【正文】 2 90（公稱） /110（實(shí)際出鋼） t 轉(zhuǎn)爐 1 流直弧型CONROLL鑄機(jī) 135（ 100～ 150）（ 900～ 1620） 100 1+6機(jī)架 ASP軋機(jī) （最小） 步進(jìn)式加熱爐 2020— 07 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 8 頁 共 63 頁 其中珠鋼，邯鋼，包鋼，馬鋼，漣鋼 5 個(gè)企業(yè)采用的是 CSP 生產(chǎn)線，包鋼和馬鋼用 2 流，珠鋼和邯鋼正在建第二流連鑄機(jī)，其余是 1 流，軋機(jī)機(jī)組為六機(jī)架或 7 機(jī)架。設(shè)計(jì)的最終產(chǎn)品的最薄規(guī)格，前 3 家為 ，后 3 家為 。鞍鋼 ASP 生產(chǎn)線采用的 VAI 公司直弧型 CONROLL 鑄機(jī)，是一種中薄板坯鑄機(jī)，鑄坯厚度為 135mm。 3．薄板坯表面縱 裂 在 CSP 生產(chǎn)過程中，珠鋼，包鋼出現(xiàn)了薄板坯表面縱裂現(xiàn)象。連鑄坯縱裂紋是影響連鑄機(jī)產(chǎn)量和鑄坯質(zhì)量的重要缺陷。鑄坯各類缺陷中 50％ 為裂紋。鑄坯出現(xiàn)裂紋，重者導(dǎo)致拉漏或廢品，輕者要進(jìn)行精整。這樣既影響鑄機(jī)生產(chǎn)率，又影響產(chǎn)品質(zhì)量，因而增加了成本。在對(duì)包鋼和珠鋼薄板坯表面縱裂進(jìn)行分析后初步分析原因和措施： 鋼中含碳量 根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，鋼液在凝固過程中發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變 L+δ =γ時(shí)會(huì)發(fā)生約 ％的體積收縮，平衡條件下如發(fā)生包晶相變，根據(jù) FeC 平衡轉(zhuǎn)變圖，亞包晶鋼碳含量反應(yīng)量最大，收縮量也最大。 在實(shí)際澆注過 程中，由于冷卻速度大，液固兩相區(qū)選分結(jié)晶鋼中含錳和其它擴(kuò)大γ區(qū)因素等影響，實(shí)際的包晶成分點(diǎn)會(huì)向 FeC相圖的左下方轉(zhuǎn)移，因此造成含碳 ％左右的鋼收縮量最大。當(dāng)鋼收縮量大時(shí)，凝固坯殼會(huì)脫離結(jié)晶器壁，造成平均熱流的減少。實(shí)際連鑄中含碳 ％左右的亞包晶鋼鑄坯凝固坯殼生長(zhǎng)不均勻，表面縱裂紋發(fā)生率較高，均與凝固時(shí)伴隨包晶轉(zhuǎn)變發(fā)生收縮有關(guān)。 在珠鋼 CSP 工藝生產(chǎn)的 SPAH 鋼中碳含量分別為 ％、 ％和 ％。在相同拉速下，含碳量為 ％的連鑄坯沒有發(fā)生表面縱裂；含碳量 ％的連鑄 坯發(fā)現(xiàn)表面縱裂；含碳量 ％的有嚴(yán)重的縱裂紋。此外， SPAH 鋼中含有Mn、 Ni、 N、 Cu等擴(kuò)大奧氏體元素，加上薄板坯冷卻速度比傳統(tǒng)板坯快，會(huì)造成實(shí)際包晶成分向 FeC 相圖的左下方轉(zhuǎn)移，因此造成鋼在含碳 ％范圍內(nèi)就會(huì)發(fā)生包晶反應(yīng)，且包晶反應(yīng)量相當(dāng)大，從而造成薄板坯收縮量也相當(dāng)大。當(dāng)鋼收縮量大時(shí)凝固坯殼會(huì)脫離結(jié)晶器壁，尤其更容易脫離漏斗型結(jié)晶器，造成薄板坯凝固坯殼生長(zhǎng)不均勻從而產(chǎn)生鑄坯表面縱裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生漏鋼。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋼中碳含量大于 ％后，鑄坯有時(shí)產(chǎn)生輕微表面縱裂紋。隨含 碳量增加，薄板坯產(chǎn)生縱裂紋的傾向增加。因此，只要具備生產(chǎn)低碳鋼水（ ％）的內(nèi)蒙古科技大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 9 頁 共 63 頁 成功經(jīng)驗(yàn)，就能防止鋼水在鋼包內(nèi)和中間包內(nèi)增碳，保證中間包內(nèi)鋼水含碳量小于 ％，從根本上避免裂紋的發(fā)生。 硫含量 鋼中 [S]含量對(duì)鑄坯的裂紋敏感性有明顯的影響， [S]％時(shí)，使鋼中 兩相區(qū)凝固界面的延伸率大大下降；鋼的熱裂紋敏感性隨 [S]含量增加而增加，熱裂指數(shù)升高。當(dāng) [S]％時(shí) [Mn]/[S]較低，小于 30，在晶界出現(xiàn)低熔點(diǎn)的硫化物比例增多。 