连续铸钢技术项目设计方案

1 连续铸钢技术 项目设计方案 连铸技术的发展概况 连续铸钢是钢铁冶金领域内发展最快、最受重视和最为成功的技术之一，其原因在于连铸技术具有显著的技术经济优越性，是钢铁生产流程中结构优化的重要环节。转炉的发明者亨利贝塞麦 ( 1846 年首先提出了连续浇注的概念并于 1857 年获得专利权。从那时以来，近一个世纪的时间里，世界上的一些冶金工作者在连续浇铸技术方面进行了有益的探索，上世纪三十代，德国人容汉斯开创性的提出结晶器振动法，浇注铜铝合金获得成功，使有色合金的连续铸造应用于生 产，金属 (铜、铝 )的连续铸造获得了工业应用。但钢液的连续浇铸却始终没有获得工业化 1。钢的连铸取得突破性进展是由 1945 年，容汉斯 (其合作者罗西 (用了振动式结晶器代替以前的固定式结晶器，解决了固定式结晶器拉坯漏钢的难题，钢水的连铸才首次获得成功。 1950 年容汉斯和曼内斯曼 (司合作，建成了世界上第一台能浇铸 5 t 钢水的连铸机 2。钢水连铸获得巨大成功的另一重要的技术关键是英国人哈里德(出的“负滑脱 (的概念。“负滑脱”能够有效地防止了凝固壳与结晶器的粘结和更好地改善润滑。 20 世纪 40 年代，德国建成了第一台浇注钢水的实验性连铸机。连铸技术在 20 世纪 50 年代初开始步入工业应用阶段， 70 年代以后钢的连铸技术迅速发展， 80 年代连铸技术日臻完善，一个国家的连铸技术水平的高低己成为衡量其钢铁工业现代化程度的 2 重要标志。 20 世纪 90 年代，随着钢的连铸技术的日益成熟，连铸技术又有新的重大发展。从那时以来，薄板坯连铸 (连轧 )技术在世界上获得了重大发展 ;薄带连铸技术也受到广 泛重视，进行了深入研究；高效连铸技术随之出现，并获得了迅速发展。今天，钢的连铸技术无论从深度和广度上，都远远超过了 20 世纪 80 年代的水平。并且在最近 10 年左右的时间里，在连铸技术领域出现了一些重要的独创性技术。 21 世纪初期，板坯连铸技术又有了长足的进步，特别是欧洲的奥钢 (西马克(大公司，这几年在板坯连铸技术上取得了很大成就，使连铸机在生产规模、产品品种、工艺操作、铸坯质量、生产效率、设备的改进、液压技术的应用以及自动化控制各方面都达到了很高的技术水平，甚至有的工厂的不锈钢板 坯生产已达到了无清理率，直接热送的工艺水平。板坯连铸技术的发展还表现在各项技术水平提高的同时降低了设备重量，减少了投资成本和消耗，节省了能源。 我国是发展连铸技术较早的国家之一。早在五十年代就开始了连续铸钢的试验研究工作。从 1957 年到 1959 年相继建设了三台立式连铸机。 1960 年又试验成功了弧型连铸机，并于 1964 年正式建成投产了一台板坯弧型连铸机，浇铸断面为 110 180 6001500 配备了 1500 吨飞剪，是当时世界上最早出现的四台板坯弧型连铸机之一。以后又陆续在天津 、武汉、上海和北京等地建设一批连铸机。我国早已拥有立式、立弯式、弧形和椭圆形等多种型式的连铸机，并对水平式、轮带式连铸机进行了试验研究。所能浇铸的最大和最小断面都已达到世界先进水平。连铸设备的设计和制造水平正日益提高。在生产自动化方面也取得了可喜的成果。 近十几年来经过广大冶金行业技术人员的不懈努力，我国在高效连铸、板坯连铸、特殊钢连铸方面取得了长足的进步。目前我国连铸机的设计作业率为 80%左右，实际作业率通常为 60% 90%，有些连铸机作业率已经超过 90%。板坯连铸机的浇注速度一 3 般为 8 m/板坯为 4 5.5 m/120 120 坯为 3 4.5 m/50 150 坯为 2 3 m/于设计年产量，大型板坯或薄板坯连铸机为 100 万吨 /流，小方坯连铸机为 12 万吨 /流左右。某些小方坯 (120 150 铸机的年产量已超过 18 万吨 /流。我国连铸生产水平与世界同类指标相当。 这些年来，尽管国产连铸设备有了足够的长进，但与先进国家相比还存在一定差距。国产的板坯连铸机在技术、工艺及产品通性能等方面还不能满足 国内一些大钢厂的要求，宝钢、武钢等还都是引进国外产品，我们的板坯连铸机与国外先进国家相比还有相当大的距离。 铸技术发展趋势 (1)高拉速 为实现连铸与连轧的匹配 ,近年来已有不少文章论述 ;理想的供坯方式是一台连铸机配合一套轧机 ,就象一台液体 固体转变机。要实现这个目标 ,现有连铸机的拉速远不能满足 ,为此人们在努力寻找提高拉速的途径。对于 22本福山厂达到 当前世界上最高水平。