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连铸连轧新技术连铸连轧新技术第二讲第二讲 连铸机设备连铸机设备2.1 弧形连铸机的几个重要参数弧形连铸机的几个重要参数2.1.1.连铸机台数、机数、流数的定义连铸机台数、机数、流数的定义台数：台数：凡是共用一个钢包浇铸一流或者多流钢坯的一套连续铸钢设备称一台连铸机。机数：机数：具有独立的传动和工作系统，当其出事故时，仍可照常工作的一组设备称为一个机组。一台连铸机可以由一机或多机组成。若机数为1时可以省略。流数：流数：每台连铸机所能同时浇铸的铸坯总根数称为铸机的流数。它可由一机或者多机承担。凡一台连铸机只有一个机组，又只能浇注一根铸坯，称为一机一流。如能同时浇注两根以上的铸坯，称为一机多流。凡一台铸机具有多个机组又可分别浇注多根铸坯的，称为多机多流。2.1.2 弧形、椭圆形连铸机的表示方法弧形、椭圆形连铸机的表示方法 连铸机的规格表示如下：aRbc这里：a机数，若其数为1，则可省略；R机型为弧形或椭圆形连铸机；b连铸机的圆弧半径，m；若椭圆形连铸机为多个半径之乘积，也标志可浇铸坯 的最大厚度；c 表示拉辊坯辊身长度，mm，它标志着连铸机可容纳的连铸坯的最大宽度。B=C-(150200)mm举例举例(1)3R5.25240表示此台连铸机为3机，弧形连 铸机，其圆弧半径为525m，拉坯辊辊身长度为240mm。(2)R102300表示此连铸机为1机，弧形连铸机，其圆弧半径为10m，拉坯辊辊身长度为2300mm，浇铸板坯的最大宽度为2300-(150200)=(2150 2100)mm。即可浇铸板坯的最大宽度为2150 2100mm。(3)R34612350表示该连铸机为1机，四段椭圆形连铸机，圆弧半径分别为3m、4m、6m和12m，拉坯辊辊身长度为350mm。2.1.3 弧形连铸机的几个重要参数弧形连铸机的几个重要参数1)铸坯断面尺寸规格铸坯断面尺寸规格 目前已生产的连铸坯形状和尺寸范围如下：小方坯：小方坯：70 mm 70 mm200 mm200 mm；大方坯大方坯：200 mm200 mm450 mm450mm；矩形坯：矩形坯：150 mm100 mm400 mm560mm;板坯：板坯：150 mm600 mm300 mm 2640mm;圆坯：圆坯：D80 mm450 mm。铸坯断面尺寸的确定应考虑轧机咬入能力、工艺要求、轧件的压缩比和铸坯质量的限制。2)拉坯速度拉坯速度(浇注速度浇注速度)A 拉坯速度拉坯速度 拉坯速度vc是指每分钟拉出铸坯的长度，单位是mmin，简称拉速；浇注速度浇注速度q是指每分钟每流浇注的钢水量，单位是t(min流)，简称注速，两者之间可以转换：式中p-铸坯密度(非合金钢一般取p=78 tm3)，tm3；B-铸坯宽度，m；D-铸坯厚度，m B 拉坯速度的确定拉坯速度的确定 a 用铸坯断面确定拉速用铸坯断面确定拉速 式中 铸坯断面周长，mm；F铸坯断面面积，mm2；K断面形状速度系数，mmm/min。小方坯：K=6585；大方坯(矩形坯)：K=5575；圆坯：K=4555。上式只适用于大、小方坯、矩形坯和圆坯。b 用铸坯的宽厚比确定拉坯速度用铸坯的宽厚比确定拉坯速度 铸坯的厚度对拉坯速度影响最大，由于板坯的宽厚比较大，所以可采用以下经验公式确定拉速：式中 D-铸坯厚度,mm；f-系数，mmmmin。C 最大拉坯速度最大拉坯速度式中 最大拉坯速度，mmin；Lm结晶器有效长度(结晶器长度一l00 mm)，mm；Km结晶器内钢液凝固系数，mmmin1/2；&min最小坯壳厚度 mm.计算得出的拉速为理论最大拉速，而实际生产的最大拉速是理论的9095%.3)圆弧半径的确定圆弧半径的确定 铸机的圆弧半径R指铸坯外弧曲率半径，单位是m。它是确定弧形连铸机总高度的重要参数，也标志所能浇注铸坯厚度范围。RcD 式中R连铸机圆弧半径；D铸坯厚度；c系数，一般中小型铸坯取3040；大型板坯及合金钢，取40以上。国外，普通钢种取3335，优质钢取4245。4）液相深度）液相深度A 液相深度 液相深度L液是指铸坯从结晶器液面开始到铸坯中心液相凝固终了的长度，也称为液心长度。L液=VCt 式中L液连铸坯液相深度，m；VC拉坯速度，mmin；t铸坯完全凝固所需要的时间，min。图2一l 连铸坯液相深度示意图 铸坯厚度D与完全凝固时问t之间的关系由下式表示：得出液相深度与拉坯速度的关系式：液相深度与铸坯厚度、拉坯速度和冷却强度有关。铸坯越厚，拉速越快，液相深度就越长，连铸机也越长。