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连续铸钢工艺

1 、弧形连铸机有哪此特点？ 立式和立弯式连铸机的结晶器都是直的， 而弧形连铸机采用的是具有某一曲率

半径的弧形结 晶器， 其结晶器、 二次冷却装置都布置在某一半径的一个圆的四分之一弧度上。 铸坯在结晶

器内凝固时就已弯曲，带液芯的铸坯从结晶器拉出来，沿着弧形轨道运行，继续喷水冷却， 在四分之一圆弧处

完成凝固，然后矫直并拉出送至切割站。

弧形连铸机的高度仅为三分之一，建设费用低，钢水静压力小，铸坯在辊间的鼓肚小， 铸坯

质量好；加长机身也比较容易，故可高速浇注，生产率高。弧形连铸机的缺点是：因铸坯弯 曲矫直，容易引起

内部裂纹；铸坯内夹杂物分布不均匀，

内弧侧存在夹杂物的集聚；设备较

为复杂，维修也较困难。

弧形连铸机虽有缺点， 但由于在设备和工艺上的技术进步， 仍然是世界各国钢厂采用最多的 一种机型。 2、 什么叫负滑脱？

当结晶器下振的速度大于拉坯速度时， 铸坯对结晶器的相对运动为向上， 即逆着拉坯方向的 运动，这种运动

称负滑脱或称负滑动。

3、 结晶器振动频率用什么数学模型控制？ 对正弦式振动负滑脱率 ￡ v

% Vmi-结晶器振动平均速度 m/min ;

V —拉坯速度m/min 。

结晶器振动速度vm 可用下式表示

Vm=( n fh/1000 )X sin2 n f

式中：h —振幅mm

由上式可求得结晶器振动的平均速度

Vm=2fh

将Vm 代入负滑脱率式中即可求得振动频率 f

在连铸机中 ￡ v 皆取定值， 那么频率与拉速便成线性关系， 用这个关系式来控制随拉速变化 而变化的振动

频率， 这个公式就是用负滑脱率控制振动频率的数学模型， 这个模型广泛应用 于国内外连铸生产中。

4、如何减小铸坯振痕？

为了防止拉漏， 减小结晶器阻力，采取了结晶器振动技术，但是由于结晶器振动， 在铸坯表 面产生了横向痕

迹，此痕迹称振痕，振痕为沟状，其间距

h=v/f ，其中V 为拉坯速度，f 为

振动频率。

研究表明， 振痕处易形成裂纹和成份的偏析， 随着振痕深度的加深而加重。 因此减小振痕深 度是改善铸坯

表面质量极为有效的措施。

振痕深度与结晶器振动负滑脱时间有关， 负滑脱时间越短， 振痕深度就越浅。 负滑脱时间又 与结晶器振动

频率和振幅有关，它可用下式表示： tm=

￡ V=

式中： 式中 f 振动频率， l/min ；

V —— 拉坯速度， m/min ； h —— 振幅， mm 。

由上式可见，高频率小振幅可以减小负滑脱时间 tm 。为此近代连铸机广泛采用高频率小振

幅来减小振痕深度改善铸坯表面质量。目前最高频率已达到 研究表明， 振痕深度与保护渣粘度以及消耗量有关， 粘度大，

5、 中间包的作用是什么？

中间包是一个耐火材料容器， 首先接受从钢包浇下来的钢水， 个结晶

器中

去。它的作用是:

(1) ( 2)

( 3) ( 4)

可见，中间包的作用主要是减压、稳流、去夹杂、贮存和分流钢水。 6、 所谓“中间包冶金”的含义是什么？

随着对钢的质量要求日益提高， 开发了各种钢包精炼技术， 其目的就是提高纯净度， 把钢水 净化“干净”

