第一篇：連鑄三大件發展現狀

武漢科技大學耐火材料新技術課程論文

連鑄“三大件”發展現狀

姓名：徐騰騰 班級：無機非金屬材料工程（卓越）1101 學號：201102128116 摘要：整體塞棒、長水口（大包長水口）和浸入式水口（中包所用水口），稱為連鑄“三大件”。連鑄“三大件”在煉鋼生產中處于十分重要的位置，主要起到保護澆注和控流的作用，他們質量的好壞對于連鑄乃至整個鋼廠生產的連續性與穩定性有重要的意義。其材質主要是鋁碳質，以氧化鋁和炭素為原料，大多數情況下還加入添加劑，如SiC、單質Si等，用瀝青或樹脂等有機結合劑粘結而成的碳復合耐火材料。成型方法采用等靜壓成型。本文主要從連鑄“三大件”的原材料、生產過程、應用及在使用中出現的問題分析其發展現狀。

關鍵詞：連鑄 三大件 發展現狀 AlO－C 前言

進入2000年以后, 隨著連鑄技術的日臻成熟,高效連鑄技術已成為鋼鐵行業發展重點。高效連鑄技術是以高拉速為核心,以高質量連鑄坯無缺陷生產為基礎,實現高連澆率、高作業率連鑄的系統技術。連鑄速度的提高、連澆時間的延長,通過保護澆鑄水口的鋼水流速流量也顯著提高, 因此對連鑄用耐材提出了更高的要求。連鑄過程中所用的整體塞棒、長水口和浸入式水口在生產技術、產品品種、質量水平方面，正逐步追趕紓解先進水平，取代某些進口產品，以滿足我國煉鐵生產發展的需要。

延長連鑄“三大件”的壽命是需求方最大的要求，由其所處環境和組成考慮，主要提高他們對渣液的抗侵蝕能力和高溫抗氧化性。本文簡述我國連鑄“三大件”的原料、生產過程、應用的發展現狀；解決其存在的壽命低、成本高、生產復雜的問題。通過對其從原料到成品和所處環境的分析，以及與國外產品的對比，選擇最合理的成分組成和成型方式，提高性價比。從而減少鋼鐵生產成本，促進鋼鐵工業的發展。連鑄“三大件”使用環境 武漢科技大學耐火材料新技術課程論文

連鑄“三大件”在連鑄系統中所使用的位置如圖：

2.1 塞棒

塞棒的功能主要是用于中間包開閉,除能自動控制中間包至結晶器的鋼水流量外,還可通過塞棒的吹氬孔,向中間包吹入氬氣和其它惰性氣體,塞棒還具有控制鋼流和凈化的功能。連鑄生產過程中，整體塞棒頭部受侵蝕、沖刷嚴重，特別是澆鑄某些特鋼，如經Ca、Si處理的鋼種或P、S合金化的高速切削鋼，塞棒頭部侵蝕過快，常因無法控制鋼流速度而報廢。整體塞棒使用前必須烘烤到800～1000℃方能使用，長時間的烘烤會使鋁碳制品表面石墨氧化呈疏松狀態，導致制品耐侵蝕性和使用壽命降低，在使用時會造成制品斷裂和穿孔事故。

2.2 長水口

當鋼水由鋼包向中間包澆注時,為了避免氧化和飛濺,在鋼包底部的滑動水口的下端安裝長水口,一端與下水口相連,另一端插入中間包的鋼水內進行密封保護澆注。長水口其作用如下：（1）防止鋼水二次氧化，改善鋼的質量；（2）減少鋼中易氧化元素的氧化產物在水口內壁沉積，延長其使用壽命；（3）長水口可多次使用，降低耐火材料消耗。對鋁碳質長水口，通過加入適量低膨脹材料（熔融石英、鈦酸鋁），增韌材料（氧化鋯）和鋼纖維補強等的基礎上，為進一步改善其性能從材質上又采取提高水口中Al2O3含量，減少SiO2加入量，以確保熱震性能，提高使用壽命。

2.3 浸入式水口

在連鑄技術中,浸入式水口渣線部位被嚴重侵蝕,以及防止氧化鋁附著造成水口的堵塞,為提高鑄坯質量,在中間包與結晶器之間設有浸入式水口,其主要作用是:(1)防止鋼水二次氧化氮化和鋼水的飛濺;(2)調節鋼水流動狀態和注入速度;(3)防止保護渣非金屬夾雜物卷入鋼水中,對促進鋼水中夾雜物的上浮起重要作用;(4)對邊鑄拉坯成材率和鑄坯質量有決定性影響。浸入式水口具有一定的氣孔率，同樣具有透氣性，外界空氣在鋼水流動產生的負壓作用下滲透到水口內部，與鋼水接觸使其氧化。因此在長水口和浸入式水口的外表面必須涂一層防氧化釉層。武漢科技大學耐火材料新技術課程論文

3連鑄“三大件”原料選擇 3.1 簡介

近年來，國內連鑄鋼產量不斷增加，連鑄“三大件”大多采用Al2O3－C質材料制作，在使用條件最苛刻的部位如渣線、塞棒頭等部位用ZrO2－Ｃ材料，并加入BN、Si3N4、B4C3、Al、Si以及塞隆、阿隆等復合添加劑以提高其使用壽命。為滿足特殊性能鋼的需要，近年一些廠家還開發了低碳、無碳和低硅、無硅的復合產品。

3.2 骨料

鋁碳質耐火材料中的Al2O3組分主要選用電熔剛玉、燒結剛玉。電熔或燒結氧化鋁原料的價格貴、硬度大。電熔氧化鋁是指以高鋁礬土或工業氧化鋁為原料在電弧爐內熔融并除去雜質冷卻后得到的熔塊；其特點是氧化鋁含量高，剛玉晶粒完整粗大，化學穩定性高。電熔剛玉有兩種生產方法，一是間歇式熔塊法（脫殼爐）；二是半連續式傾倒法（煉鋼電爐）。燒結氧化鋁是以工業氧化鋁為原料，經高溫煅燒制的低氣孔率氧化鋁。

碳在Al2O3－C制品中的作用如下：在顆粒空隙內或在顆粒之間形成脈狀網絡碳鏈結構，形成“碳結合”，從而降低制品的氣孔率，提高制品的高溫強度；碳還可以形成不受金屬和熔渣侵蝕的表面，提高制品的抗侵蝕性和耐熱沖擊性；此外，碳的存在為鐵、硅氧化物的還原提供條件，生成的氣體能夠阻止渣向耐火材料內部滲透；碳還可以耐火制品的導熱性，避免制品的某個部位因溫度過高而導致制品的剝落、斷裂。鋁碳質耐火材料中的炭素材料以鱗片狀石墨為主，也可采用熱解高純石墨，優勢還加入炭黑。

3.3 添加劑

抗氧化劑有金屬Al、Si粉及SiC粉。加入少量抗氧化劑能延緩含碳層氧化，提高制品使用壽命。

3.4 結合劑

鋁碳質耐火材料常用的結合劑有：樹脂、焦油、瀝青等。采用熱固性酚醛樹脂結合劑及烏洛托品硬化劑，生成不溶解、不固溶的固化物，高溫時的殘余碳量高，其使用性能優良。

4連鑄“三大件”的生產過程

連鑄“三大件”雖然功能不同，但有著相同或相似的材質、結構特點、使用條件、性能要求等，因而在生產中采用幾乎完全相同的工藝。這3種產品的結構及高性能特點決定了它們從生產工藝到所用原料不同于其他耐火材料。除少量浸入式水口為熔融石英質外，絕大多數為鋁炭質：形狀之細長需采用等靜壓成型，高石墨含量配料采用樹脂結 武漢科技大學耐火材料新技術課程論文

合劑形成碳結合，保護氣氛熱處理。連鑄“三大件”是一類技術含量高的耐火材料產品，對工藝過程、工藝參數的選擇控制，對工藝裝備的水平都有較嚴格的要求，以保證產品質量高度穩定。具體制造工藝過程包括以下主要工序：原料——坯料制備——等靜壓成型——熱處理——機加工、探傷、檢選、表面防氧化涂層、包裝等。

4.1 原料

連鑄“三大件”所用原料可分為如下幾類：主體耐火原料，石墨原料，功能添加劑和有機結合劑等。原料的選擇對產品的品質、使用效果有很大的影響。因此生產三大件產品對原料的純度、粒度、乃至結構都有較嚴格的要求。

4.1.1 主體耐火原料

涉及多種高檔氧化物原料，如各種類型的剛玉原料、電熔氧化鎂、尖晶石、電熔氧化鋯、熔融石英，電熔鋯莫來石等，依產品之不同和部位之不同而選擇不同原料為主體耐火原料。三大件產品本體用剛玉原料或高鋁原料，渣線采用部分穩定的電熔氧化鋯原料，塞棒棒頭、水口碗部處依澆注鋼種不同而選用剛玉、電熔氧化鎂、尖晶石等材質。熔融石英，鋯莫來石常作為改善抗熱震性原料部分引入。主體原料的種類、品質、粒度配比與產品抗熱震性、抗侵蝕性、抗沖刷性密切相關。一般骨料粒度不大于1mm，產品關鍵部位選用高純度電熔原料。

4.1.2 石墨原料

連鑄“三大件”產品中均大量采用天然鱗片石墨，石墨組分對產品的最重要貢獻是賦予其高抗熱震性以適應使用時高溫鋼液的強烈熱沖擊。但其致命缺點是氧化問題，石墨的氧化和連鑄操作條件、石墨的品位、粒度大小等都有關系。多數觀點認為石墨的純度越高，抗侵蝕性和抗氧化性越好，有些廠家對石墨原料還進行精制處理以進一步減少雜質含量。

4.1.2.1 納米碳纖維

納米碳纖維不僅具有石墨極優良的本征特性，如耐熱、耐腐蝕、耐熱沖擊、傳熱和 武漢科技大學耐火材料新技術課程論文

導熱性好、高溫強度高等性能。由于過渡金屬元素Co，Ni的微粒具有沉積碳的作用，郭巍將過渡金屬元素引入Al2O3-C耐火材料中生長了納米碳纖維，本文研究納米碳纖維在Al2O3-C耐火材料中生長可能受哪些因素影響。因此，本文將酚醛樹脂或瀝青作為碳源，過渡金屬鹽作為催化劑引入到Al2O3-C 耐火材料中，用兩種熱處理溫度采用催化裂解法原位反應生成碳纖維，分析碳纖維顯微結構以及它在Al2O3-C 耐火材料中生長受哪些因素影響，并對催化生長機制進行探討。4.1.2.1.1 實驗部分

實驗原料選擇燒結板狀剛玉、鋯莫來石、高純鱗片、石墨金屬硅和碳化硅，以熱固性酚醛樹脂作結合劑，外加一定量的硝酸鎳/硝酸鈷，各種原料的理化指標如表1 所示：實驗中所用熱固性酚醛樹脂固含量85%，殘碳量45%；硝酸鎳、硝酸鈷為分析純.按試樣配方稱量好原料，催化劑硝酸鎳、硝酸鈷與白剛玉粉混合后再通過干燥、球磨后得到復合粉體，按照一定的混合順序將粗顆粒、石墨、酚醛樹脂、細粉在混砂機中將物料混合均勻；干燥24h后，利用萬能壓力機在170kN的壓力下壓制成50mm×50mm的圓柱試樣；將干燥好的試樣裝在匣缽在埋碳條件下進行1200和1400℃保溫3h的熱處理，利用Hitachi S-3400N掃描電鏡和能譜儀對熱處理后的試樣顯微形貌和成分進行分析。4.1.2.1.2 實驗結果及分析

