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连铸工艺、设备-钢液凝固的基本原理

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炼钢连铸的作用原理

炼钢连铸的作用原理

炼钢连铸的作用原理
炼钢连铸是一种将炼钢和连铸两个工序紧密结合的工艺，其作用原理主要包括以下几个方面：
1. 高效炼钢：连铸炉能够直接从高炉或转炉中接收炼钢过程中的熔化钢液，减少了冷却、搅拌、加热等炼钢工序，有效提高了炼钢的效率和产能。

2. 清洁炼钢：连铸炉内设有多级渣氧复合吹炼设备，可以将钢液中的氧化物、杂质和非金属夹杂物去除，减少了钢液中的气体含量，提高了钢的纯净度。

3. 连续铸造：采用连续浇铸的方式，可以实现钢水的连续供应，并通过连铸机组直接铸造出连续长度的钢坯，提高了炼钢连铸的整体效率和连续性。

4. 精确控制：连铸炉设有多种传感器和自动控制系统，可以对钢水温度、成份、测量等进行实时监测和调整，实现精确控制和自动化操作，提高了产品质量的稳定性。

总之，炼钢连铸工艺通过高效炼钢、清洁炼钢、连续铸造和精确控制等方式，将炼钢和连铸工序有机结合起来，实现了高效、低成本、高质量的钢铁生产。

连铸基本原理

连铸基本原理

湖南湘潭钢铁集团有限公司
连铸坯的凝固特征有： (1)连铸坯的冷都过程为强制冷却过程。从结晶器到
二次冷却区甚至冷床均为强制冷却，冷却强度大。同 时铸坯Байду номын сангаас冷却可控件强，通过改变冷却制度在一定程 度上可以控制铸坯质量。
(2)连铸坯边下行．边传热，边凝固，形成很长的液 相穴，液相穴内液体的流动对坯壳的生长和夹杂物的 上浮有一定的影响。
(3)固态收缩：钢由固相线温度降至室温、钢处于 固态。此过程的收缩称为固态收缩：固态收缩量大， 在温降过程中产生热应力，在相变过程中产生组织应 力，应力的产生是铸坯裂纹的根源。出此固态收缩对 铸坯质量影响甚大。
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一般情况下，连铸坯的凝固组织结构从边缘到中心 是由细小等轴晶带、柱状晶带、中心等轴晶带组成的。
(1)过热：即钢水由浇注温度冷却到液相线温度时放
出的热量QL，单位KJ／Kg； (2)潜热：钢液结晶时放出的热量QM，单位KJ／Kg (3)显热：铸坯从液相线温度冷却到室温时放出的热
量QS， 单位KJ／Kg
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2、连铸坯凝固是分阶段的凝固过程。
连铸钢掖转变成固态钢坯的过程是凝固放热过程。 凝固是在过冷条件下进行的，经历了形核和长大的结晶 过程，并伴随有体积的收缩和成分偏析等。铸坯的凝固 过程分3个阶段。
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连续铸钢原理及质量控制
授课人：袁嫔
湖南湘潭钢铁集团有限公司
第一章 前言
一、绪论
连续铸钢是一项把钢水直接浇注成形的新工 艺。目前世界上不少产钢国家连铸比已经接近饱 和程度，需要改进的方向是连铸机的结构和辅助 设备具有更高的综合能力、操作自动化、可控性 和安全性达到更高的水平，其目的在于进一步发 挥连铸机的生产能力和进一步提高铸坯质量。 生产的主要任务：生产合格的铸坯，满足下道工序。

炼钢连铸工艺流程介绍

炼钢连铸工艺流程介绍
水质量
主要方法：采 用脱硫、脱磷、
脱碳等方法
设备：铁水预 处理设备，如 脱硫罐、脱磷
罐等
效果：提高铁 水质量，降低 钢中杂质含量， 提高钢的力学 性能和耐腐蚀
性
转炉炼钢原理：利用高温熔融的钢水与氧气反应，生成铁水与钢渣
转炉炼钢设备：包括转炉、氧枪、钢包等 转炉炼钢过程：将铁水倒入转炉，加入氧气进行反应，生成铁水与钢渣， 然后进行钢渣分离和钢水精炼 转炉炼钢优点：生产效率高，产品质量好，成本低，环保性能好
连铸机的维护：定期检查、维护和 保养，确保连铸机的正常运行
提高生产效率：采用先进的自动化技术，提高生产效率，降低生产成本 节能减排：采用节能环保技术，减少能源消耗，降低环境污染 提高产品质量：采用先进的工艺技术，提高产品质量，满足市场需求 智能化发展：采用先进的智能化技术，实现生产过程的智能化控制，提高生产效率和产品质量
工艺流程：钢液在炉外精炼 设备中进行脱硫、脱氧、脱
碳等处理
优点：提高钢液质量，减少 杂质，降低成本，提高生产
效率
连铸工艺：将钢水连续铸造成钢坯 的工艺
关键技术：连铸机的设计、控制和 维护
连铸机的类型：立式连铸机、卧式 连铸机等
连铸机的工作原理：钢水通过连铸 机，冷却凝固成钢坯
连铸机的控制：温度、速度、压力 等参数的控制
切割速度：根据铸坯尺寸和材质选择合适的 切割速度
切割温度：控制切割温度在1000℃左右， 防止铸坯过热或过冷影响切割质量
切割后处理：切割后对铸坯进行冷却、打 磨等处理，保证铸坯表面光滑、无毛刺
切割质量控制：定期对切割设备进行维护和 校准，确保切割质量稳定可靠。
目的：去除铁 水中的杂质和 气体，提高铁
电炉炼钢原理： 利用电弧热能 熔化废钢和铁 水，生产出钢

