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连铸工艺步骤介绍

将高温钢水浇注到一个个钢锭模内，而是将高温钢水连续不停地浇到一个或多个用强制水冷带有“活底”(叫引锭头)铜模内(叫结晶器)，钢水很快和“活底”凝结在一起，待钢水凝固成一定厚度坯壳后，就从铜模下端拉出“活底”，这么已凝固成一定厚度铸坯就会连续地从水冷结晶器内被拉出来，在二次冷却区继续喷水冷却。带有液芯铸坯，一边走一边凝固，直到完全凝固。待铸坯完全凝固后，用氧气切割机或剪切机把铸坯切成一定尺寸钢坯。这种把高温钢水直接浇注成钢坯新工艺，就叫连续铸钢。

【导读】：转炉生产出来钢水经过精炼炉精炼以后，需要将钢水铸造成不一样类型、不一样规格钢坯。连铸工段就是将精炼后钢水连续铸造成钢坯生产工序，关键设备包含回转台、中间包，结晶器、拉矫机等。本专题将具体介绍转炉（和电炉）炼钢生产工艺步骤，关键工艺设备工作原理和控制要求等信息。因为时间仓促和编辑水平有限，专题中难免出现遗漏或错误地方，欢迎大家补充指正。 

连铸目标: 将钢水铸造成钢坯。
将装有精炼好钢水钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。结晶器是连铸机关键设备之一，它使铸件成形并快速凝固结晶。拉矫机和结晶振动装置共同作用，将结晶器内铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度板坯。
连铸钢水准备
一、连铸钢水温度要求：
钢水温度过高危害：①出结晶器坯壳薄，轻易漏钢；②耐火材料侵蚀加紧，易造成铸流失控，降低浇铸安全性；③增加非金属夹杂，影响板坯内在质量；④铸坯柱状晶发达；⑤中心偏析加重，易产生中心线裂 纹。
钢水温度过低危害：①轻易发生水口堵塞，浇铸中止；②连铸表面轻易产生结疱、夹渣、裂纹等缺点； ③非金属夹杂不易上浮，影响铸坯内在质量。
二、钢水在钢包中温度控制：
依据冶炼钢种严格控制出钢温度，使其在较窄范围内改变；其次，要最大程度地降低从出钢、钢包中、钢包运输途中及进入中间包整个过程中温降。
实际生产中需采取在钢包内调整钢水温度方法：
1）钢包吹氩调温
2）加废钢调温
3）在钢包中加热钢水技术
4）钢水包保温

中间包钢水温度控制
一、浇铸温度确实定
浇铸温度是指中间包内钢水温度，通常一炉钢水需在中间包内测温3次，即开浇后5min、浇铸中期和浇铸结束前5min,而这3次温度平均值被视为平均浇铸温度。
浇铸温度确实定可由下式表示（也称目标浇铸温度）：
T=TL+△T 。
二、液相线温度：
即开始凝固温度，就是确定浇铸温度基础。推荐一个计算公式：
T=1536-{78[%C]+7.6[%Si]+4.9[%Mn]+34[%P]+30[%S]+5.0[%Cu]+3.1[%Ni]+1.3[%Cr]+3.6[%Al]+2.0[%Mo] +2.0[%V]+18[%Ti]} 
三、钢水过热度确实定
钢水过热度关键是依据铸坯质量要求和浇铸性能来确定。
钢种类别          过热度
非合金结构钢      10-20℃
铝镇静深冲钢      15-25℃
高碳、低合金钢    5-15℃
四、 出钢温度确实定
钢水从出钢到进入中间包经历5个温降过程：
△T总=△T1+△T2+△T3+△T4+△T5
△T1出钢过程温降；
△T2出完钢钢水在运输和静置期间温降 (1.0～1.5℃/min)；
△T3钢包精炼过程温降（6～10℃/min）；
△T4精炼后钢水在静置和运往连铸平台温降(5～1.2℃/min）；
△T5钢水从钢包注入中间包温降。
T出钢 = T浇+△T总
控制好出钢温度是确保目标浇铸温度首要前提。具体出钢温度要依据每个钢厂在本身温降规律调查基础上，依据每个钢种所要经过工艺路线来确定。

