連鑄工藝、設(shè)備--08結(jié)晶器冶金.

1、 第八章第八章 結(jié)晶器冶金結(jié)晶器冶金 l 結(jié)晶器的冶金功能：結(jié)晶器的冶金功能： A A高效率的傳熱器，把鋼水熱量迅速地傳給冷卻高效率的傳熱器，把鋼水熱量迅速地傳給冷卻 水；水； B B鋼水凝固成型器，把鋼水凝固成所規(guī)定的形狀，鋼水凝固成型器，把鋼水凝固成所規(guī)定的形狀， 如方坯、板坯、圓坯等。如方坯、板坯、圓坯等。 C C鋼水凈化器，在結(jié)晶器形成薄的外殼所包含的鋼水凈化器，在結(jié)晶器形成薄的外殼所包含的 液體鋼水中的非金屬夾雜物充分上浮被保護(hù)渣吸液體鋼水中的非金屬夾雜物充分上浮被保護(hù)渣吸 收，以進(jìn)一步凈化鋼液；收，以進(jìn)一步凈化鋼液； D D鑄坯表面質(zhì)量控制器，結(jié)晶器內(nèi)鋼水鑄坯表面質(zhì)量控制器，結(jié)晶器

2、內(nèi)鋼水渣相渣相 銅板銅板坯殼之間的相互作用是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過坯殼之間的相互作用是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過 程，相互之間合理參數(shù)的配合，對(duì)鑄坯質(zhì)量有決程，相互之間合理參數(shù)的配合，對(duì)鑄坯質(zhì)量有決 定性的影響。定性的影響。 81 81 結(jié)晶器鋼水流動(dòng)行為結(jié)晶器鋼水流動(dòng)行為 一結(jié)晶器鋼水流動(dòng)特征一結(jié)晶器鋼水流動(dòng)特征 1 1對(duì)結(jié)晶器鋼水流動(dòng)的要求：對(duì)結(jié)晶器鋼水流動(dòng)的要求： 不應(yīng)把結(jié)晶器保護(hù)渣卷入鋼液內(nèi)部；不應(yīng)把結(jié)晶器保護(hù)渣卷入鋼液內(nèi)部； 注流的穿透深度應(yīng)有利于夾雜物上??；注流的穿透深度應(yīng)有利于夾雜物上??； 鋼液流動(dòng)不要對(duì)凝固殼產(chǎn)生沖刷、重熔，坯殼得鋼液流動(dòng)不要對(duì)凝固殼產(chǎn)生沖刷、重熔，坯殼得 以均勻生長(zhǎng)；以均勻生

3、長(zhǎng)； 確保鑄坯表面質(zhì)量良好。確保鑄坯表面質(zhì)量良好。 l 如圖所示，從浸入式水口側(cè)孔噴射出的流股沖擊如圖所示，從浸入式水口側(cè)孔噴射出的流股沖擊 到結(jié)晶器窄面后分成兩個(gè)流股，一是向上的回流到結(jié)晶器窄面后分成兩個(gè)流股，一是向上的回流 到達(dá)表面，一是向下的流股達(dá)到最大的穿透深度到達(dá)表面，一是向下的流股達(dá)到最大的穿透深度 然后向上回流，這兩股流動(dòng)對(duì)滿足上述要求有決然后向上回流，這兩股流動(dòng)對(duì)滿足上述要求有決 定性的影響。定性的影響。 l浸入式水口流股流動(dòng)示意圖：浸入式水口流股流動(dòng)示意圖： 2 2流股的穿透深度流股的穿透深度H H： lH H（V VO OVVC C_ _V VS S）（）（1+sin21+

4、sin2） W2W2 （1cos1costgtg）d d l式中式中 lH H 流股最大沖擊深度，流股最大沖擊深度，cmcm； lV VO O 側(cè)孔水口出口速度，側(cè)孔水口出口速度，cm cm minmin lV VS S 夾雜物上浮速度，夾雜物上浮速度， cm cm minmin； lV VC C 拉速，拉速，cm cm minmin； l 水口出口夾角，度；水口出口夾角，度； lW W鑄坯寬度，鑄坯寬度，cmcm； ld d 水口插入深度，水口插入深度，cmcm； l 系數(shù)。系數(shù)。 l可見，注流流股最大沖擊深度與注流出口速可見，注流流股最大沖擊深度與注流出口速 度、水口側(cè)孔夾角和鑄坯尺寸等有