连铸过程原理及数值模拟

连铸过程原理及数值模拟

连铸过程原理及数值模拟连铸是一种重要的金属成形工艺，广泛应用于钢铁、铝合金等金属材料的生产和加工中。

连铸过程原理及数值模拟是研究连铸工艺的关键内容，通过对连铸过程的原理分析和数值模拟，可以优化连铸工艺参数，提高产品质量和生产效率。

连铸过程是将熔融金属直接注入到连续运动的铸坯中，通过冷却和凝固过程，将熔融金属转化为固态铸坯。

连铸的基本原理是利用连续运动的铸坯带走热量，使熔融金属迅速凝固，形成连续的固态铸坯。

在连铸过程中，主要包括液相区、液固两相区和固相区三个区域。

在液相区，熔融金属通过连续浇注，填充到铸坯的空腔中。

熔融金属的温度高于固相线，处于液态状态。

随着熔融金属的注入，液相区的长度逐渐增加。

在液固两相区，熔融金属和正在凝固的铸坯同时存在。

由于熔融金属的温度高于固相线，所以熔融金属仍然保持液态。

而铸坯由于受到液相的热量传递，开始逐渐凝固。

在这个区域中，液相区的长度逐渐减小，凝固铸坯的长度逐渐增加。

在固相区，整个铸坯都已经完全凝固。

熔融金属已经完全转化为固态，形成连续的固态铸坯。

在这个区域中，液相区的长度为零，凝固铸坯的长度为整个连铸过程的长度。

为了研究连铸过程的细节和优化连铸工艺参数，数值模拟成为一种重要的方法。

数值模拟是通过数学模型和计算机仿真技术，对连铸过程进行模拟和分析。

数值模拟可以准确地计算连铸过程中的温度场、流场和凝固结构等关键参数，为工艺优化提供科学依据。

在连铸过程的数值模拟中，需要考虑多个物理过程的相互作用。

首先是流体力学过程，包括熔融金属的流动和铸坯带走热量的过程。

其次是热传导过程，包括熔融金属的冷却和凝固过程。

最后是凝固结构演化过程，包括铸坯的晶粒生长和偏析等现象。

为了建立连铸过程的数值模型，需要考虑材料的物理性质、流体力学和热传导方程等方面的参数。

同时，还需要考虑边界条件和初始条件等参数。

通过数值模拟，可以预测连铸过程中的温度分布、流速分布和凝固结构等重要参数，为工艺优化提供指导。

钢液凝固的基本原理

钢液凝固的基本原理

钢液凝固的基本原理1 钢液的凝固与结晶众所周知，在不同的温度条件下，物质都具有不同的状态。

钢也一样，在加热到一定的温度时，可从固态转化成液态;钢液冷却到某个温度时，将从液态转化为固态。

钢从液态转化成固态称为凝固；从固态转化成液态叫熔化.钢水凝固的过程主要是晶体或晶粒的生成和长大的过程，所以也叫做结晶.1.1 钢液的结晶条件（钢液凝固的热力学条件)通常把固体转变为液态的下限温度称为熔点;把液态转变为固态的上限温度叫凝固点,又称理论结晶温度。

凝固点即物质在冷却过程中开始凝固的温度，钢液的结晶只有降温到凝固点以下才能发生。

因为钢液的液相温度在冶炼和浇注操作中是一个关键参数，因此,准确知道要生产的钢的液相线温度对整个炼钢过程至关重要。

出于操作安全性和希望得到尽量多的等轴晶凝固组织而采用低过热度浇铸等因素考虑，一般要求浇注温度确定在液相线以上的一个合适的值。

一般根据钢中元素含量可以计算出该钢的液相线温度值。

通常用T S表示钢的凝固点或理论结晶温度.对某一具体的钢种，凝固点通常可用以下公式理论计算出:T S=1536℃－(78C％+7.6Si％+4.9Mn%+34P%+30S%+5Cu％+3.1Ni%+2Mo％+2V％+1.3Cr%+3。

6Al%+18Ti%）℃降温到T S以下某温度T叫过冷,并把T S与T的温度差值△T叫过冷度，即：△T=T S－T过冷是钢液结晶的必要条件,过冷度的大小决定结晶趋势的大小,即过冷度越大，结晶速度越快;反之，过冷度越小，结晶速度越慢.1.2 晶核的形成（1）自发形核在过冷钢液中，有一些呈规则排列的原子集团，其中尺寸最大的集团，就是晶体产生的胚，称之为晶胚。

晶胚时而长大，时而缩小,但最终必有一些晶胚达到某一规定的临界尺寸以上，它就能够稳定成长而不再缩小了，这就形成晶核。

（2）非自发开核因在钢液的凝固过程中，液相中非自发形核比自发形核所要求的过冷度小得多,只要几度到20℃过冷度就可形核，这是因为钢液中存在悬浮质点和表面不光滑的器壁,均可作为非均质形核的核心。

连铸工艺

连铸工艺

连铸：转炉生产出来的钢水经过精炼炉精炼以后，需要将钢水铸造成不同类型、不同规格的钢坯。

连铸工段就是将精炼后的钢水连续铸造成钢坯的生产工序，主要设备包括回转台、中间包，结晶器、拉矫机等。

连铸的工艺流程:将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，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。

