第一篇：連鑄生產(chǎn)工藝的發(fā)展

連鑄生產(chǎn)工藝的發(fā)展

近年來，我國經(jīng)濟的快速增長，特別是工業(yè)和基本建設(shè)的加速，促進了鋼鐵工業(yè)的發(fā)展。我國已成為世界上鋼鐵消費和鋼鐵生產(chǎn)大國，粗鋼產(chǎn)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(chǎn)量達到1.82億t。由于連鑄技術(shù)具有顯著的高生產(chǎn)效率、高成材率、高質(zhì)量和低成本的優(yōu)點，近二三十年已得到了迅速發(fā)展，目前世界上大多數(shù)產(chǎn)鋼國家的連鑄比超過90%。

連鑄技術(shù)對鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)流程的變革、產(chǎn)品質(zhì)量的提高和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面起了革命性的作用。我國自1996年成為世界第一產(chǎn)鋼大國以來，連鑄比逐年增加，2003年上半年連鑄比已經(jīng)達到了94.65%。

連鑄即為連續(xù)鑄鋼（英文，Continuous Steel Casting）的簡稱。在鋼鐵廠生產(chǎn)各類鋼鐵產(chǎn)品過程中，使用鋼水凝固成型有兩種方法：傳統(tǒng)的模鑄法和連續(xù)鑄鋼法。而在二十世紀五十年代在歐美國家出現(xiàn)的連鑄技術(shù)是一項把鋼水直接澆注成形的先進技術(shù)。與傳統(tǒng)方法相比，連鑄技術(shù)具有大幅提高金屬收得率和鑄坯質(zhì)量，節(jié)約能源等顯著優(yōu)勢。從上世紀八十年代，連鑄技術(shù)作為主導(dǎo)技術(shù)逐步完善，并在世界各地主要產(chǎn)鋼國得到大幅應(yīng)用，到了上世紀九十年代初，世界各主要產(chǎn)鋼國已經(jīng)實現(xiàn)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(shù)的消化和移植；到九十年代初中國的連鑄比僅為30％。

連續(xù)鑄鋼的具體流程為：鋼水不斷地通過水冷結(jié)晶器，凝成硬殼后從結(jié)晶器下方出口連續(xù)拉出，經(jīng)噴水冷卻，全部凝固后切成坯料的鑄造工藝過程。統(tǒng)計數(shù)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(fā)達國家的水平，連鑄比將要達到飽和狀態(tài)。全球已建成54流連鑄－連軋生產(chǎn)線，年生產(chǎn)能力為5500萬t；我國已建和在建13流生產(chǎn)線，年生產(chǎn)能力達到1400萬t（見表2），占全球總產(chǎn)量的1/4；中國CSP鋼產(chǎn)量（1050萬t）與美國CSP產(chǎn)量（1000萬t）相當(dāng)。

提高連鑄機拉速 連鑄機拉速的提高受出結(jié)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(jié)晶器坯殼不漏鋼，其核心技術(shù)就是優(yōu)化結(jié)晶器錐度，開發(fā)新型結(jié)晶器，包括：Concast的凸模結(jié)晶器（CONVEX MOLD）；Danieli自適應(yīng)結(jié)晶器（DANAM）；VAI的鉆石結(jié)晶器（DIAMOLD）；Paul Wurth的多錐度結(jié)晶器。雖然結(jié)晶器名稱不相同，但其實質(zhì)就是使結(jié)晶器錐度與坯殼收縮相一致，不致于產(chǎn)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(xiàn)為單流產(chǎn)量的提高。從世界連鑄發(fā)展的歷程來看，20世紀70、80、90年代連鑄機的單流年產(chǎn)量分別為5～6、8～10、15～16萬t。

我國鋼材生產(chǎn)結(jié)構(gòu)是長型材較多，板材比較低（約40%），反映在連鑄機建設(shè)上是中小型鋼廠建設(shè)小方坯連鑄機較多。據(jù)統(tǒng)計，我國共建小方坯連鑄機280臺978流，年產(chǎn)量近6000萬t，平均單流年產(chǎn)量約為6萬t。與國外比較，連鑄機生產(chǎn)率還較低。為提高連鑄機生產(chǎn)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(jīng)過高效化改造后，單流年產(chǎn)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(chǎn)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(yè)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(jié)晶器優(yōu)化技術(shù)；結(jié)晶器液面波動檢測控制技術(shù)；結(jié)晶器振動技術(shù)；結(jié)晶器保護渣技術(shù)；鑄坯出結(jié)晶器后的支掌技術(shù)；二冷強化冷卻技術(shù)；鑄坯矯直技術(shù)；過程自動化控制技術(shù)。拉速提高了，鑄坯內(nèi)部疏松、偏析缺陷加重，夾雜物增加。高拉速與高質(zhì)量是相互矛盾的，因此應(yīng)根據(jù)鋼種和產(chǎn)品用途，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，把高拉速和高質(zhì)量的矛盾統(tǒng)一起來，以獲得最佳經(jīng)濟效益。國外有不少鋼廠板坯連鑄機拉速不高，而單流產(chǎn)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(chǎn)量達到220萬t，連鑄機有鋼作業(yè)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(shè)法提高鑄機作業(yè)率以提高

連鑄機的生產(chǎn)率。

提高連鑄機作業(yè)率的技術(shù)有：

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

（2）長時間澆注連鑄機設(shè)備長壽命技術(shù)：長壽命結(jié)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(wěn)定化操作技術(shù)：結(jié)晶器防漏鋼預(yù)報系統(tǒng)；結(jié)晶器漏鋼報警系統(tǒng)；結(jié)晶器熱狀態(tài)運行檢測系統(tǒng)。

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

提高板坯連鑄機設(shè)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(yè)，是提高板坯連鑄機作業(yè)率水平的關(guān)鍵。連鑄坯的質(zhì)量概念包括：鑄坯潔凈度（鋼中非金屬夾雜物數(shù)量，類型，尺寸，分布，形態(tài)）；鑄坯表面缺陷（縱裂紋，橫裂紋，星形裂紋，夾渣）；鑄坯內(nèi)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(zhì)量控制戰(zhàn)略是：鑄坯潔凈度決定于鋼水進入結(jié)晶器之前的各工序；鑄坯表面質(zhì)量決定于鋼水在結(jié)晶器的凝固過程；鑄坯內(nèi)部質(zhì)量決定于鋼水在二冷區(qū)的凝固過程。提高鑄坯表面質(zhì)量的控制技術(shù) 鑄坯表面質(zhì)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(chǎn)生主要決定于鋼水在結(jié)晶器的凝固過程。要清除鑄坯表面缺陷，應(yīng)采用以下技術(shù)：結(jié)晶器鋼液面穩(wěn)定性控制；結(jié)晶器振動技術(shù)；結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼生長均勻性控制技術(shù)；結(jié)晶器鋼液流動狀況合理控制技術(shù)；結(jié)晶器保護渣技術(shù)。提高連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的控制技術(shù) 連鑄坯內(nèi)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(xué)性能惡化，使管線鋼氫脆和高碳硬線脆斷。鑄坯內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生主要決定帶液芯的鑄坯在二冷區(qū)的凝固過程。要消除鑄坯內(nèi)部缺陷，可采用以下技術(shù)措施：低溫澆注技術(shù)；鑄坯均勻冷卻技術(shù)；防止鑄坯鼓肚變形技術(shù)；輕壓下技術(shù)；電磁攪拌技術(shù)；凝固末端強冷技術(shù)；多點或連續(xù)矯直技術(shù)；壓縮鑄造技術(shù)。綜上所說我們可以得出結(jié)論：

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

（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(chǎn)量已達到國際先進水平。但我國連鑄機平均作業(yè)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(yè)率以增加連鑄機產(chǎn)量還有較大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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

（4）要依靠傳統(tǒng)的板坯和大方坯連鑄機來生產(chǎn)和解決高品質(zhì)、高附加值的連鑄坯質(zhì)量問題。薄板坯連鑄連軋技術(shù)已引入大中型企業(yè)，我國薄板坯連鑄/連軋生產(chǎn)已跨入世界先進行列，它對改變我國鋼材產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，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(nèi)，要密切注意薄帶連鑄領(lǐng)域取得的進展。

第二篇：連鑄的發(fā)展

連鑄的發(fā)展

二戰(zhàn)之后，連鑄發(fā)展非常迅速，今天鋼鐵生產(chǎn)者普遍相信連鑄至少和模鑄一樣在經(jīng)濟上是合理的，并且能與大部分高質(zhì)量鋼的生產(chǎn)系列相匹配。這項技術(shù)不斷開發(fā)的目的在于改善鋼的性能，這促使生產(chǎn)特殊高級鋼時企業(yè)對其生產(chǎn)工藝過程不斷進行調(diào)整。使用連鑄系統(tǒng)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(tǒng)的鑄錠相比，提高10%的生產(chǎn)能力；

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

（4）高度的自動化；

（5）益于保護環(huán)境；

（6）較好的工作條件設(shè)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(shè)備迫使廠房建筑高度增加。這些因素也導(dǎo)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?jīng)Q定：

L=D2/4x2Vc 這里，D=鑄壞厚度(mm）x=凝固特征系數(shù)(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(jié)晶器中，并且在彎曲之前讓鋼水完全凝固的連鑄系統(tǒng)，或彎曲時鑄坯仍處在液相，這種系統(tǒng)隨后發(fā)展為弧形結(jié)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(tǒng)有冶金學(xué)優(yōu)點。鑄坯內(nèi)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(tǒng)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(chǎn)物，而且可以在冶金上實現(xiàn)。

連鑄適合于生產(chǎn)任何橫斷而的產(chǎn)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(chǎn)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(huán)那樣進行脫錠。

