毕业设计（论文）-年产300万吨合格板坯连铸车间设计.doc

年产300万吨合格板坯连铸车间设计 摘要 本次设计的是年产300万吨钢的板坯连铸工程，主要对连铸生产的工艺流程、车间组成和工艺布置进行设计，并对连铸机的几个主要工艺设备：钢包及其运载设备、中间包及其运载设备、结晶器及振动装置、拉矫和引锭装置、切割装置进行了设计计算。设计中对板坯连铸车间作了综合经济指标分析和合理的布局。并绘制了车间平面和设备图。为了提高连铸机生产率和提高产品质量，在设计中采用了一些新技术，新工艺和先进的设备。设计中选用弧型连铸机，大容量和深熔池的中间包，结晶器漏钢预报技术，电磁搅拌技术和轻压下技术等，使以上生产方案具有科学性、先进性，经济合理，适应当前社会发展的需要。关键词 板坯连铸；连铸车间；新技术；Abstract This paper is about the process design of the slab continuous casting plant of 3 million tons per year, it is mainly introduced the production process ,plant composition and the technological arrangement of the slab continuous casting plant. Also introduced and made the calculation about the important process and equipments of the slab caster: ladle and their delivery devices,tundish and their delivery devices, crystallizer and vibration device, straightening devices and dummy, cutting device. The reasonable layout and combined economical data of the workshop are analysed. For improving the productivity of the continuous casting mill and product quality, some new technologies, and advanced equipment are taken.The straighten-arc casting mill, tundish with big capacity and deep pit, ,leaking prediction of the crystalizer, electromagetic stirring and light depress technology are selected, to make sure that the producing plan are scientific, adapting the demand of the present social development.Keywords continuous casting; slab casting; new technology;1 文献综述 连续铸钢由于与常规生产相比具有生产工序简化，金属收得率提高，能源消耗降低，劳动条件得到改善和连铸坯质量好等优越性，因此是当前钢铁工业中发展最快的技术之一。近几年我国钢铁工业投资建设中最可喜的发展是宽带钢、中厚板和宽厚板的生产能力、装备和技术水平有了很大的提高，产品结构调整取得实效。围绕高品质，高附加值板带生产。板坯连铸的装备和技术取得了同步的、显著的发展。常规板坯连铸机的技术进步主要表现在工艺设备技术的优化，自动化控制水平的不断提高和完善以及满足生产实际需要的工艺操作软件的开发和应用。