些。 而中间包是连铸钢包与结晶器间的一个耐火材料容器。 经过炉外精炼的钢

因此， 不应把中间包看作是简单的钢 钢包

精炼中采用的措施可以移植到中 受到了人们

的重视。中间包冶金 (1) 净化功能。为生产高纯净度的钢，在中间

包采用挡墙加坝、吹氩、陶瓷过滤器等措施， 可大幅度降低钢中非金属夹杂物含量，且在生产上已取得了明显

的效果。

(2 )调温功能。为使浇注过程中中间包前、中、后期钢水温差小于 5 C,接近液相线温度

浇注， 扩大铸坯等轴晶区，减少中心偏析，可采取向中间包加小块废钢、喷吹铁粉等措施以 调节钢水温度。

(3) 成分微调。由中间包塞杆中心孔向结晶器喂入铝、钛、硼等包芯线，实现钢中微合金 成分的微调，既提

高了易氧化元素的收得率，又可避免水口堵塞。

(4) 精炼功能。在中间包钢水表面加入双层渣吸收钢中上浮的夹杂物，或者在中间包喂钙 线改变 Al2O3 夹

杂形态，防止水口堵塞。

( 5)加热功能。 在中间包采用感应加热和等离子加热等措施，

准确控制钢水浇注温度在± 3?

± 5C 。 7、中间包钢水停留时间的定义及其意义是什么？ 钢包注流进入中间包到流入结晶器路程中， 钢水在中间包所

经历的时间叫停留时间。 它的定 义是： t=V/Q

式中 t —钢水在中间包的停留时间， min ；

V —中间包钢水容积或钢水重量，

m3或t ; Q —中间包钢水流量，t/min 。

如中间包钢水重量为 18t ，浇注方坯150X 150mm2拉速 v 为2.6m/min,则钢水流量 Q:

Q = 0.15 X 0.15 X 2.6 X 7.0 X 4 = 1.638t/min

所以 t=18/1.638 ?11min

也就是说钢水在中间包停留时间为 11min 。如果在中间包内钢水很快的从水口流到结晶器

内，则夹杂物就来不及上浮。总的原则是:在中间包内钢水停留时间越长， 则夹杂物就有充

分时间上浮，钢水就越干净。为增加钢水停留时间，有效的办法就是采用大容量、

深熔池的 中间包。

400 l/min ，振幅在 2 ?4mm 消

耗量少， 可以减小振痕深度。 然后再由中间包水口分配到各

降低钢水静压力，保持中间包稳定的钢水液面，平衡地将钢水注入结晶器； 促使

钢水中的夹杂物进一步上浮，以净化钢液； 分流钢水。对多流连铸机，通过中间

包将钢水分配到各个结晶器； 贮存钢水。在多炉连浇更换钢包时不减拉速，为多炉连浇创造条件。 水可以说是“干净”了， 但浇到中间包又可能再污染。 水过渡容器， 而应把它看成为一个连续的冶金反应器， 间包， 以进一步净化钢液。为此提出了中间包冶金的概念， 的功能是：

8、中间包加挡墙和坝的目的何在？

由中间包容量与中间包钢水量求出的钢水停留时间称为理论停留时间，然而实际生产中，中

间包内钢水流动是不均匀的，有的地方快，有的地方慢，尤其是中间包底部区域存在有不活跃的钢水停滞区，夹杂物上浮困难。钢水在中间包的实际平均停留时间要比理论的平均停留时间要短些。为了充分有效的利用中间包容积，促进夹杂物上浮，采取的措施是在中间包加

挡墙和坝，其目的：

――消除中间包底部的死区。

――改善钢水流动的轨迹，使流动沿钢渣界面流动，缩短夹杂物上浮距离，有利于渣子吸收。挡墙的作用还能将钢包注流冲击所引起的强烈涡流限制在局部区域，防止紊流扩散引起表面

波动把渣子卷入钢水内部。

挡墙和坝的位置和尺寸，应结合实际中间包采用水模型试验来决定，然后在生产中应用。某

钢厂3#和4#连铸机10t中间包使用挡墙后，在其他工艺条件不变的条件下，可使中间包钢

水夹杂物降低约30%铸坯中夹杂减少30?40%有的试验指出；中间包使用挡墙和坝以后，提高了钢清洁度水平。不用挡墙板坯表面铝酸盐夹杂为 2.9%,加挡墙为2.1%，使用挡墙和