以液體酚醛樹脂和瀝青為碳源，分別以過渡金屬鹽(硝酸鎳、硝酸鈷)為催化劑，用兩種溫度制度(1200℃保溫3h，1400℃保溫3h)進行埋碳熱處理，用化學沉積法制備納米碳纖維。采用掃描電子顯微鏡對產物進行表征，探討碳納米纖維生長機理及考察制備工藝(熱處理溫度、催化劑種類、催化劑加入量)對碳纖維形貌、微觀結構的影響。圖1為分別以0.5%(質量百分比)的硝酸鎳、硝酸鈷(分析純)為催化劑，以酚醛樹脂為碳源，在1200，1400℃兩種燒成制度下試樣的顯微形貌，來考察不同燒成制度、不同催化劑對催化裂解法原位合成碳納米纖維的影響。從圖1(1)(3)中可以看出，在1200℃時，硝酸鈷、硝酸鎳為催化劑都有碳纖維生長，圖1(1)中在鋁碳耐火材料基體縫隙中生長出管狀碳纖維，圖1(3)中在鋁碳耐火材料基體表面生長出節狀碳纖維.從圖1(2)，(4)中可以看出，在1400℃時，催化劑基本被碳所包裹，失去活性，導致碳納米纖維的生長受到抑制溫度影響著化學反應的進行，根據Lindermann離子理論，單分子發生熱反應所需要的能量只依靠。子本身提高能量是遠遠不夠的，還通過分子與分子之間相互碰撞來提供能量；當溫需要度升高，超過一定速度的粒子數目會隨著溫度的升高迅速增加，反應粒子的碰撞頻繁發生，活化中間物的濃度升高，反應產物在催化劑上的脫附能力也隨之增加，進而促進了基體碳沉積.圖2 為不同碳源以硝酸鎳、硝酸鈷為催化劑1200℃熱處理后試樣的顯微形貌。從圖2(1)，(3)中可以看出，以酚醛樹脂為碳源的試樣中都有大量碳纖維生長，從圖2(2)，(4)中可以看出，加入以瀝青為碳源的試樣中只有少量納米碳纖維生長；圖2(1)加入硝酸鈷的鋁碳耐火材料基體內生長出大量結節狀碳纖維物質，這些纖維狀物質呈叢狀生長在鋁碳耐火材料基體的縫隙，直徑大約2μm，長度約幾十μm。圖2(3)武漢科技大學耐火材料新技術課程論文

加入硝酸鎳的鋁碳耐火材料基體內生長出大量管狀碳纖維物質，直徑約幾百nm，長度約為幾十μm。瀝青和酚醛樹脂的碳化過程是不一樣的。瀝青為液相碳化過程，受熱時首先熔化，經過所謂“中間體”的“液晶體”變為固體，即這種“液晶體”或“各向異性”組織促進了碳的石墨化.酚醛樹脂是熱硬性樹脂，其碳化過程為固相碳化，不像瀝青那樣形成各向異性的“結晶中間體”，故形成的碳難以石墨化，碳化產物通常是各向同性的無定型碳。鋁碳質耐火材料用酚醛樹脂作結合劑，加入量為3%～8%。酚醛樹脂在加熱到約200～800℃時發生分解，在生成固定碳的同時，放出CO2，CH4，CO，H2以及H2O等氣體，由于碳化產物的不同，使得樹脂碳和瀝青碳的抗氧化能力存在明顯的差別，在同樣的熱處理溫度下得到的樹脂碳氧化的開始溫度和氧化峰值溫度均較瀝青碳低。1200℃用酚醛樹脂作碳源先到達碳氧化開始溫度，分解催化劑顆粒，從而生長出納米結構的纖維。實驗中試樣的結合劑酚醛樹脂在400～800℃分解出的CO，CH4，C2H2，CO2等氣體，可以作為合成碳納米結構的碳源，同時由于鋁碳耐火材料試樣是在1200℃下埋碳燒成，其燒成過程包含了合成碳納米結構的溫度區間(600～1200℃)，另外納米結構碳所需的催化劑在鋁碳耐火材料配料時加入，這些因素為納米結構的碳提供了生長條件。酚醛樹 武漢科技大學耐火材料新技術課程論文

脂為結合劑加熱后提供碳源，根據前面觀察Al2O3-C 耐火材料中納米碳纖維的顯微形貌觀察到了烴類氣體熱解碳的三種聚集形態: 顆粒、片及纖維。Al2O3-C耐火材料中納米碳纖維生長機理與氣相生長碳纖維的生長機理相符合。氣相生長碳纖維的生長機理可用表面擴散來定性說明納米碳纖維的生長過程，認為烴分子先被吸附在金屬的某個晶面上，在加熱過程中分解出來碳原子，碳原子溶解到金屬內部，再由吸附碳原子的一面擴散到另一面，并以碳纖維的形式在此面析出。假設該過程是一個化學平衡過程，納米碳纖維就可以連續不斷地生長，直到金屬吸附烴原子的面被碳原子完全包裹住，此時烴分子停止分解。在這一機制中，金屬-金屬碳氫物質在催化劑顆粒表面擴散，析出碳纖維，中空管是由于催化劑顆粒和基體間的接觸角而形成。

由上述機理可知，當碳纖維生長結束時，催化劑微粒以類球形存在于生成的每根纖維的頂端，因此所得碳纖維的頂端直徑較下端大；同時由此機理可以得出，納米碳纖維的生長與催化劑的加入量及粒度有關。當加入催化劑粒度過大或加入量過多時，催化分解后金屬顆粒將發生團聚，造成催化劑失活，而不利于納米碳纖維的生長，甚至使纖維無法生長。

從圖1，2可以看出，不同催化劑加入鋁碳耐火材料中納米碳纖維的形貌有很大的不 武漢科技大學耐火材料新技術課程論文

同，硝酸鎳和硝酸鈷為碳源的耐火材料中都有納米碳纖維/納米碳管生成，硝酸鈷為碳源生成的節狀的碳纖維比較粗大，硝酸鎳為碳源生成的納米碳纖維比較細長且中空，推測生成的是納米碳纖維。通過觀察和分析碳納米纖維的生成量、形貌和分布，鎳鹽的催化效果最好，鈷鹽其次，這是因為從C-Ni，C-Co 二元相圖可以看出:在550℃時，碳在這二種金屬中的溶解度分別為0.067%，0.009%。碳在金屬中的溶解度越大，碳與金屬之間的可潤濕性就越好，即它們之間的界面作用力相對就越小，能在碳纖維表面平鋪開來，在還原時就容易形成較小的顆粒。所以催化劑顆粒從大到小的順序為: Co ＞ Ni.在一定范圍內隨著催化劑顆粒粒徑增大，所制碳納米纖維的直徑也增大。在碳纖維表面能否長出納米碳纖維/納米碳管，這與催化劑的選擇和反應溫度有關。Co和Ni的催化作用都較好，能成功地長出納米碳纖維/納米碳管，但相比之下以Ni 為催化劑時，生長的納米碳纖維/納米碳管直徑更細。4.1.2.1.3 結論

(1)在常規的制備工藝條件下，加入硝酸鎳/硝酸鈷催化劑，Al2O3-C耐火材料基體內都能生長出納米碳纖維狀物質，加入量為2.0% 生長納米碳纖維量最大，以硝酸鎳作催化劑長出的納米碳纖維要比以硝酸鈷作催化劑長出的納米碳纖維直徑更細。

(2)推測納米碳纖維在Al2O3-C耐火材料中原位生長因素可能與燒成制度、催化劑種類和加入量，碳源有關。以酚醛樹脂為碳源，Al2O3-C耐火材料試樣中有大量的碳纖維生長；以瀝青為碳源，Al2O3-C耐火材料中，只有少量碳纖維生長；加入硝酸鈷和硝酸鎳，Al2O3-C 耐火材料試樣中都有納米碳纖維生長，催化劑加入量為2.0% 時，碳纖維生成量比較大。同等條件下，1200℃熱處理碳纖維生長效果好于1400℃熱處理。

4.1.3 功能添加劑

為有針對性地改善連鑄“三大件”產品的使用性能，常在配料中加入一定量的起改性作用的添加劑，如防氧化添加劑抑制或減緩石墨在使用過程中的氧化，低熔點、低膨脹系數添加劑緩沖熱應力提高抗熱沖擊性等。目前所應用的功能耐火材料多數是碳結合的含碳耐火材料，防氧化問題是在產品組成設計時必須考慮的問題。添加防氧化劑和表面防氧化涂層是在生產連鑄用含碳耐火材料時慣用的措施，常用的防氧化添加劑有金屬鋁粉、硅粉、碳化硅、碳化硼、Al-Si、從Mg合金粉等等。這些添加劑或者在熱處理過程中生成非氧化物如SiC、Si3N4、SiAlON、AlN等增強材料，或者在使用過程中它們可先于石墨與氧反應，能將CO(g)還原成C，抑制制品中C的消耗速度；生成C和氧化物，提高耐火材料的致密度、形成保護層、促進石墨結晶、提高高溫強度等。4.1.3.1 納米添加劑

隨著納米技術的發展，納米粉生產成本降低，分散技術提高，納米粉應用范圍擴大。德國研究人員在降低Al2O3-C耐火材料中碳(石墨)含量的同時添加納米粉，以期改善Al2O3 －C耐火材料的抗熱震性和高溫抗折強度。試驗的基礎配比(w)為: 電熔剛玉(粒度≤0.2 武漢科技大學耐火材料新技術課程論文

mm)29.1%，板狀剛玉粗顆粒(粒度≤0.6 mm)38.9%，天然石墨粉(粒度≤0.040 mm)10%，天然鱗片石墨顆粒(粒度＞0.071mm)10%，高純單質Si粉(粒度≤0.150 mm)6%，熱塑性酚醛樹脂(液體和固體)6%，固化劑六亞甲基四胺(烏洛托品)0.6%(外加)。納米添加劑分別為納米尖晶石S10(粒徑為(10±3)nm)、納米板狀剛玉粉AS(粒徑為10～250 nm)和中國產碳納米管TN(比表面積＞200 m2.g－1)，各自的添加量(外加，w)分別為0.0%、0.1%、0.3%，加入方式有單獨添加和復合添加。所有原料在室溫下混合(納米粉在液體酚醛樹脂加入后分步加入，以便被液體酚醛樹脂盡可能地潤濕)后，以100 MPa壓力壓制成25 mm×25 mm×150 mm 的試樣，在180℃熱處理后分別在1 000 和1400℃煅燒5h。檢測燒后試樣的顯氣孔率、體積密度、常溫耐壓強度、常溫抗折強度、高溫抗折強度(1400℃)、抗熱震性(空冷法，以5次熱震后的抗折強度保持率表征)，并進行XRD、SEM和EDS分析。結果表明:(1)添加S10、AS或TN均可以提高Al2O3 －C材料的常溫強度、高溫強度和抗熱震性。其中，以加入S10 的試樣的常溫抗折強度、高溫抗折強度和抗熱震性最好；加入AS 的試樣的強度較高，但抗熱震性欠佳；加入TN 的試樣的抗熱震性最差。(2)復合添加TN 和AS 的試樣的性能得到進一步改善，常溫抗折強度和高溫抗折強度都增大，抗熱震性優異，5次熱震后的抗折強度保持率高達99.2%；1000℃熱處理后，該試樣中出現了呈互鎖網絡結構的片狀Al3CON 晶相，這是由納米板狀氧化鋁與碳納米管反應形成的，是連接碳和氧化鋁的化學相，使材料具有優異的熱態強度。(3)SEM分析顯示，添加S10、AS 或TN 的試樣在1000℃煅燒后均原位形成了Si－O晶須或纖維，其形態(長度、直徑)以及晶相取決于納米添加劑的種類。4.1.3.2 防氧化劑