鑄坯離開結(jié)晶器時的坯殼厚度首先取決于鋼液與結(jié)品器的接觸長度，它也依賴于結(jié)晶器的具體導(dǎo)熱系數(shù)和鋼水進人結(jié)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(jié)晶器內(nèi)或附近的凝固特性是20到26，它取決于操作條件；二冷區(qū)是29到33.離開結(jié)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(jié)晶器下面的二冷區(qū)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(yīng)冷卻劑的流速，二冷區(qū)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(guān)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(chǎn)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(chǎn)率和質(zhì)量的原因，在現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)中，有一種轉(zhuǎn)移費時操作的趨勢，例如，將溫度調(diào)整、脫氧和合金從熔化爐轉(zhuǎn)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(jié)晶器的鋼水溫度控制要比常規(guī)鑄造中的溫度控制更精確。太高的過熱度能導(dǎo)致拉漏或一種柱狀結(jié)構(gòu)，帶來較差的內(nèi)部質(zhì)量。另一方面太低的溫度會導(dǎo)致水口堵塞造成澆鑄困難和產(chǎn)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(nèi)，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(nèi)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(xué)成份控制。在鋼液均勻后，進行取樣分析或用電

4質(zhì)量 冶金質(zhì)量的提高包括在化學(xué)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(dāng)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(xiàn)代連鑄過程中，鑄坯表面的質(zhì)量要高于軋制半成品質(zhì)量，軋制半成品的表面有例如結(jié)疤和疤痕等表面缺陷，因此，對鑄錠的精整和產(chǎn)量的損失均降到最低程度。大多數(shù)連鑄鋼坯均無需經(jīng)過任何修整就可進一步加工。因此能得到有較少的內(nèi)部和表面缺陷、性能得到改善、更均勻的最終產(chǎn)品。

能量 連鑄能夠節(jié)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(chǎn)量增加來間接節(jié)省，因為它能減少用于生產(chǎn)大量半成品的原料鋼的消耗。除此之外，人們正在關(guān)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(jié)約了。

污染 連鑄過程通過省略模鑄工藝設(shè)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(jié)約歸功于省掉了模鑄工藝所需要的設(shè)備。運行成本節(jié)約主要是較少的勞動力投人和較高的產(chǎn)量。

煉鋼

連鑄的煉鋼操作與用電爐或堿性氧氣轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)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(nèi)，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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)。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?qū)姌尣迦虽摪好嫦麓禋鍞嚢桎撘骸?/p>

脫氧 連鑄鋼必須完全脫氧（鎮(zhèn)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(dǎo)致隨后軋制過程中產(chǎn)生裂紋。根據(jù)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(zhèn)靜鋼比鋁鎮(zhèn)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(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品，在連鑄之前，進行鋼包精煉正成為一種很普遍的操作。

第三篇：高品質(zhì)連鑄坯生產(chǎn)工藝與裝備技術(shù)

高品質(zhì)連鑄坯生產(chǎn)工藝與裝備技術(shù)

【摘要】 對生產(chǎn)這些高性能品種鋼的鑄坯母材質(zhì)量及尺寸的要求也日益提高，集中體現(xiàn)為鑄坯表面的微缺陷化、鑄坯內(nèi)部的高致密度與均質(zhì)化以及斷面的大型化等特點。

研究背景

近十年來，隨著我國交通運輸、能源石化、海洋工程、重型機械、核電、軍工等國家重點行業(yè)與產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對高品質(zhì)品種鋼的需求量大幅增加。與此同時，受用途和使用環(huán)境特殊性的影響，對鋼產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、尺寸規(guī)格等也提出了更高的要求。為此，對生產(chǎn)這些高性能品種鋼的鑄坯母材質(zhì)量及尺寸的要求也日益提高，集中體現(xiàn)為鑄坯表面的微缺陷化、鑄坯內(nèi)部的高致密度與均質(zhì)化以及斷面的大型化等特點。

我國鋼鐵工業(yè)經(jīng)過數(shù)十年的快速發(fā)展，整體技術(shù)與裝備水平均逐漸邁人世界先進行列。值得一提的是，經(jīng)過近20年的引進、消化吸收與再創(chuàng)新，我國的連鑄技術(shù)與裝備水平更是獲得了長足的進步，實現(xiàn)了超過98%的連鑄比，是當(dāng)前生產(chǎn)高品質(zhì)品種鋼鑄坯母材最主要的工藝。受國家需求驅(qū)動，我國的品種鋼微合金化技術(shù)和大斷面連鑄坯生產(chǎn)技術(shù)與裝備更是得到了快速發(fā)展，合金體系涉及Nb、V、Ti、B、Ni等，已建成并投產(chǎn)的寬（特）厚板坯連鑄機生產(chǎn)線超過30條、大方坯連鑄機生產(chǎn)線20余條、?600mm以上大圓坯連鑄生產(chǎn)線20多條，產(chǎn)能超過1.2億噸，具備了生產(chǎn)高品質(zhì)大規(guī)格品種鋼的能力。正是由于品種鋼微合金化技術(shù)進步以及上述寬／大斷面連鑄機的大規(guī)模投產(chǎn)及其技術(shù)進步，一定程度上緩解了我國長期以來依靠進口或使用鑄錠來滿足高品質(zhì)品種鋼軋制需求的局面。

但與此同時，品種鋼連鑄生產(chǎn)過程面臨鑄坯裂紋頻發(fā)、內(nèi)部質(zhì)量不理想的困境，特別是隨著連鑄坯斷面的大型化，鑄坯缺陷所帶來的負面效應(yīng)尤顯突出，已成為限制高品質(zhì)品種鋼連鑄高效化生產(chǎn)的共性技術(shù)難題。

微合金品種鋼連鑄坯產(chǎn)生角部橫裂紋具有普遍性，開發(fā)有效且穩(wěn)定的裂紋控制技術(shù)一直是國內(nèi)外冶金工作者研究的熱點。目前，除了鋼水成分控制外，主要是圍繞連鑄工藝與裝備技術(shù)而展開，體現(xiàn)在以下幾個方面：1）優(yōu)化連鑄坯二冷配水工藝，使連鑄坯通過鑄流矯直區(qū)時避開相應(yīng)鋼種的第三脆性溫度區(qū)。該技術(shù)是目前控制微合金品種鋼連鑄板坯角部橫裂紋缺陷最常用的措施。其包括“熱行”和“冷行”兩條途徑，并以“熱行”路線最為普遍采用。然而，這兩條途徑均以降低連鑄機扇形段設(shè)備使用壽命為代價（“熱行”路線須大幅減少連鑄機矯直段前多個冷卻區(qū)的冷卻水量，常引發(fā)扇形段鑄輥表面保護渣與氧化鐵皮燒結(jié)物的黏結(jié)而降低鑄輥的使用壽命；“冷行”路線則將大幅增加鑄坯矯直應(yīng)力，降低扇形段鑄輥軸承及軸承套的使用壽命），且無法從根本上消除連鑄坯角部橫裂紋產(chǎn)生。

2)使用大倒角結(jié)晶器技術(shù)。使用該技術(shù)可大幅提高鑄坯角部過矯直的溫度，實現(xiàn)鑄坯高塑性過矯直，從而有效控制微合金品種鋼連鑄坯角部裂紋產(chǎn)生。但該技術(shù)使用過程對連鑄生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性要求較高，同時也面臨倒角面附近區(qū)域易產(chǎn)生表面縱裂紋、結(jié)晶器銅板使用壽命低等問題。

3)實施鑄坯二冷足輥段與立彎段垂直區(qū)強冷卻控制技術(shù)，使連鑄坯表層生成一層具有較強抗裂紋能力的組織。但該技術(shù)需要在很小的控制窗口（足輥段與立彎段垂直區(qū)）內(nèi)對鑄坯實施較大幅度的快速降溫與升溫控制。一方面，該控冷工藝實施復(fù)雜，且穩(wěn)定性難以把握；另一方面，目前多數(shù)連鑄機的高溫區(qū)冷卻能力無法滿足鑄坯角部的降溫與升溫幅度。目前僅日本新日鐵住金與韓國浦項等國際先進鋼鐵企業(yè)成功應(yīng)用該技術(shù)。

因此，結(jié)合微合金品種鋼凝固特點與連鑄坯鑄流溫度演工藝，使連鑄坯通過鑄流矯直區(qū)時避開相應(yīng)鋼種的第三脆性溫度區(qū)。該技術(shù)是目前控制微合金品種鋼連鑄板坯角部橫裂紋缺陷最常用的措施。其包括“熱行”和“冷行”兩條途徑，并以“熱行”路線最為普遍采用。然而，這兩條途徑均以降低連鑄機扇形段設(shè)備使用壽命為代價（“熱行”路線須大幅減少連鑄機矯直段前多個冷卻區(qū)的冷卻水量，常引發(fā)扇形段鑄輥表面保護渣與氧化鐵皮燒結(jié)物的黏結(jié)而降低鑄輥的使用壽命；“冷行”路線則將大幅增加鑄坯矯直應(yīng)力，降低扇形段鑄輥軸承及軸承套的使用壽命），且無法從根本上消除連鑄坯角部橫裂紋產(chǎn)生。

2)使用大倒角結(jié)晶器技術(shù)。使用該技術(shù)可大幅提高鑄坯角部過矯直的溫度，實現(xiàn)鑄坯高塑性過矯直，從而有效控制微合金品種鋼連鑄坯角部裂紋產(chǎn)生。但該技術(shù)使用過程對連鑄生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性要求較高，同時也面臨倒角面附近區(qū)域易產(chǎn)生表面縱裂紋、結(jié)晶器銅板使用壽命低等問題。

3)實施鑄坯二冷足輥段與立彎段垂直區(qū)強冷卻控制技術(shù)，使連鑄坯表層生成一層具有較強抗裂紋能力的組織。但該技術(shù)需要在很小的控制窗口（足輥段與立彎段垂直區(qū)）內(nèi)對鑄坯實施較大幅度的快速降溫與升溫控制。一方面，該控冷工藝實施復(fù)雜，且穩(wěn)定性難以把握；另一方面，目前多數(shù)連鑄機的高溫區(qū)冷卻能力無法滿足鑄坯角部的降溫與升溫幅度。目前僅日本新日鐵住金與韓國浦項等國際先進鋼鐵企業(yè)成功應(yīng)用該技術(shù)。