结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶。

拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的板坯。

连铸自动化控制主要有连铸机拉坯辊速度控制、结晶器振动频率的控制、定长切割控制等控制技术。

连铸的主要工艺设备介绍:钢包回转台钢包回转台：设在连铸机浇铸位置上方用于运载钢包过跨和支承钢包进行浇铸的设备。

由底座、回转臂、驱动装置、回转支撑、事故驱动控制系统、润滑系统和锚固件6部分组成。

单臂钢包回转台：由底座、立柱、上转臂、上转臂驱动装置、下转臂、下转臂驱动装置组成。

蝶形钢包回转台：由底座、升降液压缸、回转架、钢包支座、回转臂、平行连杆、驱动装置、防护板组成。

钢包回转台是连铸机的关键设备之一，起着连接上下两道工序的重要作用。

钢包回转台的回转情况基本上包括两侧无钢包、单侧有钢包、两侧有钢包三种情况，而单个钢包重量已超过140吨。

三种情况下，钢包回转台受力有很大不同，但无论在何种情况下，都要保证钢包回转台的旋转平稳，定位准确，起停时要尽可能减小对机械部分的冲击，为减少中间包液面波动和温降，要缩短旋转时间。

因此，我们在变频器的容量选择上，留有余地，即比电机功率加大一级。

同时利用变频器的s曲线加速功能，通过调整s曲线保证加、减速曲线平滑快速，减少对减速机的冲击，再通过PLC判断变速限位、停止限位实现旋转过程中高、低速自动变换及到位停车，同时满足了对旋转时间和平稳运行的要求。