般的正常拉速为 右。方坯为 3 一 3 sm/前研究提高拉速的途径是 ,改变振动方式 ,采用非正弦波 ,研究改进保护特性。结晶器以及结晶器下口的导向及保护问题也是研究课题。另一途径 ,研究随动结晶器浇注工艺 ,传统连铸的固定结晶器(带振动 ),由于拉坯时结晶器与坯壳间有相对移动而限制拉速提高 ,随动结晶器可避免此间题而将拉速提高到 10m/上。虽然近来这方面报导不多 ,但研究工作仍在进行。 (2)提高铸机作用率 铸机作业率通常是 80%、现在先进的铸机作业率已提高至 90%。 提高作业率的措施是采用钢包回转台 ,大容量中间罐 ,结晶器在 线调宽 ,上装引锭杆 ,各 4 种部件快速更换 ,离线调整对弧 ,小方坯铸机可简化二冷支承结构 ,以便于处理漏钢事故。通过有关措施 ,处理漏钢事故大板坯铸机只需 内 ,小方坯只需 15加多炉连浇炉数 ,大容量中间罐与钢包精炼站配合可以使连浇炉数增加。缩短设备检修维护时间 ,提高纯作业时间 ,有些工厂已具有对设备的故障诊断和电气故障查找专家系统 ,协助查找判定故障原因及零部件使用磨损情况 ,以便安排定修时间。 (3)提高铸坯质量、开发品种 连铸坯质量优于钢锭已为国际公认 ,提高质量仍是大家努力的目标。第四届国际连铸会议上发表论文 的核心都是关于改进铸坯质量 ,其中 13/论文是研究提高铸坯质量。炉外精炼是提高钢水质量的重要措施 ,尤其在全连铸厂是不可缺少的 ,防止钢水二次氧化措施对提高质量很重要。中间罐冶金受到高度重视并在内容上有新发展 ,中间罐容量扩大 (钢水在罐内平均停留时间 5 一 深 (工作液面高度 8001200置挡渣墙 ,近来夹杂过滤技术正式试用 罐内喂合金丝、易氧化元素丝 (在一些工厂实施。保护渣特性以及结晶器内弯月面处铸坯凝固的研究倍受重视。西班牙 司报导了一项研究成果 ,引起很大 震动。研究采用“冻结”连铸过程 ,发现凝固坯壳不是在弯月面处开始凝固 ,第一条振痕也不是在弯原面处形成 ,在弯月在与开始凝壳层头部之间有一个从前未发现的液态区域 ,这与追踪注坯缺陷是至关重要的。关于解决偏析的措施提出液芯处采用锻压法 是有现实意义的。无缺陷坯生产技术已成现实 ,日本琪厂的板坯无缺陷率已达 95%。连铸钢种已被广泛用于替代沸腾钢。用电磁搅拌改善滚珠轴承钢质量作了许多研究。 (4)连铸自动化、智能化发展 电子计算机的介入和各项检测仪表功能的完备 ,使连铸操作、控制、设备诊断、电气故障查找都有新的 变革。无人浇庄、二冷自控、定尺优化剪切、铸坯质量在线判定、铸坯流向管理已在大生产上应用。连铸控制自动化、智能化已成现实。 5 (5)近终形浇铸 是当代世界钢铁技术的一次大变革，是当前具有强竞争力的短流程钢厂采用的主要工艺，力求浇铸尽可能接近最终产品的铸坯，以便进一步减少中间加工工序，节省能源、减少贮存和缩短生产时间。其与传统工艺相比，流程短，效率高，建设投资小，生产成本低，受到世界钢铁界的高度重视。 新世纪以来，钢铁工业面临一系列激烈的挑战，包括符合环境保护要求的排放物、节能和改善操作者劳动条件的迫 切要求，材料性能方面受到其他材料 (塑料、玻璃、纸张及有色金属 )的竞争，在生产效率方面受到投资和运行成本的限制等。在现代化的工业国家里，钢铁工业是工业能源最大的消费者，消耗水平约为 10%。能源费用已超过其他费用，因此千方百计降低能源消耗已成为钢铁工业生存的关键。为了适应市场的变化而形成了新世纪连铸技术发展的最新方向，主要包括三个方面，即近终形浇铸、高质量钢浇铸和高效连铸，三个课题之间相互关联，在发展进程中逐渐发展为优质、高效和经济三者兼顾的生产技术体系。 国连铸技术发展 (1)连铸比迅速增长 统计数字显 示 ,2002 年我国连铸比为 2003 年上半年全国连铸比达到 已超过了世界 均连铸比的水平 ;我国连铸比已达到发达国家的水平 ,连铸比将要达到饱和状态。 (2) 连铸机数量增长较快 我国连铸机的数量如表 1 所示 (统计到 2002 年 12 月 )。由表 1 可知 :与工业发达国家相比 ,我国连铸机的台数最多 ;现有连铸机年生产能力可达 t,实际连铸机产能还大有潜力。 6 (3)高效连铸技术普遍应用 采用了高拉速、高作业率、高连铸炉数、高质量的连铸技术 ,40% 50%小方坯连铸机进行了高效化改造 ,流产 量达到 15 20 万 t/a,7 10 天连浇生产 ,铸坯无清理率达 95%以上 ,做到了产量与质量的统一和炉机匹配统一。 (4)薄板坯连铸 全球已建成 54 流连铸 年生产能力为 5500 万 t;我国已建和在建 13 流生产线 ,年生产能力达到 1400 万 t(见表 2),占全球总产量的 1/4;中国 产量 (1050 万 t)与美国 量 (1000 万 t)相当。 内连铸面临的问题 虽然我国连铸发展取得了一些成绩，但还是应该清楚的看到我国连铸发展的整体水平与西方发达国家相比还存在不小的差距，主要 表现在： (1)大量低水平连铸机的重新建设。目前，我国生产能力低下的低效连 铸机仍占 70%左右。 (2)可浇注品种少。以合金钢连铸为例，我国合金钢连铸比仅为 5%左右，而工业发达国家已达到 90%。 (3)连铸机作业率低。我国连铸机平均作业率不到 70%，而发达国家连 铸机多采用大部件更换、离线检查等手段，大大缩短停机时间，连铸机实际作业时间多在 90%以上，甚至有些国家的个别连铸机实际作业时间达到 96%。 (4)自动化控制水平低。我国绝大部分企业在诸如连铸的测温、测速等方面还凭经验或用手控方式，偏 差较大；有些连铸机在建成时配备了一些自动控制设备，但由于仪器设备存在着各种质量问题，不能保持良好的运行状态。就拿连铸机结晶器液面控制来说，本是依靠自动控制来实现的，但目前结晶器液面实现自动控制的尚不足全部连铸机的 7 20%。而工业发达国家连铸生产的自动控制已发展到整个连铸过程的计算机控制，样品采集、分析、逻辑控制都是在建立在数学模型上的，其精确程度和准确性是用手控或凭经验所无法做到的。 我国大部分钢铁公司的连铸机多数都是国外设计的，很多技术资料对我们来说都是保密的，当铸机在生产中出现问题的时候，有很多技术资 料及相关的重要参数我们无从获知，这极大限制了铸坯的产量，对技术改造来说也是一大难关。 因此，目前我们的当务之急是要对我国的连铸设备进行高效化改造，增加连铸品种，提高铸坯质量及自动化控制水平，采用连铸新工艺新技术成果，要想整体赶上和达到西方工业发达国家连铸水平，仍然有很长的路要走。 连铸机总体设计的前提条件 板坯连铸设备是一项涉及专业面广，结构复杂，技术难度大，与产品产量、质量、经济效益有密切关系的现代化成套设备。从成套板坯连铸设备的整体出发围绕产品产量、质量、经济效益制定出切实可行的设计指导思想，提出 设备设计的构思，确立机械设备与其他专业设计的关系，进行设备选型和整体参数计算，是板坯连铸设备总体设计的基本任务。 坯连铸机主要技术特点 根据该连铸机生产的主要钢种、铸坯规格和生产能力 ,为了提高连铸坯内部质量和表面质量 ,提高连铸机作业率 ,保证连铸机可靠性生产和生产管理 ,提高设备使用寿命、减少设备维修和降低生产成本 ,提高金属收得率 ,这台连铸机的设计采用了诸多关键技术。 (1) 钢包倾动技术 为提高钢水收得率 ,在钢包浇注末期由液压缸驱动使钢包倾动角度 0 3 ,将钢包 8 内残留钢水减少到最少。国内设计的大包回转台 首次采用了该技术。 (2) 钢水下渣检测技术 采用振动式下渣检测技术 ,防止钢包渣进入到中间罐内污染钢水 ,提高了钢水的纯净度和钢水收得率 ;避免水口堵塞 ,提高了中间罐连浇炉数。 (3) 实现全程无氧化浇铸 氧化洁净度是优质钢最重要的一个指标。有害夹杂物形成的主要原因是非常小的夹杂物在紊流区凝结 ,这表现为钢水从大包到中间包、中间包再到结晶器传输过程中钢水的二次氧化。为此 ,采用全程无氧化保护浇铸 ,如多功能连杆式大包回转台 ,带有大包加盖功能 ;大包与中间包之间设有长水口 ,由液压驱动的钢包水口操作手进行长水口的操作 ;中包与结晶器之间设有浸入式水口 ;长水口、浸入式水口均由氩气密封 ;中间包内钢液严格覆盖保护 ;结晶器采用自动加渣。 (4) 大容量中间罐 采用了大容量中间罐 ,其正常液面高度 1 200量 70 ,溢流液面高度 1 300量 80。钢水在中间罐内的停留时间大于 10而使钢水的夹杂物能充分上浮。 (5) 水口快换机构 采用水口快换机构更换浸入式水口 ,实现单台中间罐的多炉连浇。多次快速更换浸入式水口 ,使中间罐耐材与水口寿命得到最佳匹配。浸入式水口的瞬时更换 (完成新旧水口的更换 ),使浇铸不断流。 浸入式水口快速更换时中间罐无需升降 ,既简化了操作工艺 ,又稳定了结晶器液面。快换机构的氩气供给回路可防止钢水的二次氧化。快换机构的事故盲板在发生浇铸事故时瞬间切断钢流。 (6) 自动加渣技术 加渣装置为紧凑式可移动装置 ,该装置以恒定喂料速度将结晶器保护渣送入结晶器。采用自动加渣装置避免了人工加渣的不均匀性 ,改善了操作工的工作环境。 