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涟钢CSP连铸理论培训教材

一、csp连铸总体描述

连续铸钢技术的发展趋势是近终型连铸技术的开发应用，上下连铸与轧钢工序的无缝连接，实现紧凑的生产工艺流程，最大限度的节能和减少环境污染，提高金属收得率，缩短从钢水到成材的生产周期。

涟钢csp连铸机为立弯式，于2004年2月5日一次热试车成功，生产第一块连铸坯，创造了达产达效世界第一的世界记录。

铸机主要设备为蝶式钢包回转台、中间包车、漏斗型结晶器、液压振动台、扇形1、2、3、4段，带刚性引锭杆的顶弯夹送装置、拉矫装置、以及摆动剪，其核心设备是漏斗型结晶器。

在钢包回转台的两侧各有一个中包车和和中包预热站，车上配有浸入式水口预热烧嘴。

每台中包车都配备有称重系统，以称量中间包钢水重量。

每个中间包在正常工作情况下，容量为26－28吨，溢渣情况下为30－32吨。

中间包钢水液位可采用自动和手动进行控制，钢水从中间包注入结晶器采用塞棒伺服机构控制，它和Co60放射源、闪烁记数器和PLC装置一起组成结晶器液位控制系统。

塞棒是整体式的，而塞棒机构采用压缩空气冷却。

结晶器液位控制系统可实现连铸机的自动开浇，即当液位控制系统检测到钢水液位的10％时，铸机振动台开始振动，夹送辊开始拉坯。

钢水从中间包注入结晶器，是通过一个扁平式的整体式浸入式水口，它的出钢口是专门设计的，以适应结晶器形状结构要求。

结晶器是一个直的漏斗式结晶器，上大下小，在宽边铜板上部中心有一个宽的垂直、锥形的漏斗区域，以保证浸入式水口有足够的空间。

漏斗区域为从铜板上部向下大约850mm，以下便是结晶器下部平行出口部分。

下部结晶器模壁是平行的，从而形成最后铸坯的断面尺寸。

结晶器振动装置是一个短杆式的液压振动系统，可以产生正弦和非正弦振动，目前涟钢采用的是非正弦振动。

而结晶器下面则为铸坯导向的扇形1、2、3、4段。

打开结晶器后，可以允许刚性引锭杆的插入，也可以清除漏钢后形成的坯壳。

漏钢后通常影响到结晶器和扇形1段，他可以很容易的作为一个整体用吊车吊出更换。

结晶器的宽度和锥度可以远程调整，借助于主控室内驱动PLC方式进行预设定，在浇注期间，主控操作人员可以根据生产计划或轧制规格要求进行在线调宽，通常情况下还可以通过调锥来进行结晶器热流的控制，以稳定浇注状态，确保铸坯坯壳的均匀冷却。

