.3在凝固坯壳与结晶器壁间形成润滑膜
    12.1.4改善结晶器与坯壳间传热
    12.1.5绝热保温减少钢液热损失
    12.2保护渣的基本特性
    12.2.1渣层结构
    12.2.2熔化特征
    12.2.3粘度
    12.2.4界面特性
    12.3保护渣的配制
    12.3.1保护渣基础成分的设计
    12.3.2原料的选择及组合
    12.3.3配加调整剂
    12.3.4原料加工及成品
    12.4保护渣的选用对策
    12.4.1保护渣对铸坯质量的重要性
    12.4.2使用过程对保护渣的评价
    12.4.3选用保护渣的对策
    12.5中间包保护渣及覆盖剂
    参考文献