9 (7) 结晶器专家系统 (漏钢预报 ) 该系统主要包括拉漏预报、温度监控、热通量监控等功能 ,采用该系统有利于安全生产。 (8) 结晶器液面控制 弯月面波动不仅造成诸如漏钢等生产上的问 题 ,还严重影响铸坯质量。当弯月面波动加剧时 ,板坯表面非金属夹杂物增加 ,导致板坯表面缺陷加重。 采用涡流式传感器检测结晶器内钢水液面位置 ,并与塞棒装置构成闭环的结晶器液面控制系统 ,将液面波动控制在 2内。通过现场工艺条件进行仿真测试 ,建立了自动开浇模型 ,实现了自动开浇功能。 (9) 结晶器液压振动装置 结晶器液压振动系统可实现振动频率和振幅的最佳组合 ,再加上最合适的振动波型和偏斜率 ,可用于所有的浇铸条件和生产钢种。液压非正弦振动可在线调节振动参数 ,如振动频率、振幅、偏斜率。选择适当的参数可减小负滑动时间 ,使振痕变浅 ,并可增加正滑动时间 ,增加保护渣消耗量 ,改善润滑。液压非正弦振动可在最佳负滑动时间和正滑动时间的情况下降低振动频率 ,提高设备的使用寿命和稳定性。液压非正弦振动适用于不同钢种 ,通过选择优化的控制模型及参数 ,获得良好的铸坯质量。 (10) 结晶器在线调宽 为满足产品宽度变化 ,适应市场的要求 ,该铸机设计的结晶器宽度调整系统可实现离线宽度调节、浇铸过程中在线宽度调节、拉坯速度和冷却系统连续监视、在线宽度和锥度调节 ,以补偿拉坯速度变化对冷态铸坯宽度的影响。调宽驱动采用伺服电机 ,冷态调节速度 0 150mm/侧 );热态调节速度 0 35mm/侧 )。热态调节速度与钢种、铸坯断面、浇铸速度等因素有关。减小宽度时调节过程为用上部驱动减小锥度、宽度和锥度 10 连续调节、用下部驱动调整锥度。增大宽度时调节过程为用上部驱动增大锥度、宽度和锥度连续调节、用下部驱动调整锥度。 (11) 动态二冷控制 板坯连铸机二次冷却水动态自动控制是连铸核心技术之一。经过二次冷却的铸坯易出现表面缺陷和内部缺陷 ,表面缺陷通常起源于结晶器 ,内部缺陷主要是二冷区的不均匀冷却造成的。二次冷却局部过冷产生纵向凹陷而导致表面纵向裂纹 ;二次冷却 的水量过大或角部水量过大易造成表面、角部横向裂纹 ;铸坯在凝固过程中过冷或不均匀二次冷却产生的热应力作用在树枝晶较弱的部位而产生中间裂纹 ;二次冷却过激易造成中心星状裂纹 ;二次冷却不均匀 ,使柱状晶生成不规则 ,产生“搭桥”而导致中心偏析与中心疏松。二次冷却水动态自动控制对提高板坯内部和表面质量尤为重要。该连铸机二冷采用气水雾化二次冷却 ,动态控制。二冷区分为 11 个冷却区 ,34 个冷却回路 ,其中 4 个冷却区设有 3幅切和 2 幅切回路控制 ,以适应浇铸不同宽度断面铸坯。在考虑实际水流量、铸速、钢种和过热度的情况下 ,跟踪铸坯 ,在线 实时计算铸流的温度分布情况。根据温度分布和所选择的冷却策略 ,计算并调整各个冷却回路的动态冷却水量设定值 ,即表面温度控制 (在各个冷却区规定的表面温度 )。 (12) 动态轻压下技术 中心偏析与疏松是传统连铸坯的主要缺陷之一 ,可引起钢材的一系列质量问题。采用动态轻压下技术就是在凝固末端给铸坯进行轻微压下 ,以补偿富集偏析元素所致钢液凝固时的体积收缩 ,防止该处钢液的流动 ,从而减少或消除铸坯的中心偏析与疏松。本连铸机采用动态轻压下 ,即在生产过程中随着浇注条件的变化而变化的压下方式。本连铸机共有16 个扇形段 ,轻压下区域为 4 16 段 ,所有扇形段的夹紧液压缸上配置有一个线性传感器 ,所有扇形段都设有夹紧控制装置和远程调辊缝控制装置 ,可实现位置控制、压力控制和同步移动控制。轻压下时压下率为 m,压下量为 7 11 (13) 二冷区电磁搅拌技术 二冷区电磁搅拌主要是抑制柱状晶发展 ,提高等轴晶率 ,减少偏析等铸坯内部缺陷。本连铸机电磁搅拌采用辊式行波磁场型 (电磁搅拌辊 ),即将感应器做成长轴形 ,安装在外形大小与连铸机常规支承辊相近的非磁性特殊辊套内 ,工作时辊套随着铸坯移动作旋转运动。采用对辊式高磁场电磁搅拌辊使中心 电磁推力可达到磁极插入式电磁搅拌器的标准。 (14) 质量判断模型 质量判断模型是板坯生产过程中的铸坯质量自动检查系统 ,采用质量判断模型可向冶金技术人员和生产操作者提供在线生产操作信息 ;跟踪并存储生产过程中与质量有关的工艺参数 ;检查和报告实际生产条件和计划生产操作的各个偏差 ;如果需要对某些板坯进行检查 ,提出建议。 (15) 辊缝自动测量 板坯连铸机外弧的对弧偏差和辊子开口度 (辊缝 )偏差是铸坯在二冷区产生辊子错位应变及铸坯尺寸偏差的主要原因之一。