拉速确实定和控制
一、拉速控制作用:
拉速定义:拉坯速度是以每分钟从结晶器拉出铸坯长度来表示。拉坯速度应和钢液浇注速度相一致。拉速控制合理,不仅能够确保连铸生产顺利进行,而且能够提升连铸生产能力,改善铸坯质量.现代连铸 追求高拉速。
二、拉速确定标准:
确保铸坯出结晶器时能承受钢水静压力而不破裂，对于参数一定结晶器，拉速高时，坯壳薄；反之拉速低时则形成坯壳厚。通常，拉速应确保出结晶器坯壳厚度为12-14mm。
影响原因：钢种、钢水过热度、铸坯厚度等。
1）机身长度限制
依据凝固平方根定律，铸坯完全凝固时达成厚度：
 又机身长度：
 得到拉速：
 2）拉坯力限制
拉速提升，铸坯中未凝固长度变长，各对应位置上凝固壳厚度变薄，铸坯表面温度升高，铸坯在辊间鼓肚量增多。拉坯时负荷增加。超出拉拔转矩就不能拉坯，所以限制了拉速提升。
3）结晶器导热能力限制
依据结晶器散热量计算出，最高浇注速度：
板坯为2.5米/分
方坯为3-4米/分
4）拉坯速度对铸坯质量影响
（1）降低拉速能够阻止或降低铸坯内部裂纹和中心偏析
（2）提升拉速能够预防铸坯表面产生纵裂和横裂
（3）为预防矫直裂纹，拉速应使铸坯经过矫直点时表面温度避开钢热脆区。
5）钢水过热度影响
通常连铸要求许可最大钢水过热度，在许可过热度下拉速伴随过热度降低而提升，图1所表示。
6）钢种影响：就含碳量而言，拉坯速度按低碳钢、中碳钢、高碳钢次序由高到低。就钢中合金含量而言，拉速按普碳钢、优质碳素钢、合金钢次序降低。

第四节 铸坯冷却控制
钢水在结晶器内冷却即一冷确定，其冷却效果能够由经过结晶器壁传出热流大小来度量
1）一冷作用：一冷就是结晶器通水冷却。其作用是确保铸坯在结晶器内形成一定初生坯壳。
2）一冷确定标准：一冷通水是依据经验，确定以在一定工艺条件下钢水在结晶器内能够形成足够坯壳厚度和确保结晶器安全运行前提。通常结晶器周围供水2L/mm·min。进出水温差不超出8℃，出水温度控制在45-500℃为宜，水压控制在0.4-0.6Mpa。
3）二冷作用:二次冷却是指出结晶器铸坯在连铸机二冷段进行冷却过程.其目标是对带有液芯铸坯实施喷水冷却,使其完全凝固,以达成在拉坯过程中均匀冷却.
4）二冷强度确定标准:二冷通常结合铸坯传热和铸坯冶金质量两个方面来考虑.铸坯刚离开结晶器,要采取大量水冷却以快速增加坯壳厚度,伴随铸坯在二冷区移动,坯壳厚度增加,喷水量逐步降低.所以,二冷区可分若干冷却段,每个冷却段单独进行水量控制.同时考虑钢种对裂纹敏感性而有针对性调整二冷喷水量.
5）二冷水量和水压:对普碳钢低合金钢，冷却强度为：1.0-1.2L/Kg钢。对低碳钢、高碳钢,冷却强度为： 0.6-0.8L/Kg钢。对热裂纹敏感性强钢种，冷却强度为:0.4-0.6L/Kg钢，水压为0.1-0.5MPa
二、连铸坯表面质量及控制 
（一）连铸过程质量控制
1）提升钢纯净度方法
（1）无渣出钢
（2）选择适宜精炼处理方法
（3）采取无氧化浇注技术
（4）充足发挥中间罐冶金净化器作用
（5）选择优质耐火材料
（6） 充足发挥结晶器作用
（7） 采取电磁搅拌技术，控制注流运动
（二）连铸坯表面质量及控制
连铸坯表面质量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关键原因，还是铸坯热送和直接轧制前提条件。
连铸坯表面缺点形成原因较为复杂，但总体来讲，关键是受结晶器内钢液凝固所控制，图14所表示。