5、關(guān)。度、水口側(cè)孔夾角和鑄坯尺寸等有關(guān)。 l當(dāng)鑄坯尺寸一定時(shí)，主要是調(diào)節(jié)水口出口直當(dāng)鑄坯尺寸一定時(shí)，主要是調(diào)節(jié)水口出口直 徑、出口夾角來降低注流沖擊深度，以促進(jìn)徑、出口夾角來降低注流沖擊深度，以促進(jìn) 夾雜物上浮，減少鋼中夾雜物含量。夾雜物上浮，減少鋼中夾雜物含量。對(duì)弧形對(duì)弧形 連鑄機(jī)，如果沖擊深度連鑄機(jī)，如果沖擊深度H H值太大，使內(nèi)弧側(cè)值太大，使內(nèi)弧側(cè) 捕捉夾雜物面積增加，是造成內(nèi)弧夾雜物集捕捉夾雜物面積增加，是造成內(nèi)弧夾雜物集 聚的原因。聚的原因。 3 3向上的回流：向上的回流： l從水口出來的流股沖擊到結(jié)晶器窄面后轉(zhuǎn)從水口出來的流股沖擊到結(jié)晶器窄面后轉(zhuǎn) 化為向上的回流是影響結(jié)晶器液面波動(dòng)，

6、化為向上的回流是影響結(jié)晶器液面波動(dòng)， 形成鑄坯形成鑄坯表面卷渣表面卷渣的重要原因。流股沖到的重要原因。流股沖到 結(jié)晶器壁的碰撞速度結(jié)晶器壁的碰撞速度V Vm m決定了向上流股動(dòng)決定了向上流股動(dòng) 量，向上流股動(dòng)量量，向上流股動(dòng)量F F： F FQVQVm m（1 1sinsin）4D4D l 流股速度增加，傳給結(jié)晶器表面的動(dòng)量增流股速度增加，傳給結(jié)晶器表面的動(dòng)量增 大，則結(jié)晶器液面波動(dòng)加劇。水口出口夾大，則結(jié)晶器液面波動(dòng)加劇。水口出口夾 角一定時(shí)，浸入式水口插入深度增加，結(jié)角一定時(shí)，浸入式水口插入深度增加，結(jié) 晶器鋼液面波動(dòng)減小。水口出口夾角一定，晶器鋼液面波動(dòng)減小。水口出口夾角一定， 吹氬流量

7、增加，結(jié)晶器液面波動(dòng)增大。吹氬流量增加，結(jié)晶器液面波動(dòng)增大。 二結(jié)晶器鋼水流動(dòng)形態(tài)二結(jié)晶器鋼水流動(dòng)形態(tài) 1 1敞開澆注敞開澆注 l 中間包水口流出的自由流股從周圍卷入空中間包水口流出的自由流股從周圍卷入空 氣進(jìn)入結(jié)晶器，注流沖擊深度大，鋼水面氣進(jìn)入結(jié)晶器，注流沖擊深度大，鋼水面 引起強(qiáng)烈的紊流運(yùn)動(dòng)。引起強(qiáng)烈的紊流運(yùn)動(dòng)。 2 2浸入式水口保護(hù)澆注浸入式水口保護(hù)澆注 浸入式水口的作用：浸入式水口的作用： A A防止鋼流從中間包防止鋼流從中間包結(jié)晶器發(fā)生二次氧化；結(jié)晶器發(fā)生二次氧化； B B最佳地將非金屬夾雜物排除到保護(hù)渣中；最佳地將非金屬夾雜物排除到保護(hù)渣中； C C將鋼水均勻分布于結(jié)晶器內(nèi)而使坯