辊子的停转不仅造成辊子的磨损 ,而且影响铸坯的表面质量 ,增大了拉坯 阻力。该铸机采用辊缝自动测量 ,以检测外弧的对弧精度、辊缝精度及辊子的转动情况。采用自动测量既减少了人工测量操作造成的误差 ,又提高了铸机的作业率。 (16) 板坯切割优化 板坯切割优化的目的在于最大可能的减少钢坯量的损失 ,提高铸机的金属收得率 ,提高切割机的生产率 ,在浇铸末期或更换中间罐时给操作员提供有关铸坯预切割长度的信息。该连铸机板坯切割优化系统主要包括最佳切割计算模型、红外检测系统、控制系统、参数输入系统及参数显示装置。 (17) 在线自动打号机 在线自动打号机用来在板坯上喷印标识符号。该铸机选用电弧铝丝 喷号机专用设备 , 12 喷印机接近板坯 ,去除板坯表面的氧化铁皮 ,然后把计算机或操作员预先设定的数字 /字母代码喷印到板坯上。这种喷印机运行稳定 ,标识清晰、不脱落 ,可实现产品的可追溯性 ,质量的可跟踪性 ,防止发生混坯事故。喷印标识符号可调整 (50 150喷印周期 60。 13 第二章 设计方案的确定和论证 品大纲的制定 品大纲制定的依据 （ 1） 船板钢，随着经济全球化的进展 ,海上运输量不断增加 ,船舶、环境方面也对安全和环保提出了更高的要求。因此 ,各造船大国不仅对船舶用钢的需求量增加 ,同时对船板的强度和质量等级要 求也越来越高。随着船舶吨位的大型化方向发展 ,造船业感到国产普通强度船体钢强度不足 ,所以对船用钢特别是高强度船用钢提出更多品种和更高质量的要求。建造沿海、内河和万吨级别以下的海洋航区的船舶壳体一般采用一般强度船板结构钢 因为其具有强度好、综合性能好、能够减轻船体自重、提高载荷的特点而得到广泛应用。市场需求量大，前景广阔。汽车用钢 筑用钢 筑用钢 性能结构钢 2） ，汽车工业的飞速发展带动了 的生产。世界许多先进钢铁企业都非常重视 的生产，安赛乐米塔尔、 新日铁、蒂森克虏伯、美钢联、浦项和我国宝钢等年产量均在 200 万以上。 20 世纪末 ,日本 年产量已超过 1 000 万 ,并呈逐年上升趋势。 的基本特点是钢中碳、氮元素及全氧、夹杂物含量低 ,并且碳、氮元素被妮、钦等微量合金元素固溶成碳、氮化物 ,从而使钢中无间隙原子存在。因此 ,具有比普通铝镇静钢更优良的深冲性能 ,具体表现在 :低的屈服强度、高的延伸率、高的垂直塑性各向应变比 (r)、 的硬化指数 (n)和无时效性等。由于 具有的上述优良特性 ,很快成为世界各国冶金界研究及生产的重点方向之一 ,目 前国外一些知名钢铁企业 的年产均保持在 100 万吨以上。作为一种高附加值钢 已被广泛地应用于汽车、家电和日用品制造等行业 ,并成为一个国家汽车用钢板生产水平的标志。 （ 3）高性能结构钢 着钢材需求行业的技术升级 ,对钢材的性能也不断提 14 出更新的要求。一直以來 ,国内外建筑都沿用通用的碳素钢和低合金结构钢 ,例如 16345、 。要求钢板具有良好的焊接性能 ,屈服强度一般在 460同时要求一定的塑性和韧性 ,以保证施工要求和防止脆断。近年来 ,由于超高层、大跨 度、空间和非对称结构的发展以及对施工和使用环境影响的深入研究 ,对所用钢板提出了更新更高要求 ,令建筑结构用钢由一般性钢材逐步向高性能专用钢过渡 ,如 朝高强度、高焊接性、抗层状撕裂、耐候耐火和抗震方向发展。高强度低合金 (厚钢板属资源节约型钢材 ,同时也是比较典型的高技术含量、高附加值产品 ,其广泛用于能源、交通、建筑、工程机械等国民经济各个重要领域 ,具有很大的市场潜力。 （ 4） 性和塑性较好，有一定的伸长率，具有良好的焊接性能和热加工性。其特点有， 高强度：一般其的屈服强度在 300上。高韧性：要求延伸率为 15% 20%，室温冲击韧性大于 600kJ/m 800kJ/m。 有较高的断裂韧性。良好的焊接性能和冷成型性能。低的冷脆转变温度。良好的耐蚀性。主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。 品大纲 表 品大纲 序号 产品 钢号 产量比 / % 产量 /万吨 1 造船船钢板 1 132 2 汽车用钢板 3 100 3 高性能结构钢板 3 100 4 建筑用钢板 3 100 钢种的成分和生产工艺 15 （ 1） 船板钢 表 40 化学成分 （质量百分比， %） S 产工艺流程：铁水预处理 200顶底复吹转炉炉外精炼 精炼 宽板坯连铸板坯切割步进梁式加热炉加热除磷 3 500四辊可逆式炉卷轧机层流冷却矫直精整入库 （ 2） 表 化 学成分 （质量百分比， %） S N 产工艺流程：铁水预处理 (脱硫、脱硅、脱磷 ) 200t 转炉冶炼 (脱碳、脱磷 ) 外精炼 (脱碳、脱气、去除夹杂 ) 连铸热轧冷轧退火平整。 （ 3） 高层建筑用钢板 。 表 化学成分 （质量百分比， %） S 产工艺流程： 铁水预处理 200 吨转炉一 精炼板坯连铸加热炉加热单机架轧制 流 16 冷却热矫质量检验判定入库 入库。 （ 4） 化学成分 （质量百分比， %） S 产 工艺流程： 铁水预处理 200t 转炉冶炼 吹氩 连铸前吹氩 连铸。 属料流程图 17 案的选择与论证 炉容量与座数的确定 炉车间内转炉的座数 根据国内外实际生产的经验，以及参观实习可知，大家普遍认为转炉车间保持 23座转炉同时吹炼比较合理。同时随着近年来转炉技术的不断发展与成熟，炉龄大幅提高，在生产实践中无需像过去那样采用三吹二或二吹一的方式生产，所以转炉车间的常吹炉座数就是车间的转炉座数。同时考虑到国家淘汰落后产能的相关政策以及现代转炉公称容量日趋大型化，所以本设计选用二吹二的方 式。 炉的容量 根据相关资料文献以及实际生产经验，选转炉收得率为 98%精炼收得率 95%平均先进指标连铸坯的收得率为 96%，转炉的有效作业天数年作业率为 305 天，转炉的冶炼周期为 38 分钟进行计算，计算步骤如下： （ 1） 根据生产规模以及生产方案计算出年需钢水量： 年需钢水量 = 收得率年需良坯量由产品大纲要求可知年需不同钢种的连铸板坯为 432 104 吨以及经验数据可知 年需钢水量 = 8%96%98%98 104 3 2 44 （吨） （ 2） 计算出钢炉数（按照 2 吹 2 的方法）： 年出钢炉数 = 冶炼周期年炼钢时间2= 冶炼周期 转炉作业率日历时间 2转炉作业率 = %1 0 0日历天数转炉有效作业时间= %100365310 =85% 18 年出钢炉数 = 2 35 1 438 %8560243 652 （炉） 每天出钢炉数 = 年作业率年出钢炉数= 7631023514 （炉） 平均炉产钢水量 = 1 9 92 3 5 1 4 104 6 84 年出钢炉数年需钢水量（吨） （ 3） 确定转炉容量： 本设计选定 200 吨转炉 2 座，采用 2 吹 2 方式生产。 （ 4） 核算车间年产量： （吨） 41043498%98%9623514200 经校核 2 座 200 吨转炉年产良坯 434 万 吨，满足年产 432 万吨的设计要求。 包容量与尺寸的确定 钢包是炼钢生产的重要设备，它在转炉和连铸之间起到了连接作用，此外几乎所有的路外精炼过程都需要在钢包内完成，钢包工况的稳定与好坏直接到钢铁产品的质量和生产节奏。此外路外精炼技术又使得对钢包的使用用和结构提出了更高的要求。 在钢水的运输和精炼过程中为了节约能源减少钢包外表面的散热，在设计时应使钢包的外表面积最小即接近球形。园包状内型的钢包宽高比接近于一（砌砖后的深度 H 与上口内径 D 之比） 1一方面，为了方便钢包倾倒和清理，有通常把钢包设计成上大下小的圆锥台形，根据经验一般选取 15%。 包尺寸的计算 （ 1） 钢包容纳钢水量 P 吨：钢包的容量应该与转炉最大出钢量匹配，还要考虑 10%的过装余量。所以钢包的实际容量为： 2 2 02 0 吨） 19 （ 2） 钢包内渣量：出钢时一般炉内大部分渣都会随钢水倾倒入钢包内，渣量一般为钢水量的 35%，设计时应取较大比例，本设计采用 15%的渣量。 302 0 P （吨） （ 3） 钢包容积：根据钢包实际容纳钢水量与渣量计算出钢包的容积。t/熔渣比容取为 t/因此钢包的总体积应为 熔渣钢水 ( 3m ) 本设计采用 1度为 15%则钢包下部内经为（如图 5 图 包 钢包的容积安圆锥台计算： 2212 将 和 带入上式得 V 又因为钢液和渣的体积为 所以 3131 6 6 20 从而可得钢包基本尺寸与容量的关系如下 D H D H 上面三个关系式实在上下内衬一样的前提下退出的，从而得到各个部分参数如 （图 图 包刨面图 1)外壳内高 2)外壳全高 1 3)外壳上部内径 4)外壳上部外径 5)外壳下部内径 6)外壳下部外径 说明： D ：钢包上部内径 21 桶桶壁厚度 （包壁厚度上下一致） mm 包底衬厚度 mm b：钢包壳壁厚度 b= mm d：钢包壳底厚度 d= 于砖衬部分的加厚使得容积减少了 47%，所以需要加大修正，即增大 值才能保证实际容积为 K 取 一个系数，表示砖衬部分加厚 使容积减少了 47%本设计 K 采用94%。