顺时针，逆时针，旋转中间包是短流程炼钢中用到的一个耐火材料容器，首先接受从钢包浇下来的钢水，然后再由中间包水口分配到各个结晶器中去。

连铸原理与工艺

连铸原理与工艺

连铸原理与工艺连铸是一种现代化的铸造技术，它是将熔融的金属直接浇注成具有一定形状和尺寸的坯料，而不需要经过传统的铸造工艺中所必须的凝固、冷却、加工等多个环节。

它具有生产效率高、质量稳定、节约能源和原材料等优点，被广泛应用于钢铁、铝合金等金属材料的生产中。

连铸工艺主要分为三个步骤：液态金属进入结晶器、坯料凝固成型和坯料切割成材。

其中，液态金属进入结晶器是整个连铸过程中最关键的一步。

液态金属进入结晶器在连铸机上，液态金属首先通过浇注口进入倾斜的导流槽，经过导流槽内壁的引导，使其流向结晶器。

然后，在结晶器内部形成一个由外向内逐渐凝固的壳层。

这个壳层可以防止外界气体和杂质污染熔融金属，并且可以保证坯料在凝固过程中保持一定的形状和尺寸。

同时，壳层也可以为坯料提供一个固定的支撑，使得坯料在凝固过程中不会变形或产生裂纹。

坯料凝固成型当液态金属在结晶器内部形成一定厚度的壳层之后，就开始进入凝固阶段。

在这个阶段，液态金属逐渐变成了固态金属，并且从外向内逐渐缩小。

同时，由于液态金属的收缩率和晶粒长大率不同，所以在凝固过程中会形成一定数量的热裂纹和气孔。

为了解决这个问题，连铸工艺中采用了多种措施来控制坯料的凝固过程。

例如，在结晶器内部设置冷却水管道来降低壳层温度、使用高效保护气体来防止氧化等。

此外，在连铸工艺中还可以通过调整浇注速度、结晶器倾角、结晶器长度等参数来控制坯料的凝固速度和形状。

坯料切割成材当坯料完全凝固之后，它会被自动切割成一定长度的材料。

在连铸工艺中，切割方式主要分为两种：火焰切割和机械切割。

火焰切割是利用氧炔火焰将坯料加热到一定温度后进行切割，适用于较大尺寸的坯料。

机械切割则是使用钢丝、钢锯等工具将坯料进行切割，适用于较小尺寸的坯料。

总之，连铸工艺是一种高效、节能、环保的现代化铸造技术。

它通过控制液态金属的流动和凝固过程，使得金属材料可以以一种更加稳定和高效的方式生产出来。

同时，在连铸工艺中还可以通过调整参数、优化设备等手段来不断提高产品质量和生产效率，为现代制造业的发展做出了重要贡献。

连铸工艺与设备连铸的工艺流程与设备

连铸工艺与设备连铸的工艺流程与设备

连铸工艺与设备连铸的工艺流程与设备连铸工艺是现代钢铁产业中的一种重要工艺，用于生产连续坯料，取代了传统的铸造方法。

连铸工艺可以提高产能和质量，并减少能源消耗。

连铸工艺的基本流程包括：熔炼、净化、调质、铸型和冷却。

下面将详细介绍每个步骤以及所使用的设备。

1.熔炼：连铸工艺的第一步是将原料熔化成液态金属。

通常使用高炉或电炉进行熔炼。

高炉熔炼常用于大规模连铸生产，而电炉熔炼常用于小规模生产和特殊钢种。

2.净化：熔化后的金属通常含有杂质，如硫、氧化物和杂质金属。

净化的目的是去除这些杂质，提高金属的质量。

常用的净化方法包括氧气吹炼、脱氧剂和渣化剂的添加。

3.调质：连铸生产中的钢种通常需要具有特定的性能，如强度和韧性。

为了实现这些性能要求，可以通过加入一定比例的合金元素进行调质。

调质可以通过在熔炼过程中添加合金元素，也可以在连铸过程中通过急冷或深冷处理实现。

4.铸型：连铸工艺的核心步骤是将熔化的金属倒入连续铸模中，并形成连续坯料。

连铸机是实现这一步骤的关键设备。

连铸机通常由铸模、浇注系统、冷却系统和收缩系统等组成。

-铸模：铸模是用于形成坯料形状的关键部分，通常由耐火材料制成。

铸模由多个细长的连续铸模组成，形成钢坯的形状。

铸模的冷却系统用于控制钢坯的温度和形状。

-浇注系统：浇注系统用于将熔化金属引入铸模，通常由浇注槽、分流器和导流板等组成。

浇注系统的设计和控制是影响连铸质量的重要因素。

-冷却系统：连铸过程中，冷却系统起到冷却钢坯并凝固的作用，以形成坯料。

连铸机的冷却系统通常由冷却水道和冷却喷嘴组成。

-收缩系统：收缩系统用于控制钢坯在冷却过程中的收缩，以避免出现内部缺陷。

收缩系统通常包括伸缩器、定位器和收缩量控制装置。

5.冷却：连铸过程中，钢坯会在铸模和冷却系统中逐渐凝固，并形成连续坯料。

冷却过程中，冷却水道和冷却喷嘴将水喷洒到钢坯上，以加快冷却速度和均匀性。

总结来说，连铸工艺是通过将熔融金属倒入连续铸模中，利用连铸机的浇注系统和冷却系统，控制金属的凝固和收缩过程，最终获得连续坯料。

连铸工艺、设备 -03连铸坯凝固与传热

连铸工艺、设备 -03连铸坯凝固与传热

钢高温性能示意图：
TRN =TS+(20 ～30℃) TDN =TS-(30 ～50℃)
固—交界面的糊状区晶体强度和塑性 都非常小，（临界强度1～3N∕mm2，， 由变形至断裂的临界应变为0.2% ～ 0.4%）。当作用于凝固坯壳的外部应 力（如热应力、鼓肚力、矫直力）使 其变形超过上述临界值时，铸坯就在 固—交界面产生裂纹，形成偏析线裂 纹。
D.结晶器材质的影响 正常通水情况下，结晶器内壁使用温度为 200～300℃。特殊情况时，最高处可达 500℃。要求结晶器材质导热性好，抗热 疲劳，强度高，高温下膨胀小，不易变形。 纯铜导热性最好，但弹性极限低，易产生 也就变形。所以多采用强度高的铜合金， 如Cu—Cr，Cu—Ag合金等。这些合金高 温下抗磨损能力强，使结晶器壁寿命比纯 铜高几倍。
m m
Байду номын сангаас
式中 σm—钢液表面张力； ρm—钢水密度。
钢液与铜壁弯月面的形成：
在弯月面的根部，钢液与水冷铜壁接触， 立即受到铜壁的激冷作用，初生坯壳迅速 形成。良好稳定的弯月面可确保初生坯壳 的表面质量和坯壳的均匀性。当钢水中上 浮的夹杂物被保护渣吸附时，会降低钢液 表面张力，弯月面半径减小，从而破坏了 弯月面的薄膜性能，弯月面破裂，这时夹 杂物随同钢液在破裂处和铜壁形成新的凝 固层，夹杂物牢牢地粘附在这层凝固层上 而形成表面夹渣。带有夹渣的坯壳是薄弱 部位，易发生漏钢。
c.膜态沸腾： 温度超过某一极限值时，靠近铜壁表面的 水形成蒸汽膜，热阻增大，热流减小，导 致铜壁表面温度升高，造成结晶器损坏。 实际生产中，正常情况是处于第一种情况， 应尽力避免第二种情况发生，绝对禁止第 三种情况发生。 结晶器水流速一般在6～12m∕s范围，进出 水温差应控制在5～6℃，不大于10℃。结晶 器最大供水量，对于板坯和大方坯，每流 为500～600m3∕h，对于小方坯为100～150 m3∕h。