图14  连铸坯表面缺点示意图
（三）连铸坯内部质量及控制
铸坯内部质量是指铸坯是否含有正确凝固结构、偏析程度、内部裂纹、夹杂物含量及分布情况等。
凝固结构是铸坯低倍组织，即钢液凝固过程中形成等轴晶和柱状晶百分比。铸坯内部质量和二冷区冷却及支撑系统亲密相关，图15，图16所表示。

图15  铸坯内部缺点示意图

图16  “V”形偏析
1）降低铸坯内部裂纹方法
（1）采取压缩浇铸技术，或应用多点矫直技术
（2）二冷区采取适宜夹辊辊距，支撑辊正确对弧
（3）二冷水分配合适，保持铸坯表面温度均匀
（4）适宜拉辊压下量，最好采取液压控制机构
2）夹杂物控制
从炼钢    精炼    连铸生产洁净钢，关键控制对策是：
（1）控制炼钢炉下渣量
●  挡渣法（偏心炉底出钢、气动法、挡渣球）
●  扒渣法：目标是钢包渣层厚＜50mm，下渣2Kg/t
（2）钢包渣氧化性控制
●  出钢渣中高（FeO+MnO）是渣子氧势量度。（FeO+MnO）↑板胚T[O]↑
（3）钢包精炼渣成份控制
不管采取何种精炼方法（如RH、LF、VD），合理搅拌强度和合理精炼渣组成是取得洁净钢水基础。
适宜钢包渣成份：CaO/ Al2O3＝1.5～1.8，CaO/ SiO2=8～13，（FeO+MnO）＜5％。高碱度、低熔点、低氧化铁、富CaO钙铝酸盐精炼渣，能有效吸收大颗粒夹杂物，降低总氧。
（4）保护浇注
●  钢水保护是预防钢水再污染生产洁净钢关键操作
●  保护浇注好坏判定指标：－△[N]＝[N]钢包－[N]中包；－△[Al]s＝[Al]钢包－[Al]中包 
●  保护方法：①中包密封充Ar；②钢包    中间包长水口，△[N]＝1.5PPm甚至为零；③中间包    结 晶器浸入式水口
(5)中间包控流装置
●  中间包不是简单过渡容器，而是一个冶金反应容器，作为钢水进入结晶器之前深入净化钢水
●  中间包促进夹杂物上浮其方法：
    a.增加钢水在中间包平均停留时间t：t＝w/（a×b×ρ×v）。中间包向大容量深熔池方向发展。
    b.改变钢水在中间包流动路径和方向，促进夹杂物上浮。
（6）中间包复盖剂
    中间包是钢水去除夹杂物理想场所。钢水面上复盖剂要有效吸收夹杂物。
●  碳化稻壳；
●  中性渣：（CaO/SiO2=0.9～1.0）
●  碱性渣：（CaO+MgO/SiO2≥3）
●  双层渣
渣中（SiO2）增加，钢水中T[O]增加。生产洁净钢应用碱性复盖剂。
（7）碱性包衬
    钢水和中间包长久接触，钢水和包衬热力学性能必需是稳定，这是生产洁净钢一个关键条件。包衬材质中SiO2增加，铸坯中总氧T[O]是增加，所以生产洁净钢应用碱性包衬。
    对低碳Al -K钢，中间包衬用Mg-Ca质涂料（Al2O3→0），包衬反应层中Al2O3可达21％，说明能有效 吸附夹杂物。
（8）钢种微细夹杂物去除
●  大颗粒夹杂（>50μm）去除，采取中间包控流技术
●  小颗粒夹杂（<50μm）去除：
  －中间包钙质过滤器
  －中间包电磁旋转
（9）预防浇注过程下渣和卷渣
●  加入示踪剂追踪铸坯中夹杂物起源
●  结晶器渣中示踪剂改变
●  铸坯中夹杂物起源，初步估算外来夹杂物占41.6%二次氧化占 39%，脱氧产物为20%
（10）预防Ar气泡吸附夹杂物
对Al－K钢，采取浸入式水口吹Ar预防水口堵塞，但吹Ar会造成：
●  水口堵塞物破碎进入铸胚，大颗粒Al2O3轧制延伸会形成表面成条状缺点
●  ＜1mmAr气泡上浮困难，它是Al2O3和渣粒聚合地，当气泡尺寸>200μm易在冷轧板表面形成条状缺点。
为处理水口堵塞问题，可采取：
－钙处理改善钢水可浇性
－钙质水口
－无C质水口
现在还是广泛采取吹Ar来预防堵塞。生产洁净钢总标准是：钢水进入结晶器之前尽可能排除Al2O3。
（11）结晶器钢水流动控制
三、连铸坯形状缺点及控制
（一）鼓肚变形
带液心铸坯在运行过程中，于两支撑辊之间，高温坯壳中钢液静压力作用下，发生鼓胀成凸面现象，称之为鼓肚变形。板坯宽面中心凸起厚度和边缘厚度之差叫鼓肚量，用以衡量铸坯彭肚变形程度。
降低鼓肚应采取方法 ：
（1）降低连铸机高度
（2）二冷区采取小辊距密排列；铸机从上到下辊距应由密到疏部署
（3）支撑辊要严格对中
（4）加大二冷区冷却强度
（5） 预防支撑辊变形，板坯支撑辊最好选择多节辊

