发布时间 : 星期六 文章板坯连铸浸入式水口结构及结晶器流场优化研究 - 图文更新完毕开始阅读d236014859fafab069dc5022aaea998fcc22401f
辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）
1 绪论
1.1引言
近年来，中国钢铁工业取得了长足的发展，已成为世界上最大的钢铁生产、 进口和消费国，为国民经济持续、稳定、健康的发展做出了重要贡献。进入21世纪，中因钢铁工业获得快速发展。2004年中圈产钢2．7亿吨，比上年增加5046万吨，同比增长22．7％。这不仅使中国钢产量连续9年位居世界第一，也使中国成为世界上第一个钢产量突破2亿吨的国家。但是，我国钢铁行业目前的结构性矛盾仍然比较突出，一些高技术含量，高附加值的产品仍需从国外大量进口。
今后几年、十几年，是中国钢铁工业充满发展机遇和挑战的时期。我国要实 现“不仅是钢铁大国，还要是钢铁强国”的战略目标，进一步发展高效连铸技术 显得尤为重要。
1.2 连续铸造技术的概况及发展趋势
1.2.1连续铸造技术的概况
液态金属连续铸造的概念早在19世纪中叶就已提出。1840年Sellers在美国 申请了连续铸造铅管的专利。1846年Bessemer采用水冷、旋转双辊式连铸机生产 了锡板、铅板和玻璃板。随后，移动结晶器连续浇注的概念和垂直浇注的立式连 铸法也相继提出。1933年连续铸造的先驱者德国人Jungians采用立式带振动结晶 器的连铸机，首先浇注铜铝合金获得成功，使有色合金的连续铸造早在20世纪30 年代就应用于生产。40年代，Jungians又建成第一台浇注钢液的试验连铸机。当 时就已经开始研究振动的水冷结晶器、浸入式水口和保护浇注等技术，为现代连 铸机奠定了基础。随后相继在美国、英国、奥地利、日本等国建成了中间性试验 连铸机。在20世纪50年代，连续铸造技术仍处于工业试验阶段。60年代，连续 铸造进入了工业应用阶段，许多连铸设备相继问世。70年代，连续铸造技术在能 源紧张的压力下得到了迅猛的发展。80年代，连续铸造技术成为成熟的技术在冶
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金工业中得到了广泛采用。90年代，连续铸造技术又掀起了一场新的变革，许多新的连铸技术被先后提出，部分已处于开发试生产阶段【5】。
在连续铸造的早、中期发展过程中，连铸设备和技术的同益完善和成熟，是与 许多新技术的出现分不开的【2】。其中具有代表性的技术有：(1)中间包快速更换技术；(2)采用钢包回转台实现多炉连浇技术；(3)结晶器在线调宽技术；(4)多点弯曲和矫直技术；(5)结晶器液面控制和漏钢预报技术；(6)无氧化浇注技术；(7)压缩浇注技术；(8)轻压下技术；(9)计算机自动控制技术；(10)气雾冷却、电磁搅拌应用等。 1.2.2 连铸技术的发展趋势
常规连续铸造技术在钢铁制造方面已经全面取代了模铸，成为占统治地位的 材料生产技术。目前，就总的成品钢材生产柬讲，世界上大部分国家的连铸比已 超过90％。20世纪90年代后，连续铸造技术的发展出现了一些新的动向，主要表 现在如下几个方面： （1) 高效连铸
高效连铸是指以高拉坯速度为核心的生产率显著高丁常规连续铸造的技术。 高效连铸技术的特点体现在“五高”上：高扣速、高品质无缺陷(特别是无表面缺 陷1、高温铸坯、高浇速率、高作业率。高效连铸的核心技术是结晶器技术，德国康卡斯特公司采用凸面结晶器技术(CMT)，不仅将铸造速度提高了50～100％，而且能在高速下连铸特殊钢；奥钢联和达涅利公司推出的凹面结晶器技术，也表现出高速连铸的潜力。高效连铸的主要难题是，在高的铸造速度下，铸坯凝固壳减薄，坯壳与结晶器壁摩擦力增大，易引起漏钢事故：同时，由丁：浇注速度增大，恶化了熔池内夹杂物去除条件，铸坯易产生内部缺陷。因此，改善钢水的品质是实现高效连铸的关键，目前主要从物流管制、钢包、中间包、二次水冷、连续矫直、低过热度浇注等环节进行改进，并取得了一定的效果。 （2) 近终形连铸
近终形连铸是指直接生产出接近产品最终尺和形状的连续铸造方式。其
目的是减少中间加工工序，节约能源，减少贮存和缩短生产时间，提高生产效率。 近终形连铸最早是开发连铸薄板和薄带技术，随后带动了连铸连轧工艺的开发， 最近几年异形坯的连铸或连铸连轧技术异军突起。目前，最引人注目的是连铸连