因此，結(jié)合微合金品種鋼凝固特點與連鑄坯鑄流溫度演變規(guī)律，深入研究微合金品種鋼連鑄坯裂紋產(chǎn)生的本質(zhì)原因，開發(fā)可實現(xiàn)鑄坯表層組織強化、從根本上消除裂紋產(chǎn)生的微合金品種鋼連鑄坯角部橫裂紋控制技術(shù)成為關(guān)鍵。

連鑄坯中心偏析與疏松是由于鑄坯凝固過程中鋼液選分結(jié)晶特性和凝固收縮特性所導(dǎo)致的固有缺陷，嚴重影響最終鋼產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命，制約著高端品種鋼的生產(chǎn)。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，主要依靠優(yōu)化連鑄坯二冷工藝并對連鑄坯施加外場作用（凝固末端壓下、末端電磁攪拌），以解決鑄坯內(nèi)部偏析與疏松問題。這些技術(shù)對于較小斷面或常規(guī)斷面連鑄坯生產(chǎn)較為有效，而對于寬（特）厚板坯、大方（圓）坯等寬／大斷面連鑄坯而言，其澆鑄速度較低、冷卻強度較弱，鑄坯凝固速率大大降低，同時隨著斷面的增寬加厚，其內(nèi)部冷卻條件明顯惡化，凝固組織中柱狀晶發(fā)達，枝晶間富含溶質(zhì)偏析元素的殘余鋼液流動趨于平衡，導(dǎo)致鑄坯偏析、疏松和縮孔缺陷愈加嚴重。使用常規(guī)技術(shù)手段，尚無法有效實現(xiàn)寬／大斷面連鑄坯的高致密、均質(zhì)化生產(chǎn)，具體原因主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1)由于鑄坯加厚引起的變形抗力與變形量增大，鑄坯增寬引起的溶質(zhì)非均勻擴散與分布趨勢加劇，傳統(tǒng)的輕壓下工藝已無法有效、穩(wěn)定控制液芯變形，從而無法實現(xiàn)凝固末端擠壓排除富集溶質(zhì)的鋼液和有效補償凝固收縮的目的。

2)近年來研究者提出了以日本住友金屬CPSS等為代表的大壓下技術(shù)，即通過增大凝固終點的壓下量達到消除中心偏析與疏松、提高鑄坯致密度的目的。然而，在大壓下量實施過程中，兩相區(qū)坯殼變形、凝固傳熱、溶質(zhì)微觀偏析、溶質(zhì)宏觀擴散、裂紋擴展等行為更加復(fù)雜多變，各行為之間的相互影響作用愈加突顯，目前現(xiàn)有研究方法與傳統(tǒng)輕壓下工藝理論已難以指導(dǎo)壓下參數(shù)設(shè)計，只能依靠反復(fù)的工業(yè)試驗進行不斷的優(yōu)化和調(diào)試，從而嚴重制約壓下工藝的實施效果和穩(wěn)定性。

3)連鑄坯凝固末端電磁攪拌技術(shù)。該技術(shù)實施需依靠準確的攪拌工藝為基礎(chǔ)。目前由于對大斷面連鑄坯凝固行為認識不充分，無法準確描述非穩(wěn)定凝固條件下的鑄坯兩相區(qū)凝固、流動和溶質(zhì)傳輸行為。與此同時，隨著坯殼厚度的增加，目前電磁攪拌能力與攪拌模式不足以驅(qū)動鋼液的流動，從而嚴重影響連鑄坯偏析和疏松的控制效果與穩(wěn)定性。

為此，針對當(dāng)前鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷升級、產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高的形勢，開發(fā)高致密度、均質(zhì)化的寬（特）厚板坯、大斷面方（圓）坯連鑄生產(chǎn)新工藝與裝備技術(shù)顯得十分重要而迫切。

東北大學(xué)朱苗勇教授及其研究團隊長期圍繞高品質(zhì)連鑄坯生產(chǎn)工藝與裝備技術(shù)開展研究，先后承擔(dān)和完成了國家杰出青年科學(xué)基金、國家科技支撐計劃、國家技術(shù)創(chuàng)新計劃以及企業(yè)重大合作開發(fā)等數(shù)十項課題，授權(quán)國家發(fā)明專利30余項，獲省部級科技獎勵7項。在連鑄坯裂紋控制方面，研究團隊通過近年的研究，揭示了產(chǎn)生微合金品種鋼連鑄坯表面裂紋的本質(zhì)機理，開發(fā)形成了有效消除微合金品種鋼連鑄坯角部裂紋的全曲面錐度結(jié)晶器與鑄坯二冷高溫區(qū)表層組織控冷相結(jié)合的裂紋控制裝備與工藝技術(shù)。在連鑄坯偏析與疏松控制方面，研究團隊自2003年起就從事鑄坯凝固末端壓下工藝與裝備技術(shù)研發(fā)工作，提出了確定壓下工藝關(guān)鍵參數(shù)的理論模型，開發(fā)了核心工藝控制模型與系統(tǒng)，并率先實現(xiàn)了板坯、大方坯凝固末端工藝控制技術(shù)的國產(chǎn)化研發(fā)與應(yīng)用，并在寶鋼梅山、攀鋼、天鋼、湘鋼、漣鋼、首鋼、邢鋼等十余家企業(yè)推廣應(yīng)用。目前，針對高品質(zhì)大斷面連鑄坯生產(chǎn)，研究團隊進行了鑄坯凝固末端重壓下技術(shù)研究與開發(fā)，并率先在大方坯連鑄機實施了應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。關(guān)鍵共性技術(shù)內(nèi)容

2.1 微合金鋼連鑄坯表面質(zhì)量控制工藝與裝備技術(shù)

微合金品種鋼連鑄坯凝固過程中，鋼中的Nb、V、Ti以及B等微合金元素極易與鋼中的C、N等元素結(jié)合，生成碳化物、氮化物以及碳氮化物。受傳統(tǒng)連鑄生產(chǎn)過程鑄坯初凝行為及控冷工藝的限制，這些微合金碳氮化物主要以鏈狀形式于鑄坯角部表層組織晶界大量析出，從而極大弱化了其晶界的強度；與此同時，鑄坯在后續(xù)凝固過程中，同樣受不合理冷卻模式的影響，膜狀或網(wǎng)狀先共析鐵素體優(yōu)先在鑄坯角部奧氏體晶界生成。受奧氏體與鐵素體軟硬相間應(yīng)力分配作用（鐵素體強度僅約為奧氏體強度1/4），鑄坯在彎曲和矯直過程的應(yīng)力極易在晶界鐵素體組織內(nèi)集中。受這些因素共同作用，微合金品種鋼的連鑄坯角部頻繁發(fā)生微橫裂紋缺陷。基于該本質(zhì)機理，要控制裂紋的產(chǎn)生，關(guān)鍵是要消除微合金碳氮化物以及先共析鐵素體膜在奧氏體晶界的形成。為此，需進行如下關(guān)鍵技術(shù)研究。

1)不同微合金種類及成分下碳氮化物析出行為研究。不同種類微合金元素與鋼中C、N元素的結(jié)合能力不同，且析出物的晶界與晶內(nèi)析出溫度、析出種類均不盡相同。需根據(jù)鋼中微合金元素的種類、鋼的成分，建立不同成分體系及含量下微合金碳氮化物在不同鋼組織相（奧氏體與鐵素體）及位置（晶內(nèi)、晶界）的析出熱力學(xué)與動力學(xué)模型，明確與成分體系相對應(yīng)的微合金元素碳氮化物在不同鋼組織相及其不同位置的析出溫度區(qū)及析出控制動力學(xué)條件。

2)初凝坯殼角部快冷卻細晶化控制技術(shù)開發(fā)。研究結(jié)晶器內(nèi)初凝坯殼凝固熱／力學(xué)行為，設(shè)計最佳的全曲面錐度結(jié)晶器銅板補償量與冷卻結(jié)構(gòu)，并揭示不同錐度補償量和冷卻結(jié)構(gòu)下坯殼角部熱歷程與晶粒生長規(guī)律，為開發(fā)有效實施結(jié)晶器內(nèi)鑄坯角部超快冷卻、細化晶粒的全曲面錐度結(jié)晶器技術(shù)與工藝提供設(shè)計參數(shù)指導(dǎo)，確保鑄坯角部一次凝固形成細小的奧氏體晶粒，并大幅降低鑄坯角部溫度，也減輕了連鑄二冷高溫區(qū)為強化鑄坯表層的組織而進行控冷的負擔(dān)。同時，通過鑄坯角部在初凝期的快速冷卻，抑制微合金碳氮化物在其奧氏體晶界生成。

3)鑄坯二冷高溫區(qū)表層組織強化控冷裝備與工藝技術(shù)開發(fā)。基于全曲面錐度結(jié)晶器技術(shù)，揭示鑄坯二冷足輥段與立彎段溫度演變規(guī)律，開發(fā)確保鑄坯角部局部快速冷卻、大回溫強化鑄坯二冷高溫區(qū)表層組織的智能控冷噴淋裝置與配水工藝，實現(xiàn)鑄坯表層組織的進一步細化。與此同時，通過鑄坯高溫區(qū)角部局部快速冷卻，進一步抑制鑄坯晶界碳氮化物與先共析鐵素體膜生成，有效實現(xiàn)鑄坯角部表層組織自身強化。