在一定范围内，增加冷却强度，有助于缩短液相深度。B 冶金长度冶金长度 根据最大铸坯厚度、最大拉速确定的液相深度为冶金长度L冶，冶金长度是连铸机的重要结构参数；决定着连铸机的生产能力，也决定了铸机半径或高度，从而对二次冷却区及矫直区结构乃至铸坯的质量都会产生重要影响。C 铸机长度铸机长度 铸机长度L机是从结晶液面到最后一对拉矫辊之间的实际长度。这个长度应该是冶金长度的1.11.2倍。弧形连铸机由主体设备和辅助设备两大部分组成。其主体设备由以下几部分组成：(1)钢液浇注及承载设备：钢液浇注及承载设备：钢包、回转台、中间包、中间包车；(2)成形及冷却设备成形及冷却设备：结晶器及其振动装置、二冷装置；(3)拉坯矫直设备：拉坯矫直设备：拉坯矫直机、引锭装置、脱引锭装置、引锭杆收集存放装置；(4)切割设备：切割设备：火焰切割、机械剪切(液压剪、机械剪)；(5)出坯设备：出坯设备：辊道、冷床、拉钢机、翻钢机、缓冲器、火焰清理机、打号机等。现代连铸机有哪些结构特征?近代连铸机向高生产率和高质量两个方向发展，提高拉坯速度和缩短辅助时间是提高生产率的重要手段。由于拉速高，连铸坯液芯长度增加，由此引起一系列问题，如铸坯出结晶器后坯壳厚度变薄、二次冷却段的铸坯易产生鼓肚变形、矫直时由于铸坯仍有液芯而产生内裂等，这些问题的解决构成了近代连铸机的重要结构特征。l 为了保护浇注，须使用长水口，采用带升降机构的钢包回转台。l 为了改 善结晶器冷却效果，增加结晶器出口坯壳厚度，须采用直型长结晶器，长度为9 0 0mm。l 结晶器振动机构采用四偏心机构，其振动采用高频率小振幅以减小振痕深度，提高铸坯表面质量，最高振动频率已达400次min。l由于高拉速，液芯长度加长，铸坯极易产生鼓肚变形，影响铸坯质量，在二次冷却段的夹辊采用小辊距高刚度，为此采用小辊密排和分节辊结构。l铸坯的矫直采用多点矫直或连续矫直，以降低由于矫直在坯壳中产生的应力水平，防止内裂提高质量。压缩铸造技术也是解决这个问题的重要途径。图图2-2 钢包示意图钢包示意图2.2 钢钢 包包 钢包又称盛钢桶、钢水包、大包等；它是用于盛装、运载钢液并进行浇注的设备，也是钢液炉外精炼的容器。图图23 滑动水口控制原理图滑动水口控制原理图(a)全开;(b)半开；(c)全闭1一上水口;2一上滑板；3一下滑板；4一下水口 钢包通过滑动水口开启、关闭来调节钢液注流。钢包通过滑动水口开启、关闭来调节钢液注流。图图2-4 长水口保护装置长水口保护装置 (a)卡口型；(b)液压型；(c)叉型1一钢包；2一氩气；3钢水；4一中间包；5一浇注位置 长水口长水口又称保护套管，用于钢包与中间包之间保护注流不被二次氧化，同时也避免了注流的吸气、飞溅以及敞开浇注的卷渣问题。钢包回转台钢包回转台 图图2-5 钢包回转台钢包回转台 (a)直臂式；(b)双臂单独升降式；(c)带钢包加盖功能 钢包回转台是现代连铸中应用最普遍的运载和承托钢包进行浇注的设备，通常设置于钢水接受跨与浇注跨柱列线之间。钢包回转台能够在转臂上同时承放两个钢包，一个用于浇注，另一个处于待浇状态。2.3 中间包中间包 中间包也叫做中包、中间罐。中间包是位于钢包与结晶器之间用于钢液浇注的过渡装置，有减压、稳流、去渣、贮钢、分流和中间包冶金等重要作用。中间包的容量是钢包容量的2040。在通常浇注条件下，钢液在中间包内应停留810min，才能起到夹杂物上浮和稳定注流的作用。图2-9 中间包各种断面形状示意图(a)、(e)单流；(b)、(f)、(g)双流；(c)4流；(d)6流；(h)8流 1一钢包注流位置；2一中间包水口位置；3一挡渣墙中间包车结构有哪些特点?中间包车是承载和运送中间包的特殊车辆，根据工艺操作要求，中间包车必须具备如下功能：(1)将中间包由预热位置移到浇钢位置上，在浇钢结束后还应移出浇钢位置，因此中间包车应具有运行功能；。(2)在安放中间包时，首先将中间包提起，使水口离开结晶器盖一定高度后再进入浇钢位置，下降中间包，使水口对准结晶器中心，因此它应具有升降和微调功能；(3)在浇钢过程中偶遇事故时，需将中间包中钢水放掉，因此中间包车还必须有使钢水溢流出去的功能；(4)浇钢过程中，中间包中钢水重量应能显示，因此它应具有称量功能。根据以上工艺对中间包的要求，在中间包结构上应设置有：行走装置、升降装置、微调装置、长水口装卸装置、称量装置、操作台、供电供油等主体设备，此外还应设置有行程检测、限位装置等。总之，中间包车是在恶劣条件下工作的功能比较多、结构复杂的运载车辆。