坝，板坯表面夹杂由2.1%减到0.3%。

9、什么叫中间包钢水临界液面高度？

从生活经验可知，在一个容器中放满水后，水从底部孔流出，当液面降到一定高度后，在出

水孔上方产生了旋涡。这种现象在中间包也同样存在。临界高度有两种情况：

这种现象在中间包也同样存在。

一是开浇前中间包钢水充满到多高而开浇；二是到浇注末期钢液面降到多高时停止浇注。两者都存在一个

临界高度，如果低于临界高度，钢水面产生旋涡把渣子卷入结晶器，使钢中夹杂物增加，以致使产品报废。中间包液面到了一个临界高度就停止浇注，中间包就有残钢损失，使钢水收得率降低。如

40t中间包连浇4炉后，留下10t钢水，收得率损失0.86%;留下12.5t钢水，收得率损失1.08%。连浇炉数增加，浇到最低液面而达到最佳收得率，又不卷渣而得到良好的铸坯质量，

这是最佳的选择。

钢水收得率损失与铸坯质量两者之间的矛盾处理主要决定于产品质量。如果产品质量对夹杂

物要求很严格，则宁可损失点钢水；如果对质量要求不那么严格，对临界液面高度也就不那么苛刻了。

临界液面高度可通过水模型试验观察来决定。根据中间包容量不同，钢液面下降临界高度一

般为200?300mm

根据理论临界液面高度，结合所使用中包结构及生产节奏控制情况，可制定中包浇注最低控

制液面如本厂：600mm

10、中间包钢水流动有哪些特点？

一般用流动速度、流动轨迹和紊流强度来描述流体流动特征。中间包流动特点：

(1)钢包注流相当于一个“喷射泵”的作用，把周围空气卷入到中间包钢液中而破裂为很小的气泡，形成附加环流，加重了钢水的二次氧化。

(2 )钢包注流进入中间包的冲击区，是一个高度紊流的区域，容易造成卷渣。

(3 )形成旋涡。浇注末期，中间包液面降到临界高度时，在水口上方形成旋涡，把渣子卷入结晶器，同时，中间包注流不稳定，搅动了结晶器钢液的流动。

(4)表面波形成，在开浇、换钢包和浇注末期中间包钢液面不稳定时，容易产生表面波而导致把渣子卷入钢水内部。

因此，由中间包内钢水流动产生的不稳定状态，会使二次氧化加剧；把渣子卷入钢水内部，严重影响钢的清洁度，为此，应设法减轻由流动带来的害处，采用以下措施：

(1)使用大容量，深熔池的中间包。

（2）钢包到中间包使用长水口， 既可保护钢流不受二次氧化， 也可减轻钢流冲击区的紊流， 防止了卷渣。

（3）设置挡墙和坝来控制流动轨迹，防止冲击区紊流的扩散。

（4）连浇换钢包时，应设法不使液面波动过大。

11、敞开浇注和长水口浇注对中间包钢水流动有何影响？ 中间包保持正常液位，钢包注流为敞开浇注，中间

包钢水流动特点是： 1）注流冲击区的紊 流引起钢水表面波浪运动，容易造成卷渣。 2）沿钢渣界面有剪切

力作用，把渣子卷入内部。

中间包保持正常液位，采用长水口浇注，中间包钢水流动特点是： 1）钢渣界面流动剪切力 减轻。 2）减轻

了注流引起的紊流和波浪运动。如果中间包加挡墙和坝联合使用，则卷渣有 明显的减少。

不管中间包结构如何， 引起中间包卷渣的流动是： 注流冲击区紊流、 钢渣界面的表面波和旋 涡流动。因

此，采用长水口浇注、深熔池中间包、加挡墙和坝等是防止卷渣的有效措施。

12、中间包覆盖剂的作用是什么？

中间包覆盖剂的功能是：1）绝热保温防止散热；2）吸收上浮的夹杂物（如 AI2O3、钙铝酸 盐）； 3）隔绝

空气，防止空气中的氧进入钢水，杜绝二次氧化。

在中间包加炭化稻壳， 可完成上述第 故

不能完成第 2 个作用。

然而，对于产品质量要求严格的钢种， 以防止产品出现裂纹、 黑线等缺陷。

层），中间包采用双层覆盖渣， 加

稻壳灰起绝热保温作用。

中间包保护渣与结晶器保护渣组成上有所不同， 因为中间包衬为碱性， 为防止包衬侵蚀太快， 保护渣必须有

较高的碱度， 有良好的吸收夹杂物能力。 国内某厂中间包用镁质绝热板， 中间 包保护渣成分为： CaO39.58%，SiO219.26% ，AI2O313.33%，BaO10.5%，Caf25.0%，C5.0%。