8、殼均勻?qū)撍鶆蚍植加诮Y(jié)晶器內(nèi)而使坯殼均勻 生長(zhǎng)。生長(zhǎng)。 水口形式對(duì)結(jié)晶器流股運(yùn)動(dòng)形態(tài)的影響水口形式對(duì)結(jié)晶器流股運(yùn)動(dòng)形態(tài)的影響 A A直筒式水口直筒式水口 l結(jié)晶器流股沖擊深度大，鋼水高溫區(qū)下移，產(chǎn)結(jié)晶器流股沖擊深度大，鋼水高溫區(qū)下移，產(chǎn) 生漩渦區(qū)致使夾雜物上浮幾率減少，一般用于生漩渦區(qū)致使夾雜物上浮幾率減少，一般用于 矩形坯或方坯。矩形坯或方坯。 B B雙側(cè)孔式水口雙側(cè)孔式水口 l影響結(jié)晶器鋼水流動(dòng)因素：影響結(jié)晶器鋼水流動(dòng)因素： a a 結(jié)晶器寬度；結(jié)晶器寬度； l對(duì)寬結(jié)晶器，從水口射出的流股不會(huì)碰到窄壁，對(duì)寬結(jié)晶器，從水口射出的流股不會(huì)碰到窄壁， 向下流股有一旋轉(zhuǎn)分力使氣泡、夾雜物聚合而向

9、下流股有一旋轉(zhuǎn)分力使氣泡、夾雜物聚合而 上升到鋼液面。結(jié)晶器寬度減小，沖擊到窄面上升到鋼液面。結(jié)晶器寬度減小，沖擊到窄面 的流股動(dòng)量增加。向上的回流易使水口周圍形的流股動(dòng)量增加。向上的回流易使水口周圍形 成渦流而卷渣；而向下流股把夾雜物帶到液相成渦流而卷渣；而向下流股把夾雜物帶到液相 穴深處而上浮困難。穴深處而上浮困難。 b b 吹氬量；吹氬量； l 澆鋁鎮(zhèn)靜鋼時(shí)，為防止?jié)蹭X鎮(zhèn)靜鋼時(shí)，為防止AlAl2 2O O3 3堵水口，從中間包塞棒堵水口，從中間包塞棒 或卷渣。因此操作者應(yīng)觀察結(jié)晶器液面狀況，控制或卷渣。因此操作者應(yīng)觀察結(jié)晶器液面狀況，控制 ArAr流量（流量（1.5m1.5m3 3 h

10、h）以防止卷渣 ）以防止卷渣 c c 水口出口傾角；水口出口傾角； l 隨著側(cè)孔出口傾角向下增加（如隨著側(cè)孔出口傾角向下增加（如151535 35 ），）， 向下流股沖擊深度增大，向上流股減弱，液面平靜，向下流股沖擊深度增大，向上流股減弱，液面平靜， 保護(hù)渣覆蓋良好；側(cè)孔傾角向上增加，液面較大加保護(hù)渣覆蓋良好；側(cè)孔傾角向上增加，液面較大加 強(qiáng)，保護(hù)渣向水口周圍移動(dòng)，容易造成卷渣。一般強(qiáng)，保護(hù)渣向水口周圍移動(dòng)，容易造成卷渣。一般 以以15 15 為宜。為宜。 d d 側(cè)孔出口直徑側(cè)孔出口直徑 l 側(cè)孔直徑過大，液體不能滿流流出，容易在側(cè)孔上側(cè)孔直徑過大，液體不能滿流流出，容易在側(cè)孔上 區(qū)造成循環(huán)

11、的負(fù)壓區(qū)，在水口周圍形成紊流。區(qū)造成循環(huán)的負(fù)壓區(qū)，在水口周圍形成紊流。 e e 插入深度插入深度 l 插入深度增加，結(jié)晶器鋼渣界面攪動(dòng)逐漸減弱，保插入深度增加，結(jié)晶器鋼渣界面攪動(dòng)逐漸減弱，保 護(hù)渣覆蓋良好。插入深度太淺（如護(hù)渣覆蓋良好。插入深度太淺（如50mm50mm），就會(huì)發(fā)），就會(huì)發(fā) 生板卷卷渣的質(zhì)量問題。插入深度一般在生板卷卷渣的質(zhì)量問題。插入深度一般在 12512525mm25mm為宜。為宜。 f f 浸入式水口對(duì)中浸入式水口對(duì)中 l 浸入式水口在結(jié)晶器中心對(duì)中偏差浸入式水口在結(jié)晶器中心對(duì)中偏差5 5，會(huì)導(dǎo)致，會(huì)導(dǎo)致 水口出口鋼流向結(jié)晶器一邊的不均勻流動(dòng)，造成凝水口出口鋼流向結(jié)晶器一邊