图2-12 三层式滑动水口示意图 1一座砖；2一上水口；3一上滑板；4一滑动板；5一下滑板；6一浸入式水口；7-螺栓；8一夹具；9下滑板套；10一滑动框架；11一盖板；l2一刻度；13一连杆；l4一油缸；l5一水口箱；16结晶器浸入式水口 目前连铸大都采用浸入式水口加保护渣的保护浇注。浸入式水口的形状和尺寸直接影响结晶器内钢液流动的状况，因而也直接关系到铸坯表面和内部质量。图213浸入式水口基本类型(a)单孔直筒形水口；(b)侧孔向上倾斜状水口；(c)侧孔向下倾斜呈倒Y形水口；(d)侧孔呈水平状水口图2-14 两种箱式浸入式水口示意图 （浇注大型板坯时使用）2.4 结晶器结晶器 结晶器结晶器是一个水冷的钢锭模，是连铸机的核心部件，称之为连铸设备的心脏。结晶器的作用结晶器的作用：钢液在结晶器内冷却、初步凝固成型，且均匀形成具有一定厚度的坯壳。结晶器采用冷却水冷却，通常称为一次冷却。(1)(1)良好的导热性，能使钢液快速凝固良好的导热性，能使钢液快速凝固。每l kg钢水浇注成坯并冷却到室温，放出的热量约为131410kJkg，而结晶器约带走51 0，即671 3 4kJkg，若板坯尺寸为2 5 01 7 00mm，拉速为l mmin时，结晶器每分钟带走的热量多达2 0万kJ。而结晶器长度又较短，一般不超过l m，在这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。(2)(2)结构刚性要好。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(仅有1020mm)，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，以适应大的热应力。(3)(3)结晶器结构要简单，便于制造和维护。结晶器结构要简单，便于制造和维护。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，现代结晶器都采用了整体吊装或在线调宽技术。(4)(4)内表面耐磨性要好，以提高寿命。内表面耐磨性要好，以提高寿命。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质应有良好的耐磨性和较高的再结晶温度。(5)(5)重量要轻，以减少振动时的惯性力。重量要轻，以减少振动时的惯性力。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4 00次min，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，进而也影响到结晶器运动轨迹的精度。对结晶器的要求：对结晶器的要求：2.4.1 结晶器的类型与构造结晶器的类型与构造按结晶器的外形按结晶器的外形可分为直结晶器：用于立式、立弯式及直弧形连铸机；弧形结晶器：用在全弧形和椭圆形连铸机从其结构来分从其结构来分管式结晶器：用于小方坯、圆坯及矩形坯连铸；组合式结晶器：用于大方坯、大矩形坯和板坯连铸。图图221 管式结晶器管式结晶器1一冷却水入口；2一钢液；3一夹头；4一冷却水出口；5一油压缸管式结晶器管式结晶器主要用于小方坯连铸机上。图图222 组合式结晶器结构图组合式结晶器结构图1一调厚与夹紧机构；2一窄面内壁；3一宽面内壁；4一结晶器外框架；5一振动框架；6一调宽机构图223 宽度可调的板坯结晶器2.4.2 结晶器的重要参数结晶器的重要参数 结晶器断面尺寸：结晶器断面尺寸：结晶器断面尺寸应根据铸坯的公称尺寸来确定。由于结晶器断面尺寸应根据铸坯的公称尺寸来确定。由于铸坯冷却凝固收缩，尤其弧形铸坯在矫直时还会引起铸铸坯冷却凝固收缩，尤其弧形铸坯在矫直时还会引起铸坯的变形，为此要求结晶器的内腔断面尺寸应比铸坯公坯的变形，为此要求结晶器的内腔断面尺寸应比铸坯公称尺寸略大一些。称尺寸略大一些。作为一次冷却，结晶器长度是一个非常重要作为一次冷却，结晶器长度是一个非常重要的参数。结晶器越长，在相同的拉速下，出结晶的参数。结晶器越长，在相同的拉速下，出结晶器坯壳越厚，浇铸安全性更好。然而，结晶器过器坯壳越厚，浇铸安全性更好。然而，结晶器过于长的话，冷却效率就降低。目前世界上通常采于长的话，冷却效率就降低。目前世界上通常采用的结晶器长度有两种，即用的结晶器长度有两种，即700mm和和900mm。结晶器长度结晶器长度 结晶器长度结晶器长度 确定结晶器长度的主要依据是铸坯出结晶器下口时的坯壳最小厚度。