防氧化涂料原料選擇的關鍵在于所引入的助熔劑的種類和數量，因為加入不同的助熔劑后防氧化涂料的熔化溫度、熔融狀態下的粘度、揮發溫度和線膨脹系數不同，其次是原料的組分要合適。防氧化涂料多選用堿性助熔劑和酸性助熔劑：堿性助熔劑選用Li2O、K2O、Na2O、MgO、CaO等；酸性助熔劑選用B2O3和SiO2。Li2O、K2O和Na2O是強助熔劑，在鋁硅二元系中引入以上3種氧化物都可明顯地降低出現液相的溫度，適用于防氧化涂料，但缺點是這三種氧化物在高溫下都易揮發。B2O3熔點為450度，在防氧化涂料中形成硼酸鹽，可減少龜裂。SiO2是所有釉料的主要組分之一，如果油料中的SiO2含量過高，則會提高防氧化涂料的高溫粘度，降低長石的助融能力，提高防氧化涂料液相的出現溫度；如果其含量過少，則熔融防氧化涂料容易從坯體上流下或被坯體吸收。另外，由于二氧化硅的線膨脹系數比較低，所以在防氧化涂料中增加二氧化硅的含量，可降低防氧化涂料的線膨脹系數，使防氧化涂料與坯體的線膨脹系數相匹配，防止坯體在使用過程中開裂。

因此，研制滿足連鑄“三大件”使用的防氧化涂料，必須根據成釉氧化物的溫度范圍以及成釉氧化物的具體特點，合理的選用原料，使其中的組分發揮其優勢，提高防氧化涂料的成釉溫度范圍。本試驗中, 選擇石英、硼熔塊、鉀長石和鋰輝石為主要原料, 武漢科技大學耐火材料新技術課程論文

其化學組成見表1。

B2O3是以硼熔塊的形式引入的, 因為硼熔塊有以下優點:(1)硼熔塊中不含結晶水, 在干燥和燒成過程中體積變化小,可減少防氧化涂料的收縮開裂現象；(2)硼熔塊在700度左右就開始熔融軟化, 在高溫時防氧化涂層可以隨著坯體的體積變化而變化；(3)硼熔塊熔融溫度范圍廣；(4)硼熔塊能降低釉料的高溫粘度, 使坯體在高溫時產生的氣體容易排出。4.1.3.2.1 實驗過程

1.防氧化涂料的制備

將各原料分別磨成< 0.044mm的粉料,并加入能使防氧化涂料施工及烘干后有適當強度的結合劑(一種溶劑)。為使防氧化涂料在700～1350度均形成光亮的釉層,防止連鑄三大件制品的氧化,經過多次試驗,篩選出各原料的最佳加入量(質量分數): 石英40%, 硼熔塊40%, 鉀長石15%,鋰輝石5%,外加色劑5%和結合劑50% ～70%。各原料按配比放入球磨機中,加入結合劑,料、球與結合劑的質量比為1 B 2 B(0.5～0.7),混磨2～5h出磨,出磨時料漿需過0.125mm篩子,并控制料漿密度在1.62 ～1.80g/cm-3之間。

2.防氧化涂料的施工

將制備好的料漿用兩層刷涂的方式涂于連鑄三大件產品的表面, 每層厚度一般控制在0.25～0.45 mm,釉層總厚度一般控制在0.6～1mm為最佳。因為隨著防氧化涂層厚度的增大,防氧化涂層開裂等缺陷增多,而且防氧化涂層厚,生產成本也隨之提高；但防氧化涂層太薄, 涂層的防氧化效果較差。施釉后的坯體首先放在60～70度的干燥房中烘干2～5h,然后在120度下烘干,烘干時間大于等于8h。烘干后的防氧化涂料要求和坯體結合強度高，不龜裂,不起泡,不脫落。

3.防氧化涂料的燒成

將烘干后的連鑄三大件試樣放在電爐中, 在氧化氣氛下燒成,燒成條件分別為700度3h、1100度3h、1350度3h,燒成后的試樣防氧化涂層外觀光滑,沒有棕眼、毛孔和滾釉等缺陷。切開后觀察斷面情況,發現試樣在各溫度點均沒有發現有氧化現象。說明本涂料在高溫氧化氣氛下對連鑄三大件產品有很好的保護效果。一般情況下, 燒后的防氧化涂層容易出現棕眼、毛孔和滾釉等缺陷, 這主要是防氧化涂料在干燥和燒成早期出現裂紋造成的,出現裂紋部位的防氧化涂層在高溫時與坯體剝離, 造成愈合不完全, 形成棕眼和滾釉等缺陷。雖然連鑄三大件產品的主要成分都為鋁碳,但工作條件不同, 各自的添 武漢科技大學耐火材料新技術課程論文

加物也不同, 同一種防氧化涂料用在長水口上,使用效果較好, 但用在整體塞棒和浸入式口上效果可能會一般。通過試驗發現,三大件產品中浸入式水口對防氧化涂料要求較苛刻, 所以把防氧化涂料的主要工作集中在浸入式水口上。在試驗中也證實了連鑄三大件發生氧化的溫度多集中在550～700度和1100度以上的溫度段。因為含碳耐火材料在550 e 時碳開始氧化, 而防氧化涂料在550度沒有產生液相,或產生的液相量相對較少,不足以封閉含碳制品表面,所以為提高含碳耐火材料的使用壽命，如果烘烤條件允許,在550～700度溫度區間應提高升溫速度。另外,防氧化涂料在1100度以上烘烤及使用時,隨著時間的延長,防氧化涂層變薄甚至被坯體吸收。這是因為涂料中的Na2O、K2O、Li2O 和B2O3揮發,如果其他組分不合適時,防氧化涂層容易變薄,最后消失，失去了對含碳耐火材料的保護作用。防氧化涂料的使用狀態連鑄三大件防氧化涂料一般有兩種狀態:一種是含碳制品防氧化涂層不經高溫成釉直接去現場使用,制品在烘烤及使用時成釉,現多數生產含碳連鑄三大件廠家普遍采用這種生產工藝；另一種是噴涂防氧化涂料的制品經高溫窯快速燒成,防氧化涂層已形成釉層,這種防氧化涂料的使用效果較好,并且也避免了因涂料吸潮而影響了防氧化效果,但這種工藝增加了生產成本。

4.使用

選用鉀長石、鋰輝石、石英及硼熔塊等為主要原料研制的防氧化涂料, 涂在浸入式水口表面,經烘干后, 涂層和水口外表面附著良好,涂層沒有出現裂紋及鼓泡現象，強度較高。涂有試驗涂料的浸入式水口在某鋼廠試用。鋼廠采用浸入式水口和中間包同時烘烤的方式,烘烤時間12h,烘烤最高溫度1000度。浸入式水口的使用時間為12h，使用后的浸入式水口取碗口部向下150mm 處切開,發現水口外部有8mm左右的輕微氧化現象,其余為未氧化層。釉層顏色黑亮,沒有裂紋產生,說明涂料和浸入式水口本體的線膨脹系數匹配,并且涂料自身愈合性較好。從使用結果可知,涂有本試驗防氧化涂料的浸入式水口,氧化主要發生在低溫烘烤階段,就防氧化涂料的使用效果來看,已經滿足了使用要求。

5.結語

(1)使用鉀長石、鋰輝石、石英及硼熔塊為主要原料,可開發出性能優良的防氧化涂料。

(2)防氧化涂料對連鑄三大件失去防氧化作用多發生在成釉前及部分氧化物揮發后。

(3)連鑄三大件的組分不同, 對防氧化涂料的要求也不同。

4.1.4 結合劑

連鑄“三大件”幾乎無例外地采用酚醛樹脂作為結合劑，連鑄“三大件”的熱處理實際上就是控制樹脂碳化，形成碳結合，賦予制品有足夠的使用強度。所用樹脂的基本要求是性能穩定、殘碳高、黏度合適。樹脂的特點是碳化時會排放和分解出大量氣體，對制品強度和氣孔率都有較大或決定性影響，進而影響到了制品的使用性能，選擇一種 武漢科技大學耐火材料新技術課程論文

合適的樹脂是生產高質量產品的重要環節。樹脂的加入量因材料的不同、石墨含量的不同而有所區別，一般在總量的6％～12％之間。

4.2 坯料制備

連鑄“三大件”坯料質量是影響到后續工藝和最終產品性能好壞的非常關鍵的因素，是保證產品具有均勻一致組織結構和性能的前提條件。對坯料的要求是：合適的樹脂加入量，各組分分布均勻，有造粒效果，流動性好，成型性好。坯料制備設備和工藝參數的選擇對此有重要影響。常用混料設備為高速混練機，混料過程為按合理的加料順序加入骨料、預混合粉料、石墨、樹脂等，混練，兼具造粒作用。烘干設備可采用耐火材料常規干燥設備，也可采用流化干燥床，操作中要嚴格控制干燥溫度和坯料的干燥程度，以保障有良好的成型性能和坯體強度，一般干燥溫度不超過80℃。

4.3 成型

根據連鑄“三大件”的外型細長、中間有流鋼通道的結構特點和使用時高可靠性、高重現性的要求，生產中采用冷等靜壓應是當前最合適的成型方式，能保證細長中空結構的水口在整個長度方向上具有相同的品質。所用設備為冷等靜壓機，液體介質，橡膠模套，鋼制模芯。較合適的工藝參數是壓力取120~200 MPa，一定的升壓、保壓和卸壓曲線。

4.4 熱處理

熱處理作用在于使樹脂分解碳化，形成碳結合，賦予制品以合適的強度和性能。在熱處理工藝中，為防止石墨氧化，控制熱處理氣氛為惰性或還原氣氛，熱處理制度的制定參照樹脂在加熱過程中的揮發分的排出和分解反應溫度而制定，熱處理溫度常取900～1250℃，熱處理設備多為梭式窯。

4.5 無損探傷

連鑄“三大件”在使用上的不可重復性要求產品杜絕任何內部損傷，產品檢測需采用無損探傷，所用儀器為X光探傷儀。

4.6 加工和表面涂層

等靜壓成型品的外型尺寸，特別是配合尺寸尚達不到要求精度，三大件產品局部或全部外型尺寸需進行加工。同時，為防止在現場烘烤和使用時免遭氧化，產品表面要涂以保護涂料。所配制的涂料在較低溫度下(600～750℃)能熔化成釉，并能在產品表面良好鋪展和能在較寬的溫度范圍內維持黏度無大的變化，起到保護石墨不氧化作用。

雖然連鑄“三大件”在原材料選用，生產工藝，性能要求等方面有諸多相同之處，但由于使用位置不同，使用條件不同，所起的功能不完全相同，在最終產品的要求上有所不同，在材質，結構等方面還有各自的特點。武漢科技大學耐火材料新技術課程論文

4連鑄“三大件”使用中的問題

鋁碳質水口由于具有一系列的優點,但也存著下列問題: 碳可以增加耐火材料的抗熱震性，并在一定程度上增加材料的耐腐蝕性，但是由于含有碳，使得耐火材料對氧化非常敏感，一旦材料中的碳被氧化,就會使強度降低，鋼水就會輕易的穿過脫碳層，造成材料的侵蝕。因不耐侵蝕而導致在渣線部位形成縮頸現象甚至斷裂；水口內壁容易被鋼水脫氧產物Al2O3 等沉積而堵塞水口。并且由于新連鑄技術的采用,澆鋼溫度高,拉速高,保護渣粘度較低,因而保護渣對浸入式水口的侵蝕加劇,Al2O3-C已不能滿足這些種苛刻條件。為了解決上述問題,上個世紀80年代日本從材質開發出一種Al2O3C質復合材料。這是由于氧化鋯具有優良的化學穩定性, 難以被以CaO中的ZrO2 增強了熔渣的粘度, 而未被溶解的氧化鋯顆粒又增強了渣的表觀粘度。從而降低了保護渣對氧化鋯-石墨渣線層的侵蝕,提高了水口的耐侵蝕性。實踐證明,優質鋁鋯碳質復合水口比鋁碳質水口壽命提高近一倍,使用壽命可達到1200min。武漢鋼鐵學院和秦皇島耐火材料廠合作,于1988年在國內首先試制成功了鋁碳/鋯碳復合式水口,最高澆鑄爐數11 爐(通鋼量789.4t),使用后的水口磚無剝落, 無裂紋, 復合式水口無異常現象,水口孔側渣線處平均侵蝕速度0.720mm爐～0.95mm爐,水口內徑侵蝕速度為0.125mm爐～0.166mm爐。目前, 我國石英質水口的使用壽命為4～5次,鋁碳質水口的使用壽命為5～7次,鋁碳一鋯碳質復合水口的使用壽命為6～9次,明顯優于前兩種。例如青島耐火廠生產的鋁碳一鋯碳質復合水口在寶鋼大板坯連鑄機上應用,其壽命為6～8次,連澆時間為330min～440min,通鋼量750t～1200t,Al2O3附著不超過3mm～4mm。