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轧 (TSCC．DR)技术。通过不断的探索和改造，已有几种薄伸厚板坯连铸连轧工艺#L(TSCC—DR)技术。通过不断的探索和改造，已有几种薄／中厚板坯连铸连轧工艺北 相继实现工业化。如德国西马克公司的紧凑带钢生产线(CSP)、在线生产带钢线(ISP)，德国西马克公司、蒂森公司和法国的于齐洛尔公司合作开发的铸压轧制(CPR)工艺，奥地利奥钢联的中厚度板坯连铸连轧生产线(CR)，意大利达涅利公司的薄板坯连铸连轧(FTSR)工艺，美国蒂平斯公司与韩国三星重工业公司合作开发的TSP工艺等等。这些连铸连轧生产线虽然有一定的差别，但仍具有一些共同的特点或优点，即“薄”一大多数为50～70mm厚；“快”一铸造速度可达8m／min以上；“连”一连铸和轧制连成一体。
20世纪80年代，一种反向凝固连铸薄带的近终形连铸技术在德国提出【1“。其基本原理是将一定厚度的热轧或冷轧钢带作为母带，在进入高温流程前，对母带进行一定的表面处理。低温母带以一定速度由下而上穿过凝固器中一定温度的钢水，母带使其表面附近的钢水降温，在母带表面的两侧形成新生相凝固层。当钢带离开钢水表面时，新生相凝固层和母带结合在一起，形成数倍于原母带厚度的铸带。刚离开熔池时，铸带新生相凝固层的表面还处于半凝固状态，置于凝固器上方的轧辊对铸带进行表面平整初轧，从而得到表面平整、厚度均匀的连铸薄带，实现连铸一热轧一冷轧连续在线一次完成。目前该技术尚处于实验研究阶段，但它是薄带近终形连铸技术前沿性的重要研究方向。
尽管近终形连铸中的许多技术已经或接近实现工业生产，但仍然存在许多有 待研究和解决的问题。从整个近终形连铸技术来看，它们属于中间过渡性技术。 作为近终形连铸的更进一步目标是由钢液直接浇注成20mm以下至几毫米的薄带 坯。但由于其技术难度比薄板坯连铸的难度还大，目前还处在试验研究当中。 (3) 连铸坯热送热装(CC．DHCR)技术连铸坯热送热装(cc．DHCR)技术与传统工艺的差别是将一定尺寸、800～900℃高温的铸坯直接送入与轧机配套的加热炉中Il?。热送热装技术要求各工序严格规范操作，并且需要配备在线品质判定系统。热送热装技术比传统工艺显著节约能源、减少金属消耗、提高成材率、简化工艺流程、提高产品品质，目前我国已有部分厂家采用了该技术。 (4) 连铸高品质钢
连铸高品质钢是指采用连续铸造方式生产那些对清洁性、表面和内部品质要求特别严格的钢种。日本在20世纪90年代中期提出了一个“超级钢”计划，其目标是要求钢材的晶
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粒度达到l岬以下，力学性能比普通同类钢提高一倍以上 ．
我国也把生产高品质钢的重大基础科学问题列入到了“973”项目中，并取得了重大的进展。由于目前钢材生产的连铸比已相当高，因此要在高品质钢的生产中取得重大突破，采用先进的连续铸造技术是其中的关键之一【1】。高品质钢连铸技术的开发涉及许多方面，例如钢水的二次精炼技术、钢水离心流动中间包技术、氧化物冶金技术、防涡旋流技术、电磁制动技术、无弯月面浇注技术、轻压下技术和在线强制冷却技术等【6】，其中二次精炼是连铸高品质钢的首要前提。所N---次精炼是指从转炉或电炉出钢到引入结晶器中的过程中，对钢水所做的处理。二次精炼主要是控制钢水的成分、温度、时间和清洁度，为连铸高品质钢打下坚实的基础。 (5)连铸复合材料
采用连续铸造方式生产复合材料的设想很早就被提起，并开展了一定的工作。文献‘”1介绍了一种连续铸造复合材料的方法，其特点是在连续铸造过程中，在结晶器附近施加电磁场，同时浇注不同成分的两种金属液体。并铸造出了外部为不锈钢，内部为普通碳钢的铸锭。文献【161】提出了一种以多流浇注不同成分金属熔体的连续铸造方式，生产合金成分随铸件截面连续变化的新型梯度复合材料的设想，并在此基础上成功制备了部分梯度材料，该生产方法的特点是成本低廉，易于在常规连续铸造生产线上进行改造。采用连铸方式生产梯度复合材料可以有效地和经济地改善材料的不同部位有不同性能要求这一类问题，并为材料工作者开发新材料提供新的途径。目前这方面的工作仍处于探索阶段。近终形连铸、单晶连铸、高效连铸、连铸坯热送热装等先进连铸技术的发展近年来非常活跃，必将带动一系列新型材料的研制开发。
1.3 我国连铸技术的发展
连铸技术在我国起步较早，其发展经历了起步较早、缓慢发展、引进移植、 自我创新、迅速发展、高效改造等阶段。早在20世纪50年代中期，当连铸技术 尚处于工业性试验阶段，我国就开始了连铸方面的试验性研究工作。1957年第一 台工业性试验铸机在上钢公司设计建成：次年年底，第一台生产性立式连续铸造 机就在重钢三厂投产。进入60年代，中国连铸技术的开发与应用掀起了一股高潮， 突出表现在对弧形连铸技术的开发上。从60年代后期到70年代，我国连铸技术 的开发都是立足于国内，其发展极其缓慢。由于缺乏与国外的技术合作与交流，
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