若坯壳过薄，铸坯就会出现鼓肚变形，甚至拉漏。结晶器长度的计算如下：结晶器有效长度(结晶器容纳钢水的长度)的确定：钢水在结晶器中停留时间与铸坯出结晶器坯壳的厚度关系，由凝固定律可知：式中 v 拉坯速度，m/min;Lm结晶器有效长度，mm；Km结晶器内钢液凝固系数，mm/minl1/2；出结晶器下口坯壳厚度，mm；一般应有1025。在实际生产中钢液面距结晶器上口有80120 mm的距离，故结晶器的长度为：结晶器锥度结晶器锥度 由于铸坯在结晶器内凝固的同时是伴随着体积的收由于铸坯在结晶器内凝固的同时是伴随着体积的收缩，因此，结晶器铜板内腔必须设计成上大下小的形状，缩，因此，结晶器铜板内腔必须设计成上大下小的形状，即所谓的结晶器锥度。即所谓的结晶器锥度。结晶器锥度分为宽度方向和厚度方向两种。结晶器锥度分为宽度方向和厚度方向两种。宽度方向锥度：宽度方向锥度：结晶器宽度方向的锥度比厚度方向上的结晶器宽度方向的锥度比厚度方向上的锥度更为重要。因此，通常所说的结晶器锥度就是指结锥度更为重要。因此，通常所说的结晶器锥度就是指结晶器宽度方向的锥度晶器宽度方向的锥度。铸坯的收缩与拉速有关，从理论上讲，结晶器锥度铸坯的收缩与拉速有关，从理论上讲，结晶器锥度应根据拉速变化而变化。应根据拉速变化而变化。*结晶器为什么要有锥度结晶器为什么要有锥度?答：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，在结晶器与坯壳砑问形成间隙，称气隙。由于气隙的存在降低了冷却效果，同时由于坯壳过早的脱离结晶器内壁，在钢水静压力作用下坯壳会产生变形。因此结晶器内腔设计要有锥度，而且是上大下小的倒锥度，以减少气隙。结晶器宽度结晶器宽度 结晶器宽度的设计要考虑从液态钢液完全凝结晶器宽度的设计要考虑从液态钢液完全凝固以及冷却到常温铸坯所有收缩量。根据钢的成固以及冷却到常温铸坯所有收缩量。根据钢的成分以及连铸机型等因素确定，总的收缩取分以及连铸机型等因素确定，总的收缩取1.3%2.5%为宜，普通深冲钢可取为宜，普通深冲钢可取1.5%。2.4.3 结晶器材质与寿命结晶器材质与寿命 a 结晶器内壁材质结晶器内壁材质 由于结晶器内壁直接与高温钢液接触，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，易于加工。目前使用结晶器材质主要有两大类：(1)铜合金铜合金。在铜中加入含量为0.080.12的银，就能提高结晶器内壁的高温强度和耐磨性。在铜中加入含量为05的铬或加入一定量的磷，可显著提高结晶器的使用寿命。还可以使用铜一铬一锆一砷合金或铜一锆一镁合金制作结晶器内壁，效果都不错。铜银合金成份为：Cu 99.5，Ag0.070.1。加银的目的是为了提高铜板的再结晶温度，当含银量在0.080.1时再结晶器温度为318326(比普通铜板提高5 0)，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250320，这样可以防止再结晶。(2)铜板镀层。铜板镀层。在结晶器的铜板上镀0.10.15 mm厚的镀层，能提高耐磨性；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，比单独镀镍寿命提高57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连铸机使用。B 结晶器寿命结晶器寿命 结晶器使用寿命结晶器使用寿命实际上是指结晶器内腔保持原设计尺寸、形状的时间长短。只有保持原设计尺寸、形状、才能保证铸坯质量。结晶器寿命一般用结晶器浇注铸坯的长度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1000015000 m长。结晶器寿命也可用结晶器从开始使结晶器从开始使用到修理前所浇注的炉数用到修理前所浇注的炉数来表示，其范围为100150炉。提高结晶器寿命的措施提高结晶器寿命的措施有：1)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；3)定期检修结晶器；4)合理选择结晶器内壁材质及设计参数等。2.4.4 结晶器断面调宽装置结晶器断面调宽装置 离线调宽离线调宽是将结晶器吊离生产线调节结晶器宽面或窄面的尺寸。结晶器在线调宽结晶器在线调宽就是在生产过程中完成对结晶器宽度的调整；即结晶器的两个侧窄边多次分小步向外或向内移动，一直调到预定的宽度要求。其移动顺序如图2-25所示。