渣子软化温度1280C 。浇注过程中，渣子熔化均匀，渣中SiO2、AI2O3含量有一定的增加， 具有良好的吸收

夹杂物的能力。

13、 什么叫钢水的二次氧化？

钢水经过炉外精炼后得到了温度和成分合格的钢水，有的钢种经过 RH 真空处理后，钢水中

总氧含量可达10?20ppm 可以说钢水是非常干净了。但是钢水从钢包7中间包7结晶器传 递过程中， 钢水

与空气、 钢水与包衬、 钢水与炉渣、 钢水与水口之间会发生物理和化学作用， 洁净的钢水又重新被污染，

使炉外精炼的效果前功尽弃。 在下一步的加工过程中也无法弥补 这一损失了。

广义上讲， 把浇注过程中钢水与空气、 耐火材料、 炉渣之间的相互化学反应生成的氧化产物， 使钢水重新

被污染的过程叫二次氧化，留在钢中的二次氧化产物一般称为外来夹杂。

14、 钢水二次氧化的产物有何特点？

（1 ）夹杂物组成复杂，一般是多种氧化物组成的复合相；

（2）夹杂物颗粒尺寸大，一般大于

50卩m 的夹杂物叫大颗粒夹杂物。有的含钙、铝、硅、

锰的氧化物夹杂直径达 200卩m 以上；

（ 3 ）形状不规则，有球形、多角形等；

（4） 夹杂物在钢中呈偶然性分布；

（5） 平衡氧差异，钢水与空气中的氧之间平衡，空气中氧可源源不断供给钢水，氧化钢中 的元素。

在浇注过程中， 钢水二次氧化生成的大颗粒夹杂物，有的上浮、有的可能留在钢中，成为钢 中夹杂物的重要

来源。 钢中大颗粒夹杂物对产品质量带来极大的危害， 是影响深冲薄板表面1 和第 3 两个作用。 而稻壳灰不能在钢液面形成液渣层，

必须降低钢中非金属夹杂物含量， 尤其是 Al2O3 夹杂， 为此中

间包衬采用碱性耐火材料 （镁质绝热板或镁质涂 Al2O3 等夹杂的作用，再 即钢水面上熔融保护渣子发挥吸收

质量和冲裂以及厚板和超声波探伤报警不合格的根源。 要提高钢的清洁度, 就是要减少钢中 夹杂物,尤其是大

颗粒夹杂物,关键是防止在浇注过程中钢水二次氧化。

15、连铸过程中钢水二次氧化有哪些来源？ 连铸过程中钢水二次氧化的来源有：

（1）

（2） （3） （4） （5）

这些作

用使钢

水中的

铝、 主要来源。 16、注流的二次氧化有何特点,有哪些防范措施？

若钢包7中间包7结晶器均为敞开浇注，为光滑的圆柱形注流，其长度为 注流比表面积（即单位重量钢水所占的表面积 F ）：

由此式可知,注流比表面积与水口直径成反比。水口直径越小,比表面积越大,与空气接触

面积也就越大，钢水二次氧化也就越严重。小方坯中间包定径水口一般为

15?17.5mm,而 钢包水口直径一般为 50?60mm 可见中间包注流二次氧化是相当严重。

注流比表面还与注流形态有关。试验指出，注流有 3 种形态： ——光滑致密注流，比表面最小，估计从空气

中吸氧为

0.7ppm ； ——注流表面呈波浪状，比表面积增加，估计吸氧为 20? 40ppm ；

——注流成为散流（如水口打不开烧氧），比表面积大大增加，吸氧也大大增加。

除注流本身吸氧外，注流从水口下落过程中，速度高（约为 3?5m/s ），象一个真空喷射泵 的作用，注流把

周围空气带入中间包的冲击区，破裂成无数的小气泡， 形成强烈的环境，加 重钢水二次氧化。 卷入空气量是

