连铸机毕业设计论文.doc

河北工程大学毕业设计 I 摘 要 高效连铸通常定义为五高：即整个连铸坯生产过程是高拉速、高质量、高 效率、高作业率、高温铸坯。 本设计的内容主要包括简单的介绍了我国及世界铸钢技术的发展轨迹及未 来连铸技术的发展方向。简单的介绍连铸机机型特点及选择使用的方法。本设 计主要是从提高连铸机拉速和提高连铸机作业率两方面着手。从而提高连铸机 设备的坚固性、可靠性和自动化水平，达到长时间的无故障在线作业，提高连 铸机作业率水平。连铸工序采用多项先进技术，使得单线布置紧凑，使产品质 量、生产成本、生产效率得到了优化。 关键词：连铸机型 方坯连铸 铸坯质量 结晶器优化 河北工程大学毕业设计 II Abstract Efficient continuous casting is usually defined as five high : that the entire billet production process is high speed 、high quality 、 high efficiency、high operating rates. High temperature slab. The design covers the brief introduction to China and the world steel technology development path and future direction of continuous casting technology. Brief characteristics of continuous casting machine models and select the method used. This design is mainly to increase speed and improve the continuous casting machine continuous casting machine of two aspects Continuous casting machine equipment to enhance the robustness, reliability and automation level, to achieve long trouble-free online operations and increase the rate of horizontal continuous casting machine operation. Continuous casting process uses a combination of advanced technology, making single compact layout, product quality, production costs, production efficiency has been optimized. Key words: continuous casting billet Slab quality Mold Optimization 河北工程大学毕业设计 1 目目 录录 摘摘 要要I ABSTRACTABSTRACT.II 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 连续铸钢技术简介1 1.2 世界连铸技术的发展.1 1.3 连续铸钢的优越性7 1.3.1 传统连铸进入工业成熟期的技术发展7 1.3.2 连续铸钢技术的最新发展及未来.8 1.4 我国铸钢技术的开发与应用.12 第二章第二章 连铸机的机型和特征连铸机的机型和特征14 2.1 连铸机的机型和特点.14 2.2 连铸机的结构特征17 2.3 连铸机机型的选择17 第三章第三章 总体设计总体设计.19 3.1 总体方案的确立19 3.2 弧形连铸机总体设计计算与确定19 3.2.1 铸坯断面19 3.2.2 冶金长度（液心长度）21 3.2.3 拉坯速度23 3.2.4 连铸机生产能力的计算26 3.2.5 连铸机生产能力的计算28 3.2.6 校核铸坯是否完全凝固29 3.2.7 带液一点矫直的可能性29 3.2.8 连铸机流数的计算.31 第四章第四章 振动装置设计及计算振动装置设计及计算32 4.1 结晶器的振动参数.32 4.2 振动机构的驱动功率（P） 34 4.2.1 振动总负荷34 4.2.2 动负荷34 4.2.3 驱动功率 P 的计算.35 第五章第五章 PROENGINEERPROENGINEER 软件简介软件简介.36 PROE的简介：.36 河北工程大学毕业设计 2 第六章第六章 结论结论.43 参考文献参考文献45 附录附录48 致谢致谢51 河北工程大学毕业设计 1 第一章 绪论 1.1 连续铸钢技术简介 连续铸钢是一项把钢水直接浇铸成形的节能新工艺，它具有节省工序、缩 短流程， 提高金属收得率，降低能量消耗，生产过程机械化和自动化程度高， 钢种扩大，产品 质量高等许多传统模铸技术不可比拟的优点。自从 20 世纪 50 年代连续铸钢技术进入工业性应用阶段后，不同类型、不同规格的连铸机及 其成套设备应运而生。