參考文獻

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第二篇：連鑄三大件項目可行性研究報告

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連鑄三大件項目可行性研究報

告

本報告是針對行業投資可行性研究咨詢服務的專項研究報告，此報告為個性化定制服務報告，我們將根據不同類型及不同行業的項目提出的具體要求，修訂報告目錄，并在此目錄的基礎上重新完善行業數據及分析內容，為企業項目立項、上馬、融資提供全程指引服務。

可行性研究報告是在制定某一建設或科研項目之前，對該項目實施的可能性、有效性、技術方案及技術政策進行具體、深入、細致的技術論證和經濟評價，以求確定一個在技術上合理、經濟上合算的最優方案和最佳時機而寫的書面報告。

可行性研究報告主要內容是要求以全面、系統的分析為主要方法，經濟效益為核心，圍繞影響項目的各種因素，運用大量的數據資料論證擬建項目是否可行。

對整個可行性研究提出綜合分析評價，指出優缺點和建議。為了結論的需要，往往還需要加上一些附件，如試驗數據、論證材料、計算圖表、附圖等，以增強可行性報告的說服力。

可行性研究是確定建設項目前具有決定性意義的工作，是在投資決策之前，對擬建項目進行全面技術經濟分析論證的科學方法，在投資管理中，可行性研究是指對擬建項目有關的自然、社會、經濟、技術等進行調研、分析比較以及預測建成后的社會經濟效益。在此基報告用途：發改委立項、政府申請資金、政府申請土地、銀行貸款、境內外融資等

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礎上，綜合論證項目建設的必要性，財務的盈利性，經濟上的合理性，技術上的先進性和適應性以及建設條件的可能性和可行性，從而為投資決策提供科學依據。

投資可行性報告咨詢服務分為政府審批核準用可行性研究報告和融資用可行性研究報告。審批核準用的可行性研究報告側重關注項目的社會經濟效益和影響；融資用報告側重關注項目在經濟上是否可行。具體概括為：政府立項審批，產業扶持，銀行貸款，融資投資、投資建設、境外投資、上市融資、中外合作，股份合作、組建公司、征用土地、申請高新技術企業等各類可行性報告。

報告通過對項目的市場需求、資源供應、建設規模、工藝路線、設備選型、環境影響、資金籌措、盈利能力等方面的研究調查，在行業專家研究經驗的基礎上對項目經濟效益及社會效益進行科學預測，從而為客戶提供全面的、客觀的、可靠的項目投資價值評估及項目建設進程等咨詢意見。

【報告價格】此報告為委托項目報告，價格根據具體的要求協商，歡迎來電。

另：提供國家發改委甲、乙、丙級資質

可行性研究報告大綱（具體可根據客戶要求進行調整）

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第一章 研究概述 第一節 研究背景與目標 第二節 研究的內容 第三節 研究方法 第四節 數據來源 第五節 研究結論

一、市場規模

二、競爭態勢

三、行業投資的熱點

四、行業項目投資的經濟性 第二章 連鑄三大件項目總論 第一節 連鑄三大件項目背景

一、連鑄三大件項目名稱

二、連鑄三大件項目承辦單位

三、連鑄三大件項目主管部門

四、連鑄三大件項目擬建地區、地點

五、承擔可行性研究工作的單位和法人代表

六、研究工作依據

七、研究工作概況 第二節 可行性研究結論

一、市場預測和項目規模

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二、原材料、燃料和動力供應

三、選址

四、連鑄三大件項目工程技術方案

五、環境保護

六、工廠組織及勞動定員

七、連鑄三大件項目建設進度

八、投資估算和資金籌措

九、連鑄三大件項目財務和經濟評論

十、連鑄三大件項目綜合評價結論 第三節 主要技術經濟指標表 第四節 存在問題及建議

第三章 連鑄三大件項目投資環境分析 第一節 社會宏觀環境分析

第二節 連鑄三大件項目相關政策分析

一、國家政策

二、連鑄三大件項目行業準入政策

三、連鑄三大件項目行業技術政策 第三節 地方政策

第四章 連鑄三大件項目背景和發展概況

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第一節 連鑄三大件項目提出的背景

一、國家及連鑄三大件項目行業發展規劃

二、連鑄三大件項目發起人和發起緣由 第二節 連鑄三大件項目發展概況

一、已進行的調查研究連鑄三大件項目及其成果

二、試驗試制工作情況

三、廠址初勘和初步測量工作情況

四、連鑄三大件項目建議書的編制、提出及審批過程 第三節 連鑄三大件項目建設的必要性

一、現狀與差距

二、發展趨勢

三、連鑄三大件項目建設的必要性

四、連鑄三大件項目建設的可行性 第四節 投資的必要性

第五章 連鑄三大件項目行業競爭格局分析 第一節 國內生產企業現狀

一、重點企業信息

二、企業地理分布

三、企業規模經濟效應

四、企業從業人數

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第二節 重點區域企業特點分析

一、華北區域

二、東北區域

三、西北區域

四、華東區域

五、華南區域

六、西南區域

七、華中區域

第三節 企業競爭策略分析

一、產品競爭策略

二、價格競爭策略

三、渠道競爭策略

四、銷售競爭策略

五、服務競爭策略

六、品牌競爭策略

第六章 連鑄三大件項目行業財務指標分析參考 第一節 連鑄三大件項目行業產銷狀況分析 第二節 連鑄三大件項目行業資產負債狀況分析 第三節 連鑄三大件項目行業資產運營狀況分析 第四節 連鑄三大件項目行業獲利能力分析 第五節 連鑄三大件項目行業成本費用分析

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第七章 連鑄三大件項目行業市場分析與建設規模 第一節 市場調查

一、擬建 連鑄三大件項目產出物用途調查

二、產品現有生產能力調查

三、產品產量及銷售量調查

四、替代產品調查

五、產品價格調查

六、國外市場調查

第二節 連鑄三大件項目行業市場預測

一、國內市場需求預測

二、產品出口或進口替代分析

三、價格預測

第三節 連鑄三大件項目行業市場推銷戰略

一、推銷方式

二、推銷措施

三、促銷價格制度

四、產品銷售費用預測

第四節 連鑄三大件項目產品方案和建設規模

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一、產品方案

二、建設規模

第五節 連鑄三大件項目產品銷售收入預測

第八章 連鑄三大件項目建設條件與選址方案 第一節 資源和原材料

一、資源評述

二、原材料及主要輔助材料供應

三、需要作生產試驗的原料

第二節 建設地區的選擇

一、自然條件

二、基礎設施

三、社會經濟條件

四、其它應考慮的因素 第三節 廠址選擇

一、廠址多方案比較

二、廠址推薦方案

第九章 連鑄三大件項目應用技術方案 第一節 連鑄三大件項目組成 第二節 生產技術方案

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一、產品標準

二、生產方法

三、技術參數和工藝流程

四、主要工藝設備選擇

五、主要原材料、燃料、動力消耗指標

六、主要生產車間布置方案 第三節 總平面布置和運輸

一、總平面布置原則

二、廠內外運輸方案

三、倉儲方案

四、占地面積及分析 第四節 土建工程

一、主要建、構筑物的建筑特征與結構設計

二、特殊基礎工程的設計

三、建筑材料

四、土建工程造價估算 第五節 其他工程

一、給排水工程

二、動力及公用工程

三、地震設防

四、生活福利設施

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第十章 連鑄三大件項目環境保護與勞動安全 第一節 建設地區的環境現狀

一、連鑄三大件項目的地理位置

二、地形、地貌、土壤、地質、水文、氣象

三、礦藏、森林、草原、水產和野生動物、植物、農作物

四、自然保護區、風景游覽區、名勝古跡、以及重要政治文化設施

五、現有工礦企業分布情況

六、生活居住區分布情況和人口密度、健康狀況、地方病等情況

七、大氣、地下水、地面水的環境質量狀況

八、交通運輸情況

九、其他社會經濟活動污染、破壞現狀資料

十、環保、消防、職業安全衛生和節能 第二節 連鑄三大件項目主要污染源和污染物

一、主要污染源

二、主要污染物

第三節 連鑄三大件項目擬采用的環境保護標準 第四節 治理環境的方案

一、連鑄三大件項目對周圍地區的地質、水文、氣象可能產生的影響

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二、連鑄三大件項目對周圍地區自然資源可能產生的影響

三、連鑄三大件項目對周圍自然保護區、風景游覽區等可能產生的影響

四、各種污染物最終排放的治理措施和綜合利用方案

五、綠化措施，包括防護地帶的防護林和建設區域的綠化 第五節 環境監測制度的建議 第六節 環境保護投資估算 第七節 環境影響評論結論 第八節 勞動保護與安全衛生

一、生產過程中職業危害因素的分析

二、職業安全衛生主要設施

三、勞動安全與職業衛生機構

四、消防措施和設施方案建議

第十一章 企業組織和勞動定員 第一節 企業組織

一、企業組織形式

二、企業工作制度

第二節 勞動定員和人員培訓

一、勞動定員

二、年總工資和職工年平均工資估算

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三、人員培訓及費用估算

第十二章 連鑄三大件項目實施進度安排 第一節 連鑄三大件項目實施的各階段

一、建立 連鑄三大件項目實施管理機構

二、資金籌集安排

三、技術獲得與轉讓

四、勘察設計和設備訂貨

五、施工準備

六、施工和生產準備

七、竣工驗收

第二節 連鑄三大件項目實施進度表

一、橫道圖

二、網絡圖

第三節 連鑄三大件項目實施費用

一、建設單位管理費

二、生產籌備費

三、生產職工培訓費

四、辦公和生活家具購置費

五、勘察設計費

六、其它應支付的費用

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第十三章 投資估算與資金籌措 第一節 連鑄三大件項目總投資估算

一、固定資產投資總額

二、流動資金估算 第二節 資金籌措

一、資金來源

二、連鑄三大件項目籌資方案 第三節 投資使用計劃

一、投資使用計劃

二、借款償還計劃

第十四章 財務與敏感性分析 第一節 生產成本和銷售收入估算

一、生產總成本估算

二、單位成本

三、銷售收入估算 第二節 財務評價 第三節 國民經濟評價 第四節 不確定性分析

第五節 社會效益和社會影響分析

一、連鑄三大件項目對國家政治和社會穩定的影響

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二、連鑄三大件項目與當地科技、文化發展水平的相互適應性

三、連鑄三大件項目與當地基礎設施發展水平的相互適應性

四、連鑄三大件項目與當地居民的宗教、民族習慣的相互適應性

五、連鑄三大件項目對合理利用自然資源的影響

六、連鑄三大件項目的國防效益或影響

七、對保護環境和生態平衡的影響

第十五章 連鑄三大件項目不確定性及風險分析 第一節 建設和開發風險 第二節 市場和運營風險 第三節 金融風險 第四節 政治風險 第五節 法律風險 第六節 環境風險 第七節 技術風險

第十六章 連鑄三大件項目行業發展趨勢分析

第一節 我國連鑄三大件項目行業發展的主要問題及對策研究

一、我國連鑄三大件項目行業發展的主要問題

二、促進連鑄三大件項目行業發展的對策 第二節 我國連鑄三大件項目行業發展趨勢分析

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第三節 連鑄三大件項目行業投資機會及發展戰略分析

一、連鑄三大件項目行業投資機會分析

二、連鑄三大件項目行業總體發展戰略分析 第四節 我國 連鑄三大件項目行業投資風險

一、政策風險

二、環境因素

三、市場風險

四、連鑄三大件項目行業投資風險的規避及對策

第十七章 連鑄三大件項目可行性研究結論與建議 第一節 結論與建議

一、對推薦的擬建方案的結論性意見

二、對主要的對比方案進行說明

三、對可行性研究中尚未解決的主要問題提出解決辦法和建議

四、對應修改的主要問題進行說明，提出修改意見

五、對不可行的項目，提出不可行的主要問題及處理意見

六、可行性研究中主要爭議問題的結論

第二節 我國連鑄三大件項目行業未來發展及投資可行性結論及建議

第十八章 財務報表

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第一節 資產負債表 第二節 投資受益分析表 第三節 損益表