它可在不停机的条件下改变铸坯断面；设备比较复杂，调整过程中要防止发生漏钢事故。图2-25结晶器Y形在线调宽原理图 (a)由窄调宽；(b)由宽调窄 *结晶器为什么要在线调宽结晶器为什么要在线调宽?答：为了生产多种规格铸坯，结晶器宽度要进行改变。结晶器在线调宽可以连续浇铸出不同宽度尺寸的铸坯，节省了停机时间，提高了生产效率；可减少铸坯切头切尾的损耗，提高收得率；可浇铸相近成分的钢水而不需停机。245结晶器的润滑结晶器的润滑 *结晶器为什么要润滑，高效连铸对结晶器润滑有什么要求?答：为防止铸坯坯壳与结晶器内壁粘结，减少拉坯阻力和结晶器内壁的磨损，改善铸坯表面质量，结晶器必须进行润滑。结晶器润滑有两类：油类和保护渣类。高效连铸机通常用保护渣类。连铸要求保护渣应在结晶器和坯壳间形成稳定而均匀的液渣膜。为此，保护渣的黏度必须与拉速相匹配。一般要求 ，同时保护渣消耗量不低于 。此外液态渣必须在钢液面上形成一定的厚度，以保证液态渣向结晶器和坯壳间的填充。同时吸收钢水中的夹杂物，一般要求液渣层厚度大于10mm。可见，提高拉速必须采用低黏度、低熔点、高熔化速度、大凝固系数的保护渣。图图226 结晶器保护渣自动加入装置结晶器保护渣自动加入装置 1一保护渣罐；2一振动管式输送机；3一给料管；4一浸入式水口；5 一结晶器；6一料仓车2.5 结晶器的振动装置结晶器的振动装置图2-27 坯壳拉断和粘结消除过程 1-钢水注流；2-结晶器；3-坯壳 2.5.1结晶器振动的目的结晶器振动的目的 结晶器的振动装置用于支撑结晶器；并使其上下往复振动以防止坯壳与结晶器粘结而被拉裂；且有利于保护渣在结晶器壁的渗透，保证结晶器充分润滑和顺利脱模。*结晶器为什么要振动。高效连铸对结晶器振动有什么特殊结晶器为什么要振动。高效连铸对结晶器振动有什么特殊要求要求?答：结晶器实施有规律的往复振动可以防止拉坯时坯壳与结晶器粘结，同时获得良好的铸坯质量。结晶器向上运动时，减少新生的坯壳与结晶器壁产生粘结，以防止坯壳受到较大的应力，减少铸坯表面出现裂纹；而结晶器向下运动时，借助结晶器壁与坯壳的摩擦，在坯壳上施加一定的压力，愈合结晶器上升时拉出的裂痕。高效连铸对结晶器振动要求高频，小振幅，负滑脱时间不易太长，正滑脱时间里振动速度与拉速之差减小，合适的结晶器超前量。*什么是负滑脱量什么是负滑脱量?答：在结晶器下振速度大于拉坯速度时，称为“负滑脱”。负滑脱量 的定义为：*什么是结晶器超前量什么是结晶器超前量?答：结晶器超前量指负滑脱时问里结晶器行程超过铸坯的那段距离。研究认为，结晶器超前量取34mm较合适。一方面，结晶器超前量应足够大，以确保坯壳在钢液面处能与结晶器较好地分离，防止粘结；另一方面，结晶器超前量也不能太大，否则会产生深的、不均匀的振痕。负滑脱能帮助“脱模”，有利于拉裂坯壳的愈合。根根据据结结晶晶器器振振动动的的运运动动轨轨迹迹可可将将振振动动方方式式分分为为非非正正弦弦振振动动和和正正弦弦振振动动两两大大类类。非非正正弦弦振振动动使使结结晶晶器器振振动动的的速速度度变变化化较较大大，引引起起较较大大惯惯性性力力矩矩，对对重重要要的的零零件件和和轴轴承承产产生生很很大大负负荷荷。正正弦弦型型振振动动以以四四偏偏心心机机构构为为首首推推，结结构构简简单单，运动平稳，零件寿命长等优点。运动平稳，零件寿命长等优点。2.5.2 结晶器振动方式结晶器振动方式振动主要参数振动主要参数振振幅幅：振振动动曲曲线线半半波波的的行行程程，或或上上下下运运行行总总行行程程的的1/2，常用字母，常用字母A表示。表示。振频：振频：单位时间内振动的次数单位时间内振动的次数振动速度振动速度:即振动线速度即振动线速度 平均振动速度平均振动速度:即完整周期中振动速度的平均值即完整周期中振动速度的平均值最大振动速度：振动周期中速度达到的最大值最大振动速度：振动周期中速度达到的最大值负滑脱时间：即结晶器向下振动时，速度超过负滑脱时间：即结晶器向下振动时，速度超过拉速的那一段时间拉速的那一段时间.负滑脱率，通常用下式表达负滑脱率，通常用下式表达图2-28 正弦振动和非正弦振动曲线 1一非正弦振动；2一正弦振动 目前总的趋势是：目前总的趋势是：正弦振动方式采用高频率、小振幅、较大的负滑脱量的振动较为有利。非正弦振动因为可以保证高速连铸条件下有良好的润滑和最小的摩擦力，随着高速连铸的发展，非正弦振动方式得到了开发应用。*什么是结晶器非正弦振动，有什么优点什么是结晶器非正弦振动，有什么优点?