20 世纪 70 年代以后，连铸技术发展迅猛，特别是板、 方坯连铸机的发展对加速连铸技术替代传 统的模铸技术起到了决定性作用。 1.2 世界连铸技术的发展 连铸坯的吨数与总铸坯(锭)的吨数之比叫做连铸比，它是衡量一个国家或 一个钢铁工厂生产发展水平的重要标志之一，也是连铸设备、工艺、管理以及 和连铸有关的各生产环节发展水平的综合体现。 1970-1980 年，世界连铸比从 44发展到 284，中国的连铸比从 21发展到 62；至 1990 年，世界和中国的连铸比分别发展到 628 和 224；到 1999 年，又分别发展到 844和 774。2000 年中国连铸 比发展到 86，估计世界连铸比为 87左右。从统计数字可以看出中国的连铸 技术在近 10 年内得到了迅速发展。 世界连铸技术的发展大体上经历了 4 个阶段：早期探索时期、工业应用推 广时期、现代连铸技术大发展和完善时期、高速连铸技术和近终形连铸(薄板坯 连铸和薄带坯连铸)技术发展时期。 早期探索时期(20 世纪 50 年代以前) 连续浇铸液体金属的设想是 19 世纪 中叶由美国塞勒斯(GESellers)(1840 年)、莱思(JLaing)(1843 年)和英 国贝塞麦(HBessemeI)(1846 年)提出的，由于当时技术条件的限制，只能 用于低熔点有色金属(如铅)的浇铸。最早的类似现代连铸的建议是 1887 年由德 国德伦(RMDaelen)提出的，在其设备中已经包括上下敞口的水冷结晶器、 二次冷却段、引锭杆、夹辊和铸坯切割设备等装置。1933 年现代连铸之父德国 容汉斯(SJung hans)开发了结晶器振动系统，从而奠定了工业上大规模采用 连铸的工艺基础。同年，容汉斯在德国建成一台使用振动结晶器的立式连铸设 备，并用其浇铸黄铜获得成功，月产量达 1700t。1936 年铝合金的连铸也取得 了成功。这样，从 30 年代开始，连铸工艺便进入有色金属的工业化阶段。但工 业规模上实现钢的连铸要比有色金属困难得多，其主要原因是：钢的熔点比铝、 河北工程大学毕业设计 2 铜高得多；钢的比热容较大，而导热系数较小，凝固速度较慢，不利于连铸； 钢的生产规模也要大得多。1943 年容汉斯在德国建成第一台浇铸钢水的试验性 连铸机，提出了振动的水冷结晶器、浸入式水口和结晶器钢水面加保护剂等技 术，为现代连续铸钢奠定了基础。第二次世界大战以后，世界各地相继建设了 一些试验性和半工业性试验设备。1949 年容汉斯在德国、阿勒德隆 (AIleghengLudlun)公司在美国分别采用容汉斯振动结晶器系统在立式铸机上进 行钢的连铸试验，1950 年德国曼内斯曼(Mannesmann)公司按容汉斯振动结晶器 方式投产了一台工业试验性立式连铸机，后来使用振动结晶器成为标准的铸机 模式。 工业应用推广时期(20 世纪 5060 年代) 从 50 年代起，连铸开始用于钢 铁工业。世界上第一台工业生产性连铸机是 1951 年在苏联红十月钢厂投产的立 式半连续装置，但作为连续式浇铸的铸机是 1952 年英国巴路(BarrOW)钢厂建立 的双流立弯式连铸机。50 年代投产的连铸机多为立式、单流，建筑高度大，投 资多，连铸速度难于提高，铸坯断面小而且主要为方坯，生产规模较小。但此 期间出现了一些专门从事连铸技术开发的集团，对后来连铸技术的发展和推广 应用起了很大的作用。60 年代连铸技术进入工业性推广阶段，19631964 年曼 内斯曼公司相继建成了方坯和板坯弧形连铸机，这种机型较之立式连铸机高度 低、操作方便，并能为工业上急需的热轧、冷轧带钢和厚板生产提供钢坯，很 快就成为发展连铸的主要机型，对连铸的推广应用起了很大的作用。此外这时 氧气转炉已用于钢铁生产，原有的模铸铸锭工艺已不能满足炼钢的需要，这也 促进了连铸的发展。此期间还出现了旋转式圆坯连铸机、空心圆坯铸机和工字 型异型坯连铸机。在英国的谢尔顿(Shelton)钢厂实现了全连铸(见连铸比)。 现代连铸技术大发展和完善时期(20 世纪 7080 年代末) 70 年代由于国际 能源危机的出现和连铸本身固有的节能优势，使连续铸钢进入迅猛发展时期。 在世界粗钢产量一直徘徊在 7 亿 t 左右的情况下，连铸坯产量却持续增长(见图 4)。连铸设备和工艺技术日益完善，先后出现了结晶器在线调宽、带升降装置 的盛钢桶回转台、多点矫直、连续矫直、压缩矫直、气水喷雾冷却、连铸电磁 搅拌、保护浇注、中间罐冶金、上装引锭杆、轻压下、多节辊、二冷动态控制、 在线质量控制、共振结晶器、液面自动控制、漏钢预报等一系列新技术、新设 备和新工艺，有力地促进了连铸机生产率的提高，保证了连铸坯的质量。此外， 转炉复吹技术、超高功率电弧炉和各种炉外精炼技术的发展与应用，以及钢铁 工业朝着大型化、高速化、连续化方向发展，都为连铸的发展创造了条件。80 年代连铸进入完全成熟的全盛时期，在世界范围内连铸比以每年 4的速度增 长，1998 年全世界连铸比达 833，连铸已取代模铸成为占统治地位的浇铸 工艺。连铸机设计、自动控制和铸坯质量都达到一个新的水平，从钢水的纯净 河北工程大学毕业设计 3 化、温度控制、保护浇注、初期凝固现象对表面质量的影响，保护渣在高拉速 下的行为和作用，结晶器综合诊断技术，冷却制度的最佳化，铸坯在凝固过程 的力学问题，消除和减轻变形应力的措施以及控制铸坯凝固组织的手段等一系 列冶金现象的研究；直到生产工艺、操作水平和装备水平的不断提高和完善， 总结出完整的对铸坯质量控制和管理的技术。