通常涟钢二次冷却有3条冷却曲线，根据不同钢种，选择不同的冷却曲线，随着拉速的增加，水量不断增大。

铸坯出扇形段后，进入夹送辊顶弯装置，依靠液压，顶弯辊将铸坯与引锭杆分离，铸坯进入3.25m半径的弧形段，再通过拉矫机进行一点矫直。

夹送辊顶弯装置及拉矫装置的冷却均为内冷。

然后铸坯进入摆动剪，在摆动剪处进行铸坯切头和定尺铸坯的剪切，在主控室HMI画面可进行铸坯长度的设定。

通常铸坯在摆剪处的温度为950－1050℃，主要由于不同拉速所致。

二、技术参数

机型立弯式

流数2流

流间距26000mm

浇铸平台标高15165mm

冶金长度9705mm

顶弯半径3250mm

浇注断面：

900～1600mm×70～55mm（冷尺寸）

回转台参数：

回转台承载能力2×200t

回转半径5500mm

回转速度1.0rpm（电机驱动）

0.5rpm（事故驱动）

回转臂升降行程1000mm

回转臂升降速度30mm/s

包盖升降行程850mm

包盖旋转角度65°

包盖升降速度50mm/s

中间包容量：

工作液位27t（液位深度1050mm）

溢流液位30t（液位深度1150mm）

中间包车参数：

中间包车承载能力65t

行走速度1.5/15m/min

中间包升降行程600mm

中间包升降速度60mm/s

中包横移距离±40mm

位置精度±1mm

结晶器：

材质宽面：

Cu-Ag；窄面：

Cu-Ni-Be

高度1100mm

出口宽度900～1600mm×72mm

结晶器漏斗上口宽度×长度×高度180/190mm×880/1100mm×850mm

结晶器振动：

振幅±2mm～±5mm基本设定±3mm

频率0~600cpm

EMBr：

最大线圈电流460A

变压器功率160kVA

塞棒：

行程100mm（±50mm）

驱动方式机电驱动

引锭杆形式：

刚性下装式

拉矫辊对数4对（其中2～4上辊为驱动辊）

铸坯清洗装置：

喷咀数2×13（上下各13个）

喷咀压力6～10bar

摆动剪：

剪切力12400kN

马达功率450kW

最快剪切速度8块/分钟

三、浇注工艺技术参数

1、钢水温度控制

1.1液相线温度的计算

钢水液相线温度取决于每炉钢水的化学成份。

因为钢水凝固的初试点受熔融形核条件的影响，因而不可能从液相线温度来预测钢水凝固的初始温度。

虽然如此，液相线温度还是被当做每炉钢水能否适合浇注的一个主要的参考温度。

液相线温度TL＝1536℃+Σ元素含量×系数

液相线温度计算系数如下表1：

表1液相线温度计算系数表

元素名称

系数α

[C]＜0.2%

0.2%＜[C]＜0.5%

[C]＞0.5%

[C]

-65

-88

-（9+65*[C]）

[Si]

-8

-10

[Mn]

-5

-6

[P]

-30

[S]

-25

-30

[Al]

-1.7

-3

[Cu]

-5

[Cr]

-1.5

[Ni]

-4

-3.5

[V]

-2

[W]

-1

[Co]

-1.7

[Zr]

-12.8

[Nb]

-7

[Ta]

-3

[Ti]

-14

[As]

-14

[Sn]