答：结晶器非正弦振动是结晶器在振动时，其位移量在与正弦振动相同值的前提下，使结晶器上升具有比下降时间更长的的振动波形，该波形有利于保护渣的消耗。因拉速越高，保护渣的消耗量越低，润滑效果越差，尤其在结晶器液面附近发生漏钢的危险就越大。如何能提高弯月液面下铸坯与结晶器的润滑就成为突出的问题。结晶器非正弦振动波形使正滑脱时问增长，负滑脱时问减少，减小拉坯阻力，增加保护渣的消耗量，增加铸坯与结晶器的润滑，减少漏钢。3、振动参数的确定和控制、振动参数的确定和控制 早早期期板板坯坯机机采采用用振振幅幅为为58mm，振振频频最最大大不不超超过过120min-1，负负滑滑脱脱率率一一般般取取40%。采采用用高高频频小小振振幅幅，振振幅幅一一般般为为24mm，振振频频达达到到200min-1，负负滑滑脱脱率率取取20%40%。有有特特殊殊需需要要，振振幅幅可可进进一一步步减减小小到到12mm，振频最高可达到，振频最高可达到400 min-1。*结晶器参数优化与提高铸坯质量有什么关系结晶器参数优化与提高铸坯质量有什么关系?答：通过结晶器参数优化，能提高连铸生产铸坯表面和皮下质量。结晶器特性参数优化结晶器特性参数优化：优化结晶器支撑形式，能改进结晶器等均匀变形。优化铜管厚度与圆角半径，使铸坯与结晶器粘结现象下降并有助于消除铸坯纵向偏角裂。优化铜管倒锥度，能使气隙热阻显著下降，有利于提高拉速和铸坯表面质量。优化铜管材质，能提高铜管的软化温度，铜管不易变形。优化铜管长度，有利于延长凝固坯壳在结晶器内的停留时间，减少漏钢和脱方。结晶器冷却参数优化：结晶器冷却参数优化：优化水缝宽度，对降低结晶受热面温度和减少结晶器变形都有利。优化水套形式，能很好地解决水套内腔形状及尺寸精度控制，有利于窄水缝技术的进一步推行。优化冷却水压力，能使水速进一步提高，有利于降低结晶器热面温度和减少结晶器热变形。优化水质，能保持铜管壁上尽可能无沉淀物和水垢，减少结晶器永久变形，提高铜管使用寿命。结晶器振动特性参数优化：结晶器振动特性参数优化：优化负滑脱时间，能使振痕深度降低，振痕均匀性更趋一致，提高铸坯表面质量。优化结晶器超前量，能防止粘结现象发生，避免产生较深的不均匀的振痕。优化结晶器内钢液面水平，既能避免铜管此过程产生永久变形，又能使凝固坯壳在结晶器内滞留时间不至于太短，有利于连铸生产和铸坯质量的提高。如何减小铸坯振痕?为了防止拉漏，减小结晶器阻力，采取了结晶器振动技术，但是由于结晶器振动，在铸坯表面产生了横向痕迹，此痕迹称振痕，振痕为沟状，其间距h=Vf，其中V为拉坯速度，f为振动频率。研究表明，振痕处易形成裂纹和成份的偏析，随着振痕深度的加深而加重。因此减小振痕深度是改善铸坯表面质量极为有效的措施。振痕深度与结晶器振动负滑脱时间有关，负滑脱时间越短，振痕深度就越浅。负滑脱时间又与结晶器振动频率和振幅有关，它可用下式表示式中f振动频率，1min；V拉坯速度，mmin；h振幅，mm。由上式可见，高频率小振幅可以减小负滑脱时间tm。为此近代连铸机广泛采用高频率小振幅来减小振痕深度改善铸坯表面质量。研究表明，振痕深度与保护渣粘度以及消耗量有关，粘度大，消耗量少，可以减小振痕深度。结晶器冷却水系统的设计应注意什么？u在结晶器冷却水循环系统中，为清除混进冷却水中的杂质，在每台连铸机上都应设置自洗式过滤器，并安装在连铸机附近的阀室，以便集中控制和手动操作。u 结晶器的冷却水回路都汇集到机器的间接冷却水主管道中，并流回水处理系统。u 为便于水管的装卸，结晶器冷水配管与管道水管之间都采甩伸缩接头连接，以便适应结晶器上下振动。u为保证冷却水能充满冷却水箱及备管路，在最高处应设置空气排除配管枣程旋塞，以便捧尽管路中的空气。结晶器锥度的新技术 （1）方坯连铸机多采用抛物线锥度、三锥度方坯连铸机多采用抛物线锥度、三锥度,在弯在弯月面处最大月面处最大,为为2.3%/m,冷却水流速提高到冷却水流速提高到12 m/s,提高了散热能力。结晶器的几何形状适应了提高了散热能力。结晶器的几何形状适应了其收缩变化过程。因此其收缩变化过程。因此,模壁与坯壳始终能和中部模壁与坯壳始终能和中部坯壳一样均匀地生长。抑制了裂纹和漏钢及菱度缺坯壳一样均匀地生长。抑制了裂纹和漏钢及菱度缺陷陷,拉速当然提高。板坯结晶器以增加铜板厚度拉速当然提高。板坯结晶器以增加铜板厚度,冷冷却水水缝变窄为却水水缝变窄为5 mm,冷却水流速提高到冷却水流速提高到9 m/s,寿命和拉速均提高。寿命和拉速均提高。结晶器液面波动控制技术目前目前,通过同位素法通过同位素法(Co60 或或Se137)、热电偶法、热电偶法、电磁涡流法、浮子法、红外线法等电磁涡流法、浮子法、红外线法等,常用的是同位常用的是同位素法和电磁涡流法。