第十九章 連鑄三大件項目投資可行性報告附件 1、連鑄三大件項目位置圖 2、主要工藝技術流程圖 3、主辦單位近5 年的財務報表、連鑄三大件項目所需成果轉讓協議及成果鑒定 5、連鑄三大件項目總平面布置圖 6、主要土建工程的平面圖 7、主要技術經濟指標摘要表 8、連鑄三大件項目投資概算表 9、經濟評價類基本報表與輔助報表 10、現金流量表 11、現金流量表 12、損益表、資金來源與運用表 14、資產負債表 15、財務外匯平衡表 16、固定資產投資估算表

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北京智博睿信息咨詢有限公司 聯系方式：182-1110-2808、流動資金估算表 18、投資計劃與資金籌措表 19、單位產品生產成本估算表 20、固定資產折舊費估算表 21、總成本費用估算表、產品銷售（營業）收入和銷售稅金及附加估算表

報告用途：發改委立項、政府申請資金、政府申請土地、銀行貸款、境內外融資等

第三篇：連鑄的發展

連鑄的發展

二戰之后，連鑄發展非常迅速，今天鋼鐵生產者普遍相信連鑄至少和模鑄一樣在經濟上是合理的，并且能與大部分高質量鋼的生產系列相匹配。這項技術不斷開發的目的在于改善鋼的性能，這促使生產特殊高級鋼時企業對其生產工藝過程不斷進行調整。使用連鑄系統的理由有：

（l）和初軋機組（小型車間）相比，降低投資費用；

（2）和傳統的鑄錠相比，提高10%的生產能力；

（3）在整個鑄坯長度上鋼的成分較均勻；中心質量比較好，尤其是板坯；高的內表面質量，比其他需要昂貴的清理表而的工序節省；

（4）高度的自動化；

（5）益于保護環境；

（6）較好的工作條件設備類型

首臺連鑄機是立式連鑄機，可是，由于橫斷面的增大，注流長度的增加，而且主要是隨著澆注速度的增加，這種設備迫使廠房建筑高度增加。這些因素也導致了具有冶金影響的液相長度的大大增加。連鑄坯的液相長度由下式決定：

L=D2/4x2Vc 這里，D=鑄壞厚度(mm）x=凝固特征系數(mm/min1/2）

對于全部的冷卻長度這些值達到26-33。Vc=拉坯速度(m／分）

為了減少廠房高度，首先研制出將鋼水倒人立式結晶器中，并且在彎曲之前讓鋼水完全凝固的連鑄系統，或彎曲時鑄坯仍處在液相，這種系統隨后發展為弧形結晶器，這是目前最常用的方法。立式連鑄機和那些鑄坯在完全凝固時被彎曲的連鑄機都有一個長直的液相，這大大增加了成本。

然而從維修的角度看，這些系統有冶金學優點。鑄坯內部仍為液相就進行彎曲的連鑄機比完全凝固后再彎曲的立式連鑄機更好，它不需要修建與立式連鑄機一樣高的廠房。然而，液相彎曲系統要求更高的初期投資和更大的維護費用。弧形連鑄機是考慮了投資費用和維護費用的折衷產物，而且可以在冶金上實現。

連鑄適合于生產任何橫斷而的產品：正方形的、長方形的、多邊形的、圓形的、橢圓形斷面都可以。也有些基本斷面的例子，如管坯、板坯、大型坯、方坯。斷面寬厚比大于1.6的鑄壞通常稱為板坯。方坯鑄機生產正方形或近于方形、圓形或多邊形斷面，斷面尺寸

1,200mm,但通常在700度（變化拉速）來補償任何鋼液面的變化。

連鑄中使用的引錠桿類型取決于連鑄機的類型。立式連鑄機可以使用剛性引錠桿，而組合式的或靈活式的引錠桿必須用于弧形連鑄機。引錠桿與鑄坯可以采用不同方式連接，一種是用連接部件（平板、螺釘、碎條鋼）將鋼液與引錠桿焊接在一起；另一種是在引錠桿頭部鑄造一個特殊連接頭，它能使引錠桿像打開扣環那樣進行脫錠。

鑄坯離開結晶器時的坯殼厚度首先取決于鋼液與結品器的接觸長度，它也依賴于結晶器的具體導熱系數和鋼水進人結晶器時的過熱度。它可以由下面的拋物線公式進行精確計算：

C=xt

式中：C-坯殼厚度(mm)x—凝固特性（mm/min1/2)t-凝固時間(min)

鑄坯在結晶器內或附近的凝固特性是20到26，它取決于操作條件；二冷區是29到33.離開結晶器時鑄坯坯殼厚度約為鑄坯厚度的8-10%，它取決于拉坯速度。結晶器下面的二冷區加速了鑄坯的凝固過程。通常使用水進行冷卻，但有時也用水和空氣的混合物或壓縮空氣。為了適應冷卻劑的流速，二冷區被分成很多部分。通過噴嘴將需要的水量噴到整個鑄壞上。與鑄坯斷面和拉速有關的鋼水靜壓力可能會太高，以至于鑄壞不得不被支撐以防止鼓肚。在生產大型坯尤其是板坯的工廠，這種裝置是很昂貴的。

工藝控制

由于生產率和質量的原因，在現代鋼鐵生產中，有一種轉移費時操作的趨勢，例如，將溫度調整、脫氧和合金從熔化爐轉到鋼包處理站進行。這些操作在連鑄過程中尤為重要，因為在這個過程中要嚴格控制溫度和成分。

連鑄過程中進入結晶器的鋼水溫度控制要比常規鑄造中的溫度控制更精確。太高的過熱度能導致拉漏或一種柱狀結構，帶來較差的內部質量。另一方面太低的溫度會導致水口堵塞造成澆鑄困難和產生不潔凈鋼。板坯連鑄中間包溫度通常在液相線以上5到20度，而方坯或大型坯則為5到50℃。這種不同取決于鋼的等級，例如，小熔化爐中不銹鋼板坯連鑄過熱度為45℃。

在整個澆鑄過程中，為使鋼水溫度保持在上面所說的范圍之內，在鋼包中溫度的均勻性是最重要的。在澆鑄以前為了保持鋼包內鋼液溫度的均勻，需要攪拌，有時也進行清洗氮氣或氬氣可以帶走熱量，它們由鋼包底部的多孔塞噴入或在獨立的清洗站通過一個中空的塞棒噴入。

在真空或清洗處理期間可以進行化學成份控制。在鋼液均勻后，進行取樣分析或用電

4質量 冶金質量的提高包括在化學成分和凝固特征上變化小。除了在鑄坯橫切面上，改善碳、硫和合金元素偏析特性以外，沿著鑄坯長度方向也沒有什么變化（當將一爐鋼水進行模鑄時，每一支鋼錠都有垂直偏析和組織變化，而連鑄坯不僅是一塊鋼錠而且垂直方向上沒有什么變化）。在現代連鑄過程中，鑄坯表面的質量要高于軋制半成品質量，軋制半成品的表面有例如結疤和疤痕等表面缺陷，因此，對鑄錠的精整和產量的損失均降到最低程度。大多數連鑄鋼坯均無需經過任何修整就可進一步加工。因此能得到有較少的內部和表面缺陷、性能得到改善、更均勻的最終產品。

能量 連鑄能夠節約能量，因為連鑄過程減少了在模鑄過程中的能量消耗。這些包括在均熱爐中的燃料消耗和初軋機的電能消耗。能量也可以通過產量增加來間接節省，因為它能減少用于生產大量半成品的原料鋼的消耗。除此之外，人們正在關注將熱的連鑄坯直接熱送到精軋機加熱爐的實踐，因此連鑄壞的顯熱被節約了。

污染 連鑄過程通過省略模鑄工藝設備如均熱爐減少了污染。

成本 連鑄的資金和運行成本與模鑄工藝相比均減少了。資金節約歸功于省掉了模鑄工藝所需要的設備。運行成本節約主要是較少的勞動力投人和較高的產量。

煉鋼

連鑄的煉鋼操作與用電爐或堿性氧氣轉爐生產鋼錠的煉鋼操作相似，僅有某些不同，主要有兩個：

(1)溫度控制；

(2)脫氧實踐。

出鋼溫度通常更高，以補償因運送到鑄機的時間增加引起的熱量損失，出鋼溫度要維持在一個較小的范圍內，以避免溫度太高時拉漏和溫度太低時中間包水口過早凝固。澆鑄溫度也能影響鑄坯的晶體結構。在整個澆注過程中采用均一且低的過熱度可獲得鑄坯最佳晶體結構。為了達到此目的，必須進行使鋼液溫度均勻的操作。廣泛使用的一種方法是利用鋼包底部的多孔塞吹入少量氬氣或將噴槍插人鋼包液面下吹氬攪拌鋼液。

脫氧 連鑄鋼必須完全脫氧（鎮靜）以防止在鑄坯表面或接近表面的皮下形成氣泡或氣孔，氣泡和氣孔會導致隨后軋制過程中產生裂紋。根據鋼的等級和用途，采用如下兩種方法脫氧：

(1)對于粗晶粒鋼加人少量鋁，用硅進行脫氧；

(2)對于細晶粒鋼進行鋁脫氧。硅鎮靜鋼比鋁鎮靜鋼更容易澆鑄，因為避免了氧化鋁沉淀帶來的中間包水口堵塞問題。為了生產高質量的產品，在連鑄之前，進行鋼包精煉正成為一種很普遍的操作。

第四篇：連鑄技術的發展

內蒙古科技大學 本科生課程論文

題 目：連鑄技術的發展 學生姓名： 學 號： 專 業：09成型 班 級： 指導教師：邢淑清

連鑄技術的發展

摘要：介紹了連鑄的歷史、發展、及其優點，主要闡述了連鑄生產的相關技術及設備的應用;同時詳細的介紹了高效連鑄生產技術和最新連鑄技術的發展。對連鑄技術的發展進行了展望。

關鍵詞：連鑄技術；連鑄設備；高效連鑄技術；發展現狀

Development of Continuous Casting

Technology Abstract：The history, development, continuous of casting and its advantages is introduced in this paper.Mainly elaborated the continuous casting production technology and equipment application.Which detailed introduction of the high efficient continuous casting technology and the latest development of continuous casting technology.And On the development of continuous casting technology is discussed.Key words: Continuous casting technology;Continuous casting equipment;High efficient continuous casting technology.引言

1858年,在鋼鐵協會倫敦會議上,首次提出“無錠澆鑄”的概念。然而,直到20世紀40年代,該工藝才開始商業應用。因為鋼的熔點和熱傳導性高,在此期間,研究者遇到了很多問題。首臺投用的連鑄機是立式的,裝有一個帶彈簧裝置的結晶器。生產率低,常因金屬粘結結晶器而發生漏鋼。結晶器振動的概念由德國一非鐵金屬連鑄的先驅提出,于1952年用于德國某鋼廠的直結晶器立式連鑄機上, 這是連鑄工業化規模的開始。

由于技術限制,多年內連鑄技術只限于小鋼廠,自1970年開始,連鑄開始用于鋼鐵聯合企業生產板坯。對凝固現象的科學合理的透徹理解,導致連鑄快速增長。連鑄技術

1.1連鑄技術簡介

連鑄是把液態鋼用連鑄機澆注、冷凝、切割而直接得到鑄坯的工藝。它是連

接煉鋼和軋鋼的中間環節，是煉鋼生產廠（或車間）的重要組成部分。一臺連鑄機主要是由盛鋼桶、中間包、中間包車、結晶器、結晶器振動裝置、二次冷卻裝置、拉坯矯直裝置、切割裝置和鑄坯運出裝置等部分組成的。連鑄技術的應用徹底改變了煉鋼車間的生產流程和物流控制，為車間生產的連續化、自動化和信息技術的應用以及大幅度改善環境和提高產品質量提供了條件。此外，連鑄技術的發展，還會帶動冶金系統其他行業的發展，對企業組織結構和產品結構的簡化與優化有著重要的促進作用。1.2連鑄工藝的優點