几乎所有的钢种都可以进行连铸， 并逐步实现连铸坯热装轧制和连铸坯直接轧制。此期间一些工业发达国家已接 近或基本上实现了全连铸化。 图 4 70 年代以来世界钢产量、连铸比增长图 纵坐标钢产量 /Mt 在几个产钢大国中，日本连铸发展最快，其生产能力和技术水平都处于世 界领先地位，在 1970 年日本国连铸比不到 10，到 1985 年已突破 90，1997 年达 966。原联邦德国连铸发展也较快，1987 年其连铸比已达 879，1997 年德国的连铸比达 96，其技术水平较高，尤其是设备设计及 制造技术居世界领先地位。法国的连铸在 80 年代以后也在迅猛发展，1987 年 连铸比即达 931，仅次于日本。美国因拥有较大的初轧开坯能力，在 70 年 代建设连铸机较少，发展较慢，自 80 年代以后加速了连铸的发展，到 1990 年 连铸比已达 671，1997 年达 947。前苏联是研究连铸较早的国家之一， 60 年代其连铸技术还处于世界领先地位，但它的炼钢设备以平炉为主，不适应 连铸生产的特点，其连铸机又多为立式，生产能力较低，影响了连铸的发展， 因此 1985 年以前连铸一直停滞不前，连铸比在 10左右，1997 年属于前苏联 的一些国家的连铸比也只有 339，远远低于世界平均水平。 高速连铸技术和近终形连铸发展时期(20 世纪 80 年代末90 年代) 80 年 代中后期，以高质量、高温无缺陷铸坯生产为基础，实现高连浇率、高作业率、 高拉速连铸技术迅速发展。为提高小方坯连铸机的生产率、降低生产成本，各 河北工程大学毕业设计 4 国都设法消除结晶器坯壳与铜壁之间的气隙，改善传热，以提高拉速。为此提 出了各种新型的结晶器。如康卡斯特(concast。)的凸型结晶器(Convexmould)、 奥钢联(VAI)的钻石结晶器(Di arnold mould)、达涅利(Danieli)的自适应结晶 器(Danam mould)。使用这些新型结晶器可使 120mm120mm 方坯的拉速由 28mmin 增加到 43mmin，150mm150mm 方坯的拉速由 2mmim 增加到 35mmin。 经过近 30 年的努力，连续铸钢已取代钢锭模铸。各国广泛采用厚度为 150250mm 的连铸坯生产板材，但对市场需求量大的板带(中板、薄板)产品， 仍存在加工量较大、能量消耗较高、生产周期较长、成本较高的问题，也即对 连铸坯的厚度仍有进一步减薄的需要。因此开发浇铸更薄(5070mm)的板坯、 更高的浇注速度(56mmim)，使生产能力更具经济规模(80150 万 ta)的 连铸技术，甚至开发从钢水直接浇成薄带的连铸技术，已成为世界钢铁界研究 的热点。从 1989 年第一条薄板坯连铸连轧生产线投产以来，到 90 年代末已实 现工业化生产的薄板坯连铸、连轧工艺有以下几种：紧凑式带钢生产工艺(CSP)、 在线带钢生产工艺(IsP)、灵活薄板轧制工艺(FTSR)、连铸连轧工艺(cONROLL)、 住友(Sumitomo)工艺(SMI)、蒂平斯(Tippens)带钢技术(TSP)、超薄热带工艺 (uTHS)等。到 1998 年底全世界已投入生产或正在建设的薄板坯连铸连轧生产 线共 30 条，总生产能力为每年 4192 万 t 热轧带钢。其中 CSP 生产线 18 条， ISP 生产线 4 条，FTSR 生产线 3 条。1998 年底，由新日铁和三菱重工共同开发 的世界首套带钢直接浇铸设备在新日铁不锈钢事业部光钢铁厂开始工业化试生 产，该工艺可将钢水直接浇铸成厚 25mm、宽 7601330mm 的钢带，铸速 2075mmin，从浇铸到卷取生产线全长 689m。 中国连铸技术的发展 中国是世界上研究和应用连铸技术较早的国家之一， 自 50 年代中期就开始进行连铸技术的研究。1956 年重工业部的钢铁研究所曾 在一台简单的半连续铸机上浇铸 80mm 圆坯，1957 年当时的上海钢铁公司中 心实验室吴大柯主持设计并建成了一台立式连铸机，浇铸断面尺寸为 75mm180mm 的小矩形坯，这是中国第一台工业性试验连铸机。1958 年底，一 台由北京钢铁学院徐宝升教授主持设计的生产性立式连铸机在重庆第三炼钢厂 投产。1964 年 6 月由徐宝升教授主持设计的一台大型方、板坯兼用弧形连铸机 在该厂投产，这也是世界上最早的工业生产用弧形连铸机之一。在中国早期设 计的连铸机上，很早就使用了钩头式永久引锭杆、钳式结构拉矫机和大型机械 液压剪，这些设备在当时都是比较先进的。但在世界连铸技术大发展的 60 年代 末到 70 年代末，由于缺乏与世界的交流，未能及时有效地借鉴先进技术，中国 连铸发展速度明显减慢，到 1978 年用于生产的连铸机只有 21 台，连铸坯产量 11270 万 t，连铸比仅为 35。1979 年以来，冶金工业部把发展连铸作为 河北工程大学毕业设计 5 重大技术政策，并在总结本国连铸生产经验的基础上，提出“以连铸为中心， 炼钢为基础，设备为保证”的生产技术路线，促使中国连铸进入了新的发展时 期。其后十余年里，引进了一批具有 80 年代先进水平的小方坯、板坯和水平连 铸机。