4)微合金品種鋼鑄坯表面裂紋控制技術(shù)的工業(yè)實施。結(jié)合企業(yè)微合金品種鋼成分體系、連鑄機裝備特點、鑄坯在鑄流內(nèi)的溫度演變規(guī)律，開發(fā)長壽命、可在線調(diào)寬、穩(wěn)定化的全曲面錐度結(jié)晶器及其角部快速冷卻工藝、鑄坯鑄流高溫區(qū)角部表層組織強化的智能控冷裝備與工藝，實現(xiàn)高品質(zhì)微合金品種鋼的高效化、穩(wěn)定化生產(chǎn)。2.2 高致密度、均質(zhì)化寬／大斷面連鑄坯生產(chǎn)工藝與裝備

針對寬／大斷面連鑄坯生產(chǎn)，采用傳統(tǒng)動態(tài)二冷配水優(yōu)化工藝、鑄坯凝固末端動態(tài)輕壓下技術(shù)，較難實現(xiàn)其高致密度、均質(zhì)化生產(chǎn)。而解決該技術(shù)難題最為行之有效的方法是協(xié)同采用鑄坯凝固末端重壓下技術(shù)與鑄坯凝固末端電磁攪拌技術(shù)。然而，由于難以準確描述大壓下量實施過程中輥壓力、熱應(yīng)力、矯直力、拉坯阻力等內(nèi)外力共同作用下的凝固坯殼與兩相區(qū)的動態(tài)變形行為，及其與溶質(zhì)宏微觀偏析、溶質(zhì)宏觀擴散、裂紋擴展之間的相互作用關(guān)系，嚴重制約了凝固末端重壓下工藝的實施可靠性與穩(wěn)定性。同時，由于暫無法準確描述非穩(wěn)定凝固條件下的鑄坯兩相區(qū)凝固、流動和溶質(zhì)傳輸行為，無法實現(xiàn)大斷面連鑄坯凝固末端電磁攪拌工藝的穩(wěn)定投用。因此，需要從理論研究、工藝開發(fā)、裝備控制技術(shù)開發(fā)等幾方面開展研究工作，真正解決凝固末端重壓下工藝的關(guān)鍵技術(shù)難點，實現(xiàn)該工藝的穩(wěn)定、有效投用。1)工藝理論研究方面：建立兩相區(qū)變形與溶質(zhì)偏析宏微觀多尺度多場耦合計算模擬，實現(xiàn)坯殼變形、凝固傳熱、溶質(zhì)宏觀傳輸、溶質(zhì)微觀偏析與相變的順序耦合計算。全面考慮寬／大斷面連鑄坯生產(chǎn)過程傳熱、流動和凝固現(xiàn)象，進而研究連鑄工藝參數(shù)和外場（重壓下、電磁攪拌、鼓肚力等）作用下寬／大斷面連鑄坯坯殼與兩相區(qū)變形行為。與此同時，建立考慮固相演變移動、夾雜物析出與多元合金交互作用的微觀組織模型，揭示寬／大斷面連鑄坯凝固組織演變機理，全面解釋重壓下工藝與電磁攪拌工藝對寬／大斷面連鑄坯中心偏析與疏松的改善效果，以及凝固組織的均質(zhì)化控制效果。

2)工藝控制技術(shù)開發(fā)方面：合理、有效的工藝控制技術(shù)是實施重壓下工藝的關(guān)鍵。在理論研究酌基礎(chǔ)上，針對寬（特）厚板坯／，大斷面方（圓）坯連鑄機的具體特點，系統(tǒng)研究并開發(fā)形成一系列適用于寬／大斷面連鑄坯的凝固末端壓下工藝控制技術(shù)模型，如基于扇形段／拉矯機壓力實時反饋的凝固末端檢測技術(shù)；消除寬／特厚板連鑄坯非均勻凝固導(dǎo)致橫截面距窄面1/8-1/4區(qū)域中心偏析與疏松的寬／特厚板壓下區(qū)間控制技術(shù)；基于凝固補縮原理與坯殼變形量在線檢測的壓下率／壓下量參數(shù)在線控制技術(shù)；確保鑄坯在拉坯方向與寬向上溫度的平滑、合理過渡的多維動態(tài)冷卻控制技術(shù)；用于有效混勻兩相區(qū)溶質(zhì)偏析鋼液、提高等軸晶率的凝固末端電磁攪拌技術(shù)；為避免壓下工藝調(diào)整過程中鑄坯寬展不均而導(dǎo)致“楔型坯”的鑄坯寬度的均勻調(diào)控工藝等。

3)裝備控制技術(shù)開發(fā)方面：穩(wěn)定、準確的裝備控制技術(shù)是實現(xiàn)凝固末端重壓下工藝的保障。針對寬（特）厚板、大斷面方（圓）坯連鑄機的具體特點，開發(fā)以熱坯作為量尺的輥縫在線標定技術(shù)，消除高溫與扇形段／拉矯機結(jié)構(gòu)變形所引起的輥縫誤差，同時實現(xiàn)生產(chǎn)過程中輥縫的在線標定；開發(fā)有效控制鑄坯延展變形，提高表面壓下量向固液界面?zhèn)鬟f效率的“堆鋼”壓下控制技術(shù)，顯著提高工藝實施效果；開發(fā)漸變曲率凸型輥壓下技術(shù)，實現(xiàn)對鑄坯液芯的有效擠壓，在提高壓下效率的同時降低鑄坯表面裂紋發(fā)生率；基于全曲面錐度結(jié)晶器／全曲面斜倒角結(jié)晶器，降低壓下過程已凝固坯殼的變形抗力，保證液芯的有效壓下。研究技術(shù)路線與實施方案

3.1 微合金鋼連鑄坯表面裂紋控制研究

1)利用數(shù)值模擬計算與在線測溫相結(jié)合技術(shù)，研究鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)與二冷鑄流內(nèi)的凝固熱／力學(xué)行為，為全曲面錐度結(jié)晶器技術(shù)開發(fā)與鑄坯二冷高溫區(qū)表層組織強化控冷裝備與工藝開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

2)建立不同類型析出物在不同鋼組織相及其位置的析出熱力學(xué)與動力學(xué)理論模型，并結(jié)合重熔凝固技術(shù)、透射電鏡等檢測手段，揭示鑄坯不同冷卻熱歷程下、不同鋼組織相及位置微合金碳氮化物析出行為規(guī)律，確定具體成分微合金品種鋼連鑄坯晶界析出控制的關(guān)鍵參數(shù)；基于鑄坯二冷溫度場演變規(guī)律，揭示連鑄坯角部不同熱歷程與微合金碳氮化物析出行為下組織晶內(nèi)與晶界的相變行為及演變規(guī)律，綜合開發(fā)有效抑制晶界膜狀或網(wǎng)狀先共析鐵素體生成的連鑄二冷配水工藝提供依據(jù)。3)基于上述研究，結(jié)合現(xiàn)場實際工況，研究開發(fā)連鑄坯表層組織控制的微合金品種鋼角部橫裂紋控制的全曲面錐度結(jié)晶器工藝與裝備技術(shù)、鑄坯二冷高溫區(qū)表層組織強化控冷工藝與裝備技術(shù)，集成開發(fā)從根本上強化鑄坯表層組織的微合金品種鋼連鑄坯角部橫裂紋控制技術(shù)。

3.2 寬／大斷面連鑄坯偏析疏松控制研究

受連鑄坯生產(chǎn)過程高溫特點以及凝固復(fù)雜性限制，目前尚無法定量描述鑄坯凝固末端壓下過程中坯殼變形對溶質(zhì)偏析元素再分配行為的影響規(guī)律，限制了工藝的應(yīng)用效果。對于寬（特）厚板連鑄坯、大斷面方（圓）坯而言，受其斷面增加影響，鑄坯凝固末端施加較大壓下量（率）所引起的兩相區(qū)的坯殼變形、鋼液流動、溶質(zhì)偏析和裂紋擴展等現(xiàn)象更為復(fù)雜，涉及現(xiàn)代冶金學(xué)、冶金反應(yīng)工程學(xué)、材料力學(xué)、控制工程等多學(xué)科理論與研究方法，需要理論研究與模擬計算、高溫物理模擬研究與現(xiàn)場試驗研究緊密結(jié)合。

凝固末端重壓下工藝開發(fā)方面，以數(shù)值仿真為主要研究手段，并采用試驗研究和物理模擬方法對仿真結(jié)果進行校驗，準確描述超大規(guī)格連鑄坯凝固末端壓下過程鑄坯變形行為、溶質(zhì)偏析行為以及內(nèi)裂紋。產(chǎn)生與擴展規(guī)律，最終開發(fā)形成寬／大斷面連鑄坯凝固末端壓下工藝。物理模擬研究主要涉及鑄坯高溫物性參數(shù)測定，同時模擬具體條件下鑄坯凝固前沿冷速、溫度和受力條件，為數(shù)值仿真計算提供必要的建模數(shù)據(jù)和校驗數(shù)據(jù)。最終，結(jié)合現(xiàn)場試驗，全面驗證凝固末端重壓下工藝的合理性。

階段研究進展

在微合金品種鋼連鑄坯表面裂紋控制方面，現(xiàn)已成功開發(fā)出全曲面錐度結(jié)晶器技術(shù)、鑄坯二冷高溫區(qū)表層組織強化控冷裝備與工藝技術(shù)。部分技術(shù)先后在天鋼、寶鋼梅鋼、建龍鋼鐵等企業(yè)投入應(yīng)用，穩(wěn)定實現(xiàn)了含Nb與含B微合金品種鋼板坯表面無缺陷率達99%以上，效果顯著。在高致密度、均質(zhì)化寬／大斷面連鑄坯生產(chǎn)技術(shù)方面，已開發(fā)形成寬厚板坯凝固末端非均勻壓下技術(shù)，并在鑄坯凝固末端重壓下工藝的核心工藝與裝備控制技術(shù)方面取得重要突破，順利開發(fā)出扇形段輥縫在線標定技術(shù)、基于拉矯機壓力實時反饋的凝固末端檢測技術(shù)、輥縫在線標定技術(shù)、“堆鋼”壓下控制技術(shù)、壓下率／壓下量參數(shù)在線控制技術(shù)、非均勻凝固末端壓下控制技術(shù)等重壓下關(guān)鍵技術(shù)。目前上述技術(shù)已經(jīng)天鋼寬厚板連鑄機、大連特鋼大方坯連鑄機投用。所開發(fā)的寬厚板坯非均勻凝固末端壓下技術(shù)在天鋼投用后，有效解決了寬厚板連鑄坯橫向1/4區(qū)域偏析嚴重’的技術(shù)難題，生產(chǎn)高強船板鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼寬厚板連鑄坯中心偏析≤C級1.O比例達到96%以上，中心疏松≤1.0級比例達到100%。所開發(fā)的重壓下技術(shù)確保了大連特鋼軸承鋼GCr15、礦山鋼572C、礦山鋼LTB-6等高碳合金鋼連鑄坯及軋材質(zhì)量改善明顯，其中軋制棒材中心疏松從2.0-2.5級降至1.5級以內(nèi)。使用重壓下技術(shù)前后軋材低倍質(zhì)量對比照片如圖1所示。