修正后得到： 06 6 米） 2 2 （米） 一般 取 3060设计取用 45 包尺寸总表 参数名称 数值 数名称 数值 4000 H 4000 1D 4560 1H 4400 2D 4640 2H 4448 3D 4040 400 d48 b40 为了方便精炼的使用，钢包的净空高度须在 400上，而原设计的净空高度仅 22 在 300400 之间，不能满足需求加以改进，本设计钢包净空高度取 800直径增大120 表 包尺寸改进后总表 参数名称 数值 数名称 数值 4000+120 H 4110+800 1D 4560+137 1H 4400+800 2D 4640+139 2H 4448+800 319 D 4040+121 400 d48 b40 铸方法的选择与论证 (1)概述 将高温钢水连续不断地浇铸到一个或一组水冷铜质结晶器内，钢水沿结晶器周边逐渐凝固成坯壳，待钢液而上升到一定高度，坯壳凝固到一定厚度后由拉矫机把铸坯拉出，并经二冷区喷水冷却使铸坯完全凝固，由切割装置根据轧钢要求切成定尺。这种使高温钢水直接浇铸成钢坯的工艺称为连续铸钢，简称连铸。它的出现从根木上改变了一个世纪以来占统治地位的钢锭初轧工艺。 (2)连续铸钢的优越性 连铸技术的迅速发展是当代钢铁工业发展的一个非常引人注日的动向，连铸之所以发展迅速，主要是它与传统的钢锭模浇铸相比具有较 大的技术经济优越性，主要表现在以下几个方而 : 23 1）简化生产工序 由于连铸可以省去初轧开坯工序，不仅节约了均热炉加热的能耗，而且也缩短了从钢水到成坯的周期时间。近年来连铸的主耍发展之一是浇铸接近成品断面尺寸铸坯的趋势，这将更会简化轧钢的工序。 2)高金属的收得率 采用钢锭模浇铸从钢水到成坯的收得率大约是 84%而连铸约为 95%96%，因此采用连铸工艺可节约金属 7%这是一个相当可观的数字 重要原因之一就是在钢铁工业中大规模采用连铸 985 年起日本全国 的连铸比己超过 90%锈钢，采用连铸法进行浇铸，其经济价值就更大 吨钢坯成本降低约 170 元，按年产量 800 万 t 计算，每年可收益约 元 高金属收得率，简化生产工序将会获得可观的经济效益 . 3)节约能量消耗 据有关资料介绍，生产 1t 连铸坯比模铸开坯省能 627 J，相当于 准煤，再加上提高成材率所节约的能耗大于 100 准煤 吨连铸坯综合节能约为 130 准煤。 4)改善劳动条件，易于实现自动化 连铸的机械化和自动化程度比较高，连铸过程已实现计算机自动控制，使操作工人从笨重的体力劳动中解放出来 着科学技术的发展，自动化水平的提高，电子计算机也用于连铸生产的控制，除开浇操作外，全部都由计算机控制。例如我国宝钢的板坯连铸机，其整个生产系统采用 5 台 计算机进行在线控制，具有切割长度计算，压缩浇铸控制、电磁搅拌设定、结晶器在线调宽、质量管理、二冷水控制、过程数据收集、铸坯、跟踪、精整作业线选择、火焰清理、铸坯打印标号和称重及各种 报 24 裹打印等 31 项控制功能。 5）铸坯质量好 由于连铸冷却速度快、连续拉坯、浇铸条件可控、稳定，因此铸坯内部组织均匀、致密、偏析少、性能也稳定。用连铸坯轧成的板材，横向性能优于模铸，深冲性能也好，其他性能指标也优于模铸。近年来采用连铸己能生产表面无缺陷的铸坯，直接热送轧成钢材。 连续铸钢是一项系统工程，涉及炼钢，轧钢，耐火材料，能源，备品备件，生产组织管理等一系列的工序。多年的生产实践证明：只有树立以连铸为中心，炼钢为基础，设备为保证的思想，才能较好地掌握现代连铸技术，连铸工艺的采用，改变了传统的工艺要 求、操作习惯和时间节奏。这就要求操作者和技术人员加强学习，更新知识，以适应连铸新技术的发展，做好技术培训工作。 (3)连铸机分类 从上世纪 50 年代连铸工业化开始， 30 多年来，连铸机的机型发展经历了一个由立式、立弯式到弧形演变过程。图 表示了现有几种用于工业生产的连铸机型简图。 图 铸机分类 （ a 立式 b 立弯式 c 弧形 d 直弧形 e 椭圆形 f 直线型连铸机） 连铸机可以按多种形式来分类。若按结构外形可把连铸机分为立式连铸机，立弯式 25 连铸机，带直线段弧形连铸机，弧形连铸机，多半径椭圆形连铸机和水平连铸机。近 年来随着连铸技术的发展，又开展了轮式连铸机，特别是薄板坯连铸机的研究。 