连续铸造原理和连铸设备简介

连续铸造原理和连铸设备简介

连续铸造原理和连铸设备简介连续铸造设备主要包括连铸机、送丝装置、拉拔机、冷却设备等组成。

连铸机是整个连续铸造线的核心设备，它包括浇注部分和凝固部分。

浇注部分通过浇注头将熔化金属浇注到冷却结晶器中，使得熔化金属得到成型。

凝固部分则是通过在凝固过程中对金属坯料进行冷却处理，使得金属坯料在不断移动的过程中逐渐凝固成型。

送丝装置和拉拔机是用来控制金属坯料的尺寸和形状的关键装置。

送丝装置通过控制坯料的拉丝速度和张力，使得坯料能够在凝固过程中得到适当的形状和尺寸。

拉拔机则是用来拉拔和整形坯料，从而使得金属坯料得到精确的尺寸和形状。

最后，冷却设备是用来对金属坯料进行冷却处理的设备。

通过控制冷却设备的参数，可以使得坯料在凝固过程中能够得到适当的温度和结晶结构，从而保证产品质量。

总的来说，连续铸造设备通过不断地控制和调整熔炼金属的流动和凝固过程，使得金属坯料能够在连续铸造过程中得到高质量的产品。

这种生产方式不仅提高了生产效率，降低了能耗成本，还能够获得更加均匀的产品质量，因此在金属加工行业得到了广泛的应用。

很高兴继续介绍连续铸造的相关内容。

连续铸造设备是现代工业领域中一个重要的技术装备，它广泛应用于钢铁、铝合金、铜合金等金属材料的生产中。

通过连续铸造设备，工厂可以实现高效、精确的生产过程，满足市场对于高质量金属坯料的需求。

在连续铸造的过程中，关键的一环是冷却设备。

冷却设备的设计和操作对于金属坯料的凝固过程至关重要。

凝固速率的控制能够对金属晶粒的尺寸和分布进行调节，进而对产品的力学性能和内部组织进行精确控制。

冷却设备的设计也需要考虑如何降低能耗和提高运行效率，同时保证产品质量。

一些先进的连续铸造设备还配备了智能控制系统，可以实时监测和调整坯料的凝固过程，从而提高产量和坯料质量。

与传统的间歇铸造相比，连续铸造设备具有很高的生产率和效率。

通过连续铸造，金属坯料可以实现自动化和连续化的生产过程，降低了生产周期和人工成本。

连铸工艺与设备连铸的工艺流程与设备

连铸工艺与设备连铸的工艺流程与设备
二冷室设置在浇铸平台下。二冷室用做收集铸坯冷 却过程中产生的蒸汽以便于蒸汽的排出。二冷室上有 多个开孔连接蒸汽排出系统。
2.2.8 结晶器和足辊
1) 功能 结晶器使钢水生成带液芯的坯壳。足辊起托住坯壳， 并按规定的半径导向坯壳。 2) 位置 插在振动台上结晶器的支承壳座中。
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2.2.9 二冷固定扇形段
RH
RVc/K2 铸坯越厚，拉速Vc越快，铸机半径R就越大，铸机 半径R与凝固系数平方成反比。 ❖对高拉速连铸机，铸机半径相当大，为了减小铸机 半径，而采用带液芯多点矫直。
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❖ 铸机圆弧半径指铸坯外弧曲率半径，是确定弧形连 铸机总高度重要参数，标志所能浇铸铸坯厚度范围 的参数。如果圆弧半径选得过小，矫直时铸坯内弧 面变形太大容易开裂。可用经验公式确定基本圆弧 半径即连铸机最小圆弧半径：
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2.2.15 火焰切割机系统
采用气动夹钳使切割机与铸坯同步行走，电机驱 动切割小车行走，直流调速电机驱动，水冷切枪进 行切割，此系统还有火焰自动调节系统和切割时的 喷铁粉装置。在切割不锈钢时配置喷铁粉装置，可 以切割钢坯(包括不锈钢)。 ❖厚度大于50mm的厚钢板一般采用火焰切割，也 叫氧气切割。
R cD
R—连铸机圆弧半径，D—铸坯厚度； c—系数，一般中小型铸坯取30~36；对大型板坯 及合金钢，取40以上。国外，普通钢取33~35，优质 钢取42~45。
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2.2.22 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，也称为液芯长度。
浇铸前引锭头和部分过渡件进入结晶器形成结晶器可活动的内底浇铸开始后钢水凝固与引锭头凝结在一起由拉矫机牵引着引锭杆把铸坯连续地从结晶器拉出直到引锭头通过拉矫机后方与铸坯分离进入引锭杆存放装置

连铸连轧知识点

连铸连轧知识点

连铸连轧知识点连铸和连轧是金属工业中常见的两个工艺过程。

连铸是指将液态金属连续铸造成坯料的过程，而连轧是指将坯料经过一系列压制和变形操作，连续地轧制成所需尺寸的金属板、带材或线材的过程。

本文将介绍连铸和连轧的基本概念、工艺流程和主要应用。

一、连铸连铸是一种高效的金属铸造技术，具有生产速度快、坯料质量好等优点。

连铸主要应用于钢铁、铜、铝等金属的生产中。

1. 连铸的基本原理连铸的基本原理是将熔融的金属通过连续浇注的方式，直接铸造成连续的坯料。

具体原理如下：首先，将金属熔融至液态，并通过加热设备保持在一定温度范围内；然后，通过连续浇注系统，将熔融金属均匀地注入到连铸结晶器中；在连铸结晶器中，通过冷却剂的作用，使金属迅速凝固，并形成坯料；最后，通过一系列传动装置，将连续产生的坯料送往下游的轧制设备或其他后续处理过程中。

2. 连铸的工艺流程连铸的工艺流程一般包括以下几个关键步骤：（1）冶炼：将矿石等原料经过熔炼处理，得到液态的金属合金；（2）调温：通过加热设备将金属保持在一定的液态温度；（3）连续浇注：通过连续浇注系统，将熔融金属注入到连铸结晶器中；（4）结晶与凝固：在连铸结晶器中，通过冷却剂的作用，使金属迅速凝固，并形成坯料；（5）切割和输送：将连续产生的坯料切割成合适的长度，并送往下游的加工设备。

3. 连铸的应用连铸广泛应用于钢铁、铜、铝等金属的生产中。

在钢铁工业中，连铸可以直接将炼钢铁水铸造成连续坯料，用于后续轧制成钢板和钢材。

在有色金属工业中，连铸可以将液态金属铸造成连续的板材、带材和线材，用于制造电线电缆、汽车零部件等产品。

二、连轧连轧是一种将金属坯料经过多道次的压制和变形操作，连续地轧制成所需尺寸的金属板、带材或线材的工艺过程。

连轧具有高效快速、坯料成形完整等特点，广泛应用于钢铁、有色金属等工业领域。

1. 连轧的基本原理连轧的基本原理是通过一系列的压制和变形操作，使金属坯料逐渐减小厚度、增大长度，并达到所需的尺寸要求。

连铸工艺详解

连铸工艺详解

连铸工艺流程介绍电炉、转炉、中频机生产出来的钢水经过精炼炉精炼以后，需要将钢水铸造成不同类型、不同规格的钢坯。

连铸工段就是将精炼后的钢水连续铸造成钢坯的生产工序，主要设备包括回转台、中间包，结晶器、拉矫机等。

本专题将详细介绍转炉（以及电炉）炼钢生产的工艺流程，主要工艺设备的工作原理以及控制要求等信息。

连铸的目的:将钢水铸造成钢坯。

连铸的工艺流程:连铸工艺详解连铸的生产工艺流程：将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，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。

结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶。

拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的板坯。

连铸钢水的准备一、连铸钢水的温度要求：钢水温度过高的危害：①出结晶器坯壳薄，容易漏钢；②耐火材料侵蚀加快，易导致铸流失控，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。

钢水温度过低的危害：①容易发生水口堵塞，浇铸中断；②连铸表面容易产生结疱、夹渣、裂纹等缺陷；③非金属夹杂不易上浮，影响铸坯内在质量。

二、钢水在钢包中的温度控制：根据冶炼钢种严格控制出钢温度，使其在较窄的范围内变化；其次，要最大限度地减少从出钢、钢包中、钢包运送途中及进入中间包的整个过程中的温降。