12、的不均勻流動(dòng)，造成凝 固殼不均勻沖刷。浸入式水口的精確對(duì)中，能使出固殼不均勻沖刷。浸入式水口的精確對(duì)中，能使出 口鋼流每隔口鋼流每隔5 5 10min10min循環(huán)交替從結(jié)晶器一個(gè)寬面循環(huán)交替從結(jié)晶器一個(gè)寬面 流向另一個(gè)寬面，使流動(dòng)均勻分布。這就是流體力流向另一個(gè)寬面，使流動(dòng)均勻分布。這就是流體力 學(xué)中的學(xué)中的“翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象”。 三結(jié)晶器鋼流控制技術(shù)（三結(jié)晶器鋼流控制技術(shù)（EMBEMB） l 板坯采用板坯采用EMBEMB的冶金效果：的冶金效果： 1 1從水口射出的流股速度減小了一半，減輕從水口射出的流股速度減小了一半，減輕 了對(duì)凝固殼的沖刷，坯殼更均勻生長(zhǎng)，同了對(duì)凝固殼的沖刷，坯殼更均勻生

13、長(zhǎng)，同 時(shí)也減輕了坯殼薄弱點(diǎn)因回?zé)嵝纬蔁崃鸭y時(shí)也減輕了坯殼薄弱點(diǎn)因回?zé)嵝纬蔁崃鸭y 的危險(xiǎn)性。的危險(xiǎn)性。 2 2流股沖擊深度減小，降低了鑄坯內(nèi)弧面區(qū)流股沖擊深度減小，降低了鑄坯內(nèi)弧面區(qū) 域氧化物夾雜含量。域氧化物夾雜含量。 3 3由于流股分散，水口上部區(qū)域鋼液流速加由于流股分散，水口上部區(qū)域鋼液流速加 快，促進(jìn)了過熱鋼水沿彎月面流動(dòng)，使鑄快，促進(jìn)了過熱鋼水沿彎月面流動(dòng)，使鑄 坯皮下坯皮下8mm8mm夾雜物呈下降趨勢(shì)。夾雜物呈下降趨勢(shì)。 82 82 結(jié)晶器的冶金作用結(jié)晶器的冶金作用 一凝固坯殼生長(zhǎng)均勻性一凝固坯殼生長(zhǎng)均勻性 1 1對(duì)于敞開澆注，結(jié)晶器橫斷面對(duì)于敞開澆注，結(jié)晶器橫斷面凝固殼最薄的地方

14、凝固殼最薄的地方 就是注流沖擊鄰近處就是注流沖擊鄰近處，因?yàn)榱鞴蔁嶂行钠苹騾R，因?yàn)榱鞴蔁嶂行钠苹騾R 合，過熱鋼水強(qiáng)制對(duì)流會(huì)沖刷已凝固坯殼并發(fā)生合，過熱鋼水強(qiáng)制對(duì)流會(huì)沖刷已凝固坯殼并發(fā)生 重熔，使坯殼厚度不均。坯殼薄弱之處常常是出重熔，使坯殼厚度不均。坯殼薄弱之處常常是出 現(xiàn)現(xiàn)縱裂的根源?？v裂的根源。 2 2采用浸入式水口改善了凝固對(duì)寬面沖刷和熱對(duì)流采用浸入式水口改善了凝固對(duì)寬面沖刷和熱對(duì)流 的作用，使坯殼厚度生長(zhǎng)均勻。但對(duì)窄面坯殼有的作用，使坯殼厚度生長(zhǎng)均勻。但對(duì)窄面坯殼有 沖刷和再熔化現(xiàn)象。應(yīng)選擇合適的水口側(cè)孔傾角，沖刷和再熔化現(xiàn)象。應(yīng)選擇合適的水口側(cè)孔傾角， 既要保證結(jié)晶器窄面坯殼均勻