在引进的同时，原冶金工业部组织国内设计、科研、高等院校、设备制 造厂家和生产厂家先后开展了小方坯连铸、板坯连铸、不锈钢连铸、合金钢连 铸、水平连铸、高效连铸等技术的科研、设备和生产工艺攻关，积极消化移植 国外技术，推进国产化进程。在此基础上，发展了一批具有现代化水平的方坯 和板坯连铸机，使中国的连铸在 80 年代得到了很大的发展。连铸机台数、连铸 坯产量、连铸比逐年上升(见图 5)，连铸机机型齐全，布局和产品结构日趋合 理。连铸新技术不断推广应用，科研成果不断涌现，薄板坯和薄带坯连铸技术 在此期间也取得重大阶段性成果。1985 年出现了第一个全连铸钢厂武汉钢 铁公司(武钢)第二炼钢厂，该厂在发展连铸过程中积累的成果和做法曾为中国 连铸事业的发展提供了样板。80 年代末到 90 年代，宝山钢铁集团公司(宝钢)、 鞍山钢铁集团公司分别投产了从日本引进的大型双流板坯连铸机，太原钢铁公 司、上海第三钢铁厂分别投产了由奥钢联(VAI)引进的不锈钢板坯连铸机。其中 宝钢的两台双流板坯机，在装备技术、操作水平、铸机作业率和产品质量等方 面都可与国际水平相媲美。1996 年 10 月开工的武钢三炼钢厂投产一台从西班 牙引进的高度现代化的双流大板坯连铸机，成为中国第一家以全连铸方式投产 的大型钢厂。1996 年 5 月，珠江钢厂、邯郸钢铁总厂、包头钢铁公司三家企业 引进德国西马克公司(SMS)CSF-薄板坯连铸连轧工艺协议签订，为中国的薄板坯 连铸建设拉开了序幕。马鞍山钢铁公司也由康卡斯特公司引进一台近终形 H 型 异型坯弧形连铸机，浇铸 525mm300mm120mm 和 750mm456mm120mm 两种 异型坯。90 年代中后期，中国高效连铸技术在方坯连铸领域取得突破性进展， 广州钢铁公司 150mm150mm3 流铸机拉速达 30mmin；首都钢铁公司 120mm120mm8 流铸机工作拉速为 3035mmin；济南钢铁公司 120mm120mm4 流铸机工作拉速为 3842mmim，单流年产量达 15 万 t。 同时攀枝花钢铁公司 220mm1600mm 的板坯拉速也取得了 18mmin 的高速浇 铸的成果。 河北工程大学毕业设计 6 经过近 30 年的发展，中国连铸已取得很大成就，到 1997 年 1 月，已建成 连铸机 280 台 821 流(连铸机数量居世界第一)，其中板坯连铸机 50 台 56 流， 方坯连铸机 214 台 719 流，其他类型连铸机 16 台 38 流，1998 年生产连铸坯 7883 万 t，连铸比达 688。但与世界先进水平相比，在设备、自动控制、 工艺技术和品种质量等方面，中国连铸技术都还有较大的差距，需要进一步改 善和提高。 发展趋向 连续铸钢技术自 50 年代步入工业化以来，以提高连铸生产率、 改善连铸坯质量、降低连铸坯能耗、扩大连铸坯品种为宗旨的新技术不断涌现 和发展。展望 21 世纪，所能预测到的发展方向大致包括：近终形连铸(尤其是 薄板坯和薄带坯连铸)、高速连铸、高质量产品的连铸，以及与三者相关的低过 热度浇铸、半凝固加工和过程与质量控制等技术。90 年代虽有几种薄板坯连铸 工艺相继付诸工业化生产，但在实践中都遇到各种各样的问题，尚在不断改进 和完善之中。这些技术基本上都是源于传统连铸技术，从整个近终形连铸技术 来说它们只是在当前技术基础上的中间过渡技术。近终形连铸的巨大节能、高 效、低投资优势将推动其进一步发展，在 21 世纪初期薄板坯连铸技术可望逐步 完善，并取代大部分传统连铸热轧、冷轧工艺。近终形异型坯连铸和薄带连铸 技术也将进一步发展并进而完善。 河北工程大学毕业设计 7 1.3 连续铸钢的优越性 连铸过程是在连续状态下，钢液释放显热和潜热，并逐渐凝固成一定形状 铸坯的工艺过程。钢在这种由液态向固态转变过程中，体系内存在有动量、热 量和质量的传输过程，存在相变、外力和应力引起的变形等过程，所有这些过 程均十分复杂，往往耦合进行或相互影响。与模一初轧开坯工艺相比，连铸工 艺具有如下优点： (1)简化了铸坯生产的工艺流程，省去了模铸工艺的脱模、整模、钢锭均热 和开坯工序。流程基建投资可节省 40，占地面积可减少 30，操作费用可节 省 40，耐火材料的消耗可减少 15。 (2)提高了金属收得率，集中表现在两方面一是大幅度减少了钢坯的切头切 尾损失；二是可生产出的铸坯最接近最终产品形状，省去了模铸工艺的加热开 坯工序，减少金属损失。总体讲，连铸造工艺相对模铸工艺可提高金属收得率 约 9。 (3)降低了生产过程能耗，采用连铸工艺，可省去钢锭开坯均热炉的燃动力 消耗。可节省能耗 1/41/2。 (4)提高了生产过程的机械化、自动化水平，节省了劳动力，为提高劳动生 产率创造了有利条件，并可进行企业的现代化管理升级。 1.3.1 传统连铸进入工业成熟期的技术发展 (1)目前国外的常规连铸生产已趋成熟，连铸机的作业率普遍大于 80， 大型板坯连铸机连铸约 100200 万 t 钢才漏钢一次，已基本可生产无缺陷铸坯 (包括合金钢)。而中国连铸机生产稳定性较差，事故相对较多，作业率还偏低， 铸坯质量还有一定的差距。 (2)近终形连铸连轧技术在国外已产业化或加快产业化步伐。目前，国外已 投产和在建中的薄板坯连铸连轧生产线约有 50 多套，薄带连铸已建多台工业试 验机组，预计不久将实现产业化。而中国还处于起步阶段。 (3)国外高效连铸技术进一步发展。国外低碳板坯速普遍大于 2m/min，最 高可达 3.0m/min；130mm130mm 和 150mm150mm 低碳方坯最大 2 连铸生产设 备 连铸机的发展大致经历了立式立弯式弧形超低头形水平等几个阶 段。每次新机型的出现，说明了技术的进步。但每种机型都各有其特点，有它 的最适应的范围，还没有一种机型完全取代其它机型的趋势。目前，连铸机除 满足产量要求外，从生产率、铸坯品种质量、铸坯断面、降低连铸机高度、节 省基建和设备投资等方面综合分析，以弧形连铸机较为优越，它是应用的主要 河北工程大学毕业设计 8 机型。但板坯连铸机的总趋向是用直弧型替代弧型，以消除可减轻铸坯内弧侧 夹杂物积聚问题。据悉，日本 NKK 已将所有板坯连铸机改为直弧型。 连铸生产所用设备通常可分为主体设备和辅助设备两大部分。主体设备主 要包括：(1)浇铸设备一钢包运输设备、中间包及中间包小车或旋转台；(2)结 晶器及其振动装置；(3)二次冷却装置(小方坯连铸机、大方坯连铸机和板坯连 铸机有很大差别)；(4)拉坯矫直机设备一拉坯机、矫直机、引锭链、脱锭与引 锭子链存放装置；(5)切割设备一火焰切割机与机械剪切机等。辅助设备主要包 括：(1)出坯及精整设备一辊道、推(拉)钢机、翻钢机、火焰清理机等；(2)工 艺设备一中间包烘烤装置、吹氩装置、脱气装置、保护渣供给与结晶器润滑装 置等；(3)自动控制与测量仪表一结晶器液面测量与显示系统、过程控制计算机、 测温、测重、测长、测速、测压等仪表系统。 1.3.2 连续铸钢技术的最新发展及未来 我国的双辊薄带连铸技术研究始于 1984 年， “七五”期间国内有上海钢铁 研究所等多家单位把目光瞄准薄带连铸技术，有的单位开展了研究工作。其中 东北大学生在异径双辊薄带连铸的开发研究中取得了较大成果。用高速钢连铸 成薄带制作成锯条提供用户使用。近来东北大学生有将异径双辊薄带连铸改成 同径双辊薄带连铸的设想。重庆大学也进行了同径双辊薄带连铸的实验室研制 工作。上海钢铁研究所从 1984 年开始研制第一台双辊薄带连铸机。至今，上海 钢铁所研究中心的薄带连铸研究室完成了国家下达的薄带连铸“七五” 、 “八五” 重大科技攻关任务，经冶金部、国家计委组织专家鉴定，取得了重大科研成果， 业已先后建成三套内水冷同径双辊薄带连铸机组，并已成功地浇铸出 2-4mm 厚， 250-600mm 宽薄带坯数十吨，部分带坯经冷轧后的带钢其性能达到了相当于传 统工艺生产带坯的国家标准，并已将部分铸带供用户使用，近年来，上海钢铁 研究所的双辊薄带连铸技术得到国内许多钢铁企业的重视和欢迎，目前该项技 术一边在向产业化方向迈进，一边正在向某些钢铁企业进行技术转让。但是由 于在过去的研究过程中投入资金及场地等条件的限制，某些单项技术的研究还 有待于进一步深入，所以在产业化的进程中以及向企业推广过程中要进一步完 善和提高这项技术。 我国双辊薄带连铸技术现状 上海钢铁研究所的双辊薄带连铸技术开发研究工作在国内处于领先地位，某 些单项技术的研究，如双辊薄带连铸机组中，水口布流技术、水冷辊的结构设 计、液压侧封顶紧装置、轧制力和速度闭环的自动检测与控制技术等均已接近 或达到薄带连铸世界先进水平。图 1（略）为双辊薄带连铸机示意图，这是一 组结晶辊直径 500mm-1200mm，辊面宽度 250mm-600mm，能一次浇铸 1 吨 2.5- 4mm 厚不锈钢薄带的连铸机试验机组，该机组采用了比较合理的新型水口进行 河北工程大学毕业设计 9 布流，自动化的侧封顶紧装置确保钢水严密封住，图 2（略）为侧封顶紧与移 动装置。采用新的辊套结构，辊套材料寿命长，冷却水走向较合理，图 3（略） 为双辊薄带连铸机结晶辊示意图，辊面温度场分布均匀。双辊采用二套独立的 传动机构，并在控制上利用 PLC 计算机工作站对轧制力、速度进行闭环控制， 轧制压力直接采用高精度应变式压力传感器来检测并实现 T-V 高精度闭环控制， 夹送辊传动与主机同步，整个连铸过程可以由计算机自动完成预定的操作程序。 对预紧力、轧制力、辊缝、水压、水温、水流量，转速等参数能集中采集、处 理和显示。图 4（略）为控制系统的工作流程框图。 经过在该机组上几十炉次的试验，基本上掌握了以 18-8 不锈钢为主的部分 钢种的开浇温度、布流方式、水口形状、连铸速度、液位高度、侧封技术、轧 制力、铸带厚度、辊面涂层、二次冷却方式等参数和技术关键，连铸出的带坯 表面光洁，经酸洗、抛光、冷轧、热处理等工序成品达到国家标准水平，部分 产品已提供给用户使用。双辊薄带连铸技术开发过程是一个不断解决难题的过 程。上海钢铁研究所在 1984 年建成的我国第一台双辊薄带连铸机，钢水由一台 容量为 50kg 的中频感应炉提供，进行了一系列探索性试验和研究，至 1987 年 又建成了第二套双辊薄带连铸机，该机双辊直径为 500mm，辊面宽度为 250mm， “八五”期间上海钢研所又承担了国家重点科研攻关项目继续对双辊薄 带连铸技术进行攻关，并于 1996 年建成了第三套机组，其辊径达 1200mm，辊 面宽度为 600mm，能一次浇铸 1 吨薄带坯。上海钢铁研究所经十余年科研攻关 所取得的科研成果以及建成的三套双辊薄带连铸机组，为薄带连铸技术在我国 实现产业化，向钢铁企业推广奠定了良好的基础。