实际生产中需采取在钢包内调整钢水温度的措施：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）钢水包的保温中间包钢水温度的控制一、浇铸温度的确定浇铸温度是指中间包内的钢水温度，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次温度的平均值被视为平均浇铸温度。

浇铸温度的确定可由下式表示（也称目标浇铸温度）：T=TL+△T 。

二、液相线温度：即开始凝固的温度，就是确定浇铸温度的基础。

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、钢水过热度的确定钢水过热度主要是根据铸坯的质量要求和浇铸性能来确定。

连铸工艺与设备

连铸工艺与设备

b. 薄板连铸机，又省去了粗轧机组。
2)提高了金属收得率和成材率；由于在一个机组上连续 浇铸出钢坯来，可以提高金属收得率达7%-8%，成材 率提高10%-15%，成本可以降低约10%-12%；
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3)降低了能源消耗。据日本资料介绍，连铸的能源消 耗仅为模铸工艺的13.5%-20.8%； 4)生产过程机械化、自动化程度高，改善劳动条件。 可以采用计算机自动控制，易于实现连续生产； 5)提高铸坯质量，扩大品种。连铸坯断面比较小，冷 却速度大，枝晶间距小，偏析程度小，尤其沿铸坯 长度方向化学成分均匀。此外，除沸腾钢外几乎所 有钢种均可以采用连铸工艺生产，而且质量很好。
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随着拉坯辊缓慢地将 带液芯铸坯从结晶器 拉出，中间包内的钢 水也同时连续地注入 结晶器内，就可以得 到很长带液芯铸坯。 带液芯铸坯在二次冷却区喷水强制冷却，拉矫机与 结晶振动装置共同作用，将结晶器内铸坯拉出，当拉 到规定位置时，铸坯内部完全凝固。将铸坯切割成规 定的尺寸，由出坯装置送后续工序。
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1.4 连续铸钢技术发展的概况
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1.4 我国连续铸钢技术发展概况
我国是连续铸钢技术发展较早的国家之一，早在20 世纪50年代就已开始研究和工业试验工作。
1957年上海钢铁公司中心试验室的吴大柯主持设计 并建成第1台立式工业试验连铸机。
1958年由徐宝升主持设计的我国第1台双流立式连 铸机于重钢三厂建成投产。 1964年6月24日由徐宝升主持设计的我国第1台方坯 和板坯兼用弧形连铸机于在重钢三厂诞生投产，这 是世界上最早的生产用弧形连铸机之一。
连铸机可以按照多种形式分类：
1)按照连铸机结构外形或铸坯运行轨迹分：立式、立 弯式、直结晶器多点弯曲式、直结晶器弧形、弧形、 椭圆形和水平连铸机。

钢液凝固的基本原理

钢液凝固的基本原理

钢液凝固得基本原理1 钢液得凝固与结晶众所周知,在不同得温度条件下,物质都具有不同得状态。

钢也一样,在加热到一定得温度时,可从固态转化成液态;钢液冷却到某个温度时,将从液态转化为固态。

钢从液态转化成固态称为凝固;从固态转化成液态叫熔化、钢水凝固得过程主要就是晶体或晶粒得生成与长大得过程,所以也叫做结晶。

1、１钢液得结晶条件(钢液凝固得热力学条件)通常把固体转变为液态得下限温度称为熔点;把液态转变为固态得上限温度叫凝固点,又称理论结晶温度。

凝固点即物质在冷却过程中开始凝固得温度,钢液得结晶只有降温到凝固点以下才能发生。

因为钢液得液相温度在冶炼与浇注操作中就是一个关键参数,因此,准确知道要生产得钢得液相线温度对整个炼钢过程至关重要。

出于操作安全性与希望得到尽量多得等轴晶凝固组织而采用低过热度浇铸等因素考虑,一般要求浇注温度确定在液相线以上得一个合适得值。

一般根据钢中元素含量可以计算出该钢得液相线温度值、通常用ＴS表示钢得凝固点或理论结晶温度。

对某一具体得钢种,凝固点通常可用以下公式理论计算出:T S＝1５3６℃－(７８Ｃ%+７。

６Si%＋４.９Mn％+３4Ｐ％+30S％＋5Cｕ％＋３.1Ｎi％＋2Mｏ%+2V％+1。

３Cｒ％+３。

6Al％+１８Tｉ％)℃降温到ＴS以下某温度Ｔ叫过冷,并把T S与T得温度差值△Ｔ叫过冷度, 即:△T＝Ｔ－TＳ过冷就是钢液结晶得必要条件,过冷度得大小决定结晶趋势得大小,即过冷度越大,结晶速度越快;反之,过冷度越小,结晶速度越慢。

1.2晶核得形成（1）自发形核在过冷钢液中,有一些呈规则排列得原子集团,其中尺寸最大得集团,就就是晶体产生得胚,称之为晶胚。

晶胚时而长大,时而缩小,但最终必有一些晶胚达到某一规定得临界尺寸以上,它就能够稳定成长而不再缩小了,这就形成晶核。

（2）非自发开核因在钢液得凝固过程中,液相中非自发形核比自发形核所要求得过冷度小得多,只要几度到２0℃过冷度就可形核,这就是因为钢液中存在悬浮质点与表面不光滑得器壁,均可作为非均质形核得核心。