与注流表面状态有关的。 如注流为散流, 每个液滴都卷入空 气,其吸氧速率比光滑圆流大约 中间包和结晶器

钢水面裸露在空气中, 空气中的氧会进入钢水, 尤其是由于钢水流动使表面

不断波动和更新, 吸氧更为严重。 理论计算指出, 由于注流冲击所引起的中间包钢水强制流 动,使钢水裸露表

面在 1.15s 就更新一次,也就是 1min 更新 52次,使吸氧面积大大增加, 二次氧化加剧。 如小方坯敞开浇

注, 在结晶器钢水面生成的浮渣, 就是钢水从空气中吸氧的 二次氧化产物。

因此,为了防止钢水从空气吸氧,应采取的措施是：

（1） 浇钢操作上,应保持注流为光滑的圆流,防止散流；

（2） 采用滑动水口,更准确的调节水口流量；

（3） 钢包7中间包采用长水口保护,而中间包7结晶器采用浸入式水口保护,以杜绝钢水 与空气接触。

（4） 对于小方坯敞开浇注,中间包7结晶器采用气体保护注流,防止二次氧化。

（5） 中间包、结晶器应用保护渣隔绝空气,防止钢水吸氧。

17、连铸时为什么要调节中间包钢水流量？

进行连铸时, 中间包操作是重要的一环, 能否准确平衡地向结晶器供给钢水, 对于防止漏钢 事故以及铸坯表面

和内部缺陷的产生关系很大。 如钢水供给过多, 就会发生从结晶器上口溢 钢的事故,供给钢水太少,则结晶器

内钢液面下降,给操作和铸坯质量带来不利影响。

支配钢水从中间包流出的主要因素是中间包内钢液深度和中间包水口直径。 钢液面深度一般 为

600?850mm 浇注过程中水口侵蚀使直径扩大，或水口堵塞使直径减小，都会对流量带 来影响。

钢包注流和中间包注流与空气的相互作用： 中间包钢水表面和结晶器钢水表面与空气的相互作

用； 钢水与中间包衬耐火材料的相互作用； 钢水与浸入式水口相互作用； 钢水与中间包、结晶

器保护渣相互作用。

硅、锰等元素发生氧化, 生成的氧化产物是连铸坯中大颗粒夹杂的

l ，直径为d ,则

60 倍。

中间包钢液面深度对铸坯中夹杂物有很大影响。钢液面太浅，会使中间包表面的渣子卷入结晶器故深度必须保持在300mn以上。为了增加钢水在中间包内的停留时间，使夹杂物充分上

浮，要求钢液深度更大些为好。

18、对连铸中间包有什么要求？如果直接将钢水从钢包浇入到结晶器内，就会对浇注操作的控制和铸坯质量带来不利影响。

因此，必须在钢包与结晶器之间设一个中间容器接受来自钢包的钢水，然后再以稳定流速浇

入结晶器。中间包的作用如下：钢水的储存器，控制注入结晶器的钢水量；钢水的分配器，中间包底装多个水口，实行多流浇铸；钢水的缓冲器，使钢水压力稳定，钢流平稳；钢水清洁器，使钢水在中间包内停留一段时间（如5?10min），有利于钢水中夹杂物和混入的渣

滴上浮；可以实行多炉连浇，为更换钢包创造条件。

中间包容量一般为钢包容量的20?40%。为提高钢的质量，目前中间包在向大容积、深熔池

方向发展。如有的板坯连铸中间包容量达90t ，钢液深度达1300mm。

19、钢水在结晶器内是如何凝固的？

当高温钢水浇入结晶器，钢水与水冷的铜壁接触，就会迅速凝固形成很薄的初生坯壳。由于钢水静压力的作用，生成的坯壳与铜壁紧贴在一起，此时钢水热量能迅速传给铜壁，被冷却水带走。