上海钢铁研究所同时又同上 海大学、北京科技大学、北京自动化研究院等单位合作开展了这一领域的多项 研究工作，如工艺参数匹配、硅钢和不锈钢浇铸分析，带坯凝固机理及热流计 算、带坯组织与性能、带坯轧制工艺参数检测等等。近期，上海钢铁研究所的 双辊薄带连铸技术已向钢铁企业推广，在这过程中这项技术又有了突破性的进 展。最新建成的一台薄带连铸机的热调试表明，铸带速度已从原先的 25- 30m/min，提高至 40m/min 左右，轧制力及液位高度、辊缝等工艺参数更趋合理， 连铸带坯质量有明显提高，基本消除了横向裂纹和纵向裂纹。钢包温降问题、 侧封板和水口及中间包在线加热问题得到解决，液压侧封顶紧与移动装置能将 钢水严密封住，铸带边缘光滑，铸带边部质量有明显提高，侧封的使用寿命也 成倍延长。自动检测和控制系统又有新的提高。预计我国双辊薄带连铸技术将 在本世纪未下世纪初实现产业化。 对我国双辊薄带连铸技术发展的展望 薄带连铸技术工序少，能大大减少基建投资和能源消耗。若将从钢锭至冷 轧带的成本计为 100%，那么薄板连铸至冷轧带的成本只有 55%。而薄带连铸至 河北工程大学毕业设计 10 冷轧带的成本仅为 12%，因此薄带连铸对于不锈钢生产厂和没有热轧设备的中 小钢铁企业具有很大的吸引力。市场经济使企业家们从注重钢铁产量转变为追 求经济效益，不但国外的大工厂在研究开发薄带连铸，近年国内已有几十家钢 铁企业先后来到上海钢铁研究所，他们对薄带连铸的产业化开发寄予厚望，有 的干脆当场拍板，参与到双辊薄带连铸的产业化开发过程中来，有的对现有技 术要求转让。市场需要薄带连铸，薄带连铸也需要市场。至今，上海钢研所研 究中心薄带连铸研究室一方面在为产业化继续攻关，另一方面，正在把这项技 术推广给具有远见并具备一定条件的企业，其中硅钢薄带连铸和不锈钢薄带连 铸的技术转让工作分别进行到了设备设计和热调试的阶段。由国家计委、冶金 部下达的“双辊薄带连铸产业化” “九五”国家重点科技攻关项目也正在展开工 作。我们预计，在国家、企业和科研人员的共同努力下，我国的双辊薄带连铸 技术开发一定能赶上世界先进水平，实现产业化。在实现产业化的进程中以下 问题必须引起高度重视、某些技术难题还有待解决。 （1）必须具备足够的开发费用。国外薄带连铸试验投入巨资暂且不说，就 我国“八五”攻关实际情况而言，某些单项关键技术的迟迟不能解决，很大程 度上是受制于开发费用的原因。国个大多采用合作开发方式筹集资金的技术， 我国应该采用股份制的形式来发挥国家、企业和社会公众的积极性，解决资金 短缺的矛盾。开发薄带连铸这样的一种高新技术，应该以技术开发研究实际需 要框算资金，而不能让资金来限制这项技术的发展。我国作为钢铁生产和消费 大国，薄带连铸这个世界公认的冶金前沿技术的开发成功，对于提高劳动生产 率，增强企业的竞争实业，对于确立我国在该领域的地位具有广泛的社会效益 和巨大的经济效益。任何一项高收益的投资都是有风险的，为了我国二十一世 纪钢铁工业的振兴，我们目前投资于薄带连铸是明智的选择，我们应该果断地 投资。 （2）为了提高薄带连铸机的连铸经济效益必须提高连铸坯的表面质量和内 在质量，增加浇铸的钢水量。薄带连铸研究开发的事实已经表明，薄带连铸的 优势在于节省大量的基建和设备投资、水电能源和工人费，而它目前影响效益 的主要因素也很明显，一是铸带质量对收得率的影响，二是由于薄带连铸每次 浇铸时消耗的中间包、水口、侧封板耐火材料等辅料在一次铸钢量少的情况下 对吨钢成本产生的影响以及一次铸钢量少对收得率及劳动生产率的影响。国外 的研究分析也表明，薄带连铸要达到一定的年产量及质量水平才能体现出它的 经济效益。为此在该项技术的产业化进程中要解决的主要矛盾应围绕以上二点 进行。这里包含着许多技术难题，包括钢水纯净度、布流技术、结晶辊技术、 侧封技术、液位稳定技术、自动控制技术、质量跟踪与冷轧工艺技术等等。我 们可以把这引起技术分为三类，一类是国际、国内都没有解决的难题或是虽有 河北工程大学毕业设计 11 国外报道但无法得以的这些技术；第二类是国内其它领域或项目已经解决或是 可以移值的技术，第三类是国外已研制成功且有引进可能的技术，对于第二、 三类技术我们只需引进、移值，不必从头开始研制，否则我们将浪费有限的时 间，永远跟在别人后面。这类技术包括上述的钢水纯净度，不必重点设专题研 究，炉外精炼技术日趋成熟和多样化，国内完全有能力提供比较纯净的钢水。 水冷辊的铜质辊套在国内要马上解决辊面镀 Ni 的问题有困难，靠薄带连铸课题 组去研究这个问题是得不偿失的，而国外成熟的薄带连铸铜质辊套已经商品化。 液位高度的检测与控制是影响铸带表面质量的关键之一，日本新日铁公司的薄 带连铸液位波动已能控制到1.6mm 以内，而我国搞了十年攻关液位波动还难 以控制在以上数据的 20 倍以内，我国在这方面的基础技术较落后，如果一味关 起门来摸索，是难以赶上国际薄带连铸总体水平的。侧封板耐火材料我们目前 只做过 1 吨以下钢水量的连铸试验，根据使用情况分析要达到浇铸 3 吨以上钢 水是困难的，而国外的侧封技术对于连铸 10 吨以上钢水甚至一次浇铸 92 吨钢 水均能胜任，引进侧封材料，可以把我们的科研力量集中到研究侧封机构上， 这样可以加快侧封技术的研究进程，把一定的力量放到电磁与固体相结合的侧 封研究中是必需的，因为国外对该项技术保密性极强，连是否实际使用电磁侧 封也不愿透露，而侧封要满足长时间浇铸是必须解决的问题。