-10

通常，中间包钢水实测温度减去计算的液相线温度，就可以知道该炉钢水的过热度。

钢水的过热度不仅影响到钢水的凝固行为，而且影响到浇铸保护渣的熔融行为。

1.2钢水过热度控制

不同钢种中间包钢水过热度要求：

见表2。

表2，不同钢种过热度范围

钢种

中间包钢水过热度

连浇炉次

开浇第一炉

低碳钢（C≤0.07％，Mn≤0.5％）

20℃～40℃

30℃～50℃

高强度低合金钢（C≤0.07％，Mn＞0.5％）

20℃～40℃

25℃～45℃

中碳钢（C＞0.15％）

20℃～35℃

25℃～45℃

高碳钢（C＞0.25％）

15℃～35℃

25℃～45℃

2、拉速控制

2.1开浇拉速控制

开浇拉速设定一般为3.4－4.0m/min，开浇拉速控制曲线如下：

第一步：

在8s内加速到1.75m/min（a＝13.13m/min2）

第二步：

以2.14m/min2加速度将速度上升到设定的拉速（在切头后根据情况再调速）。

2.2浇铸过程中拉速控制

最大可能浇铸速度取决于：

冶金长度、结晶器冷却和二次冷却的类型和强度、液芯压下厚度、钢种、钢水过热度、中间包液面、生产节奏等。

2.2.1中间包钢水过热度在规定范围内的拉速优化控制：

见表3

表3，中间包钢水过热度在规定范围内的拉速优化控制

钢种

中间包钢水

过热度

Vc（m/min）

57mm厚坯

Vc（m/min）

72mm厚坯

低碳钢（C≤0.07％，Mn≤0.5％）

20℃～40℃

3.7～6.0

3.0～5.0

高强度低合金钢（C≤0.07％，Mn＞0.5％）

20℃～40℃

3.5～4.8

2.8～4.8

中碳钢（C＞0.15％）

15℃～35℃

3.5～4.5

2.8～4.4

高碳钢（C＞0.25％）

15℃～35℃

3.5～4.5

2.8～4.4

2.2.2如果过热度超过表3范围，则最大拉速按表4进行控制。

表4，过热度超标最大拉速控制表（72mm厚板坯）

钢种

过热度低于下限

过热度高于上限

过热度

℃

Vmax（m/min）

过热度℃

Vmax（m/min）

72mm

57mm

72mm

57mm

低碳钢

15～20

5.5

6.0

40～45

5.0

5.5

高强度低合金钢

15～20

5.0

40～43

4.3

中碳钢

12～15

4.7

4.8

35～40

4.2

4.3

高碳钢

12～15

4.7

4.8

35～40

4.2

4.3

2.2.3中间包吨位与拉速关系，见表5：

表5，不同中间包液面下的最大拉速

中间包钢水吨位（吨）

最大拉速（72mm×900～1600mm）

低碳钢

高强度低合金钢

中碳钢

高碳钢

＞20

不限制

≤15

4.8

4.5

4.2

≤12

4.5

4.3

4.0

≤10

4.2

4.1

3.8

≤8

4.0

3.9

3.8

≤6

3.8（尾出后）

3.7（尾出后）

2.2.4LCR时拉速控制，见表6：

表6，LCR时拉速控制表（低碳钢、HSLA、中碳钢的K分别取26.5，26，25）

液芯压下量mm

最低事故拉速（m/min）

最高拉速（m/min）

低碳钢

HSLA

中碳钢

低碳钢

HSLA

中碳钢

7268

2.3

2.2

2.1

5.6

5.4

5.0

7266

2.5

2.4

2.2

5.9

5.7

5.3

7264

2.6

2.5

2.3

6.1

5.6

7262

2.8

2.7

2.5

6.7

6.5

6.0

7260

3.0

2.9

2.7

7.2

6.9

6.4

7257

3.3

3.2

2.9

8.0

7.7

7.1

2.2.5浇铸过程中最低拉速控制

57mm厚铸坯：

3.5m/min72mm厚铸坯：

2.8m/min

2.2.6紧急降速控制

在漏钢预报系统发出警告后，自动或手动激活紧急降速。

不同钢种的紧急降速控制如表7所示：

表7，紧急降速控制

步骤

拉速（m/min）

时间（s）

加速度（m/min2）

从

到

低碳钢

中碳钢

高碳钢

低碳钢

中碳钢

高碳钢

1.0

＜2

1.0

1.75

3.4

13.125

1.75

4.0（或Vc）

100

2.143

1.5

1.35

2.3尾出拉速控制

第一步：

降低拉速到0.5m/min；

第二步：

保持0.5m/min的拉速40s；

第三步：

提高拉速到5.0m/min。

3、结晶器冷却控制

采用ISO控制，结晶器冷却水从上到下流经冷却水槽。

3.1结晶器冷却水参数

进水压力宽面≥14.5bar；窄面≥16.5bar

出水压力8～10bar

进水温度设计为38℃，操作时35～40℃（启动温度≥30℃）

出水温度＜54℃

最大进出水温差16℃

补偿水：

压力6bar

流量10m3/h

事故水：

流量250m3/h（15min）

压力3bar

3.2结晶器冷却水流量控制，见表8：

表8，结晶器冷却水流量控制表

宽面流量控制

窄面流量控制

铜板厚度（mm）

冷却水流量（L/min）

铜板厚度（mm）

冷却水流量（L/min）

15～16

5600（v＝9.0m/s）

11～12

190（v＝8.2m/s）

16～17

5600

12～13

195

17～18

5700

13～14

200

18～19

5800

14～15

205

19～20

5900

16～17

210

20～21

6000

17～18

215

21～22

6100

18～19

220（v＝9.2m/s）

22～23

6200

23～24

6300

24～25

6400（v＝11.0m/s）

3.3结晶器冷却水水质要求，见下表9：

表9，结晶器冷却水水质要求

项目

单位

参数

项目

单位

参数

PH（20℃）

./.