15、生長(zhǎng)，又要防止沖既要保證結(jié)晶器窄面坯殼均勻生長(zhǎng)，又要防止沖 擊流股把夾雜物帶到液相穴深處而上浮困難。擊流股把夾雜物帶到液相穴深處而上浮困難。 二液相穴夾雜物上浮與排除二液相穴夾雜物上浮與排除 1 1結(jié)晶器液相穴中的夾雜物運(yùn)動(dòng)情況結(jié)晶器液相穴中的夾雜物運(yùn)動(dòng)情況 隨環(huán)流向水平方向流動(dòng)被帶到鋼渣界面，隨環(huán)流向水平方向流動(dòng)被帶到鋼渣界面， 被保護(hù)渣吸收。被保護(hù)渣吸收。 隨沖擊流股帶入液相穴深處。夾雜物能否隨沖擊流股帶入液相穴深處。夾雜物能否 上浮取決于流股沖擊深度。上浮取決于流股沖擊深度。 設(shè)計(jì)合理的的浸入式水口，減小向下流股設(shè)計(jì)合理的的浸入式水口，減小向下流股 的沖擊深度，可改善夾雜物上浮的條件，的

16、沖擊深度，可改善夾雜物上浮的條件， 使鑄坯平均污染程度減少使鑄坯平均污染程度減少23%23%38%.38%. 2 2促進(jìn)液相穴內(nèi)夾雜物上浮的措施：促進(jìn)液相穴內(nèi)夾雜物上浮的措施： 采用電磁制動(dòng)技術(shù)，以抵消流股的沖力；采用電磁制動(dòng)技術(shù)，以抵消流股的沖力； 向結(jié)晶器吹氬；向結(jié)晶器吹氬； 合適的保護(hù)渣性能以充分吸收上浮的夾雜合適的保護(hù)渣性能以充分吸收上浮的夾雜 物物 。 三結(jié)晶器內(nèi)鋼水微合金化三結(jié)晶器內(nèi)鋼水微合金化 l指向結(jié)晶器內(nèi)鋼水中加入微量元素，調(diào)整鋼指向結(jié)晶器內(nèi)鋼水中加入微量元素，調(diào)整鋼 成分達(dá)到目標(biāo)管理值，同時(shí)改善夾雜物的性成分達(dá)到目標(biāo)管理值，同時(shí)改善夾雜物的性 態(tài)。態(tài)。 1 1結(jié)晶器喂包芯線

17、結(jié)晶器喂包芯線 l把包芯線通過中間包塞棒孔和浸入式水口喂把包芯線通過中間包塞棒孔和浸入式水口喂 入結(jié)晶器，可提高合金（如入結(jié)晶器，可提高合金（如AlAl、TiTi）的回收）的回收 率，減少鑄坯中夾雜物，還可防止率，減少鑄坯中夾雜物，還可防止AlAl2 2O O3 3、 TiOTiO2 2、TiNTiN堵塞水口。堵塞水口。 2 2結(jié)晶器喂稀土絲結(jié)晶器喂稀土絲 l試驗(yàn)效果：（試驗(yàn)效果：（08Al08Al、16Mn16Mn、管線鋼、管線鋼X60X60、X70X70） 避免了水口結(jié)瘤，回收率達(dá)避免了水口結(jié)瘤，回收率達(dá)80%,80%,稀土在鑄坯中稀土在鑄坯中 基本分布均勻；基本分布均勻； 改善了鑄坯凝固組織，等軸晶提高了改善了鑄坯凝固組織，等軸晶提高了1010 15%15%； 改善了鑄坯中硫化物夾雜形態(tài)和分布，使鋼材改善了鑄坯中硫化物夾雜形態(tài)和分布，使鋼材 塑性、韌性及各向異性得到明顯改善，對(duì)鋼材塑性、韌性及各向異性得到明顯改善，對(duì)鋼材 斷口敏感性和抗裂紋擴(kuò)展能力也有明顯提高。斷口敏感性和抗裂紋擴(kuò)展能力也有明顯提高。 l小方坯結(jié)晶器喂小方坯結(jié)晶器喂AlAl絲、對(duì)解決定徑水口澆含