5万吨铝锭连铸生产线设计.doc

摘 要：本设计以国内外铝锭连铸生产实践为基础，结合我国近几十年来铝锭连铸生产的新工艺，对铝锭连铸整条生产线做了的设计。铝锭型设计参考了加拿大锭型，同时也参照了日本锭型，并对铝锭的质量做了计算。机架的设计是参考了L D S20F型2 0 k g铝锭铸造机设计的，同时还配备有冷却池、机械手、码垛机等设备。本连铸机从浇铸到码垛完全机械化，大大提高了生产效率。混合炉的设计是根据铝锭连铸机的生产能力选取的，使整条生产线能够连续的运转。车间采用先进的环保屋顶通风设备。关键词：铝锭 连铸机 混合炉Abstract：The design practice of continuous casting of aluminum ingots at home and abroad, combined with the continuous casting of aluminum ingots produced in China in recent decades, new technology, on the whole production line of aluminum ingot casting design done.Design reference ingot in got of Canada, while also drawing on the Japanese ingot, and the quality of aluminum ingots was calculated.Rack is designed with reference to LDS 20F Type 2 0 kg aluminum ingot casting machine, and continuous casting machine is also equipped with cooling pond, manipulator, stacking machines and other equipment. Fully mechanized tacking from casting to greatly improve the efficiency of production.Mixing furnace design is based on aluminum ingot casting machine capacity selected, so that the entire production line can run continuously. Green roof workshop advanced ventilation.Keywords: Aluminum ingot Caster Mixing furnace 第一章 文献综述1.1国内外铝工业概况 1.2铝锭连铸技术发展近50年来，铝连续铸造在世界铝工业中的地位变得越来越重要，铝连续铸造发展的驱动力是,与传统铸块热轧工艺相比,铝连续铸造工艺在经济上占优势；连续铸造工艺技术投资较低;耗能低；劳动力成本低; 因此加工成本也低。许多年来，人们一直认为铝连续铸造工艺技术在经济上的优势仅适用于那些产量低的工厂，但最近的较精确的研究结果表明,铝连续铸造工艺技术的成本节省适用于各类工厂，铝连续铸造工艺技术的投资成本总是比传统的铸块热轧工艺技术低，这是已经经过实践证明了的。1.3 铝连续铸造机类型（1）瑞铝型连续铸造机 （2）带式连续铸造机 （3）加铝双带铸造机（4）双辊铸造机 1.4铸锭方法分类1.4.1铝的连续铸锭法 1.4.1.1静模铸造 立式半连续铸锭 （2）热顶铸造 水平连续铸造1.4.1.2动模铸造 辊间铸造 轮间铸造 带间铸造 无接触铸造 1.4.2不连续铸锭法 锭模铸造 沉浸铸造 普通原铝铸造1.5 连铸工艺混合炉浇铸，首先要经过配料，然后倒人混合炉中，搅拌均匀，再加入熔剂进行精炼。浇铸合金锭必须澄清30分钟以上，澄清后扒渣即可浇铸。浇铸时，混合炉的炉眼对准铸造机的第二、第三个铸模，这样可保证液流发生变化和换模时有一定的机动性。炉眼和铸造机用流槽联接，流槽短一些较好，这样可以减少铝的氧化，避免造成涡旋和飞溅，铸造机停用48h以上时，重新启动前，要将铸模预热4h。