如果按照连铸机所浇铸的断面的大小和外形来区分，连铸机又可分为板坯连铸机、小方坯连铸机，大方坯连铸机、圆坯连铸机、异形断面连铸机和薄板坯连铸机。在方坯连铸机中也包括矩形坯连铸机，通常把浇铸断面或当量断面积大于 200铸坯叫大方坯，断面或当量断面积小于 160铸坯叫小方坯，宽厚比大于 3 的矩形坯称为板坯。 若按连铸机在共用一个钢水包下所能浇铸的铸坯流数来区分，则可分为单流、双流或多流连铸机。在一台连铸机上，根据生产要 求，既可浇铸板坯又能同时浇铸几流方坯的连铸机叫做方、板坯复合连铸机或简称为复合式连铸机。 有的厂家为了区分连铸机所能浇铸的钢种，在铸机前冠以特殊方坯连铸机或不锈钢板坯连铸机，以示与浇普通钢连铸机的区别。 1)立式连铸机 立式连铸机的主要特点是 : 铸机的主要设备布置在垂直中心线上，从钢水浇注到铸坯切成定尺，整个工序是在垂直位置完成的。铸坯在切成定尺后由升降机或坛输机送到地面口。 从工艺上看，钢水是在官吉结晶器和二冷段逐渐结晶，有利于钢水中非金属夹杂物上浮，坯壳冷却也比较均匀，这对浇铸优质钢和合金钢是有利的 。另外，铸坯在整个凝固过程中不受任何弯曲、矫直作用，更适合于裂纹敏感性高的钢种的浇铸口。 立式连铸机设备高，建设费用大，设备的维护和铸坯的运送都比较困难。浇铸厚度为 200左右的铸坯，铸机的总高度可达 25从工艺上来说，铸坯因钢水静压力大，鼓肚变形较为突出，这此县寺式连铸机的主要缺点。 立式连铸机可分为高架式和地坑式两种。所谓高架式就是连铸机建在地面之上，地 26 坑式则是建在地面之下。为了减少地坑施工困难，一般立式连铸机是一小半建在地上，一小半建在地下，称为半高架式或半地坑式口。 2)立弯式连铸机 立弯 式连铸机是连铸技术发展过程中的一种过渡机型，目前己很少采用。这种连铸机的主要特点是 :它的上半部和立式相同，所不同的是在铸坯完全凝固后，把铸坯顶弯90 样可缩小铸机的高度，铸坯的定尺也不受限制。由于在水乎方向出坯，铸坯的运送也不成问题，立弯式连铸机只适用于浇铸断面小于 100100铸坯，对于厚度再大，待铸坯完全凝固再顶弯，冶金长度己很长了，这和立式连铸机的高度差不多，其优点已不明显。另外，顶弯设备也显得很庞大。而且，铸坯要经受顶弯和矫直两次变形，更易产生裂纹。 3)直弧形连铸机 带直线段的弧形连铸机是奥地利联合钢铁公司，美国钢铁公司推荐的一种机型，它主要用于浇铸板坯。这种铸机采用直结晶器，在结晶器下方有 2m5m 直线段夹辊带有液芯的铸坯经过直线段后被连续弯曲成弧形，然后又把己凝固或带有液芯的弧形铸坯矫直，再切割成定尺。这种连铸机的特点有： 在工艺上保留立式连铸机的特点，钢水在垂直结晶器和二冷的直线段凝固 利于特殊钢的浇铸。 铸坯在带液相弯曲成弧形后，使这种铸机又具有弧形连铸机设备高度较低，建设费用较低的特点。 采用连续弯曲和多点矫直技术，可保 证铸坯在两相区不产生裂纹，是这种机型的技术关键。 这种机型比弧形连铸机较高，设备总重量要大，设备的安装，调整难度较大是这种铸机的缺点。 27 4)弧形连铸机 弧形连铸机的结晶器是弧形的，二冷区夹辊安装在四分之一圆弧内，铸坯在垂直中心线切点位置被矫直，然后切割成定尺，从水平方向出坯，因此，铸机的高度基本上等于圆弧半径 由于它布置在 1/4 圆弧范围内，因此，它的高度比立式、立弯式要低，这一特点使它的设备重量较轻，投资费用较低，设备的安装和维护方便，因而得到广泛应用。 由于设备高度较低，铸 坯在凝固过程中承受的钢水静压力相对较小，可减小坯壳因鼓肚变形而产生的内裂和偏析，有利于改善铸坯质量和提高拉速。 弧形连铸机构主要问题是钢水在凝固过程中非金属夹杂物有向内弧侧聚集的倾向，易造成铸坯内部夹杂物分布不均匀，另外，由于内、外弧形冷却不均匀，容易造成铸坯中心偏析而降低铸坯质量。 5)椭圆型连铸机 为了进一步降低高度，发展了椭圆形连铸机 叫做超低头连铸机。它分段依次改变圆弧部分的曲率半径，使结晶器和二冷段夹辊布置在四分之一椭圆形圆弧上。这种结构的机型除了弧 形区是采用多半径，其基本特点和弧形连铸机相同 于它是多半径的，铸机安装调整较复杂，维护也较困难一些。 6)水平连铸机 水平连铸主要设备，如结晶器、二冷段，拉坯机和切割设备均布置在水平位置上 水口和结晶器连接处安装有分离环 坯时不是结晶器振动，而是拉坯机带着铸坯作拉、反推、停不同组合的周期运动。水平连铸机的特点是： 设备高度低，投资省、建设速度快，适合中、小企业技术改造； 28 钢水无二次氧化，铸坏质量得到改善。也无需钢液面