鋼液的兩種成形工藝：模鑄法和連鑄法比較如圖1所示

圖1 模鑄與連鑄工藝流程的對比圖

可以看出二者的根本差別在于模鑄是在間斷情況下，把一爐鋼水澆鑄成多根鋼錠，脫模之后經初軋機開坯得到鋼坯；而連鑄過程是在連續狀態下，鋼液釋放顯熱和潛熱，并逐漸凝固成一定形狀鑄坯的工藝過程[1]。鋼在這種由液態向固態的轉變過程中，體系內存在動量、熱量和質量的傳輸，相變、外力和應力引起的變形，這些過程均十分復雜，往往耦合進行或相互影響[2]。與模鑄—初軋開坯工藝相比,連鑄工藝具有如下優點[3]：

(1)簡化了鑄坯生產的工藝流程，省去了模鑄工藝的脫模、整模、鋼錠均熱和開坯工序。流程基建投資可節省40％，占地面積可減少30％，操作費用可節省40％，耐火材料的消耗可減少15％。

(2)提高了金屬收得率，集中表現在兩方面一是大幅度減少了鋼坯的切頭切尾損失；二是可生產出的鑄坯最接近最終產品形狀，省去了模鑄工藝的加熱開坯 3

工序，減少金屬損失。總體講，連鑄造工藝相對模鑄工藝可提高金屬收得率約9％。

(3)降低了生產過程能耗，采用連鑄工藝，可省去鋼錠開坯均熱爐的燃動力消耗。可節省能耗1／4～1／2。

(4)提高了生產過程的機械化、自動化水平，節省了勞動力，為提高勞動生產率創造了有利條件，并可進行企業的現代化管理升級。1.3我國連鑄技術的發展狀況

中國是世界上研究和應用連鑄技術較早的國家,從20世紀50年代起就開始連鑄技術的研究,60年代初進入到連鑄技術工業應用階段。但是,從60年代末到70年代末,連鑄技術幾乎停滯不前。1982年統計數字表明,世界平均連鑄比為30%左右,而中國的連鑄比僅為6.2%。80年代后,中國連鑄技術進入新的發展時期,從國外引進了一批先進水平的小方坯、板坯和水平連鑄機。80年代中期,中國擁有了第一個全連鑄鋼廠-武鋼第二煉鋼廠。近年來,中國連鑄技術飛速發展。到2005年,中國除海南、寧夏、西藏外,其他各省(市、自治區)都有了連鑄,連鑄比已經達到了97.5%,目前,中國的鋼鐵冶金工藝水平達到了世界中上等水平[4]。

2連鑄生產及關鍵技術

2.1連鑄設備

連鑄機的發展大致經歷了立式→立彎式→弧形→超低頭形→水平等幾個階段。每種機型都各有其特點,有它最適應的范圍,還沒有一種機型可完全取代其他機型。目前, 連鑄機除滿足產量要求外,從生產率、鑄坯品種質量、鑄坯斷面、降低連鑄機高度、節省基建和設備投資等方面綜合分析,弧形連鑄機是被應用的主要機型[3]。但板坯連鑄機的總趨向是用直弧型替代弧型,以消除或減輕鑄坯內弧側夾雜物的積聚問題。

連鑄生產所用設備通常可分為主體設備和輔助設備兩大部分。主體設備主要包括:(1)澆鑄設備-鋼包運輸設備、中間包及中間包小車或旋轉臺;(2)結晶器及其振動裝置;(3)二次冷卻裝置-小方坯連鑄機、大方坯連鑄機和板坯連鑄機有很大差別);(4)拉坯矯直機設備-拉坯機、矯直機、引錠鏈、脫錠與引錠子鏈存放裝置;(5)切割設備-火焰切割機與機械剪切機等。

輔助設備主要包括:(1)出坯及精整設備-輥道、推(拉)鋼機、翻鋼機、火焰

清理機等;(2)工藝設備-中間包烘烤裝置、吹氬裝置、脫氣裝置、保護渣供給與結晶器潤滑裝置等;(3)自動控制與測量儀表-結晶器液面測量與顯示系統、過程控制計算機、測溫、測重、測長、測速、測壓等儀表系統[3]。2.2連鑄關鍵技術

(1)鋼包回轉臺的關鍵技術有:鋼包加蓋,單包升降系統,鋼包稱量系統,防氧化保護澆注系統,鋼包下渣檢測系統,鋼包傾斜機構,長水口自動安裝系統,鋼水質量控制系統,鋼水溫度控制檢測系統,鋼包吹氬攪拌系統,回轉驅動采用液壓馬達的新型驅動系統。

(2)中間包及其烘烤裝置的關鍵技術有:中間包大型化(已達40～80t),中間包結構形狀的優化、擋渣墻的設置和新型耐火材料的利用,鋼水自動稱量反饋系統,中間包冶金技術,采用陶瓷泡沫過濾器過濾各類夾雜物,熱中間包循環使用工藝和設備,浸入式水口快速更換裝置,滑動水口與浸入式水口組合使用及氬氣密封,自動開澆工藝與系統,烘烤裝置自動點火器,浸入式水口內部烘烤技術。

(3)中間包車關鍵技術有:結晶器液面檢測器安裝機構,復雜緊湊的機械結構、電纜及管線走向設計,長水口自動安裝機械手(被設計在中間包車上),中間包傾斜澆注技術(提高金屬收得率)。

(4)結晶器關鍵技術有:結晶器倒錐度,在線熱狀態調寬調錐度系統,結晶器在線停機調厚,高速澆鑄時銅板冷卻水高流速均勻傳熱冷卻結構,渦流式、電磁式、同位素式、浮子式、激光式、超聲波式等各種有效的液面檢控系統,漏鋼預報及熱成像系統,結晶器銅板熱面溫度控制系統及最低進水溫度控制,結晶器電磁攪拌和電磁制動,一個結晶器澆多流鑄坯的插裝式結構,結晶器銅板母材采用合金銅并鍍鎳鉻、鎳鐵合金或鎳鈷合金(提高其高溫抗變形的能力和耐磨性能), 澆鑄寬板坯采用分段式結晶器足輥或高拉速時采用格柵支承結構,浸入式水口隨板坯寬度和拉速變化而變化的最佳工藝特性,保護渣自動供給裝置,保護渣的理化性能檢測設施。

(5)結晶器振動裝置關鍵技術有:液壓伺服振動機構(能在澆鑄過程中改變振幅、頻率和波形偏斜率),緩沖力的優化,高頻率小振幅工藝的優化,振動體質量的最小化及板簧導向系統,外裝式結晶器電磁鋼流控制裝置的支撐與運轉機構,內裝式結晶器電磁鋼流控制裝置的支撐機構,結晶器運動狀況動態監視系統(主要 5

監視摩擦力的變化),結晶器振動反向控制模型(拉速提高,頻率降低,振幅提高)。

(6)零號扇形段的關鍵技術有:調寬調厚裝置及工藝設備參數,設備冷卻、有效潤滑及防漏鋼設施,牢靠的定位與對弧調整功能。

(7)積極采用連鑄新工藝、新成果。引進薄板坯連鑄技術、單晶連鑄技術、連鑄坯高溫熱送熱裝及直接軋制、水平連鑄技術、鑄坯的輕壓下技術以及中間包冶金等技術,將對我國連鑄甚至整個鋼鐵工業的發展起到重要的促進作用。

3高效連鑄生產

3.1高效連鑄作用

3.1.1連鑄坯產量大幅度提高

從1989年到2001年我國連鑄坯產量由1004萬t增加到12 000萬t以上，連鑄比由16．3％提高到87．5％。如果只靠投資新建鑄機，而沒有連鑄機的高效化，新建和原有鑄機都是那樣的低生產率，要想達到這樣的總產量是不可想象的，無論資金投入、場地占用等許多方面都是難以承受的。高效連鑄技術為鋼鐵行業的調整結構降低成本作出了貢獻。3.1.2實現煉鋼車間的爐機匹配

我國的轉爐車間爐容從幾噸到200t都有小方坯生產。由于小方坯鑄機生產能力低，3臺轉爐配4、5臺甚至6臺連鑄機，匹配關系復雜混亂，工藝制度不能保證。這反過來又影響了鑄機生產和鑄坯質量。3.1.3經濟效益

實現高效連鑄使各項技術指標提高，消耗下降，鑄坯質量改善，可使企業降低成本節省投資，獲得很大的經濟效益。3.2提高連鑄機生產率的途徑

提高連鑄機產量，主要是從提高連鑄機拉速和提高連鑄機作業率兩方面著手。

3.2.1提高連鑄機拉速

連鑄機拉速的提高受出結晶器坯殼厚度、液相穴長度（冶金長度）、二次冷卻強度等因素的限制。要針對連鑄機的不同情況，對連鑄機進行高效化改造。

小方坯連鑄機高效化改造的核心就是提高拉速。拉速提高后，為了保證出結晶器坯殼不漏鋼，其核心技術就是優化結晶器錐度，開發新型結晶器，包括：Concast的凸模結晶器（CONVEX MOLD）；Danieli自適應結晶器（DANAM）；VAI的鉆石結晶器（DIAMOLD）；Paul Wurth的多錐度結晶器。雖然結晶器名稱不相同，但其實質就是使結晶器錐度與坯殼收縮相一致，不致于產生氣隙而減慢傳熱，影響坯殼均勻性生長。

目前，國際上小方坯鑄機拉速達到的水平見圖1和表1。

圖1 方坯尺寸與拉速關系

表1小方坯鑄機拉速

名 稱 德馬克 康卡斯特 丹尼立 VAI

斷面/mm×

mm 130×130 150×150 130×130 115×115 155×155

拉速/m.min 4.0-4.3 3.5 4.3 5.1 2.9

結晶器型式 拋物線 凸型 自適應 鉆石 鉆石

小方坯鑄機拉速的提高，表現為單流產量的提高。從世界連鑄發展的歷程來看，20世紀70、80、90年代連鑄機的單流年產量分別為5～6、8～10、15～16萬t。

我國鋼材生產結構是長型材較多,板材比較低(約40%),反映在連鑄機建設上是中小型鋼廠建設小方坯連鑄機較多。據統計,我國共建小方坯連鑄機280臺 7

978流,年產量近6000萬ｔ,平均單流年產量約為6萬ｔ。與國外比較,連鑄機生產率還較低。為提高連鑄機生產率,從20世紀90年代以來,我國對舊有小方坯連鑄機進行了高效化改造,如120mm×120mm方坯拉速由2.0m/min提高到3.0～4.0m/min,150mm×150mm方坯拉速由1.5m/min提高到2.5～3.0m/min。目前,我國不少鋼廠的小方坯連鑄機經過高效化改造后,單流年產量已達到15～20萬ｔ的國際水平。3.2.2提高連鑄機作業率

提高連鑄機作業率的技術有：

（1）長時間澆注多爐連澆技術：異鋼種多爐連澆；快速更換長水口；在線調寬；結晶器在線快速調厚度（只需25～30min）；在線更換結晶器（小方坯）；中間包熱循環使用技術；防止浸入式水口堵塞技術。

（2）長時間澆注連鑄機設備長壽命技術：長壽命結晶器，每次鍍層的澆鋼量為20～30萬t；長壽命的扇形段,上部扇形段每次維修的澆鋼量100萬t,下部扇形段每次維修的澆鋼量300～400萬t。