铝液经流槽流入铸模中，用铁铲将铝液表面的氧化膜除去，称为扒渣。流满一模后，将流槽移向下一个铸模，铸造机是连续前进的。铸模依次前进，铝液逐渐冷却，到达铸造机中部时铝液已经凝固成铝锭，由打印机打上熔炼号。当铝锭到达铸造机顶端时，已经完全凝固成铝锭，此时铸模翻转，铝锭脱模而出，落在冷却水池中，由机械手放在自动接锭小车上，由堆垛机自动堆垛、打捆即成为成品铝锭。1.6 我国铝锭连续铸造现状及其发展由于长期以来缺乏对引进技术的进一步消化、吸收、提升和再创新，并且对国外先进铝锭连铸技术的发展跟踪不够，国内铸造机的技术水平长期滞留在国外20世纪80年代的水平上。而发达国家，如法国、德国、澳大利亚、奥地利、日本等已经研制开发并生产了高效全自动铝锭连铸生产线，其生产能力最高可达28th，生产效率是目前国内的2倍，仅需3-4名操作人员，自动化程度高，但售价高达1300万元人民币套。我国如果不进一步对铝锭连铸生产线的关键技术进行深入研究，加快国产化的进程将会使国产化铝锭连铸生产线丧失市场竞争力，有可能导致大多数铝厂不得不采用国外全套高价铸造生产线来替代国内铸造生产线。使我国铝业生产蒙受损失，并受制于人，而且将完全丧失赢得中东、美洲和非洲等发展中国家市场主动权的机会。因此，新型高效铝锭连铸生产线的研制成了目前国内迫切需要解决的问题。1.7 设计方案的选取年产5W吨铝锭生产线，假设工厂年工作时间为300天，工作制度为全天制生产，顾可知道工厂每小时生产铝锭数量应大于7吨，选用20kg的铝锭，顾配备2台每小时铸造能力大于7吨的连铸机。（一台生产另一台备用）第二章 设计的目的和意义2.1设计的目的和意义铝连续铸造工艺在经济上占优势，连续铸造工艺技术投资较低、耗能低; 劳动力成本低，因此加工成本也低。连续铸造提高了设备的利用率，提高了生产效率，满足了电解铝生产的需要，同时大大减少了铸造生产中产生的废料。连续铸造工艺的质量控制，从配铝到两个炉次交汇铝液的铝锭的判定处置，完全满足了铝锭产品质量要求。第三章 设计参数3.1铝锭锭型的设计 锭型的选择：采用20Kg铝锭铝锭型设计参考了加拿大锭型，同时也参照了日本锭型11。锭型结构较复杂，锭长度为740士5mm，大面宽度184士2mm，底部宽度92mm，大面厚度355mm，总厚度855mm，每捆铝锭 l1层54块，块重202kg，总高应小于ll50mm。这种结构的锭型沿锭长度方向两侧面、两端共有四条燕尾槽；中间两佣有两条阶梯凹凸台，当两块铝锭咬台后，以上两种结构即可相互配合约束纵向自由度的位移。该处结构的斜度、尺寸和圆角半径大小要求特别严格。其横向位移约束是靠阶梯凹凸台的凸台低于燕尾槽顶部以及燕尾槽和凹凸台之过渡斜面。由于工艺上很难控制铝锭重量，所以为了得到202kg的铝锭，给铸造工艺生产尽可能创造好的条件，以及堆垛时能顺利咬合，应允许大面厚度在一定范围内变动。新锭翟尾幡与凹凸台的过渡斟面的两顶端间隙。这样做的目的是适应铸造生产可能造成铝锭大小块不一致的情况，使铝锭重量只要在公差范围内均能顺利咬合堆垛（实际上当铝锭重2324kg时也能顺利咬合）。锭型燕尾檀处两蕊端舶间隙。随着大面厚度增加，铝锭重量也相应增加，中问间隙也逐渐减小，当大面厚度达到最大值时，间隙完全消失，这时铝锭重量可达 2324kg。为使钢带有固定位置，在铝锭两端增设了缺口，有利于打捆在运输装卸中不致滑动脱落造成散捆，。3.2 20kg铝锭铸造模的设计单块铝锭外形尺寸为10 82018292 (mm)，单块质量202(kg)梯形截面：大面宽184mm,下底宽92mm，高85mm 铝锭模左右模壁厚为11：40mm，铝锭模外形尺寸为12：920310210（mm）铝锭模下端配有固定铝锭模的穿孔和支角13。穿孔距铝锭模的距离为110mm距铝锭模下端的距离为33mm，穿孔的半径为40mm。电解铝锭生产使用的铝锭模普遍采用球铁铸造14。球铁是目前各类铸铁中性能最好的材料，表现出优良的抗热疲劳性能，完全可以满足电解铝业铸锭的需求。3.3 铝 锭 连 续 铸 造 机 3.3.1 链传动的设计参数 主要参数的确定 齿数Z1,Z2和传动比i 15 Z1=8, Z2=6 式（3.1） 链节距P链节距p越大，承受能力越大，但因起的冲击，振动和噪声也越大。