图17  铸坯鼓肚示意图
（二）菱形变形
菱形变形也叫脱方。是大、小方坯缺点。是指铸坯一对角小于90°，另一对角大于90°；两对角线长 度之差称为脱方量。
应对菱变方法 ：
（1）选择适宜锥度结晶器
（2）结晶器最好用软水冷却
（3）保持结晶器内腔正方形，以使凝固坯壳为规正正形状
（4）结晶器以下600mm距离要严格对弧；并确保二冷区均匀冷却
（5）控制好钢液成份
（三）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，变成随圆倾向越严重。形成椭圆变形原因有：
（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）拉矫辊夹紧力调整不妥，过分压下
可采取对应方法：
（1）立即更换变形结晶器
（2）连铸机要严格对弧
（3）二冷区均匀冷却
（4）可合适降低拉速
（四）夹杂物控制
提升钢纯净度方法：
（1）无渣出钢
（2）选择适宜精炼处理方法
（3）采取无氧化浇注技术
（4）充足发挥中间罐冶金净化器作用
（5）选择优质耐火材料
（6）充足发挥结晶器作用
（7） 采取电磁搅拌技术，控制注流运动
（五）间包冶金
目前对钢产品质量要求变得愈加严格。中间包不仅仅只是生产中一个容器，而且在纯净钢生产中发 挥着关键作用。
70年代认识到改变中间包形状和加大中间包容积能够达成延长钢液停留时间，提升夹杂物去除率目标；安装挡渣墙，控制钢液流动，实现夹杂物有效碰撞、长大和上浮。80年代发明了多孔导流挡墙和中间 包过滤器。
在预防钢水被污染技术开发中，最近已经有实质性进展。借助优异中间包设计和操作如中间包加热，热周转操作，惰性气氛喷吹，预熔型中间包渣，活性钙内壁，中间包喂丝，和中间包夹杂物行为数学模拟等，中间包在纯净钢生产中作用表现得越来越关键。
在现代连铸应用和发展过程中，中间包作用显得越来越关键，其内涵在被不停扩大，从而形成一个独 特领域——中间包冶金。
中间包冶金最新技术：
（1）H型中间包
（2）离心流中间包
（3）中间包吹氩
（4）去夹杂陶瓷过滤器
（5）电磁流控制