研究計劃

在上述原有相關(guān)技術(shù)研究與開發(fā)基礎(chǔ)上，計劃使用4年時間完成高品質(zhì)連鑄坯生產(chǎn)工藝與裝備技術(shù)開發(fā)。

◆2014年，完成全曲面錐度結(jié)晶器現(xiàn)場檢驗并開發(fā)出鑄坯二冷高溫區(qū)表層組織強化控冷裝備與工藝技術(shù)，初步集成開發(fā)出有效控制微合金品種鋼板坯角部裂紋新技術(shù)；獲得重工藝、設(shè)備參數(shù)對鑄坯變形行為的影響，開發(fā)大斷面連鑄方坯凝固末端重壓下工藝方案并進行初步現(xiàn)場試驗研究。

◆2015年，微合金品種鋼鑄坯表面裂紋控制裝備與工藝集成技術(shù)在2家以上企業(yè)得到應(yīng)用，解決全曲面錐度結(jié)晶器技術(shù)實際應(yīng)用所面臨的多鋼種和在線調(diào)寬等問題，實現(xiàn)企業(yè)含Nb、B等寬厚板坯微合金鋼的角部橫裂紋率≤1.0%，表面無清理率≥99.5%；進一步完善大斷面方坯連鑄坯末端重壓下關(guān)鍵工藝與裝備控制技術(shù)，研究形成避免寬（特）厚板、大斷面方（圓）坯凝固末端壓下實施過程中內(nèi)裂紋形成及擴展的重壓下限定準則，并在2家企業(yè)得到應(yīng)用。

◆2016年，全面推廣微合金品種鋼表面質(zhì)量控制技術(shù)；在寬／特厚板生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用實施寬／特厚板連鑄坯凝固末端重壓下工藝方案，實現(xiàn)典型品種鋼連鑄坯偏析和疏松的有效控制。

◆2017年，進一步完善理論、工藝與控制技術(shù)研究體系，在國內(nèi)3家以上企業(yè)推廣大斷面方坯、寬／特厚板坯凝固末端重壓下工藝與控制技術(shù)，全面提高鑄坯致密度與均質(zhì)化。預(yù)期效果

通過上述高品質(zhì)連鑄坯生產(chǎn)工藝與裝備技術(shù)開發(fā)，有望實現(xiàn)從根本上消除微合金品種鋼連鑄坯角部表面橫裂紋頻發(fā)現(xiàn)狀，實現(xiàn)我國微合金品種鋼連鑄坯的表面無缺陷化生產(chǎn)的目標。通過鑄坯凝固末端重壓下技術(shù)開發(fā)，有望最終開發(fā)形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的寬／大斷面連鑄坯凝固末端重壓下技術(shù)，全面實現(xiàn)高強工程機械用鋼、高強橋梁鋼、高強船板鋼、高級別管線鋼、新一代重軌鋼與火車車軸鋼等高附加值鋼種的高致密度、均質(zhì)化連鑄坯生產(chǎn)，全面解決寬／大斷面連鑄坯中心偏析與疏松及內(nèi)裂紋缺陷嚴重的共性技術(shù)難題。

第四篇：連鑄技術(shù)的發(fā)展

內(nèi)蒙古科技大學(xué) 本科生課程論文

題 目：連鑄技術(shù)的發(fā)展 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專 業(yè)：09成型 班 級： 指導(dǎo)教師：邢淑清

連鑄技術(shù)的發(fā)展

摘要：介紹了連鑄的歷史、發(fā)展、及其優(yōu)點，主要闡述了連鑄生產(chǎn)的相關(guān)技術(shù)及設(shè)備的應(yīng)用;同時詳細的介紹了高效連鑄生產(chǎn)技術(shù)和最新連鑄技術(shù)的發(fā)展。對連鑄技術(shù)的發(fā)展進行了展望。

關(guān)鍵詞：連鑄技術(shù)；連鑄設(shè)備；高效連鑄技術(shù)；發(fā)展現(xiàn)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(xié)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(yè)應(yīng)用。因為鋼的熔點和熱傳導(dǎo)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(jié)晶器。生產(chǎn)率低,常因金屬粘結(jié)結(jié)晶器而發(fā)生漏鋼。結(jié)晶器振動的概念由德國一非鐵金屬連鑄的先驅(qū)提出,于1952年用于德國某鋼廠的直結(jié)晶器立式連鑄機上, 這是連鑄工業(yè)化規(guī)模的開始。

由于技術(shù)限制,多年內(nèi)連鑄技術(shù)只限于小鋼廠,自1970年開始,連鑄開始用于鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)板坯。對凝固現(xiàn)象的科學(xué)合理的透徹理解,導(dǎo)致連鑄快速增長。連鑄技術(shù)

1.1連鑄技術(shù)簡介

連鑄是把液態(tài)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(huán)節(jié)，是煉鋼生產(chǎn)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(jié)晶器、結(jié)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(shù)的應(yīng)用徹底改變了煉鋼車間的生產(chǎn)流程和物流控制，為車間生產(chǎn)的連續(xù)化、自動化和信息技術(shù)的應(yīng)用以及大幅度改善環(huán)境和提高產(chǎn)品質(zhì)量提供了條件。此外，連鑄技術(shù)的發(fā)展，還會帶動冶金系統(tǒng)其他行業(yè)的發(fā)展，對企業(yè)組織結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的簡化與優(yōu)化有著重要的促進作用。1.2連鑄工藝的優(yōu)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(jīng)初軋機開坯得到鋼坯；而連鑄過程是在連續(xù)狀態(tài)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(tài)向固態(tài)的轉(zhuǎn)變過程中，體系內(nèi)存在動量、熱量和質(zhì)量的傳輸，相變、外力和應(yīng)力引起的變形，這些過程均十分復(fù)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(yōu)點[3]：

(1)簡化了鑄坯生產(chǎn)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(jié)省40％，占地面積可減少30％，操作費用可節(jié)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(xiàn)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(chǎn)出的鑄坯最接近最終產(chǎn)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(chǎn)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(jié)省能耗1／4～1／2。

(4)提高了生產(chǎn)過程的機械化、自動化水平，節(jié)省了勞動力，為提高勞動生產(chǎn)率創(chuàng)造了有利條件，并可進行企業(yè)的現(xiàn)代化管理升級。1.3我國連鑄技術(shù)的發(fā)展狀況

中國是世界上研究和應(yīng)用連鑄技術(shù)較早的國家,從20世紀50年代起就開始連鑄技術(shù)的研究,60年代初進入到連鑄技術(shù)工業(yè)應(yīng)用階段。但是,從60年代末到70年代末,連鑄技術(shù)幾乎停滯不前。1982年統(tǒng)計數(shù)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(shù)進入新的發(fā)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(shù)飛速發(fā)展。到2005年,中國除海南、寧夏、西藏外,其他各省(市、自治區(qū))都有了連鑄,連鑄比已經(jīng)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(chǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

2.1連鑄設(shè)備

連鑄機的發(fā)展大致經(jīng)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(yīng)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(chǎn)量要求外,從生產(chǎn)率、鑄坯品種質(zhì)量、鑄坯斷面、降低連鑄機高度、節(jié)省基建和設(shè)備投資等方面綜合分析,弧形連鑄機是被應(yīng)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(nèi)弧側(cè)夾雜物的積聚問題。

連鑄生產(chǎn)所用設(shè)備通常可分為主體設(shè)備和輔助設(shè)備兩大部分。主體設(shè)備主要包括:(1)澆鑄設(shè)備-鋼包運輸設(shè)備、中間包及中間包小車或旋轉(zhuǎn)臺;(2)結(jié)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(shè)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(shè)備-火焰切割機與機械剪切機等。

輔助設(shè)備主要包括:(1)出坯及精整設(shè)備-輥道、推(拉)鋼機、翻鋼機、火焰

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

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

(2)中間包及其烘烤裝置的關(guān)鍵技術(shù)有:中間包大型化(已達40～80t),中間包結(jié)構(gòu)形狀的優(yōu)化、擋渣墻的設(shè)置和新型耐火材料的利用,鋼水自動稱量反饋系統(tǒng),中間包冶金技術(shù),采用陶瓷泡沫過濾器過濾各類夾雜物,熱中間包循環(huán)使用工藝和設(shè)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(tǒng),烘烤裝置自動點火器,浸入式水口內(nèi)部烘烤技術(shù)。

(3)中間包車關(guān)鍵技術(shù)有:結(jié)晶器液面檢測器安裝機構(gòu),復(fù)雜緊湊的機械結(jié)構(gòu)、電纜及管線走向設(shè)計,長水口自動安裝機械手(被設(shè)計在中間包車上),中間包傾斜澆注技術(shù)(提高金屬收得率)。