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取决于钢的成分和凝固温度范围。凝固温 度范围越大，收缩量就越大。总的来看， 中、高碳钢的凝固收缩比低碳钢大，其缩 孔、疏松也比低碳钢严重。
3.固态收缩：由固相线温度冷却到常温时产生 的收缩。7～8％
取决于固相线到室温这一段的温度变化以及 相组织的变化（例如包晶反应引起体积收缩， 奥氏体转变为珠光体时发生体积膨胀）。
⑷成分过冷对结晶的影响 钢液结晶时，成分过冷对晶体的生长方式有直接的
影响。 如果溶质浓度的分布一定，即液相的熔点曲线一定
时，成分过冷将随温度梯度而变化：温度梯度越小， 实际温度曲线越平缓，则成分过冷度越大，过冷区 也越宽；反之，温度梯度越大，即实际温度曲线越 陡，则成分过冷度便越小，过冷区也越窄。 对钢液来说，在正温度梯度的条件下的晶体生长方 式： A.若凝固前沿没有成分过冷，晶体的生长方式为平面 生长； B.若有较小的成分过冷，则为胞状生长； C.若凝固前沿的成分过冷很大，则以树枝状的方式生 长。
树枝晶生长示意图：
⑶结晶后的晶粒大小
取决于晶核的生成速率（成核数目∕m3﹒s） 和长大速率V（cm∕s）。成核率N愈大，长 大速率V愈小，则晶粒愈细。
N、V与ΔT的关系：
§2—2 钢液的结晶
钢是以铁为基础的合金，含有多种元素。钢的凝 固属于非平衡结晶。其特点如下：
A.结晶过程必须在一个温度范围内进行并完成； B.结晶过程为选分结晶，最初结晶出的晶体比较纯，
⑸工艺因素。适当降低注温和拉速、防止铸 坯鼓肚等。
⑹降低钢液中P、S含量。
四.夹杂物、气体的形成和排出 1.凝固夹杂 ⑴凝固夹杂的形成过程 A．由于选分结晶，溶质在凝固前沿不断富集。 B．在凝固前沿浓度很高的元素之间发生反应形成化
合物。 〔 Me 〕＋〔 X 〕= ( MeX ) C.凝固前沿生成的化合物增多并聚集成为夹杂物。
T液是确定浇注温度乃至出钢温度的基础； ΔT结晶的大小对结晶组织有至关重要的影响。 钢液结晶的温度范围及结晶过程中固相和
液相的成分变化如图所示。
1.结晶温度范围：由液相线至固相线之间的温 度区间。用ΔT结晶表示。 ΔT结晶＝T液-T固
2.三个结晶区域：固相区、两相区和液相区。
在两相区内进行着形核晶核的长大过程， 铸坯的凝固就是两相区由铸坯表面逐渐向 铸坯中心推移的过程。
ｄ—B组元成分在液相中的分布曲线示意图；
ｅ—熔点与相界面距离的关系曲线示意图
实际上钢液的结晶过程不可能达到平衡， 相界面上有过冷度存在，但此过冷度会因 杂质含量高，液相熔点下降而降低。此外， 结晶过程中放出的潜热消散在界面两侧的 固体和液体中，这使界面液相实际温度稍 有升高，从而进一步降低了界面上的过冷 度，但过冷度决不会达到零，这种相界面 上过冷度下降的现象称为“过冷”的降低。
2.成分过冷
钢液的结晶不仅与温度过冷有关，还与结 晶时液相成分的变化有关。结晶中的选分 结晶现象使凝固前沿液相的成分发生了变 化，引起液相的凝固点改变，从而改变了 凝固前沿的过冷情况。
⑴成分过冷的产生（如图）
ａ—合金冷却钢结晶出固相时的示意图；
ｂ—合金的结晶与散热方向示意图；
ｃ—液相热量散出的温度分布示意图；
CO气泡：由于钢液脱氧不良而产生。
H2 、N2气泡：由于物料潮湿、钢液吸气而产 生。
危害：皮下气泡、白点、甚至漏钢。
五.凝固收缩
钢液在凝固和冷却过程中所发生的体积和 线尺寸减小的现象。
1.液态收缩：钢液从过热度冷却到液相线温度 时的收缩。1％
取决于钢液成分和过热度。
2.凝固收缩：钢液从液相线温度冷却到固相线 温度时的收缩。4％
氧化、使用性能合适的保护渣、采用高质量的 耐火材料、保证浇注系统的清洁。
D.创造条件促使夹杂物上浮
采用大容量深熔池的中间包、采用形状适宜的浸入式 水口、结晶器内使用“电磁搅拌”技术。
E.控制夹杂物的粒度、形态和分布 加钙或稀土RE等元素，对夹杂物进行变性处理； 加Mn，可提高[Mn] ∕[Si]比值，以生成MnS夹杂
显微偏析程度可用显微偏析度来衡量： A＝C间∕C轴 当A ﹥1时，正偏析； 当A﹤1时,负偏析； 当A＝0时，无偏析。
影响显微偏析的因素： A.冷却速度 加大冷却速度，缩短凝固时间，溶质元素没有足够
时间析出，则树枝晶的间距小，枝杈多，可大大减 轻合金的树枝偏析。 B.溶质元素的偏析倾向 所有元素在铁中都能形成偏析，其中，C、P、S是 强偏析元素。 C.溶质元素原子在固体金属中的扩散速度。 D.固态相变 E.钢液流动 引起钢液流动的因素：
n( MeX ) ＝ ( MeX )n D.夹杂物部分上浮，未上浮部分滞留在钢中成为凝
固夹杂物。
⑵减少夹杂物的措施 A.减少钢中含氧量。
防止冶炼过程的过氧化，脱氧要完全， 并可采用炉外精炼技术对钢液进行处理。 B.减少钢中硫含量。 采用钢包处理或炉外精炼新技术，也可加入其它 合金元素来控制硫化物的形态和分布，以减少它 的危害。 C.采取各种措施防止夹杂物进入钢液 出钢挡渣、防止钢包下渣、保护浇注、防止二次