为使传动平稳和结构紧凑，应尽量选用链节距较小的单排链，高速重载时，可选用的小节距的多排链。P=160mm 中心距a和链节数Lp中心距a取大些，链长度增加，链条应力循环次数越少，疲劳寿命增加，同时，链的磨损较慢，有利于提高链的寿命；中心距a取大些，则小链轮上包角增大，同时啮合轮齿多，对传动有利。链条长度以链节数Lp来表示，L=PLpLp= 式（3.2）Lp计算后圆整为整数。然后根据Lp计算理论中心距a： 式（3.3）P=160mm Lp=120mm Z1=8 Z2=6代入数据： 式（3.4）3.3.2机架设计连铸机总长度：10172mm连铸机总高度：1400mm连铸机的中心距为9049mm，连铸机的安装长度为7800mm,铝锭模的宽度为270mm，由于安装的要求铝锭模的实际安装宽度为254mm，所以连铸机能够安装的铝锭模最多为31个，现取连铸机一侧安装铝锭模30个，所以一台连铸机可安装60个铝锭模16该连续铸造机组由铸造机、冷却运输机、堆垛机、成品运输机、捆扎机、液压系统、气动系统、水冷却系统及控制系统等组成1718。铸造机是典型的远距离水平双链式输送机,主要有机架、变频调速电机、铸模、输送链、传动链、传动链轮、输送链轮及铝液分配器、打印机、脱模装置等组成。3.3.3 连铸机技术指标 通过整条生产线的生产能力，以及参照连其他铸机的技术参数，所以本太连铸机的技术指标如下22： 铸造速度：(无级变速) 堆垛能力：78th 故障排除能力；8th 打捆能力：8th 成品铝锭重量：202kg 成品尺寸 (长宽高)= 74018292 (mm) 垛重：1080kg 制品温度：铝液温度7l0；铸机排出时500；堆垛机上6O3.3.4 连铸机组结构特点 机组采用直线排列，结构紧凑，集铸造、冷却、堆垛于一体23。 冷却效果好，热量由冷却水带走, 成品温度低，堆垛打捆后不需中间堆放散热，可直接入库，减少了铸造厂房占地，改善了工作环境及操作人员的劳动条件。 扒渣、堆垛、打捆为机械化自动化使产品合格率达 100%。铝锭误差小，垛形整齐美观，气动打捆牢固集装效果好，在堆放和运输过程中不易散落。机组采用了可编程控制器 (PLC) 及液压气动控制，所有元器件均为国产元件，国产化率达100% 。机组除具有 自动控制系统外，还可手动控制，并且还配有事故处理和报警装置。机组采用了偏心滑块式单向离合器、油气双作用气缸和程序式组合开关。扒渣机构在样机的基础上有较大改进，性能优于样机。整机能耗低，最大生产能力为16th。3.4 铝锭混合炉选取3.4.1 铝合金熔铸对混合炉的基本要求混合炉用于接受在熔炼炉中熔炼好的熔体，并在其中进行精炼、静置和调整熔体温度，在铸造过程中对熔体起保温作用。因此，熔体的最终质量在许多情况下与静置炉的类型和结构有关24。对混合炉的基本要求是25： 炉内水蒸气含量少 熔池内熔体的温差小、保温良好并能准确控制炉温。 具有一定的升温能力。 容量与熔炼炉相适应。 结构简单、操作方便。由于混合炉为连续生产作业顾选取10吨的混合炉混合炉技术参数24： 容量：10吨 功率：220kw 铝液温度：720760 炉膛温度：900 铝液最大升温速度：40 加热方式：硅碳棒加热 炉壳尺寸（长宽高）：6580mm2918mm2580mm 炉膛尺寸（长宽）：5860mm1500mm 炉墙砌砖厚度：694mm 炉底砌砖厚度：640mm 炉顶砌砖厚度：456mm 炉顶隔热：444mm 炉膛铝液深度：495mm 炉门（长宽）：550mm350mm表3.1混合炉耐火材料及隔热材料明细26耐火材料或隔热材料26厚度mm导热系数Wm-1炉顶隔热层硅藻土砖 4400.0930.2410-3 t炉顶耐火层高铝质耐火砖(刚玉砖) 45612.180.8110-3 t炉墙耐火层 高铝质耐火砖(刚玉砖) 23012.180.8110-3 t炉墙隔热层硅藻土砖 4620.0930.2410-3 t炉底耐火层 高铝质耐火砖(刚玉砖) 35012.180.8110-3 t炉底隔热层硅藻土砖+石棉板 6400.16+0.1710-3t3.4.2 硅碳棒选用 硅碳棒表面负荷密度的计算27硅碳棒表面负荷密度是指棒的发热部单位表面在使用中承担的电功率，既：,在炉温相同的条件下，棒的单位表面负荷密度大，则棒的使用寿命就短，故切忌超负荷使用。