连铸是钢铁生产的重要环节。钢水变成固体钢坯就在连铸过程中完成。这个工序直接影响钢材质量。也影响生产效率。研究连铸很有实际意义。本次论文研究连铸工艺的若干问题。

钢厂的高炉炼出铁水。转炉或电炉把铁水变成钢水。钢水需要凝固成型。以前用模铸方法。钢水倒入钢锭模。钢水冷却成钢锭。钢锭再加热轧制。这个方法耗时长。能耗高。产量低。连铸技术出现改变了局面。连铸让钢水连续冷却。直接得到长条钢坯。钢坯切成需要长度。送去轧钢车间。

连铸机主要部分有钢包、中间包、结晶器、拉坯机、切割设备。钢包盛放钢水。钢水重量有几十吨。钢包运到连铸机上方。钢水倒入中间包。中间包作用储存钢水。稳定钢水流向结晶器。钢水从中间包水口流出。进入结晶器。

结晶器是关键设备。结晶器通冷却水。钢水接触铜板迅速降温。钢水表面结成硬壳。壳厚十几毫米。内部钢水还是液体。结晶器连续振动。防止钢壳粘连铜板。坯壳慢慢向下移动。

拉坯机牵引铸坯。拉坯机是辊子组成。辊子夹住铸坯。辊子转动带动铸坯下行。拉速可以调节。拉速快产量高。拉速慢冷却时间长。拉速需要合适数值。

铸坯离开结晶器后进入二冷区。二冷区有喷水装置。喷水冷却铸坯内部。钢水完全凝固。铸坯温度逐步降低。铸坯变成红色固体。铸坯继续向前。

切割设备把铸坯切断。火焰切割常用。割枪喷出氧气和燃气。高温火焰熔化钢铁。铸坯切断。每段长度固定。根据轧钢需要设定。切好的钢坯打上标记。吊运到存放区。

连铸生产追求高质量。铸坯内部不能有缺陷。常见缺陷有裂纹、夹渣、气孔。裂纹危害大。裂纹分表面裂纹和内部裂纹。表面裂纹在铸坯外表。内部裂纹在铸坯中心。裂纹产生原因很多。钢水温度过高可能裂纹。冷却速度太快可能裂纹。拉速不稳定可能裂纹。设备对中不好可能裂纹。

防止裂纹需要控制工艺。钢水温度要合适。出钢温度有标准。中间包温度要稳定。温度过低钢水流动差。温度过高坯壳太薄。温度控制依靠经验。也依靠检测仪器。热电偶测量温度。数据传到控制室。操作工调整冷却水。

冷却强度很重要。结晶器冷却水流量影响坯壳。二冷区水量分配影响内部质量。冷却太强铸坯收缩快。容易产生应力。应力过大铸坯开裂。冷却太弱铸坯中心未凝固。可能拉漏事故。钢水漏出损坏设备。优化冷却制度是重点。根据钢种不同设定参数。低碳钢和中碳钢不一样。合金钢要求更高。

拉速需要稳定。拉速变化影响液面波动。结晶器钢液面不稳定。保护渣卷入钢水。形成夹渣缺陷。自动控制系统保持液面平稳。液面传感器有放射性检测。有电磁检测。信号反馈给执行机构。调节中间包水口开度。保持钢流稳定。

设备维护不能忽视。结晶器铜板磨损影响传热。铜板需要定期更换。支撑辊弯曲造成鼓肚缺陷。铸坯中间凸起。内部产生裂纹。辊子间隙检查是日常作业。对中精度用激光仪测量。

保护渣作用很大。保护渣加在结晶器钢液面。保护渣三层结构。上层粉末层隔热。中间烧结层过渡。下层液渣层润滑。液渣流入坯壳和铜板之间。形成薄渣膜。减少摩擦阻力。同时改善传热。保护渣吸收夹杂物。净化钢水。保护渣性能有指标。粘度要合适。熔点要合适。消耗量要合适。

铸坯凝固是复杂过程。钢水从液态变固态。体积收缩。凝固前沿有枝晶生长。溶质元素重新分布。碳元素、硫元素、磷元素偏析。中心偏析导致性能不均。控制凝固末端位置可以减轻偏析。轻压下技术应用广泛。扇形段辊子施加压力。压实铸坯中心。补偿收缩。减少疏松。

连铸发展不断进步。高效连铸提高拉速。高拉速带来新问题。液面控制更难。冷却要求更高。设备负荷更大。需要更好保护渣。需要更强冷却系统。

连铸也能生产异型坯。工字型坯用于轧制H型钢。方坯用于轧制型钢。板坯用于轧制钢板。圆坯用于轧制钢管。不同断面工艺不同。

连铸自动化程度提高。计算机控制整个流程。生产过程数据记录。质量预报系统建立。传感器检测各种信号。人工智能开始应用。机器学习分析数据。寻找最优工艺参数。

连铸节能效果明显。比模铸节省能源。金属收得率提高。材料浪费减少。生产成本下降。连铸是钢厂必备工艺。现代钢厂都配备连铸机。

本次论文研究具体问题。研究聚焦结晶器流场。钢水在结晶器内流动。流动影响凝固。流动带走夹杂物。流动也卷起保护渣。了解流动规律很重要。数学模拟是研究方法。建立三维模型。设定边界条件。计算流体力学软件求解。得到速度分布图。得到温度分布图。

模拟结果指导实践。优化水口设计。水口形状影响流股。水口角度影响冲击深度。合适设计促进夹杂物上浮。改善温度均匀性。提高铸坯清洁度。

实验验证模拟结果。现场测量必要数据。热电偶测量温度。取样分析夹杂物。对比模拟和实测。修正模型参数。提高模型精度。

研究结果有实用价值。为钢厂提供参考。调整工艺参数。改善操作水平。提高铸坯质量。减少缺陷产生。提升产品竞争力。

连铸技术还在发展。未来有更多创新。工艺会更完善。设备会更可靠。自动化会更智能。连铸是钢铁工业基础。深入研究会持续进行。