(4)結(jié)晶器關(guān)鍵技術(shù)有:結(jié)晶器倒錐度,在線熱狀態(tài)調(diào)寬調(diào)錐度系統(tǒng),結(jié)晶器在線停機調(diào)厚,高速澆鑄時銅板冷卻水高流速均勻傳熱冷卻結(jié)構(gòu),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(tǒng),漏鋼預(yù)報及熱成像系統(tǒng),結(jié)晶器銅板熱面溫度控制系統(tǒng)及最低進水溫度控制,結(jié)晶器電磁攪拌和電磁制動,一個結(jié)晶器澆多流鑄坯的插裝式結(jié)構(gòu),結(jié)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(jié)晶器足輥或高拉速時采用格柵支承結(jié)構(gòu),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(shè)施。

(5)結(jié)晶器振動裝置關(guān)鍵技術(shù)有:液壓伺服振動機構(gòu)(能在澆鑄過程中改變振幅、頻率和波形偏斜率),緩沖力的優(yōu)化,高頻率小振幅工藝的優(yōu)化,振動體質(zhì)量的最小化及板簧導(dǎo)向系統(tǒng),外裝式結(jié)晶器電磁鋼流控制裝置的支撐與運轉(zhuǎn)機構(gòu),內(nèi)裝式結(jié)晶器電磁鋼流控制裝置的支撐機構(gòu),結(jié)晶器運動狀況動態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)(主要 5

監(jiān)視摩擦力的變化),結(jié)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(guān)鍵技術(shù)有:調(diào)寬調(diào)厚裝置及工藝設(shè)備參數(shù),設(shè)備冷卻、有效潤滑及防漏鋼設(shè)施,牢靠的定位與對弧調(diào)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(shù)、單晶連鑄技術(shù)、連鑄坯高溫?zé)崴蜔嵫b及直接軋制、水平連鑄技術(shù)、鑄坯的輕壓下技術(shù)以及中間包冶金等技術(shù),將對我國連鑄甚至整個鋼鐵工業(yè)的發(fā)展起到重要的促進作用。

3高效連鑄生產(chǎn)

3.1高效連鑄作用

3.1.1連鑄坯產(chǎn)量大幅度提高

從1989年到2001年我國連鑄坯產(chǎn)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(chǎn)率，要想達到這樣的總產(chǎn)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(shù)為鋼鐵行業(yè)的調(diào)整結(jié)構(gòu)降低成本作出了貢獻。3.1.2實現(xiàn)煉鋼車間的爐機匹配

我國的轉(zhuǎn)爐車間爐容從幾噸到200t都有小方坯生產(chǎn)。由于小方坯鑄機生產(chǎn)能力低，3臺轉(zhuǎn)爐配4、5臺甚至6臺連鑄機，匹配關(guān)系復(fù)雜混亂，工藝制度不能保證。這反過來又影響了鑄機生產(chǎn)和鑄坯質(zhì)量。3.1.3經(jīng)濟效益

實現(xiàn)高效連鑄使各項技術(shù)指標提高，消耗下降，鑄坯質(zhì)量改善，可使企業(yè)降低成本節(jié)省投資，獲得很大的經(jīng)濟效益。3.2提高連鑄機生產(chǎn)率的途徑

提高連鑄機產(chǎn)量，主要是從提高連鑄機拉速和提高連鑄機作業(yè)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(jié)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(jié)晶器坯殼不漏鋼，其核心技術(shù)就是優(yōu)化結(jié)晶器錐度，開發(fā)新型結(jié)晶器，包括：Concast的凸模結(jié)晶器（CONVEX MOLD）；Danieli自適應(yīng)結(jié)晶器（DANAM）；VAI的鉆石結(jié)晶器（DIAMOLD）；Paul Wurth的多錐度結(jié)晶器。雖然結(jié)晶器名稱不相同，但其實質(zhì)就是使結(jié)晶器錐度與坯殼收縮相一致，不致于產(chǎn)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(guān)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(jié)晶器型式 拋物線 凸型 自適應(yīng) 鉆石 鉆石

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

我國鋼材生產(chǎn)結(jié)構(gòu)是長型材較多,板材比較低(約40%),反映在連鑄機建設(shè)上是中小型鋼廠建設(shè)小方坯連鑄機較多。據(jù)統(tǒng)計,我國共建小方坯連鑄機280臺 7

978流,年產(chǎn)量近6000萬ｔ,平均單流年產(chǎn)量約為6萬ｔ。與國外比較,連鑄機生產(chǎn)率還較低。為提高連鑄機生產(chǎn)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(jīng)過高效化改造后,單流年產(chǎn)量已達到15～20萬ｔ的國際水平。3.2.2提高連鑄機作業(yè)率

提高連鑄機作業(yè)率的技術(shù)有：

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

（2）長時間澆注連鑄機設(shè)備長壽命技術(shù)：長壽命結(jié)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(wěn)定化操作技術(shù)：結(jié)晶器防漏鋼預(yù)報系統(tǒng)；結(jié)晶器漏鋼報警系統(tǒng)；結(jié)晶器熱狀態(tài)運行檢測系統(tǒng)。

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

3.3提高連鑄坯質(zhì)量技術(shù) 3.3.1提高連鑄坯潔凈度技術(shù)

（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(chǎn)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(tǒng)工程。就連鑄過程而言，要得到潔凈的連鑄坯，其任務(wù)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(yīng)創(chuàng)造條件在中間包和結(jié)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(huán)境（空氣、渣、包襯）相互作用、鋼水流動的穩(wěn)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(shù)，鋼水流動控制；中間包材質(zhì)堿性化（堿性復(fù)蓋劑，堿性包襯）；中間包電磁離心分離技術(shù)；中間包熱循環(huán)操作技術(shù)；中間包的穩(wěn)定澆注技術(shù)；防止下渣和卷渣技術(shù)；結(jié)晶器流動控制技術(shù)；結(jié)晶器EMBR技術(shù)。3.3.2提高鑄坯表面質(zhì)量的控制技術(shù)

鑄坯表面質(zhì)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(chǎn)生主要決定于鋼水在結(jié)晶器的凝固過程。要清除鑄坯表面缺陷，應(yīng)采用以下技術(shù)：結(jié)晶器鋼液面穩(wěn)定性控制；結(jié)晶器振動技術(shù)；結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼生長均勻性控制技術(shù)；結(jié)晶器鋼液流動狀況合理控制技術(shù)；結(jié)晶器保護渣技術(shù)。3.3.3提高連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的控制技術(shù)

連鑄坯內(nèi)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(xué)性能惡化，使管線鋼氫脆和高碳硬線脆斷。鑄坯內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生主要決定帶液芯的鑄坯在二冷區(qū)的凝固過程。要消除鑄坯內(nèi)部缺陷，可采用以下技術(shù)措施：低溫澆注技術(shù)；鑄坯均勻冷卻技術(shù)；防止鑄坯鼓肚變形技術(shù)；輕壓下技術(shù)；電磁攪拌技術(shù)；凝固末端強冷技術(shù)；多點或連續(xù)矯直技術(shù)；壓縮鑄造技術(shù)。

[7]4最新連鑄技術(shù)的發(fā)展

4.1近終形連鑄技術(shù)的發(fā)展

世界鋼鐵生產(chǎn)者開始尋求技術(shù)改進以擴展連鑄的優(yōu)勢。1989年,德國供應(yīng)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(shè)計了漏斗形結(jié)晶器,其它與傳統(tǒng)連鑄機相似。導(dǎo)致世界范圍內(nèi)薄板坯連鑄機的商業(yè)化發(fā)

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(shù)進步的腳步停止,其代表為R&D在貝西默的獨創(chuàng)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(yè)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(chǎn)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(zhuǎn)輥中。兩個陶瓷側(cè)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(dāng)它們通過鑄輥時形成連續(xù)的鋼帶,從結(jié)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(chǎn)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(chǎn)率較高,能耗降低。4.2 結(jié)晶器幾何形狀的演變

結(jié)晶器是鑄機的心臟,結(jié)晶器設(shè)計相應(yīng)決定了鑄速和生產(chǎn)率。為提高鑄速和生產(chǎn)率,需要適當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶器幾何形狀,以提高熱傳輸和降低結(jié)晶器摩擦。4.2.1厚板坯連鑄機的直結(jié)晶器

從傳統(tǒng)的弧形結(jié)晶器到直結(jié)晶器的采用,保證在整個結(jié)晶器長度內(nèi)鑄流、坯

殼與結(jié)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(yōu)良內(nèi)部質(zhì)量。4.2.2小方坯的多段結(jié)晶器

多段結(jié)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(jié)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(jié)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(tǒng)有足輥結(jié)晶器連鑄機的3.5m/min,而且,漏鋼率也較傳統(tǒng)鑄機降低0.50%～1.0%。4.2.3錐度結(jié)晶器

錐度結(jié)晶器可用于大方坯/小方坯和板坯連鑄機,拋物線結(jié)晶器的引入成為連鑄歷史的轉(zhuǎn)折點。結(jié)晶器錐度依賴于鋼種和鑄速,結(jié)晶器設(shè)計上考慮鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的鑄坯收縮,以使結(jié)晶器與鑄坯接觸,保證良好傳熱。在高速澆鑄下,鋼在結(jié)晶器內(nèi)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(tài)鋼水的靜壓力,為此,結(jié)晶器筒在不同段設(shè)計成多種錐度,主要考慮鋼水收縮,保證鋼坯與結(jié)晶器的良好接觸。

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

4.2.4小方坯鑄機的結(jié)晶器長度

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

理想的結(jié)晶器振動是充分利用結(jié)晶器優(yōu)化設(shè)計的前提。液壓結(jié)晶器振動采用二個液壓缸控制伺服閥,每個伺服閥預(yù)先設(shè)定設(shè)置點,將結(jié)晶器設(shè)置成周期性振動。對伺服閥儲存不同的設(shè)置點實現(xiàn)相應(yīng)的振動速度曲線,正弦函數(shù)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(shù)能自動與預(yù)設(shè)定的函數(shù)序列相適應(yīng)。其優(yōu)點包括:振動曲線、振幅、振頻的在線控制,減少結(jié)晶器摩擦,減輕結(jié)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(jié)晶器振動的三角模式