8.5～9.5

不溶解固体总量

mg/L

300

总硬度

°dH

0.5

Cl2（mg/L）

mg/L

碳酸盐硬度

°dH

0.5

Fe+Mn

mg/

0.5

沉淀＋悬浮物

mg/L

SiO2

mg/L

硫酸盐

mg/L

100

氨

mg/L

0.1

油＋脂

mg/L

3.4结晶器冷却水报警，见表10：

表10，结晶器冷却水报警

浇注危险报警

水流量低于正常10%

进水温度＞45℃

出水温度＞58℃

进水压力＜12bar

浇注停止报警

水流量低于正常15%

进水温度＞48℃

出水温度＞60℃

进水压力＜10bar

浇铸停止报警5s钟内必须停浇。

如果进水压力低于2.5bar事故水自动打开，必须停浇。

4、二次冷却控制

4.1二次冷却水水质要求，见表11：

表11，二冷水水质要求

项目

单位

参数

项目

单位

参数

./.

沉淀和悬浮物

mg/L

暂时硬度

°dH

Fe+Mn

mg/L

0.5

总硬度

3dH

Cl-

mg/L

400

碳酸盐硬度

°dH

总溶解固体

mg/L

1500

4.2二冷水参数

最大进水压力14.0bar

最大流量990m3/h

最低流量300m3/h

进水温度≤35℃

喷咀压力：

扇形段115bar（通过增压泵增压）

扇形段2、3、410bar

事故水流量190m3/h（持续15分钟，其中扇形段1为90m3/h，扇形段

2、3、4为100m3/h）

4.3二次冷却喷淋区和控制回路

二次冷却系统分为6个喷淋区，14个控制回路，其分布见图1。

喷淋区1

1.0

喷淋环+窄侧

格栅

喷淋区2

2.0

喷淋区3

3.2

3.1

3.0

3.1

3.2

扇形段1

喷淋区4

4.2

4.1

4.0

4.1

4.2

扇形段2

喷淋区5

5.2

5.1

5.0

5.1

5.2

扇形段3

喷淋区6

6.2

6.1

6.0

6.1

6.2

扇形段4

图1，二次冷却水系统分布图

控制回路的面积、位置、流量、喷咀数量、喷咀排数见表11：

表11，每个区域喷嘴数量、直径、流量、类型

控制回路

喷咀

排数

喷嘴数

水流量L/min

单位面积水流量（L/m2min）

开始

位置

终止位置mm

每一喷嘴

每一区域

最小

最大

最小

最大

最小

最大

1.0

窄边

5.6

27.1

325

108

350

390

1691

1884

1000

1060

1319

2.0

2～4

11.0

6.9

45.9

27.6

176

154

110

151

734

643

442

607

377

1547

1060

1550

3.0

5～12

144

2.6

374

1748

174

813

1550

2820

3.1

5～12

2.6

166

777

3.2

5～12

2.6

166

777

4.0

13～23

9.6

636

1980

159

517

2820

4795

4.1

13～23

4.2

185

642

4.2

13～23

4.2

185

642

5.0

24～35

5.5

396

1390

297

4795

7245

5.1

24～35

2.8

134

470

5.2

24～35

2.8

134

470

6.0

36～47

3.8

271

936

216

7245

9705

6.1

36～47

2.6

125

384

6.2

36～47

2.6

125

384

注：

喷淋区1－3，Pmax＝15bar；喷淋区4－6，Pmax＝10bar；喷淋区1－6，Pmin＝0.7bar

位置从结晶器液面即铜板顶部以下100mm开始计。

4.4二冷水量的确定

4.4.1概述

PLC系统为二次冷却提供了10条冷却曲线用于72mm厚结晶器，其中1～5号冷却曲线备用，6～10冷却曲线根据钢种选择，高强钢和耐候钢用7#，中碳钢用8#，低碳钢用9#。