可将液面波动控制在素法和电磁涡流法。可将液面波动控制在3 mm 以内以内,最好的已经达到最好的已经达到1 mm。结晶器振动技术高拉速要求结晶器振动装置负滑脱时间稍短些高拉速要求结晶器振动装置负滑脱时间稍短些,以以控制振痕深度控制振痕深度;正滑脱时间稍长些正滑脱时间稍长些,以增加保护渣以增加保护渣消耗量。传统的正弦振动形式已难以奏效消耗量。传统的正弦振动形式已难以奏效,而非正而非正弦振动就显示出了优势。非正弦振动的最大特点是弦振动就显示出了优势。非正弦振动的最大特点是上升速度小上升速度小,而移动时间长而移动时间长,下降速度大而移动时下降速度大而移动时间短。间短。结晶器保护渣结晶器保护渣 保护渣的作用：保护渣的作用：绝热保温；防止氧化；吸收夹杂物；润滑和改善传热。Schematic representation of the various mould powder phases during continuous casting 1 1、绝热保温、防止钢液面结壳、绝热保温、防止钢液面结壳 在高温钢液面上加入低熔点的保护渣，一般要求在高温钢液面上加入低熔点的保护渣，一般要求保护渣形成液渣层、烧结层和原渣层三层结构。保护渣形成液渣层、烧结层和原渣层三层结构。保护渣三层温度，液渣层温度较高，同钢液温度保护渣三层温度，液渣层温度较高，同钢液温度相近，烧结层在相近，烧结层在800800900C900C左右，原渣层左右，原渣层400400500C500C。加入保护渣后，钢水扩散的热量比裸露钢。加入保护渣后，钢水扩散的热量比裸露钢液散热小液散热小1010倍，可以减少大量的热损失，防止结壳。倍，可以减少大量的热损失，防止结壳。2 2、隔绝空气防止二次氧化、隔绝空气防止二次氧化3 3、吸收钢水中的夹杂物、吸收钢水中的夹杂物 要要求求保保护护渣渣具具有有良良好好的的吸吸收收熔熔解解夹夹杂杂物物的的能能力力。粘粘度度低低夹夹杂杂物物熔熔解解速速度度增增加加，液液渣渣的的高高碱碱度度、低低SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、高高NaNa2 2O O、CaFCaF2 2有有利利于于提提高高夹夹杂杂物物的的熔熔解度。解度。4 4、渣膜的润滑作用、渣膜的润滑作用 结结晶晶器器内内钢钢水水表表面面张张力力和和铜铜壁壁的的冷冷却却作作用用，形形成成了了向向内内弯弯曲曲的的凝凝固固壳壳，加加之之结结晶晶器器振振动动和和气气隙隙的的毛毛细细管管的的作作用用，可可把把弯弯月月面面上上的的液液渣渣吸吸入入坯坯壳壳与与铜铜壁间的气隙形成渣膜，起润滑作用壁间的气隙形成渣膜，起润滑作用。5 5、改善结晶器传热、改善结晶器传热 结晶器内坯壳的收缩产生了气隙，使热阻结晶器内坯壳的收缩产生了气隙，使热阻增加，导致热流减少，如果气隙内充满均匀渣增加，导致热流减少，如果气隙内充满均匀渣膜，气隙热阻减少将改善传热，凝固坯壳均匀膜，气隙热阻减少将改善传热，凝固坯壳均匀生长。生长。高效连铸结晶器保护渣应具有低粘度、低结晶温度、高效连铸结晶器保护渣应具有低粘度、低结晶温度、低软化及熔融温度低软化及熔融温度,合适的碱度及较快的熔化速度。合适的碱度及较快的熔化速度。日本学者提出日本学者提出,不宜经常加不宜经常加CaF2 CaF2 和和Na2O Na2O 等助熔剂等助熔剂来降低其粘度和熔融温度来降低其粘度和熔融温度,否则会引起尖晶石等高否则会引起尖晶石等高熔点物质析出熔点物质析出,破坏熔渣的玻璃性破坏熔渣的玻璃性,使润滑条件恶使润滑条件恶化。可适当加入化。可适当加入Li2OLi2O、MgOMgO、BaOBaO、K2O K2O 等助熔剂等助熔剂,对降低保护渣粘度和软化温度对降低保护渣粘度和软化温度,抑制晶体析出、增抑制晶体析出、增大保护渣消耗量具有一定作用大保护渣消耗量具有一定作用。结晶器保护渣新技术结晶器保护渣新技术2.6 二次冷却系统二次冷却系统2.6.1 二次冷却作用二次冷却作用(1)带液心的铸坯从结晶器拉出后，需喷水或喷气水直接冷却，使铸坯快速凝固，以进人拉矫区；(2)对未完全凝固的铸坯起支撑、导向作用，防止铸坯的变形；(3)在上引锭杆时对引锭杆起支撑、导向作用；(4)倘若是采用直结晶器的弧形连铸机，二冷区的第一段还要把直坯弯成弧形坯；(5)如果采用多辊矫机时，二冷区的部分夹辊本身又是驱动辊，起到拉坯作用；(6)对于椭圆形连铸机，二冷区本身又是分段矫直区。