結(jié)晶器的熱流密度 日本住友金屬公司 90 年代在連鋼廠采用 50～ 100t 鋼包的鋼水，在冶金長(zhǎng)度（ 90～ 120mm）的試驗(yàn)板坯寬度為 1000mm，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，為了防止產(chǎn)生表面縱裂紋，需控制結(jié)晶器銅板的熱流密度在臨界熱流密度以下。低碳鋼（ %～ %）的臨界熱流密度為 10 6w/m 2；中碳鋼（ %～ %）的臨界熱流密度為 10 6w/m2。 目前， CSP 連鑄機(jī)通常的漏斗型結(jié)晶器寬面熱流密度為（ ～ ） 106 w/m2,處理生產(chǎn)含碳小于 %低碳鋼，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般不會(huì)產(chǎn)生縱裂 紋。但是如果生產(chǎn) %～ %碳含量的鋼種，則難以保證使結(jié)晶器銅板寬面熱流密度小于 106w/，一般情況是拉速愈高，熱流密度越大。 拉速的影響 對(duì)含碳量小于 %的鋼種澆注速度達(dá)到 ，而含碳量在 %左右的鋼仍然是難澆鋼種。以珠江 CSP 鋼廠為例，對(duì)于碳含量大于 ％的鋼種，其拉速大于 ， 紋比較發(fā)達(dá)。 過熱度對(duì)縱裂的影響 合理地控 制中間罐鋼水的過熱度非常重要，過熱度對(duì)鑄坯縱裂的影響見 圖 1。圖 1 為武鋼三煉鋼 2020 年 1～ 6 月 Q235 系列、 SS400 系列 536 爐的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)?？梢钥闯?，當(dāng)過熱度 20oC 時(shí)，鑄坯縱裂發(fā)生概率增大，這是因?yàn)楦哌^熱度使鑄坯的柱狀晶粗大，加劇晶間裂紋的產(chǎn)生。另外澆注溫度高，形成的坯殼薄，承受橫向應(yīng)力的能力差，縱裂紋發(fā)生率增大。當(dāng)過熱度 5oC 時(shí)，縱裂發(fā)生率也有所增大，這可能是由于澆注溫度低拉速高，保護(hù)渣化渣緩慢所致。 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁 共 63 頁 百分比％200010305040 縱裂指數(shù)25過熱度/攝 氏度5 10 20200 圖 1 4. 坯表面縱裂紋的形成及預(yù)防措施 在結(jié)晶器內(nèi)坯殼內(nèi)產(chǎn)生細(xì)小裂紋后繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，由于結(jié)晶器下部錐度不足以支撐坯殼抵抗鋼水靜壓力，保護(hù)渣流動(dòng)性不合適難以填充氣隙及結(jié)晶器傳熱不均勻等作用下，形成細(xì)小縱裂紋而削弱的應(yīng)力集中部位又產(chǎn)生一個(gè)更大的應(yīng)力集中，這時(shí)應(yīng)力集中不僅包括熱應(yīng)力，還包括外力作用，同時(shí)由于細(xì)小縱裂紋的存在造成缺口效應(yīng)。在應(yīng)力作用下細(xì)小縱裂紋沿樹枝晶低塑性區(qū)撕裂，同時(shí)表面頸縮加重。鑄坯進(jìn)入二冷區(qū)后由于薄板連鑄的工藝特性，必須采用強(qiáng)的二冷方式，足輥區(qū)噴 水量非常大，這又進(jìn)一步增加了坯殼內(nèi)部熱應(yīng)力的集中，加重了縱裂紋的擴(kuò)展延伸和鑄坯表面凹陷程度。結(jié)晶器內(nèi)形成的縱裂紋大都很細(xì)小，進(jìn)入二冷區(qū)后如冷區(qū)強(qiáng)度過大或冷卻嚴(yán)重不均勻，強(qiáng)的熱應(yīng)力會(huì)使鑄坯表面已生成的微細(xì)縱裂紋擴(kuò)大、延伸，最終發(fā)展為表面縱裂紋缺陷。 從工藝上講可以合理控制鋼中含碳量，在滿足產(chǎn)品要求的前提下盡可能地避免碳含量在包晶鋼碳含量附近，從而避開裂紋敏感區(qū)。在滿足產(chǎn)率的前提下，適當(dāng)降低拉速，保證結(jié)晶器出口有足夠的坯殼厚度，并嚴(yán)格控制澆鋼溫度。 CSP 工藝一般有先進(jìn)的適時(shí)測(cè)量設(shè)備，可以適時(shí)地測(cè)量結(jié)晶器的水量、 水溫、進(jìn)水溫差等，因此可確保有足夠和有效的冷卻強(qiáng)度。采用動(dòng)態(tài)二冷水控制，監(jiān)測(cè)二冷段鑄坯表面優(yōu)良好的溫度分布，保證；連鑄坯二冷段凝固終點(diǎn)的對(duì)稱，避免出現(xiàn)熱應(yīng)力的集中，防止已生成的細(xì)小裂紋的擴(kuò)散。此外保證鋼水質(zhì)量可以為連鑄生產(chǎn)帶來很大方便。 