⑵树枝晶长大 一般结晶总是在溶质偏析最小和散热最快的地方优先
生长。由于棱角比其他方向导热性好，且离未被溶 质富集的液体最近，因此棱角方向的长大速度比其 他方向要快。铁为立方晶格，呈正六面体结构，从 八个角长成为菱锥体的尖端，就构成了树枝晶主轴 （一次轴），然后在主轴侧面长出分叉叫二次轴， 再生出三次轴，依次发展下去，直到晶枝彼此相遇， 形成一个树枝状晶体。各方向的主轴都得到较均匀 发展的树枝晶称等轴晶；只有某一方向的主轴得到 突出发展的树枝晶称柱状晶。 在实际钢锭或铸坯中，晶体有两种长大情况： A.定向生长—柱状晶 B.等轴生长—等轴晶
宏观偏析程度可用宏观偏析量表示：
B＝（C －Co）∕Co ×100％
3．偏析的控制
⑴增加钢液的冷凝速度。通过抑制选分结晶 中溶质向母液深处的扩散来减小偏析。
⑵合适的铸坯断面。小断面可使凝固时间短， 从而减轻偏析。
⑶采用各种方法控制钢液的流动。如适宜的 浸入式水口。
⑷电磁搅拌。搅拌可打碎树枝晶、细化晶粒、 减小偏析。
⑵影响成分过冷的因素
若增加凝固速度，减小溶质在液相中的扩 散系数，减少液相中的温度梯度以及增加 溶质浓度，将增加成分过冷。
⑶成分过冷和温度过冷的区别
A.温度过冷
结晶中热量的散失使液体的实际温度下降到 凝固点以下获得的过冷。这种过冷完全受 散热条件控制。
B.成分过冷
结晶中纯粹由溶质成分偏析引起的过冷度 变化。溶质偏析越大，引起的成分过冷变 化也越大。
3.两相区的宽度ΔX主要取决于钢液的结晶温
度范围（ΔT结晶 ）和凝固前沿熔体中的温 度梯度（dT∕dX）。
ΔX＝ 1
dT
·ΔT结晶
dx
结晶温度范围越宽、钢液过热度越低和铸 坯表面冷却强度越小，则两相区越宽。当 ΔX较大时，晶粒度较大，反之则小。晶粒 度大，意味着树枝晶发达，发达的树枝晶 使凝固组织疏松，易形成气孔，偏析也较 严重。若要减小ΔX，应从加强冷却强度入 手并落实到具体的工艺措施之中。
系统获得的过冷度 越大，临界半径rk 越小，液态金属就 越容易结晶。
② 异质形核
依靠液体金属中已经存在的固、液相质点形 成晶核的过程。
实际上金属中或多或少都含有异相杂质，故 金属结晶时大都为异质形核。
2.晶体的长大 ⑴晶体的生长方式 A.平面生长（正温度梯度条件下）
固体表面在宏观上看起来是平滑的，即固、液界 面呈平面状向液相推进。 B.树枝晶生长（负温度梯度条件下） 固体表面上的偶然凸起便可深入到液体中过冷度 较大的地方生长，形成一些伸长的晶柱并在侧面 产生分枝，形成树枝状晶体。 C.胞状生长（过冷度较小） 固相表面某些偶然凸出的部分可能会伸入过冷区 长大，但不能向纵深发展，使生长的界面介于平 面和树枝状之间，形成一种凹凸不平的类似胞状 的结构。
溶质元素的含量较低，熔点较高，最后生成的晶 体溶质元素的含量较多，熔点也较低，而且无论 是晶体或液体的成分，都随着温度的下降而不断 地变化着，只有当结晶完毕后，并且达到平衡时， 晶体才有可能达到和原始合金一样的成分。
一.钢液结晶的温度范围和两相区构成
结晶温度范围：ΔT结晶＝T液－T固 确定结晶温度范围的意义：
三.化学成分不均匀现象 1.偏析概念 ⑴偏析：铸坯中化学成分（溶质成分）不均
匀的现象。 ⑵分类： A.显微偏析：发生在一个或几个晶粒范围内
的偏析。μm B.宏观偏析：在铸坯内大范围的偏析。cm
2.偏析产生的原因 ⑴显微偏析的产生
与结晶的不平衡性（非平衡结晶）有关。如 图所示：
实际生产中，钢液的结晶是一种非平衡结晶， 必须在液相线温度以下才能开始，并在固相 线温度以下才能结束。由于冷却速度较大， 钢液在冷却到各个温度时，没有足够的时间 来完成结晶过程和扩散的均匀化，就继续往 下冷却，致使在各温度下的结晶过程和扩散 过程都不能进行到底。这样就使固相和液相 的平均成分线都偏离了平衡时的固相线和液 相线，所得固体先、后结晶的各部分具有不 同的溶质元素浓度：结晶初期形成的树枝晶 较纯，而后结晶的部分则含有较多的溶质元 素，造成了固体晶粒内部溶质浓度的不均匀 性。
二.结晶的动力学条件
1.晶核的形成
① 均质形核
在液相中直接产生晶核。即在一定的过冷度下， 液态金属中一些体积很小的近程有序排列的“原 子集团”转变成规则排列并稳定下来的坯胎晶核， 这一过程称为均质形核。
形成新相晶核系统自由能的变化包括：
A.在液相中形成晶核时引起体积自由能的降低；
B.形成晶核时产生固、液交界面导致表面自由能的 增加。
二．成分过冷
1.选分结晶
由于合金元素在固相中的溶解度小于在液 相中的溶解度，因此合金元素在固相钢中 分配的浓度要小，而在液相钢（母液）中 分配的浓度要大。所以在钢水结晶过程中， 结晶前沿会有溶质大量析出并积聚，围绕 凝固着的晶体积累了一层溶质富集层，使 固相中溶质浓度低于原始浓度。这种现象 即选分结晶。