。

选择好合适的冷却曲线后，PLC系统将根据铸坯宽度、钢水过热度、二冷进水温度、液芯压下厚度及拉速等自动调节二冷水量。

二冷水的修正系数有：

宽度修正系数fwidth、厚度修正系数fthickness、中间包钢水过热度修正系数fsuperheat、二冷水进水温度修正系数finlettemp

总系数f总＝fwidth×fthickness×fsuperheat×finlettemp

二冷水流量＝喷淋表流量值×f总，当该值小于允许的最小流量值时，以最小流量来控制。

最小流量值如下表12：

表12，二冷区最低流量控制表

控制回路

1.0

2.0

3.0

3.1/3.2

4.0

4.1/4.2

5.0

5.1/5.2

6.0

6.1/6.2

流量L/min

590

370

145

630

160

390

100

270

100

4.4.2二冷水修正系数

●宽度修正系数，见表13－14：

表13，控制回路3.1、4.1、5.1、6.1冷却曲线宽度系数

冷却曲线

浇注宽度

950mm

1040mm

1100mm

1140mm

1350mm

1～10

0.25

0.35

0.45

0.5

0.9

表14，控制回路3.2、4.2、5.2、6.2冷却宽度系数

冷却曲线

浇注宽度

1360mm

1400mm

1450mm

1500mm

1700mm

1～10

0.25

0.35

0.45

0.5

0.9

●铸坯厚度修正系数

在控制回路1.0、2.0、3.0、3.1、3.2，铸坯厚度变化对二冷水的设定没有影响。

控制回路4.0－6.2，二冷水设定值与厚度有关。

4.0－4.2：

fthickness＝d/D

5.0－6.2：

fthickness＝1－〔L×（1－d/D）〕/〔Vc×（d/2k）2〕

d：

在扇形段4出口测得的铸坯厚度

D：

基准厚度，70mm

L：

冶金长度，9705mm

●二冷水进水温度修正系数，见图2

修正系数

1.04

1.02

1.00

0.98

0.96

0.94

1015202530354045进水温度（℃）

图2二冷水进水温度修正系数

●中间包钢水过热度修正系数，见图4

修正系数

1.06

1.05

1.04

1.03

1.02

1.01

1.00

0.99

10152025303540455055606570过热度（℃）

图3中间包过热度修正系数

4.5二冷水的报警，见表15

表15，二冷水报警

报警信号

极限条件

措施

1，2，3区域

浇铸停止报警

低于设定值60％

紧急关闭滑动水口，紧急关闭塞棒，尾出

1，2，3区域

浇铸危险报警

低于设定值80％

降低拉速到2.5/3.5m/min（区域3），

如果不能排除故障，在5分钟内停止浇铸

4，5，6区域

浇铸危险报警

低于设定值80％

区域4：

降低拉速至3.6m/min；

区域5、6：

降低拉速至2.5/3.5m/min；

如果不能排除故障，在15分钟内终浇。

4.6侧喷水控制

在扇形四段下有一排侧喷水，其作用是防止边部过冷。

喷嘴数目：

14个（在固定侧左右两边各7个）

水压：

19bar

流量：

80L/min（每个喷嘴）

喷嘴的开关根据铸坯宽度来控制，如下表16：

表16，侧喷水开关控制

喷嘴

结晶器出口宽度mm

900～1000

1001～1100

1101～1200

1201～

1300

1301～1400

1401～1500

1501～1600

1601～1700

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

开

关

5、设备冷却水

5.1设备闭路冷却水

5.1.1设备闭路冷却水水质要求，见表17：

表17，设备冷却水水质要求

项目

单位

参数

项目

单位

参数

./.

7.5~8.3

Fe+Mn

mg/L

0.5

水中沉淀

mg/L

Cl-

mg/L

150

碳酸盐硬度

°dH

沉淀

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