单流产量可达到150万200万t/a，真正实现了优质高效。2 产品规模及其方案 产品规模设计年产300万吨合格铸坯的全连铸车间。精炼、连铸过程收得率分别为按98%、98%。根据Q= ，Q300/9898312.4万吨，nT=（312.435）/（365144082%）253.7吨 所以本设计选二座150吨的转炉进行炼钢。表1-1按钢种比例分配的产品方案钢 种代表钢号JIS标准（API）对应GB钢号国家标准年产量104t比例（%）普碳钢SS330SS540G3101Q195Q275GB/T912-19899030优碳钢SPHCSPHDG313108GB/T710-199118060低合金钢SPA-HG312509CuPNiCr-AGB/T4171-2000155无取向硅钢50W130050W1300155合计3001003 连铸机的主要工艺参数3.1钢包允许的最大浇筑时间可按下列经验公式计算： (31)式中： 钢包允许的最大浇注时间，min； G钢包容量，t； f质量系数，主要取决于对浇注温度控制的要求，本设计取10；= 3.2铸坯断面本设计板坯连铸机尺寸，铸坯断面的尺寸为（200250）（10001950），计算工作拉速是取铸坯断面平均尺寸2251475。3.3工作拉速工作拉速可根据铸坯厚度选取拉速的经验公式计算： （32） 式中： V工作拉速，m/min；铸坯横断面周边长，mm；S铸坯横断面面积，mm；f速度换算系数,本设计取f80；所以= 为了实现功效连铸，改进连铸机结构，加强冷却，提高安装对中精度，从而提高工作拉速，才找经验类比工作速度取1.1m/min3.4连铸机流速当一台连铸机只浇注一种断面时，其流数N的计算如下： （33）式中在： G钢包容量，t； t钢包浇注时间，min 一般，本设计取t 27min； F铸坯断面面积，m； 该断面的工作拉速，m/min； 铸坯密度，本设计取7.7t/m；=因此本设计连铸机为2机2流。3.5铸坯液相深度和冶金长度3.5.1铸坯液相深度连铸坯的最大液相长度按下式计算： （34） 式中： 液相深度，m； D铸坯厚度，mm； 最大拉速即理论拉速，m/min； K综合凝固系数，mm/min；所以 =m3.5.2冶金长度L ，本设计取L33.6m3.5.3连铸机长度 L=1.1=36.9m3.6弧形半径R 其中碳素钢可取1.52.0，本设计取1.5，所以 R=7.5m，R要在算出后，考虑已投产的连铸机的经验参数，综合考虑确定。一般圆弧半径为：板坯612m 。为了进一步今后提高拉速的要求， 本设计取弧形半径R10m。3.7连铸机生产能力确定连铸机浇注周期计算 连铸浇注周期时间包括浇注时间和准备时间，如下式： T= 式中：T浇注周期时间，min； 准备时间，本设计取25minn平均连浇炉数，本设计取8炉；单炉浇注时间，min；单炉浇注时间由式： 计算，式中：G平均每炉产钢水量t；B铸坯宽度，m；D铸坯厚度，m；铸坯密度，t/m；工作拉速，m/min；N流数 =所以T=25+826.7=238.6min。1）连铸机的作业率式中：连铸机年作业率，； 连铸机年准备工作时间，h；连铸机年浇注时间，h；连铸机年非作业时间，h；年日历时间，8760h；在本设计中，取作业率80。2）连铸机铸坯收得率计算如下：式中： 铸坯成坯率，；未经检验精整得铸坯量，t；G钢水质量，t；铸坯合格率，；合格铸坯量，t；Y连铸坯收得率，；本设计中取Y98。3）连铸机平均日产量A式中：A平均日产量，t/h；1440一天的时间，min；T浇注周期，min；G每炉平均出钢量，t；n平均连浇炉数；Y连铸坯收得率，；所以 A=(1440150898%)/238.6=7097t/d。4）连铸机的平均年产量 所以 P=365709780207.2万吨/年。5）连铸机台数的确定：所以所需2台连铸机。4 连铸机的主要设备选择4.1钢包的承载设备在本设计中采用双臂式碟形钢包回转台载运方式。