弧形连铸机的二次冷却装置的重要性不亚于结晶器，它直接影响铸坯的质量、设备的操作和铸机作业率。在结晶器内只有20的钢液凝固，铸坯仅仅形成815 mm的薄坯壳，从结晶器拉出后，带液心的铸坯在二冷区内边运行边凝固。需控制铸坯表面温度沿浇注方向均匀下降，使之逐渐完全凝固，保证铸坯的质量。2.6.2 二次冷却装置的结构二次冷却装置的结构图图2-35 箱式结构箱式结构1一铸坯；2一箱体；3一夹辊 图2-36 房式结构1一牌坊架；2一夹辊；3一垫块；4一拉杆；5一车轮(开出式小车)二次冷却喷嘴及布置二次冷却喷嘴及布置 A 喷嘴类型喷嘴类型 好的喷嘴可使冷却水充分雾化，水滴小又具有一定的喷射速度，能够穿透沿铸坯表面上升的水蒸气而均匀分布于铸坯表面。同时喷嘴结构简单，不易堵塞，耗铜量少。a压力喷嘴图238几种雾化喷嘴的喷雾形状图(a)扁平形；(b)圆锥形(实心)；(c)矩形图239 气水雾化喷嘴结构示意图1一水；2一压缩空气；3一混合管 b 气一水雾化喷嘴气一水雾化喷嘴 B 喷嘴的布置喷嘴的布置 喷嘴的布置应以铸坯受到均匀冷却为原则，喷嘴的数量沿铸坯长度方向由多到少。喷嘴的选用按机型不同布置如下：(1)小方坯连铸机普遍采用压力喷嘴。其足辊部位多采用扁平喷嘴；喷淋段则采用实心圆锥形喷嘴；二冷区后段可空冷。其喷嘴布置如图2-40。(2)大方坯连铸机可用单孔气一水雾化喷嘴冷却，但必须用多喷嘴喷淋。(3)大板坯连铸机多采用双孔气一水雾化喷嘴，喷嘴布置如图241。图240小方坯喷嘴布置1-喷嘴；2-方坯；3-充满圆锥的喷雾形式图图2-41双孔气一水雾化喷嘴单喷嘴布置双孔气一水雾化喷嘴单喷嘴布置 1一水；2一空气；3一板坯；4一夹辊从喷嘴喷出的水滴以一定速度射到铸坯表面，靠水从喷嘴喷出的水滴以一定速度射到铸坯表面，靠水滴与铸坯表面之间的热交换，将铸坯热量带走。研滴与铸坯表面之间的热交换，将铸坯热量带走。研究表明：当铸坯表面温度低于究表明：当铸坯表面温度低于300300时，水滴与铸坯时，水滴与铸坯表面润湿，冷却效率高达表面润湿，冷却效率高达80%80%左右；若铸坯表面温度左右；若铸坯表面温度高于高于300300时，水滴到达铸坯表面破裂，冷却效率只时，水滴到达铸坯表面破裂，冷却效率只有有20%20%。生产中，在二冷区铸坯表面的实际温度远高于生产中，在二冷区铸坯表面的实际温度远高于300300；虽然提高冷却水压力，增加供水量，但冷却效率；虽然提高冷却水压力，增加供水量，但冷却效率与供水量不成正比；同时雾化水滴较大，平均直径与供水量不成正比；同时雾化水滴较大，平均直径在在200-600200-600mm，因而水的分配也不均匀，导致铸坯，因而水的分配也不均匀，导致铸坯表面温度回升太大，在表面温度回升太大，在150-200/m150-200/m；虽然压力喷嘴；虽然压力喷嘴存在这些问题，由于它的流量特性和结构简单，运存在这些问题，由于它的流量特性和结构简单，运行费用低，仍被使用。行费用低，仍被使用。气气水雾化喷嘴用高压空气和水从不同地方向进入水雾化喷嘴用高压空气和水从不同地方向进入喷嘴内或喷嘴外汇合，利用高压空气的能量将水雾喷嘴内或喷嘴外汇合，利用高压空气的能量将水雾化成极细不的水滴；这是一种高效冷却喷嘴，有单化成极细不的水滴；这是一种高效冷却喷嘴，有单孔型和双孔型两种。孔型和双孔型两种。气气水雾化喷嘴雾化水滴的直径小于水雾化喷嘴雾化水滴的直径小于5050mm。在喷淋。在喷淋铸坯时还有铸坯时还有20%-30%20%-30%的水分蒸发，因而冷却效率高，的水分蒸发，因而冷却效率高，冷却均匀，铸坯表面温度回升较小为冷却均匀，铸坯表面温度回升较小为50-80/m50-80/m；所；所以对铸坯质量很有好处，同时还可节约冷却水近以对铸坯质量很有好处，同时还可节约冷却水近50%50%；但结构比较复杂。由于气；但结构比较复杂。由于气水雾化喷嘴的冷却效水雾化喷嘴的冷却效率高，喷嘴的数量可以减少。因而近些年来在板坯率高，喷嘴的数量可以减少。因而近些年来在板坯连铸机上得到应用。连铸机上得到应用。二次冷却支承导向装置的作用和要求是什么?从结晶器拉出来的铸坯进入二次冷却区接受喷水冷却，此时铸坯坯壳很薄(约2 0mm左右)，里面有高温钢水，又有钢水静压力的作用，如果铸坯外面没有一定的支承装置，坯壳就容易向外胀，产生鼓肚变形。轻者产生裂纹，重者坯壳会破裂而发生漏钢事故。因此，在二次冷却区既要有喷水冷却装置，又要有铸坯支承装置。对二次冷却区支承装置的要求是：对二次冷却区支承装置的要求是：在高温作用下要有足够的强度和刚性，要采用可靠的冷却方