結(jié)晶器振動利于保護最初形成的坯殼,需要一個合理的結(jié)晶器正向和負向振動以降低坯殼的拉應(yīng)力,使結(jié)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(jié)晶器摩擦增大。為此,開發(fā)了三角模式振動,通過調(diào)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(jié)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(jié)晶器寬度調(diào)整

在線液壓結(jié)晶器寬度調(diào)整利于生產(chǎn)不同尺寸板坯,減小下線時間。該系統(tǒng)可提高連鑄產(chǎn)品大綱的靈活性,提高生產(chǎn)率。4.3.4結(jié)晶器液面自動控制

當(dāng)前結(jié)晶器液面控制通常采用塞棒調(diào)整中間包滑板開閉進行。結(jié)晶器液面探測可采用放射性同位素,系統(tǒng)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(shè)定值相比較。控制器根據(jù)反饋結(jié)果輸出信號促使伺服驅(qū)動開閉塞棒激勵器。伺服驅(qū)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(jié)晶器進行設(shè)定,如果液面達到固定的設(shè)定值,自動從時間曲線控制切換到閉環(huán)控制。其主要優(yōu)點是優(yōu)良的表面/皮下質(zhì)量,較輕的振痕深度和低一倍的漏鋼率,因此提高了生產(chǎn)率。4.4電磁攪拌

連鑄坯組織為較外層柱狀晶區(qū)為中心等軸晶區(qū)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(qū),中間包內(nèi)鋼水溫度應(yīng)接近液相線溫度,EMS(電磁攪拌)能限制柱晶結(jié)晶,促進細小規(guī)則等軸晶形成。攪拌器的工作原理包括磁場的產(chǎn)生,磁場穿透凝固殼,在鋼液中感應(yīng)出傅科勒特電流。這種感應(yīng)電流和磁感應(yīng)產(chǎn)生一個電磁力,使液態(tài)金屬產(chǎn)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(dǎo)致凝固前沿的熱梯度減小,柱狀晶生長條件不復(fù)存在。這些運動導(dǎo)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(jù)需要攪拌器可放于結(jié)晶器或結(jié)晶器之下。對大方坯/小方坯連鑄機,EMS可提高表面/皮下質(zhì)量,減少合金偏析、渣坑和針孔,其主要優(yōu)點是通過增大等軸晶區(qū)提高內(nèi)部質(zhì)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(qū)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(fā)生。

攪拌器類型應(yīng)根據(jù)澆鑄產(chǎn)品的冶金要求和攪拌參數(shù)如強度、頻率、磁場方向等進行選擇,而且設(shè)計和位置應(yīng)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(dǎo)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(yīng)磁場技術(shù)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(jié)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(diào)整拉坯段的錐度,對出結(jié)晶器后的鑄坯采用外加機械壓力減輕中心疏松、偏析、化學(xué)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(shù)取決于鑄機布置、鑄速、鋼的化學(xué)成分、鋼水過熱度及鑄坯二次冷卻。改進的動態(tài)輥縫調(diào)整技術(shù)可適應(yīng)拉坯過程中澆鑄參數(shù)的變化。4.6連鑄自動化

二級自動化系統(tǒng)能改善質(zhì)量和提高生產(chǎn)率,連鑄工藝和質(zhì)量自動控制系統(tǒng)包括結(jié)晶器液面控制、鑄坯錐度控制、速度控制數(shù)學(xué)模型、噴水冷卻系統(tǒng)和長度切割優(yōu)化等[8]。5發(fā)展趨勢

5.1進一步發(fā)展高效連鑄技術(shù)(傳統(tǒng)連鑄技術(shù)的發(fā)展方向)[9]。

高效連鑄技術(shù)是指連鑄機實現(xiàn)高拉速、高作業(yè)率、高連澆爐數(shù)及低拉漏率生產(chǎn)高溫?zé)o表面缺陷連鑄坯的技術(shù)。實現(xiàn)連鑄高效化的前提是：及時為連鑄機供應(yīng)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(lián)網(wǎng)控制；具有高質(zhì)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(shù)等。實現(xiàn)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(jié)晶器和二冷段的冷卻效果、結(jié)晶器的液面控制及相關(guān)技術(shù)問題。

5.2推廣近終形連鑄技術(shù)。

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

液芯壓下又稱軟壓下,是在鑄坯出結(jié)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(jù)液芯壓下的終點位置又分靜態(tài)壓下和動態(tài)壓下。液芯壓下的終點位置不變,在一個扇形段內(nèi)結(jié)束的稱靜態(tài)液芯壓下。動態(tài)液芯壓下是指根據(jù)鋼種、過熱度、澆注速度及冷卻模型計算液芯長度,依據(jù)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(qū)域。動態(tài)液芯壓下可細化晶粒,減少中心偏析,明顯提高鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量。由于靜態(tài)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(nèi)部質(zhì)量的提高不大。目前CSP、QSP采用的是靜態(tài)液芯壓下,FTSR采用的是動態(tài)液芯壓下技術(shù)[11,12]。

6結(jié)論

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

(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(chǎn)量已達到國際先進水平。但我國連鑄機平均作業(yè)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(yè)率以增加連鑄機產(chǎn)量還有較大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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

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第五篇：連鑄三大件發(fā)展現(xiàn)狀

武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

連鑄“三大件”發(fā)展現(xiàn)狀

姓名：徐騰騰 班級：無機非金屬材料工程（卓越）1101 學(xué)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(chǎn)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(zhì)量的好壞對于連鑄乃至整個鋼廠生產(chǎn)的連續(xù)性與穩(wěn)定性有重要的意義。其材質(zhì)主要是鋁碳質(zhì)，以氧化鋁和炭素為原料，大多數(shù)情況下還加入添加劑，如SiC、單質(zhì)Si等，用瀝青或樹脂等有機結(jié)合劑粘結(jié)而成的碳復(fù)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(chǎn)過程、應(yīng)用及在使用中出現(xiàn)的問題分析其發(fā)展現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：連鑄 三大件 發(fā)展現(xiàn)狀 AlO－C 前言

進入2000年以后, 隨著連鑄技術(shù)的日臻成熟,高效連鑄技術(shù)已成為鋼鐵行業(yè)發(fā)展重點。高效連鑄技術(shù)是以高拉速為核心,以高質(zhì)量連鑄坯無缺陷生產(chǎn)為基礎(chǔ),實現(xiàn)高連澆率、高作業(yè)率連鑄的系統(tǒng)技術(shù)。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(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品品種、質(zhì)量水平方面，正逐步追趕紓解先進水平，取代某些進口產(chǎn)品，以滿足我國煉鐵生產(chǎn)發(fā)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(huán)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(chǎn)過程、應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀；解決其存在的壽命低、成本高、生產(chǎn)復(fù)雜的問題。通過對其從原料到成品和所處環(huán)境的分析，以及與國外產(chǎn)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(chǎn)成本，促進鋼鐵工業(yè)的發(fā)展。連鑄“三大件”使用環(huán)境 武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

連鑄“三大件”在連鑄系統(tǒng)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(jié)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(chǎn)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(jīng)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(tài)，導(dǎo)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(dāng)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(nèi)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(zhì)量；（2）減少鋼中易氧化元素的氧化產(chǎn)物在水口內(nèi)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(zhì)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(chǔ)上，為進一步改善其性能從材質(zhì)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(shù)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(zhì)量,在中間包與結(jié)晶器之間設(shè)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(diào)節(jié)鋼水流動狀態(tài)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(zhì)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(chǎn)生的負壓作用下滲透到水口內(nèi)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(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

3連鑄“三大件”原料選擇 3.1 簡介

近年來，國內(nèi)連鑄鋼產(chǎn)量不斷增加，連鑄“三大件”大多采用Al2O3－C質(zhì)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(fù)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(fā)了低碳、無碳和低硅、無硅的復(fù)合產(chǎn)品。

3.2 骨料

鋁碳質(zhì)耐火材料中的Al2O3組分主要選用電熔剛玉、燒結(jié)剛玉。電熔或燒結(jié)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(yè)氧化鋁為原料在電弧爐內(nèi)熔融并除去雜質(zhì)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(xué)穩(wěn)定性高。電熔剛玉有兩種生產(chǎn)方法，一是間歇式熔塊法（脫殼爐）；二是半連續(xù)式傾倒法（煉鋼電爐）。燒結(jié)氧化鋁是以工業(yè)氧化鋁為原料，經(jīng)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(nèi)或在顆粒之間形成脈狀網(wǎng)絡(luò)碳鏈結(jié)構(gòu)，形成“碳結(jié)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(nèi)部滲透；碳還可以耐火制品的導(dǎo)熱性，避免制品的某個部位因溫度過高而導(dǎo)致制品的剝落、斷裂。鋁碳質(zhì)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(yōu)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(jié)合劑

鋁碳質(zhì)耐火材料常用的結(jié)合劑有：樹脂、焦油、瀝青等。采用熱固性酚醛樹脂結(jié)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(yōu)良。

4連鑄“三大件”的生產(chǎn)過程

連鑄“三大件”雖然功能不同，但有著相同或相似的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點、使用條件、性能要求等，因而在生產(chǎn)中采用幾乎完全相同的工藝。這3種產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及高性能特點決定了它們從生產(chǎn)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(zhì)外，絕大多數(shù)為鋁炭質(zhì)：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(jié) 武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