蝶型钢包回转台：具有各自独立驱动的转臂，两个钢包的相对位置时可以变化的，操作灵活，可缩短换包时间，钢包能在回转台上升降便于使用长水口，实现保护浇注。近年来钢包回转台在形式和功能上得到了多方面的发展，采用了以下新技术：钢包升降装置、连续自动称量装置、钢包倾翻装置、钢包保温盖加盖装置及吹气装置等4.2中间包及其运载设备4.2.1中间包容量及其主要尺寸 中间包的容量是钢包容量的20%40%。本设计取中间包容量为150*0.4=60t(1)中间包的高度。钢液面离上口距离约200mm左右，为了使钢水在中间包停留时间长，有利于夹杂物的上浮，即h600+200=800mm，熔池h取1200mm。(2)中间包的长度。中间包宽度应保证钢水由钢包注入时，注入点到中间包的距离不小于500mm。L=(n-1)l1+(l2+l3)2 =5500+（600+200）2 =7100mm L中间包长度mm；l1连铸流间距，即水口间间距mm;本设计取5500mm；l2注入点到中间包水口距离，一般为500mm，本设计取600mm；l3水口中心离中间包壁约200mm。(3)中间包的倾角，倾角取913，本设计取12(4)水口直径的确定 水口直径d（cm）根据经验式求出： （41） 式中： m每流铸坯的水口个数，本设计取3；h 中间包内钢液深度，cm；h=120cm最大工作拉速时的钢水流量，Kg/min；= 2.080.2251.4757.7103=5.32103kg/min水口流量系数，低碳钢取1618，合金钢取1014 Kg/min.，本设计取17 Kg/min.。所以 d4.2.2中间包载运设备中间包车是中间包运载设备，通常每台连铸机配备两台中间包小车，运行速度： 1030m/min升降速度：2m/min中间包更换时间：23min4.3结晶器4.3.1结晶器的类型本设计铸坯为板坯采用组合式结晶器。组合式结晶器是4块复合壁板组合而成。每块复合壁板都是有铜质内壁和钢质外壳组成。在与钢壳接触的铜板面上铣出许多沟槽形成中间水缝。现在多采用宽度可调的板坯结晶器。可用手动、电动、液压驱动调节结晶器宽度。4.3.2结晶器的重要参数(1)结晶器断面尺寸板坯结晶器厚度： D上 =(1+1.5%)D0+2 ( 42）D上=230.4mm D下 =(1+1.5%窄)D0+2 （43）D下 =(1+1.5%0.6%)D0+2 D下 =229.0mm板坯结晶器宽度：B上=1+（1.5%2.5%）B0 （44） =(1+2%)1475 =1504.5mm（B下=1+(1.5%2.5%)宽B0 （45） =(1+2%0.6%)1475 =1495.7mm(2)结晶器长度由凝固定律可知：Lm=v(/Km)2 （46） Lm= 在实际生产中钢液面距结晶器上口有80120mm的距离，故结晶器的长度为： L=Lm+120=740mm(3)结晶器的倒锥度坂坯结晶器锥度计算:1= （47） =0.95%(4)结晶器的水缝面积结晶器水缝总面积通常根据下式计算：Sw= (48) =13414mm2 (5)结晶器拉坯阻力。 可有经验公式计算： F=（1000015000）L0 （49） =34490N4.4二次冷却装置为了便于加工制造、安装调整和快速处理事故，板坯连铸机的二次冷却装置一般由若干扇形段组成。板坯容易鼓肚，所以采用密排的夹棍，辊缝小，并要求对弧精度高。4.4二次冷却参数计算二冷区总耗水量的计算式如下： Q0=Q (411) Q0=Q Q0=0.7337.3 =236.1 t/h Q=60NBDv （412） Q=6020.2251.4751.17.7 =337.3 t/h 比水量又称冷却强度，即每单位质量的铸坯所消耗的二次冷却水量，表达式如下： = （413） 比水量值根据所浇铸的钢种决定，对低碳钢，低合金钢和裂纹不敏感钢种取=1.01.2合金钢取0.60.8本设计取0.64.5拉坯矫直装置弧形连铸机的二次冷却段拉出来的弯曲铸坯必须矫直，若通过二次以上的矫直称为多点矫直。对大断面铸坯来说，则应采用多点矫直，每三个辊为一组，每个辊为1个矫直点，以此类推；一般交织点取35点。