武鋼三煉廠在生產(chǎn)中對(duì) [S]控制如下： ① 入爐鐵水全部預(yù)脫硫，并按不同鋼種質(zhì)量要求及缺陷情況決定深脫（ [S]≤內(nèi)蒙古科技大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 11 頁 共 63 頁 ％）或淺脫（ [S] ≤ ％）； ② 根據(jù)不同鋼種對(duì) [S]的要求，采用合理的廢鋼模式； ③轉(zhuǎn) 爐吹煉終點(diǎn) [S]較高時(shí)，可采用鋼包底加石灰出鋼脫硫或到有脫硫功能的鋼包爐脫硫。 在設(shè)備方面，國內(nèi)的 CSP 鋼廠生產(chǎn)實(shí)踐表明，漏斗型結(jié)晶器存在容易卷渣的缺點(diǎn)，引發(fā)鑄坯增碳、冷彎發(fā)裂、縱向裂紋等缺陷。因此在 CSP 鑄機(jī)上安裝 EMBR（電磁制動(dòng)技術(shù)）非常必要，特別是生產(chǎn)高質(zhì)量的品種顯得尤為重要。 武鋼三煉鋼在生產(chǎn)過程中采取下列措施對(duì)過熱度加以控制： ① 鋼包、中間罐鋼液面覆蓋一定量的保溫劑（如炭化稻殼）或復(fù)合型保護(hù)渣； ② 紅熱罐出鋼； ③ 中間罐烘烤 1200oC； ④ 保證足夠的吹氬時(shí)間，使鋼水溫度均勻； ⑤ 減少鋼包周轉(zhuǎn)數(shù)量， 縮短周轉(zhuǎn)周期。 通過準(zhǔn)確的出鋼溫度和溫度的過程溫度來實(shí)現(xiàn)中間罐鋼水適當(dāng)?shù)倪^熱度。 目前生產(chǎn)鋼種的過熱度控制在 10～ 20oC。 5. 結(jié)論 鑄坯表面的細(xì)小縱裂紋和較大縱裂紋都是在結(jié)晶器內(nèi)形核并生成，尤其是在浸入式水口出口周圍的鋼水劇烈運(yùn)動(dòng)區(qū)域。改善浸入式水口和結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)狀況是減少縱裂紋缺陷的有效措施。鋼中碳含量是影響表面缺陷的重要因素，包晶鋼極易出現(xiàn)縱裂；此外，結(jié)晶器熱流密度超過臨界值或不均和拉速過高都會(huì)造成縱裂紋的產(chǎn)生。保證鋼水碳含量在包晶鋼之外和采用合理的拉速也可減少縱裂缺陷。在縱裂紋發(fā)生區(qū)，一 般有深的折痕和鑄坯表面凹陷現(xiàn)象；縱裂紋的產(chǎn)生區(qū)域總有夾雜物的出現(xiàn)，這些包括保護(hù)渣在內(nèi)的夾雜物對(duì)縱裂紋形成有一定的促進(jìn)作用。縱裂紋在低熔點(diǎn)區(qū)產(chǎn)生后，在應(yīng)力作用下沿樹枝晶間延伸擴(kuò)展。裂紋不但沿一次樹枝晶間擴(kuò)展，在二次樹枝晶臂間也會(huì)發(fā)生縱裂紋的延伸和擴(kuò)展。 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 12 頁 共 63 頁 參考文獻(xiàn) 【 1】 中國金屬學(xué)會(huì)訪美代表團(tuán) .美國短流程薄板坯連鑄鋼廠近況 .中國冶金 .2020年 6 月第 3 期。 【 2】 仲增墉 .中國薄板坯連鑄連軋技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展 . 鋼鐵 .2020 年 7 月第 38卷第 7 期。 【 3】 王彥鋒等 . 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For example, the EBT, scrap preheating, the refining out of the furnace and the molten steel 100% continuous casting, ect. This design include six sections, pute the partion of operation procession and select the equipment about the designing. Key words EBT scrap preheating the refining out of the furnace The molten steel continuous casting 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 15 頁 共 63 頁 1. 概述 本設(shè)計(jì)是根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求進(jìn)行的。設(shè)計(jì)任務(wù)是年產(chǎn) 100 萬噸鑄坯的全連鑄電爐煉鋼的設(shè)計(jì)。在煉鋼車間，本設(shè)計(jì)中采用 2 座 120 噸的電爐，其中采用了偏心底出鋼，水冷掛渣爐壁，廢鋼預(yù)熱，爐外精煉等新技術(shù)。在連鑄車間，設(shè)置了一臺(tái)二機(jī)二流的弧形連鑄機(jī)，以實(shí)現(xiàn)連鑄連軋。 鋼水工藝流程： EAF MPE 過程 LF VD FW CCM 本設(shè)計(jì)共分六部分：第一部分包括電弧爐