合劑形成碳結(jié)合，保護氣氛熱處理。連鑄“三大件”是一類技術(shù)含量高的耐火材料產(chǎn)品，對工藝過程、工藝參數(shù)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(chǎn)品質(zhì)量高度穩(wěn)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(jié)合劑等。原料的選擇對產(chǎn)品的品質(zhì)、使用效果有很大的影響。因此生產(chǎn)三大件產(chǎn)品對原料的純度、粒度、乃至結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(chǎn)品本體用剛玉原料或高鋁原料，渣線采用部分穩(wěn)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(zhì)。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(zhì)、粒度配比與產(chǎn)品抗熱震性、抗侵蝕性、抗沖刷性密切相關(guān)。一般骨料粒度不大于1mm，產(chǎn)品關(guān)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(chǎn)品中均大量采用天然鱗片石墨，石墨組分對產(chǎn)品的最重要貢獻是賦予其高抗熱震性以適應(yīng)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(guān)系。多數(shù)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(zhì)含量。

4.1.2.1 納米碳纖維

納米碳纖維不僅具有石墨極優(yōu)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(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

導(dǎo)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(yīng)生成碳纖維，分析碳纖維顯微結(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)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?zhí)剂?5%；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(fù)合粉體，按照一定的混合順序?qū)⒋诸w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(jié)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(xué)沉積法制備納米碳纖維。采用掃描電子顯微鏡對產(chǎn)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(jié)構(gòu)的影響。圖1為分別以0.5%(質(zhì)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(jié)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(dǎo)致碳納米纖維的生長受到抑制溫度影響著化學(xué)反應(yīng)的進行，根據(jù)Lindermann離子理論，單分子發(fā)生熱反應(yīng)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(dāng)溫需要度升高，超過一定速度的粒子數(shù)目會隨著溫度的升高迅速增加，反應(yīng)粒子的碰撞頻繁發(fā)生，活化中間物的濃度升高，反應(yīng)產(chǎn)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(nèi)生長出大量結(jié)節(jié)狀碳纖維物質(zhì)，這些纖維狀物質(zhì)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(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

加入硝酸鎳的鋁碳耐火材料基體內(nèi)生長出大量管狀碳纖維物質(zhì)，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(jīng)過所謂“中間體”的“液晶體”變?yōu)楣腆w，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(jié)晶中間體”，故形成的碳難以石墨化，碳化產(chǎn)物通常是各向同性的無定型碳。鋁碳質(zhì)耐火材料用酚醛樹脂作結(jié)合劑，加入量為3%～8%。酚醛樹脂在加熱到約200～800℃時發(fā)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(chǎn)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(jié)構(gòu)的纖維。實驗中試樣的結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的溫度區(qū)間(600～1200℃)，另外納米結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的碳提供了生長條件。酚醛樹 武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

脂為結(jié)合劑加熱后提供碳源，根據(jù)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(tài): 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(nèi)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(shè)該過程是一個化學(xué)平衡過程，納米碳纖維就可以連續(xù)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(zhì)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(dāng)碳纖維生長結(jié)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(guān)。當(dāng)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(fā)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(xué)耐火材料新技術(shù)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(jié)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(nèi)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(yīng)溫度有關(guān)。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(jié)論

(1)在常規(guī)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(nèi)都能生長出納米碳纖維狀物質(zhì)，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(guān)。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(chǎn)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(shù)添加劑緩沖熱應(yīng)力提高抗熱沖擊性等。目前所應(yīng)用的功能耐火材料多數(shù)是碳結(jié)合的含碳耐火材料，防氧化問題是在產(chǎn)品組成設(shè)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(chǎn)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(yīng)，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(jié)晶、提高高溫強度等。4.1.3.1 納米添加劑

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米粉生產(chǎn)成本降低，分散技術(shù)提高，納米粉應(yīng)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(chǔ)配比(w)為: 電熔剛玉(粒度≤0.2 武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)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(zhì)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(chǎn)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(fù)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(jié)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(fù)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(yōu)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(xiàn)了呈互鎖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的片狀A(yù)l3CON 晶相，這是由納米板狀氧化鋁與碳納米管反應(yīng)形成的，是連接碳和氧化鋁的化學(xué)相，使材料具有優(yōu)異的熱態(tài)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(tài)(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(guān)鍵在于所引入的助熔劑的種類和數(shù)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(tài)下的粘度、揮發(fā)溫度和線膨脹系數(shù)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(xiàn)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(fā)。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(xiàn)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(shù)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(shù)，使防氧化涂料與坯體的線膨脹系數(shù)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(jù)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(fā)揮其優(yōu)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(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

其化學(xué)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(yōu)點:(1)硼熔塊中不含結(jié)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(xiàn)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(chǎn)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(dāng)強度的結(jié)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(jīng)過多次試驗,篩選出各原料的最佳加入量(質(zhì)量分數(shù)): 石英40%, 硼熔塊40%, 鉀長石15%,鋰輝石5%,外加色劑5%和結(jié)合劑50% ～70%。各原料按配比放入球磨機中,加入結(jié)合劑,料、球與結(jié)合劑的質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)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(jié)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(fā)現(xiàn)試樣在各溫度點均沒有發(fā)現(xiàn)有氧化現(xiàn)象。說明本涂料在高溫氧化氣氛下對連鑄三大件產(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)裂紋造成的,出現(xiàn)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(chǎn)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(xué)耐火材料新技術(shù)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(fā)現(xiàn),三大件產(chǎn)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(fā)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(chǎn)生液相,或產(chǎn)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(qū)間應(yīng)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(fā),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(tài)連鑄三大件防氧化涂料一般有兩種狀態(tài):一種是含碳制品防氧化涂層不經(jīng)高溫成釉直接去現(xiàn)場使用,制品在烘烤及使用時成釉,現(xiàn)多數(shù)生產(chǎn)含碳連鑄三大件廠家普遍采用這種生產(chǎn)工藝；另一種是噴涂防氧化涂料的制品經(jīng)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(chǎn)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(jīng)烘干后, 涂層和水口外表面附著良好,涂層沒有出現(xiàn)裂紋及鼓泡現(xiàn)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(fā)現(xiàn)水口外部有8mm左右的輕微氧化現(xiàn)象,其余為未氧化層。釉層顏色黑亮,沒有裂紋產(chǎn)生,說明涂料和浸入式水口本體的線膨脹系數(shù)匹配,并且涂料自身愈合性較好。從使用結(jié)果可知,涂有本試驗防氧化涂料的浸入式水口,氧化主要發(fā)生在低溫烘烤階段,就防氧化涂料的使用效果來看,已經(jīng)滿足了使用要求。

5.結(jié)語

(1)使用鉀長石、鋰輝石、石英及硼熔塊為主要原料,可開發(fā)出性能優(yōu)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(fā)生在成釉前及部分氧化物揮發(fā)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(jié)合劑

連鑄“三大件”幾乎無例外地采用酚醛樹脂作為結(jié)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(jié)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(wěn)定、殘?zhí)几摺ざ群线m。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(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

合適的樹脂是生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)。樹脂的加入量因材料的不同、石墨含量的不同而有所區(qū)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(zhì)量是影響到后續(xù)工藝和最終產(chǎn)品性能好壞的非常關(guān)鍵的因素，是保證產(chǎn)品具有均勻一致組織結(jié)構(gòu)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(shè)備和工藝參數(shù)的選擇對此有重要影響。常用混料設(shè)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(yù)混合粉料、石墨、樹脂等，混練，兼具造粒作用。烘干設(shè)備可采用耐火材料常規(guī)干燥設(shè)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(jù)連鑄“三大件”的外型細長、中間有流鋼通道的結(jié)構(gòu)特點和使用時高可靠性、高重現(xiàn)性的要求，生產(chǎn)中采用冷等靜壓應(yīng)是當(dāng)前最合適的成型方式，能保證細長中空結(jié)構(gòu)的水口在整個長度方向上具有相同的品質(zhì)。所用設(shè)備為冷等靜壓機，液體介質(zhì)，橡膠模套，鋼制模芯。較合適的工藝參數(shù)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(jié)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(fā)分的排出和分解反應(yīng)溫度而制定，熱處理溫度常取900～1250℃，熱處理設(shè)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(fù)性要求產(chǎn)品杜絕任何內(nèi)部損傷，產(chǎn)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(chǎn)品局部或全部外型尺寸需進行加工。同時，為防止在現(xiàn)場烘烤和使用時免遭氧化，產(chǎn)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(chǎn)品表面良好鋪展和能在較寬的溫度范圍內(nèi)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(chǎn)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(chǎn)品的要求上有所不同，在材質(zhì)，結(jié)構(gòu)等方面還有各自的特點。武漢科技大學(xué)耐火材料新技術(shù)課程論文

4連鑄“三大件”使用中的問題

鋁碳質(zhì)水口由于具有一系列的優(yōu)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(dǎo)致在渣線部位形成縮頸現(xiàn)象甚至斷裂；水口內(nèi)壁容易被鋼水脫氧產(chǎn)物Al2O3 等沉積而堵塞水口。并且由于新連鑄技術(shù)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(zhì)開發(fā)出一種Al2O3C質(zhì)復(fù)合材料。這是由于氧化鋯具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)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(yōu)質(zhì)鋁鋯碳質(zhì)復(fù)合水口比鋁碳質(zhì)水口壽命提高近一倍,使用壽命可達到1200min。武漢鋼鐵學(xué)院和秦皇島耐火材料廠合作,于1988年在國內(nèi)首先試制成功了鋁碳/鋯碳復(fù)合式水口,最高澆鑄爐數(shù)11 爐(通鋼量789.4t),使用后的水口磚無剝落, 無裂紋, 復(fù)合式水口無異常現(xiàn)象,水口孔側(cè)渣線處平均侵蝕速度0.720mm爐～0.95mm爐,水口內(nèi)徑侵蝕速度為0.125mm爐～0.166mm爐。目前, 我國石英質(zhì)水口的使用壽命為4～5次,鋁碳質(zhì)水口的使用壽命為5～7次,鋁碳一鋯碳質(zhì)復(fù)合水口的使用壽命為6～9次,明顯優(yōu)于前兩種。例如青島耐火廠生產(chǎn)的鋁碳一鋯碳質(zhì)復(fù)合水口在寶鋼大板坯連鑄機上應(yīng)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。

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