采用多点矫直可以把集中一点的应变量分散到多点完成，从而消除铸坯产生內裂的可能性，可以实现铸坯带液心矫直。辊拉矫机增加了辊子数目，有12辊、32辊甚至更多，对于铸坯进行多点矫直。由于拉辊多，每对拉辊上的压力小，因而拉矫辊的辊径也小，这有利于实现小辊距密辊排列，即使带液心铸坯进行矫直，也不致产生内裂，从而能够提高拉坯速度。本设计取辊数为12的多滚拉矫机4.6引锭装置 本设计采用挠性上装引锭装置，短节距链式引锭杆的节距短（小于辊间距），可制成直线型，加工方便，不宜变形，改变铸坯断面时只需改变相应的断面的引锭头。钢板引锭链多用于宽板坯和多流连铸机。上装引锭杆是引锭杆从结晶器上口装入，引锭装置引锭杆、引锭杆车、引锭杆提升和卷扬机构、引锭杆防落装置、引锭杆导向装置和托脱锭杆装置等。当上一个浇次的尾坯离开结晶器一定距离后，从结晶器上口输入引锭杆。装引锭杆和拉尾坯可以同时进行大大缩短了生产准备时间，提高连铸机作业率。同时上装引锭干装置不易跑偏。上装引锭杆采用小车和摆动台。引锭台布置在浇注平台上，用来输送引锭杆到结晶器上口。铸坯脱钩后引锭杆通过卷扬提升到浇注平台，存入到引锭杆车待用，上装饰上装式引锭杆适用于坂坯连铸机。4.7切割装置火焰切割装置包括有切割小车、切割定尺装置、切缝清理装置和切割专用辊道等。火焰切割装置的优点是：设备轻，加工制造容易；切缝质量好，且不受铸坯温度和断面大小的限制；设备的外形尺寸较小，对于多流连铸机尤为适用。火焰切割原则上可以用于切割各种断面和温度的铸坯，但是就经济性而言，铸坯越后，相应成本费用越低。目前，厚度在200mm的铸坯几乎都采用的火焰切割。本次设计采用火焰切割，火焰切割是利用预热氧和预热乙炔混合燃烧的火焰把切缝处的金属熔化，然后以高压切割氧把熔化的金属吹掉，从而把铸坯切断。5 连铸车间工艺布置5.1连主机在车间里的平面布置本设计采用横向布置，连铸机是纵向布置还是横向布置，主要根据场地面积、位置、出坯方向、原有车间起重设备的情况等原始条件决定。5.2连铸机的主要尺寸5.2.1连铸机的总长度 弧形连铸机的总长度是指结晶器外弧竖直切线到冷床后固定挡板之间的水平距离。实际也是连铸机弧段与水平段之和的水平距离。其长度计算如下： (5-1) = 10+1.8+6+6.6+20+13 = 57.4m式中：R 连铸机圆弧形半径， m。设计为10 m。拉矫机长度，取1.51.8m。本设计取1.8m 拉矫机后至切割区前距离，m。此段距离的加长利于提高拉速，设计取6m。 切割区长度， m。机械切割时为设备尺寸，火焰切割时至少等于或大于铸坯最小长度，本设计取6.6m。 输出辊道或铸坯等待区长度 m，一般至少大于最大定尺长度的1.5倍，设计为20 m。 冷床或出坯区长度 m。最大定尺长度再增加1米。本设计取13 m。5.2.2 连铸机的高度铸机总高决定了连铸浇注跨吊车轨面标高。它是指从拉矫机底座基础面至中间包顶面的总高度。计算如下： （5-2） =10+1.0+4.45+0.2+1.4 = 17.1m式中： 拉矫机底座基础面至铸坯底面距离，取决于出坯的标高和设备尺寸，一般取0.51.0 m；本设计取1.0 m。 铸机弧形中心至结晶器顶面的距离，常取结晶器高度的一半，如取：0.350.45 m；设计取0.45 m，由于设计选用的是垂直弯曲型连铸机垂直段取4 m，则=4.45 m。 H3 结晶器顶面至中间包水口升至最高位置时的距离，一般取：0.10.2，设计取：0.2 m。 中间包全高，一般为：1.01.5 m，较大的中间包可达2 m，设计取：1.4 m5.2.3吊车轨面标高连铸浇注跨吊车轨面标高计算公式如下： (5-3) =17.1+2.62+11+1.6 = 32.32m式中： 连铸平台标高m； 钢包耳轴至其水口的距离 m，设计取2.62 m； 起重机主钩上升极限尺寸 m，设计取11 m； 富余尺寸 m，一般为1.41.6 m，设计取1.6 m。5.3连铸车间内部的布置（1）中心距的确定：连