在某些单项技术 引进或移植的基础上，我国双辊薄带连铸技术在短期内实现产业化是有可能的， 从前面所述的解决带坯质量和提高连铸钢水量的总目标着手，探讨如下： 带坯质量 铸带的质量问题包括纵向裂纹、横向裂纹、表面碴点、冷隔、横向厚度公 差、纵向厚度公差等。目前发现带坯表面有时存在碴点，细小的纵向裂纹和横 向纹裂。横向厚度公差是铸带横截而成为楔型（中间厚二边薄） ，纵向厚度公差 是铸带长度方向厚度不均匀。碴点的产生是纯净不够的钢水以及在浇铸过程中 钢水产生二次氧化。横向裂纹的形成主要是沿带宽方向的传热不均匀引起冷却 速率不一致，裂纹区域的冷却速率要比无缺陷区域小，冷却不均匀产生不均匀 收缩应变，局部的拉伸应变的积聚导致了裂纹的产生。铸带楔型的产生主要是 由于结晶辊工作面的变形引起的。铸带长度方向公差同液面波动、轧制力、铸 带速度等因素有关。纵向裂纹是由于熔融钢水在熔池表面的波动产生冷块以及 二次氧化的产物、钢碴在熔池表面的积留并进入辊缝造成不均匀热传导所致。 冷隔的形成是侧封板吸热挂上冷钢脱落后进入熔池及熔池表面浮碴进入辊缝形 成的。 连铸钢水量 连铸时的一次浇铸钢水量大小直接影响连铸成本，它同铸带质量一样是这 项技术的关键问题。影响我国薄带连铸一次铸钢量的因素较多，主要有连铸线 河北工程大学毕业设计 12 速度、钢水保温时间、侧封寿命、水口寿命，而连铸线速度跟自动化技术、配 套辅机、结晶辊材质等有关。 由上面分析可见，在薄带连铸过程中，某些单项技术是有其相对独立性的， 但在影响连铸坯质量，一次浇铸钢水量的因素中，许多问题间是有联系的，我 们既要看到矛盾的特殊性，又要看到矛盾的普遍性，抓住主要矛盾。为了得到 质量好的薄带，要利用炉外精炼的钢水。一次铸钢量少于 5-10 吨，钢包要有保 温措施，中间包要注入保护气体，中间包耐火材料层提高保温性，并在线加热。 熔池表面及侧封板表面用气体燃料，这样的目的是防止侧封吸热过多和钢水温 降过快及二次氧化，以增加浇铸钢水量和提高铸带质量。水口要保证钢水沿辊 面方向均匀分布，并利用滑动水口的滑板连同高精度的液压伺服机构作为控制 钢水流量、流速的执行机构；其指令由控制及采集水冷辊转速、水冷辊辊缝和 轧制力及液位高度探测器闭环的自动化浇铸控制系统提供，侧封机构能保证连 续浇铸 10 分钟以上的液压顶紧移动侧封配上在线加热装置防止浇铸过程中产生 冷钢。结晶辊为铜质表面镀 Ni 辊套，浇铸速度 50m/min 以上，铜质辊套可提高 连铸速度，对于提高铸坯质量和产量均是必要的，目前国外的薄带连铸机均倾 向采用铜辊。连铸带坯经二次冷却（不锈钢固溶温度控制在 1100左右，硅钢 在 1300左右，冷却至 600）后无芯卷取。在以上的描述中有的是硬件，有 的是软件，硬件大多可以利用现有相关技术或移植或引进，软件是较难从外面 得到的，它包括连铸中工艺参数（轧制力、铸带速度、液位波动、铸带厚度之 间的关系等） 、主辅机和自动化系统匹配，铸带质量同各部分设备运作之间关系 以及技术人员素质和技术、管理水平。只有解决了硬件问题，再配上好的软件， 薄带连铸的产业化才会成为现实。 1.4 我国铸钢技术的开发与应用 第一 我国与工业发达国家起步时间相差不大。世界第一条薄板坯连铸连 轧 CSP 生产线 1989 年在美国 Nucor 的 Crawfondsville 厂投产。我国第一条薄 板坯连铸连轧 CSP 生产线 1999 年在珠钢钢厂投产，只相差 1 0 年。而钢铁方面 其他技术我国起步晚得多。以氧气顶吹转炉为例，西欧、北美、日本等国家在 20 世纪 50 年代起步，而我国这一技术的成套引进是在 80 年代投产的宝钢。我 国工业技术落后的重要原因之一是我国工业现代化过晚； 第二 我国从 20 世纪 90 年代以来，国民经济增长速度加快，国内市场对 钢材的需求强劲，为薄板坯连铸连轧技术的发展提供了巨大空间； 第三 我国地方重点钢铁企业面临结构调整，需要由长材为主转向以板材 为主。薄板坯连铸连轧技术由于其独特的优势-工艺紧凑、投资省、建设周 河北工程大学毕业设计 13 期短，而适应了结构调整的需要。薄板坯连铸连轧技术的应用，加快了各省重 点钢铁企业结构调整的步伐。这一些都超出了人们的预料。 当前，对我国来说，当务之急是充分发挥薄板坯连铸连轧技术特点进行产 品开发，我们不能满足于薄板坯连铸连轧生产线产量的增加，而应把注意力转 向产品品种的开发上。随着第二代 CSP 技术的发展，目前，薄板坯连铸连轧生 产的产品品种已覆盖板带材品种的 85%以上，在不同厂家已生产过包晶钢、电 工钢、深冲钢、铁素体和奥氏体不锈钢及多相钢等热轧带卷。近几年开发的新 品种主要有管线钢(x52、x60、x80) ，DQ 级深冲钢、集装箱钢、高耐候性能钢。 最近，包钢攻克多项技术难关，终于成功地开发出微合金钢和低合金钢，填补 了我国这一研究领域里的空白，形成了具有我国自主知识产权的核心技术。 1.5 本设计的主要任务 1、方坯连铸机总体设计及计算 (1)拉坯速度的计算（2）冶金长度的计算（3）连铸机的生产能力计算（4） 弧形连铸机弧形半径的计算（5）校核铸坯是否完全凝固（6）带液点矫直的可 能性（7）连铸机流数的计算。 