随着凝固的继续进行，坯壳逐渐增厚，坯壳企图收缩离开铜壁，而钢水静压力又把坯壳挤靠到铜壁，这个收缩—挤靠过程反复进行。当坯壳厚度达到能抵抗钢水静压力时，坯壳就脱离铜壁，这样在铜壁与坯壳之间形成了空气缝隙（叫气隙）时增加了传热的阻力，延缓了坯壳厚度的增长。气隙一般是在结晶器下部形成。所以结晶器内钢水凝固放出的热量是通过凝固壳—气隙—铜壁—冷却水导出的。冷却水带走的热量占结晶器总散热量的96%左右。

20、结晶器的振动参数有哪些？

结晶器的主要振动参数是振幅和频率。结晶器振动波形、频率和振幅要根据铸坯断面尺寸和浇注速度来合理选择。

结晶器上下振动一次的时间叫振动周期，单位为秒。结晶器每分钟振动次数叫频率，单位是次/ 分。结晶器从最高位置下降到最低位置或从最低位置上升到最高位置所移动的距离，称为行程或振幅，单位为毫米。一般情况下，频率越高，则振幅越小，可使铸坯表面上的振动波纹较浅，振痕变短，有利于提高铸坯表面质量。因此结晶器采用高频率小振幅是一个发展方向。

21、对结晶器倒锥度的要求是什么？

钢水浇入结晶器冷却凝固生成坯壳，进而收缩脱离铜壁，形成气隙，使传热减慢，延缓了坯壳生长。为了减少气隙，加速钢水的传热和坯壳生长，通常将结晶器做成下口断面比上口断面小，这称为结晶器的倒锥度。

依钢种不同，倒锥度是不一样的。小方坯结晶器倒锥度取每米0.4 ?0.9%；倒锥度是十分重

要的参数。倒锥度过小，可使坯壳过早脱离铜壁产生气隙，降低冷却效果，或使出结晶器的坯壳厚度不够，产生拉漏事故；倒锥度过大，容易导致坯壳与结晶器铜壁之间的挤压力过大，加速了铜壁的磨损。22、结晶器内钢水液面为什么要控制？

钢水浇入到结晶器里，为了防止钢水溢出，钢水面必须低于结晶器上口?100mm。

在浇注过程中，钢水面波动太大，会卷入渣子，在铸坯表面形成皮下夹渣，影响铸坯质量。

经验指出，钢液面波动在± 10mm 以内时，就可避免产生皮下夹渣。结晶器内钢液面的稳定性决定于中间包浇入到结晶器内的钢水量，和从结晶器内拉出的铸坯

量的平衡。如果拉速一定时，结晶器钢液面升高，中间包水口可关小些；钢液面太低，中间 包水口就可开大一些。如果中间包水口流量一定， 结晶器钢液面升高， 拉速就应快一些；液 面太低，拉速就应慢一些。 连铸生产上，除人工用目测控制钢液面外，还有用

同位素铯、 制方法。 23、连铸结晶器的作用是什么？ 结晶器是连铸机的关键部件。它的作用是： （1）在尽可能高的拉速下，保证出结晶器坯壳厚度，防止拉漏。

（2）铸坯周边厚度要均匀。 钢水在结晶器中的凝固行为对铸坯表面质量和铸机的正常生产有重大影响。 下要求： （1）为使钢水迅速凝固，结晶器壁应有良好的导热性和水冷条件。 （2）为使凝固的初

生坯壳与结晶器内壁不粘结，磨擦力小，在浇注过程中结晶器应作上下 往复运动并加润滑剂。

（3）为使钢坯形状正确，避免因结晶器变形而影响拉坯，结晶器应有足够的刚性。

（4）结晶器的结构要简单，重量要轻。

结晶器是由导热性非常好的铜和铜合金做内衬， 内壁、外套和水槽 3 部分。

定， 电磁、和红外线光学等自动控

故对结晶器有以 外面套有夹套通水冷却。 它本身结构分为铜