负荷密度与炉膛温度、棒体表面温度有如下关系：。 式（3.6）式中：Et-棒体表面温度 Ft-炉膛温度正确选用表面负荷密度是合理使用硅碳棒，延长棒体寿命的重要途径。图表示硅碳棒在表面为额定使用温度时，不同炉温下棒体所允许的最大表面负荷密度参考值。表3.2棒体所允许的最大表面负荷密度28棒体表面温度炉膛温度允许最大负荷w/c145010003111002412002112501813001413501014006计算： Et-棒体表面温度 Ft-炉膛温度带入数值计算出结果为：=30.9 硅碳棒规格的选择及需用支数的计算：硅碳棒规格的选择应注意满足电炉结构尺寸，炉用功率和炉膛温度及温场分布等方面的要求，用时注意有利于外部接线和功率调节。等直径硅碳棒规格、功率及电阻范围表炉膛宽度为1500mm所以选取硅碳棒的规格为：D=40mm 工作长度为1500mm 总长2500mm规格确定后，每支棒承荷功率数为：P棒=3.14DLW允10-2 式（3.8）P棒=3.14DLW允10-2=3.1440150030.910-6=5.82(W)所用根数：=37.8 供电设备的选择及硅碳棒的联结方式：3.4.3 炉子热平衡3.4.3.1 热量的收入3.4.3.1.1 硅碳棒发热的热量 =317680(kw)3.4.3.1.2 金属带入的物理热 =161000（KJh）3.4.3.2热量的支出3.4.2.2.1金属加热所需的热量 =1244000（KJh）3.4.2.2.2炉门及开孔的辐射热损失 =21.6（KJ）3.4.2.2.3炉门及开孔逸气的热损失 =5400（KJh）3.4.2.2.4 经过炉子砌体的散热损失 =38230（KJh）3.4.4能量平衡列表表3.5能量平衡列表收入支出项目数量（kJ/h）百分比（%）项目数量（kJ/h）百分比（%）1. 硅碳棒发热的热量114364887.7%1. 金属加热所需的热量124400095.4%2. 金属带入的物理热16100012.4%2. 炉门及开孔的辐射热损失21.60.001%合计1304648100%3. 炉门及开孔逸气的热损失4. 经过炉子砌体的散热损失5其他损失 合计54003823016996.413046480.41%2.9%1.3%100%3.5车间布置3.5.1铸造车间分类3.5.2铸造车间平面布置3.5.3铸造车间的区划3.5.3.1在进行铸造车间区划时应注意的3.5.4铸造车间的厂房建筑型式 3.5.5厂房环保通风3.5.5.1该通风设备具有的特点参考文献1潘世民编译. 世界铝连续铸轧技术综述J. 有色金属，2003，(3)：51532吴锡坤.铝型材加实用用手册技术手册M.长沙：中国大学出版社，2006.63李美进，吴伟志. L D3 1铝合金热顶铸造工艺实践.轻金属加工技术J.19974郭登岐，王水富. 同水平密排热顶铸造铝方锭J.轻合金加工技术，2001：45黄灿，蔡应泽. 种新型铝合金圆铸锭铸造生产设备等水平密排热顶铸造机简介.轻合金加工技术J.1999：276王建军.同水平热顶铸造的应用.浙江冶金J，1994，42437王静，王永杰，张丽坤。有色冶金资料手册M，北京：中国标准出版社，20068蒙继龙，陈曾强，陶亚秋.实用有色金属材料手册M，广州：广东科技出版社，2006.69陈明镛20kg新铝锭型的研究J.轻金属，1995，12（6）：313410周家荣.铝合金熔铸生产技术问答M，北京：冶金工业出版社，2008.111谢永生,刘静安，黄国杰.铝加工生产技术500问M.北京：化学工业出版社，2006.412张强. 20k g铝锭铸造机铸模改进方案探讨J.铸造设备研究，2006，（2）：303213章跃中.铝锭模设计的改进J .轻金属，1997，(1)：5614徐掌印，姜银举，刘丽新，张庆升，吴卫东.球铁铝锭模材料热疲劳性能的研究.铸造技术J.2007.5:60660915 机械设计手册联合编写组编.机械设计手册第二版，化学工业出版社，北京,1982.10第一版.16王春香.机械设计基础.北京：地震出版社，2003.817 强明辉，刘大为，于波. 新型铝锭连续铸造机浇铸过程控制方法研究.科学技术与工程J.