（3）防漏鋼的穩定化操作技術：結晶器防漏鋼預報系統；結晶器漏鋼報警系統；結晶器熱狀態運行檢測系統。

（4）縮短非澆注時間維護操作技術：上裝引錠桿；扇形段自動調寬和調厚技術；鑄機設備的快速更換技術；采用各種自動檢測裝置；連鑄機設備自動控制水平。

3.3提高連鑄坯質量技術 3.3.1提高連鑄坯潔凈度技術

（1）連鑄坯潔凈度評價包括：鋼總氧量T[O]；鋼中微觀夾雜物（＜50μm）；鋼中大顆粒夾雜物量（＞50μm）。不同產品對鋼中潔凈度要求如表6所示。 [6][5] 8

（2）連鑄坯潔凈度是一個系統工程。就連鑄過程而言，要得到潔凈的連鑄坯，其任務是：爐外精煉獲得的“干凈”鋼水，在連鑄過程中不再污染；連鑄過程中應創造條件在中間包和結晶器中使夾雜物進一步上浮去除。連鑄過程鋼水再污染，主要決定于鋼水二次氧化、鋼水與環境（空氣、渣、包襯）相互作用、鋼水流動的穩定性、鋼渣乳化卷渣。

（3）連鑄過程控制鋼潔凈度對策：保護澆注；中間包冶金技術，鋼水流動控制；中間包材質堿性化（堿性復蓋劑，堿性包襯）；中間包電磁離心分離技術；中間包熱循環操作技術；中間包的穩定澆注技術；防止下渣和卷渣技術；結晶器流動控制技術；結晶器EMBR技術。3.3.2提高鑄坯表面質量的控制技術

鑄坯表面質量好壞是熱送熱裝和直接軋制的前提條件。鑄坯表面缺陷的產生主要決定于鋼水在結晶器的凝固過程。要清除鑄坯表面缺陷，應采用以下技術：結晶器鋼液面穩定性控制；結晶器振動技術；結晶器內凝固坯殼生長均勻性控制技術；結晶器鋼液流動狀況合理控制技術；結晶器保護渣技術。3.3.3提高連鑄坯內部質量的控制技術

連鑄坯內部缺陷一般情況在軋制時能焊合消除，但嚴重時會使中厚板力學性能惡化，使管線鋼氫脆和高碳硬線脆斷。鑄坯內部缺陷的產生主要決定帶液芯的鑄坯在二冷區的凝固過程。要消除鑄坯內部缺陷，可采用以下技術措施：低溫澆注技術；鑄坯均勻冷卻技術；防止鑄坯鼓肚變形技術；輕壓下技術；電磁攪拌技術；凝固末端強冷技術；多點或連續矯直技術；壓縮鑄造技術。

[7]4最新連鑄技術的發展

4.1近終形連鑄技術的發展

世界鋼鐵生產者開始尋求技術改進以擴展連鑄的優勢。1989年,德國供應商SMS首次在美國的一個小型鋼廠紐柯鋼廠安裝了一臺薄板坯連鑄機。新設計了漏斗形結晶器,其它與傳統連鑄機相似。導致世界范圍內薄板坯連鑄機的商業化發

展,其厚度范圍在40～70mm 之間,典型拉速為5.5m/min。

薄板坯連鑄機的成功并沒有使鋼鐵工作者進一步尋求技術進步的腳步停止,其代表為R&D在貝西默的獨創帶鋼連鑄概念。1999年,鋼鐵巨頭Nucor/BHP/IHI及Thyssen Krupp steel/Usino r/ VAI開始商業化推廣他們的Cast rip工藝及Euro st rip 工藝,可以直接從鋼水生產出帶鋼(見圖2)。

圖2雙輥帶鋼鑄機

在普遍采用的雙輥帶鋼連鑄工藝中,鋼液倒入兩個柜式旋轉輥中。兩個陶瓷側板擠壓裝有鋼液的鑄輥的前面。鋼殼在兩個輥面間形成,熔融金屬喂入彎月面。坯殼生長至兩輥間的接觸點(最窄點), 在這里兩坯殼相接觸,當它們通過鑄輥時形成連續的鋼帶,從結晶器下面出鑄機。至形成2mm厚的凝固鋼帶僅需0.4s。典型的鑄速為40～130mm/min,依賴于帶鋼厚度、鑄輥尺寸和溶池高度。

鋼梁的首次近終形連鑄是鑄成“狗骨”形毛坯取代正方形或矩形截面,可生產的梁毛坯尺寸為(480～1050)mm×(355～450)mm×(120～165)mm,鑄速為0.45～2.5m/min,其軋制成本較低,生產率較高,能耗降低。4.2 結晶器幾何形狀的演變

結晶器是鑄機的心臟,結晶器設計相應決定了鑄速和生產率。為提高鑄速和生產率,需要適當的結晶器幾何形狀,以提高熱傳輸和降低結晶器摩擦。4.2.1厚板坯連鑄機的直結晶器

從傳統的弧形結晶器到直結晶器的采用,保證在整個結晶器長度內鑄流、坯

殼與結晶器銅板的均勻接觸。使坯殼快速均勻生長,降低拉漏危險。而且,非金屬夾雜容易上升到熔池,保證鑄坯的優良內部質量。4.2.2小方坯的多段結晶器

多段結晶器對高速小方坯連鑄降低漏鋼率較為有效,它由一個主筒結晶器和與之相連的約320mm長的剛性第二段組成。第二段由4塊固定在底板上的水冷銅板組成,通過一個支架和基板套在主結晶器的外面。連鑄過程中,冷卻板通過彈簧作用輕壓鑄坯,冷卻板噴冷卻水加快熱傳輸,冷卻水直接垂直噴射到小方坯蓋板上。這種工藝中,鑄速可達4～4.3m/min,高于傳統有足輥結晶器連鑄機的3.5m/min,而且,漏鋼率也較傳統鑄機降低0.50%～1.0%。4.2.3錐度結晶器

錐度結晶器可用于大方坯/小方坯和板坯連鑄機,拋物線結晶器的引入成為連鑄歷史的轉折點。結晶器錐度依賴于鋼種和鑄速,結晶器設計上考慮鑄坯在結晶器內的鑄坯收縮,以使結晶器與鑄坯接觸,保證良好傳熱。在高速澆鑄下,鋼在結晶器內的停留時間非常短,因此,坯殼必須有足夠的強度以承受液態鋼水的靜壓力,為此,結晶器筒在不同段設計成多種錐度,主要考慮鋼水收縮,保證鋼坯與結晶器的良好接觸。

另一個發展方向是在板坯連鑄機結晶器采用有導角的拋物線錐度,保證整個結晶器長度內鑄坯與銅板直接接觸,促進坯殼快速均勻生長。導角減小了結晶器摩擦,因此可減少銅板磨損。其應用可改善鑄態組織、減少鑄坯角部內部質量缺陷、降低側邊鼓肚。

4.2.4小方坯鑄機的結晶器長度

對高速小方坯,提高結晶器筒長100～200mm,使總長超過傳統的900mm,提高鋼在結晶器內的停留時間,從而提高坯殼強度。4.3結晶器振動的改進 4.3.1液壓結晶器振動

理想的結晶器振動是充分利用結晶器優化設計的前提。液壓結晶器振動采用二個液壓缸控制伺服閥,每個伺服閥預先設定設置點,將結晶器設置成周期性振動。對伺服閥儲存不同的設置點實現相應的振動速度曲線,正弦函數是基本的振動型式。

不同速度曲線的振頻和振幅不同,在澆鑄過程中,鑄速函數能自動與預設定的函數序列相適應。其優點包括:振動曲線、振幅、振頻的在線控制,減少結晶器摩擦,減輕結晶器機械運動,減輕鑄件振痕,提高操作安全和減少維護等。4.3.2板坯連鑄機結晶器振動的三角模式

結晶器振動利于保護最初形成的坯殼,需要一個合理的結晶器正向和負向振動以降低坯殼的拉應力,使結晶器潤滑渣充分滲入并沿模壁鋪展。在正弦振動中,主要問題是在每個振幅中,正滑脫時間較短,高頻振動器使結晶器摩擦增大。為此,開發了三角模式振動,通過調整振動速度,使向上運動的時間長于向下運動,這種較長的正滑脫時間減少了結晶器與凝固坯殼的相對運動,因為負滑脫時間較短,可減小摩擦,降低振痕深度。4.3.3結晶器寬度調整

在線液壓結晶器寬度調整利于生產不同尺寸板坯,減小下線時間。該系統可提高連鑄產品大綱的靈活性,提高生產率。4.3.4結晶器液面自動控制

當前結晶器液面控制通常采用塞棒調整中間包滑板開閉進行。結晶器液面探測可采用放射性同位素,系統擁有一個PID(比例微積分)控制器,可將液面實際控制信號與設定值相比較。控制器根據反饋結果輸出信號促使伺服驅動開閉塞棒激勵器。伺服驅動可控制塞棒位置, 控制精度通常為±2mm。在自動開澆模式,按存儲的時間曲線對結晶器進行設定,如果液面達到固定的設定值,自動從時間曲線控制切換到閉環控制。其主要優點是優良的表面/皮下質量,較輕的振痕深度和低一倍的漏鋼率,因此提高了生產率。4.4電磁攪拌

連鑄坯組織為較外層柱狀晶區為中心等軸晶區所包圍, 柱狀晶的長度直接受過熱度影響,如圖3所示。

圖3過熱度對柱狀晶和等軸晶量的影響

為限制柱狀晶區,中間包內鋼水溫度應接近液相線溫度,EMS(電磁攪拌)能限制柱晶結晶,促進細小規則等軸晶形成。攪拌器的工作原理包括磁場的產生,磁場穿透凝固殼,在鋼液中感應出傅科勒特電流。這種感應電流和磁感應產生一個電磁力,使液態金屬產生運動。通過對流促進液固鋼之間的熱交換,消除殘余過熱,導致凝固前沿的熱梯度減小,柱狀晶生長條件不復存在。這些運動導致柱狀晶枝晶重熔和斷裂,形成更多的等軸晶。圖4示出了電磁攪拌和未攪拌時等軸晶比例對比。

圖4電磁攪拌對晶粒的細化作用

根據需要攪拌器可放于結晶器或結晶器之下。對大方坯/小方坯連鑄機,EMS可提高表面/皮下質量,減少合金偏析、渣坑和針孔,其主要優點是通過增大等軸晶區提高內部質量,減少枝晶搭橋,阻止中心氣孔和中心偏析。

為進一步降低偏析,可在二冷區下部安裝EMS,通過攪拌中心未凝固鋼液,均勻成分,減少中心線偏析發生。

攪拌器類型應根據澆鑄產品的冶金要求和攪拌參數如強度、頻率、磁場方向等進行選擇,而且設計和位置應慎重考慮。

電磁攪拌改變了彎月面形狀,減慢了彎月面鋼液凝固,導致彎月面附近液體流動。在板坯連鑄中,一種AC和DC雙重感應磁場技術被用于進行彎月面控制,另有一種改進的電磁攪拌閘用于控制結晶器自然流動形式。4.5輕壓下

大方坯/板坯連鑄機輕壓下的目的是減少鑄坯的中心偏析。采用調整拉坯段的錐度,對出結晶器后的鑄坯采用外加機械壓力減輕中心疏松、偏析、化學成分不均勻性。通過阻止凝固搭橋,促進粘稠鋼液運動,補償熱收縮。輕壓下參數取決于鑄機布置、鑄速、鋼的化學成分、鋼水過熱度及鑄坯二次冷卻。改進的動態輥縫調整技術可適應拉坯過程中澆鑄參數的變化。4.6連鑄自動化

二級自動化系統能改善質量和提高生產率,連鑄工藝和質量自動控制系統包括結晶器液面控制、鑄坯錐度控制、速度控制數學模型、噴水冷卻系統和長度切割優化等[8]。5發展趨勢

5.1進一步發展高效連鑄技術(傳統連鑄技術的發展方向)[9]。

高效連鑄技術是指連鑄機實現高拉速、高作業率、高連澆爐數及低拉漏率生產高溫無表面缺陷連鑄坯的技術。實現連鑄高效化的前提是：及時為連鑄機供應溫度和成分均合格的鋼水；完善自動檢測的手段和電子計算機的聯網控制；具有高質量的連鑄用保護渣和耐火材料；操作人員具有熟練的操作技術等。實現連鑄高效化，其核心是提高連鑄機的拉速。而提高連鑄機拉速，需要解決結晶器和二冷段的冷卻效果、結晶器的液面控制及相關技術問題。