2、连铸机振动装置设计及计算 河北工程大学毕业设计 14 第二章 连铸机的机型和特征 2.1 连铸机的机型和特点 连铸机按由高到低分类，可分为立式、立弯式、弧形、椭园形(超低头)、 水平、轮式连铸机等。连铸机按外形分可分为立式、立弯式、弧形、椭圆形(超 低头)、水平、轮式连铸机等。连铸机按机型可以分为立式连铸机、立弯式连铸 机、弧形连铸机、椭圆形(超低头)连铸机、水平连铸机。特殊钢连铸机机型有 立式、立弯式、全弧形、水同等形式。采用立式连铸机，有利夹杂物垂浮分离， 进步内在质量，但厂房轨面标高很高，土建投资大。采用立弯式连铸机，在垂 直方向浇注，夹杂物上浮条件好，但在弯曲点内部产生大的变形应力，不能铸 造裂纹敏感性高的钢种。采用水平连铸机，设备操纵、维修方便，钢液在密封 系统内活动可避免钢液的二次氧化，但由于技术原因，目前所能浇注的铸坯断 面较小，本钱也较高。为了减少投资，改善和保证连铸坯的质量，大多数选择 全弧形连铸机。表61给出国外几家特殊钢厂的连铸机机型(1996年)。 表 61 钢厂的连铸机机型 生产钢种 连铸机机 型 钢厂 轴承钢 立式、大 断面 日本山阳特殊钢 轴承钢 立弯式、 大方坯 日本神户制钢 合金结构 钢 弧形板坯美国阿姆科 合金结构弧形小方 美国北极星 河北工程大学毕业设计 15 钢坯 模具钢 弧形大方 坯 日本大同 模具钢立式德国蒂森 高速钢垂直式 奥地利的勃来登 弗勒德 钢连铸生产过程中，必须采取必要措施以保证产品的质量，主要是防止钢 液被二次污染，进步钢的洁净度，进步连铸坯的均匀性，减少连铸坯的表面及 内部缺陷，减少凝固过程中产生的成分和组织的偏析等。对设备的要求主要有： (1)保护浇铸，防止钢水与空气接触产生二次氧化及吸氮。 (2)中间包加热，采用电磁感应加热或等离子加热技术。保持低的钢水过热 度浇注，可进步铸坯等轴晶率，减轻中心偏析和中心疏松。 (3)大容量深熔池的中间包，包内砌挡墙和坝，以得到最佳流场和温度场， 使夹杂物充分上浮。对洁净度要求高的钢种，应在中间包中采用多孔耐火材料 作为过滤器以进一步往除钢水中的 A1203 夹杂物。 (4)电磁搅拌设备。可改善结晶器内温度场和流场，减小温度梯度，进步铸 坯等轴晶率，降低中心偏析、疏松等缺陷，消除皮下气泡、针孔和往除夹杂物 等。 (5)凝固末端轻压下，控制中心偏析、缩孔。轴承钢、硬线钢等高碳钢种对 中心偏析要求尤为严格。 (6)自动化技术，配备钢包下渣检测、结晶器液面自动控制、自动开浇、二 冷动态配水和铸坯缺陷自动检测等先进的自动化技术。 板坯连铸机是指生产铸坯断面长宽比大于 3 的连铸机，板坯连铸机的机型 分类如下： 1）按铸坯运动轨迹分类。 在连铸过程中，根据铸坯运动轨迹的形状，板坯连铸机可分为立式、立弯式和 弧形三种。 2）按铸坯内液心静压力的大小分类。 在浇注过程中，铸坯内的液心长度是不同的。由于液心高度不同，铸坯内的钢 水静压力也就不同，根据钢水静压力大小，可把连铸机分为高头型、标准型、 河北工程大学毕业设计 16 低头型和超低头型连铸机，它们用连铸机的基本弧半径 R 和铸坯厚度 D 的比值 大小表示： R/D=50 的叫高头型连铸机 R/D=40-50 的叫标准型连铸机 R/D=25-39 的叫低头型连铸机 R/D=25 的叫超低头型连铸机 （1）立式板坯连铸机 50 年代建的板坯连铸机都是立式连铸机。设备呈直线形布置，高度大，相应厂 房高度要求很大，投资大，已经淘汰。 （2）立弯式板坯连铸机 60 年代初出现了立弯式板坯连铸机，这种连铸机以结晶器开始凝固到完全凝固 后进入弯曲段，然后由水平方向出坯，铸坯的运动轨迹成直弯形。这种立弯式 的连铸机的设备高度虽然可比立式连铸机的设备高度降低一些，但减少设备费 用的效果并不明显。 （3）弧型板坯连铸机 为了适应提高拉速、加大铸坯断面时钢水静压力增大的情况，出现了弧型板坯 连铸机，一种是直弧型板坯连铸机，另一种是全弧型板坯连铸机。 1，直弧型板坯连铸机 直弧型板坯连铸机的结晶器和结晶器以下一段是直的，铸坯经过弯曲段，由直 变弯，然后通过拉矫机把弧形铸坯矫直，这种机型的设备高度比立弯式低，铸 机总高度主要取绝于结晶器和直线段长度、液心长度和曲率半径大小。这种连 铸机既具有直结晶器夹杂容易上浮的特点，又具有比立弯式高度更低的优点。 2，全弧型板坯连铸机 全弧型板坯连铸机（包括超低头板坯连铸机在内）的铸坯运动轨迹是一条弧线， 结晶器、二冷段全为弧形，只是拉矫机、切割机和出坯系统是布置在水平线上。 这种铸机的设备高度主要取绝于铸坯的凝固段的长度和弧形曲率半径的大小， 这种机型的铸坯在圆弧形的二冷区凝固后，从水平方向出坯。由于这种机型的 设备高度不超出其圆弧半径，因此极大地降低了连铸机的设备总高度，这种机 型的优点是高度降低，缺点是内弧侧的坯壳影响夹杂物的上浮，在距铸坯表面 1/4 处出现夹杂富集带，影响铸坯质量。 3，弧型多点矫直板坯连铸机 为了进一步提高拉速、增大浇注断面，提高铸机生产能力，必须增大铸机长度， 使未凝固的铸坯延伸到水平段。为此，把圆弧部分的曲率半么依次分段改变， 把传统采用 2-4 对大直径辊的传统单点矫直改为多对小直径辊的多点矫直，使 未凝固的铸坯延伸到水平段凝固。 河北工程大学毕业设计 17 4，超低头板坯连铸机 近年来