5.2推廣近終形連鑄技術。

主要包括薄板坯連鑄技術、薄帶連鑄技術、異型坯連鑄技術和噴霧成形等。與傳統工藝相比，它主要具有工藝簡單、生產周期短、能量消耗低、生產成本低、質量較高等優點。這些優點恰好彌補了傳統工藝的不足。此外，利用薄帶連鑄技術的快速凝固效應可以獲得一些難以生產的材料和新功能材料[10]。5.3液芯壓下技術

液芯壓下又稱軟壓下,是在鑄坯出結晶器下口后,對帶液芯的鑄坯的坯殼施加擠壓,使其減薄到目標厚度。根據液芯壓下的終點位置又分靜態壓下和動態壓下。液芯壓下的終點位置不變,在一個扇形段內結束的稱靜態液芯壓下。動態液芯壓下是指根據鋼種、過熱度、澆注速度及冷卻模型計算液芯長度,依據液芯長度在合適的鑄坯長度上分配鑄坯壓下量,且使液芯壓下終點處于合適固相率的區域。動態液芯壓下可細化晶粒,減少中心偏析,明顯提高鑄坯的內部質量。由于靜態液芯壓下是在固定位置實施,而不是在鑄坯的凝固末端,普遍認為對鑄坯內部質量的提高不大。目前CSP、QSP采用的是靜態液芯壓下,FTSR采用的是動態液芯壓下技術[11,12]。

6結論

(1)我國連鑄比已超過世界平均水平，接近工業發達國家水平，連鑄比可以說接近飽和狀態。

(2)我國小方坯連鑄機高效化改造取得很大成績。小方坯連鑄機單流產量已達到國際先進水平。但我國連鑄機平均作業率與世界連鑄機平均水平還存在較大差距。提高連鑄機作業率以增加連鑄機產量還有較大發展潛力。

(3)經過近10多年來的努力，我國連鑄在高效化改造、新技術的應用等方面取得了很大成就，就大中型企業連鑄機裝備水平來看已與國外鋼廠水平相當。要重視工藝軟件技術開發與創新，新技術要用出實效來。要依靠傳統的板坯和大方坯連鑄機來生產和解決高品質、高附加值的連鑄坯質量問題。

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第五篇：連鑄生產工藝的發展

連鑄生產工藝的發展

近年來，我國經濟的快速增長，特別是工業和基本建設的加速，促進了鋼鐵工業的發展。我國已成為世界上鋼鐵消費和鋼鐵生產大國，粗鋼產量和消費量占世界總量的比例分別由1992年的11.2%和11.9%躍升到2002年的20.1%和25.8%，2002年鋼產量達到1.82億t。由于連鑄技術具有顯著的高生產效率、高成材率、高質量和低成本的優點，近二三十年已得到了迅速發展，目前世界上大多數產鋼國家的連鑄比超過90%。

連鑄技術對鋼鐵工業生產流程的變革、產品質量的提高和結構優化等方面起了革命性的作用。我國自1996年成為世界第一產鋼大國以來，連鑄比逐年增加，2003年上半年連鑄比已經達到了94.65%。

連鑄即為連續鑄鋼（英文，Continuous Steel Casting）的簡稱。在鋼鐵廠生產各類鋼鐵產品過程中，使用鋼水凝固成型有兩種方法：傳統的模鑄法和連續鑄鋼法。而在二十世紀五十年代在歐美國家出現的連鑄技術是一項把鋼水直接澆注成形的先進技術。與傳統方法相比，連鑄技術具有大幅提高金屬收得率和鑄坯質量，節約能源等顯著優勢。從上世紀八十年代，連鑄技術作為主導技術逐步完善，并在世界各地主要產鋼國得到大幅應用，到了上世紀九十年代初，世界各主要產鋼國已經實現了90％以上的連鑄比。中國則在改革開放后才真正開始了對國外連鑄技術的消化和移植；到九十年代初中國的連鑄比僅為30％。

連續鑄鋼的具體流程為：鋼水不斷地通過水冷結晶器，凝成硬殼后從結晶器下方出口連續拉出，經噴水冷卻，全部凝固后切成坯料的鑄造工藝過程。統計數字顯示，2002年我國連鑄比為93.7%，2003年上半年全國連鑄比達到94.65%，已超過了世界8970%平均連鑄比的水平；我國連鑄比已達到發達國家的水平，連鑄比將要達到飽和狀態。全球已建成54流連鑄－連軋生產線，年生產能力為5500萬t；我國已建和在建13流生產線，年生產能力達到1400萬t（見表2），占全球總產量的1/4；中國CSP鋼產量（1050萬t）與美國CSP產量（1000萬t）相當。

提高連鑄機拉速 連鑄機拉速的提高受出結晶器坯殼厚度、液相穴長度（冶金長度）、二次冷卻強度等因素的限制。要針對連鑄機的不同情況，對連鑄機進行高效化改造。小方坯連鑄機高效化改造的核心就是提高拉速。拉速提高后，為了保證出結晶器坯殼不漏鋼，其核心技術就是優化結晶器錐度，開發新型結晶器，包括：Concast的凸模結晶器（CONVEX MOLD）；Danieli自適應結晶器（DANAM）；VAI的鉆石結晶器（DIAMOLD）；Paul Wurth的多錐度結晶器。雖然結晶器名稱不相同，但其實質就是使結晶器錐度與坯殼收縮相一致，不致于產生氣隙而減慢傳熱，影響坯殼均勻性生長。小方坯鑄機拉速的提高，表現為單流產量的提高。從世界連鑄發展的歷程來看，20世紀70、80、90年代連鑄機的單流年產量分別為5～6、8～10、15～16萬t。

我國鋼材生產結構是長型材較多，板材比較低（約40%），反映在連鑄機建設上是中小型鋼廠建設小方坯連鑄機較多。據統計，我國共建小方坯連鑄機280臺978流，年產量近6000萬t，平均單流年產量約為6萬t。與國外比較，連鑄機生產率還較低。為提高連鑄機生產率，從20世紀90年代以來，我國對舊有小方坯連鑄機進行了高效化改造，如120mm×120mm方坯拉速由2.0m/min提高到3.0～4.0m/min，150mm×150mm方坯拉速由1.5m/min提高到2.5～3.0m/min。目前，我國不少鋼廠的小方坯連鑄機經過高效化改造后，單流年產量已達到15～20萬t的國際水平。

板坯連鑄機拉速的水平目前板坯厚度為200～250mm的拉速在1.6～2.0m/min左右，單流年產量達到200萬t。如果說提高拉速是小方坯連鑄機高效化的核心，那么板坯連鑄機高效化的核心就是提高連鑄機作業率。這是因為板坯連鑄機的拉速受爐機匹配條件及鑄機本身冶金長度的限制不可能有較大的變化，以及由于過高拉速所造成的漏鋼危害，對板坯連鑄機的影響遠遠高于小方坯連鑄機。從原則上講，連鑄機提高拉速措施有：結晶器優化技術；結晶器液面波動檢測控制技術；結晶器振動技術；結晶器保護渣技術；鑄坯出結晶器后的支掌技術；二冷強化冷卻技術；鑄坯矯直技術；過程自動化控制技術。拉速提高了，鑄坯內部疏松、偏析缺陷加重，夾雜物增加。高拉速與高質量是相互矛盾的，因此應根據鋼種和產品用途，采取相應的技術措施，把高拉速和高質量的矛盾統一起來，以獲得最佳經濟效益。國外有不少鋼廠板坯連鑄機拉速不高，而單流產量卻很高，如美國A.K.Ashland鋼廠的板坯鑄機，澆240mm×1160～1750mm板坯，工作拉速為1.78m/min，單流年產量達到220萬t，連鑄機有鋼作業率為98%。這說明對板坯連鑄機高效化改造核心不是提高拉速，而是要設法提高鑄機作業率以提高

連鑄機的生產率。

提高連鑄機作業率的技術有：

（1）長時間澆注多爐連澆技術：異鋼種多爐連澆；快速更換長水口；在線調寬；結晶器在線快速調厚度（只需25～30min）；在線更換結晶器（小方坯）；中間包熱循環使用技術；防止浸入式水口堵塞技術。

（2）長時間澆注連鑄機設備長壽命技術：長壽命結晶器，每次鍍層的澆鋼量為20～30萬t；長壽命的扇形段,上部扇形段每次維修的澆鋼量100萬t,下部扇形段每次維修的澆鋼量300～400萬t。

（3）防漏鋼的穩定化操作技術：結晶器防漏鋼預報系統；結晶器漏鋼報警系統；結晶器熱狀態運行檢測系統。

（4）縮短非澆注時間維護操作技術：上裝引錠桿；扇形段自動調寬和調厚技術；鑄機設備的快速更換技術；采用各種自動檢測裝置；連鑄機設備自動控制水平。

提高板坯連鑄機設備堅固性、可靠性和自動化水平，達到長時間的無故障在線作業，是提高板坯連鑄機作業率水平的關鍵。連鑄坯的質量概念包括：鑄坯潔凈度（鋼中非金屬夾雜物數量，類型，尺寸，分布，形態）；鑄坯表面缺陷（縱裂紋，橫裂紋，星形裂紋，夾渣）；鑄坯內部缺陷（中間裂紋，角部裂紋，中心線裂紋，疏松，縮孔，偏析）。連鑄坯質量控制戰略是：鑄坯潔凈度決定于鋼水進入結晶器之前的各工序；鑄坯表面質量決定于鋼水在結晶器的凝固過程；鑄坯內部質量決定于鋼水在二冷區的凝固過程。提高鑄坯表面質量的控制技術 鑄坯表面質量好壞是熱送熱裝和直接軋制的前提條件。鑄坯表面缺陷的產生主要決定于鋼水在結晶器的凝固過程。要清除鑄坯表面缺陷，應采用以下技術：結晶器鋼液面穩定性控制；結晶器振動技術；結晶器內凝固坯殼生長均勻性控制技術；結晶器鋼液流動狀況合理控制技術；結晶器保護渣技術。提高連鑄坯內部質量的控制技術 連鑄坯內部缺陷一般情況在軋制時能焊合消除，但嚴重時會使中厚板力學性能惡化，使管線鋼氫脆和高碳硬線脆斷。鑄坯內部缺陷的產生主要決定帶液芯的鑄坯在二冷區的凝固過程。要消除鑄坯內部缺陷，可采用以下技術措施：低溫澆注技術；鑄坯均勻冷卻技術；防止鑄坯鼓肚變形技術；輕壓下技術；電磁攪拌技術；凝固末端強冷技術；多點或連續矯直技術；壓縮鑄造技術。綜上所說我們可以得出結論：

（1）我國連鑄比已超過世界平均水平，接近工業發達國家水平，連鑄比可以說接近飽和狀態。

（2）我國小方坯連鑄機高效化改造取得很大成績。小方坯連鑄機單流產量已達到國際先進水平。但我國連鑄機平均作業率與世界連鑄機平均水平還存在較大差距。提高連鑄機作業率以增加連鑄機產量還有較大發展潛力。

（3）經過近10多年來的努力，我國連鑄在高效化改造、新技術的應用等方面取得了很大成就，就大中型企業連鑄機裝備水平來看已與國外鋼廠水平相當。要重視工藝軟件技術開發與創新，新技術要用出實效來。

（4）要依靠傳統的板坯和大方坯連鑄機來生產和解決高品質、高附加值的連鑄坯質量問題。薄板坯連鑄連軋技術已引入大中型企業，我國薄板坯連鑄/連軋生產已跨入世界先進行列，它對改變我國鋼材產品結構，提高板帶比，改變熱軋帶卷的市場競爭力起重大的變革作用。

（5）在今后2～3年內，要密切注意薄帶連鑄領域取得的進展。