年产400万吨合格连铸坯的连铸系统设计毕业论文.doc

毕业设计说明书毕业设计说明书设计题目：年产400万吨合格连铸坯的连铸系统设计摘要本次设计的是年产400万吨钢的方坯连铸工程，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。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：方坯连铸机；连铸车间；热装热送；工艺参数；横向布置；高效连铸目录- 1 -高等职业技术学院- 1 -毕业设计说明书- 1 -摘要- 1 -1 文献综述11.1连铸主要设备31.1.1 大包回转台41.1.2 中间包车41.1.3 中间包烘烤装置51.1.4 二冷室及风机51.1.5 结晶器51.2 车间设计的依据71.3 厂址选择72设计方案82.1连铸机型的选择和特点82.1.1连铸机设计原则82.1.2连铸机机型的选择原则82.1.3连铸机机型的确定82.2产品规模82.2.1产品方案82.2.2钢水供应条件92.2.3生产规模103连铸车间的平面布置103.1主要工艺参数的确定103.1.1拉速的确定103.1.2冶金长度的计算：113.1.3作业率的确定113.1.4钢包允许的最大浇注时间123.1.5连铸机流数的确定123.2连铸机生产能力的计算133.2.1连铸机与转炉的匹配计算133.2.2连铸机生产能力计算134生产工艺流程及车间组成154.1生产工艺流程图154.2车间组成及工艺布置164.2.1车间组成164.2.2车间工艺布置164.2.3连铸机区域的主要尺寸175主要工艺设备选择及其主要技术性能参数195.1连铸机长度的确定195.2连铸机弧形半径195.3钢包及钢包运载设备205.3.1钢包回转台205.3.2钢包尺寸、质量和中心的计算205.4中间包及其运载设备235.4.1中间包容量的确定235.4.2中间包的类型构造及其主要尺寸235.5结晶器及振动装置255.5.1结晶器尺寸的确定255.5.2结晶器的振动机构275.5.3结晶器的类型285.6二次冷却系统295.6.1二冷区的设计305.6.2二冷段冷却区的划分315.7拉矫装置315.8铸坯切割区的设计32参考文献35致 谢36- 3 -内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书内蒙古科技大学高等职业技术学院毕业设计说明书1 文献综述亨利贝塞麦是提出连铸思想的第一人。他在1858年钢铁协会伦敦会议的论文模铸不如连铸中提出了这一设想，但一直到20世纪40年代，连铸工艺才实现工业应用。在这一段时间内，由于钢的高熔点和高导热率等原因，研究人员遇到了许多问题。在连续铸钢开始出现时，最先使用的是立式连铸机。这种连铸机有一个用弹簧固定的结晶器，产量通常很低，且因为钢与结晶器粘结，漏钢并不少见。振动结晶器的想法应归功于德国人SeigfriedJunghans，他首创了有色金属的连续铸造。1952年，英国巴罗钢厂将这个概念引入炼钢领域，当时使用的是德国曼内斯曼提供的直结晶器立式连铸机。这便是工业化连续铸钢的开端。 由于技术上的缺陷，连续铸钢长期以来一直局限在电炉钢厂内，大型钢铁联合企业1970年才开始生产连铸板坯。借助科学理论对凝固现象的深入了解推动了连铸的发展。炼钢技术在同一时期内的发展也是连铸工业化的一个先决条件。低成本的电炉炼钢和联合钢铁厂的碱性氧气转炉炼钢比平炉更能保证连铸钢水的供应。今天，在这些炼钢工艺中，比重最大的是氧气炼钢，占到了633，相比之下，电炉和平炉分别占331和36。 连铸工艺的主要优势可概括为：收得率比模铸提高1012，成本降低20；由于从钢水到终产品的生产环节减少了，所需人时降低；取消了脱模、加热和初轧，设备投资低；有实现全连铸和高度自动化的可能性。 由于这些固有的优点，随着浇铸产品质量的提高，连铸延伸进了模铸的领域，普及度迅速提高。 全球情况 1970年，连铸钢仅占粗钢产量的4，而到今天，已经达到了惊人的88。世界钢铁供大于求的形势即将消退，供需平衡即将恢复，粗钢产量年平均增长速度4。2001年连铸钢产量8503亿t；2002年增长了62，达到9036亿t。2003年粗钢产量为9648亿t，较前一年增长了68；而2004年的粗钢产量达到了105亿t，增幅88，该年连铸产量达到937亿t。 在产钢大国中，中国占据世界连铸钢产量的2372，其后是日本1276和美国1038。中国连铸比9120，低于工业国的平均水平，但高于88的世界平均水平。在提高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。在品种结构方面: 随着电磁技术及凝固控制技术的应用, 连铸品种将有望实现品种的100%, 而且实现组织控制、内部及表面质量控制, 达到全无缺陷坯高效生产. 在生产能力方面: 随着电磁组合结晶器、非正弦振动、轻压下、凝固动态控制技术的工业化, 板坯连铸机产量达到200 万吨/流年, 方坯连铸机产量达到40 万吨/流年, 形成单台铸机对单台连轧机的生产流程. 在品种结构方面: 随着电磁技术及凝固控制技术的应用, 连铸品种将有望实现品种的100%, 而且实现组织控制、内部及表面质量控制, 达到全无缺陷坯高效生 在电磁连铸方面: 随着超导技术的发展, 用于浇注钢的电磁约束结晶器、电磁激震装置的工业化将成为可能, 在此基础上, 将有望开发无模、无振动、断面形状可任意组合的连铸机.总结语： 二十一世纪, 钢铁工业正朝着环境友好、资源循环、性能极限、高效生产方向发展, 其核心推动力来自钢铁行业技术的创新和集成, 即: 连续、紧凑、快节奏的高效生产工艺技术; 高洁净、高强度、高性能、长寿命的材料设计与加工技术以及高效能源转换与资源利用技术. 不断提高生产效率、改善产品品质、节能降耗的连铸本质特征将继续促进钢铁生产朝着更加低耗、优质、高效、清洁生产的方向优化. 连铸仍然是当今最活跃、最具战略影响力的钢铁科技创新点.1.1 连铸主要设备本设计CSP连铸机为立弯式，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2628吨，溢渣情况下为3032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，闪烁计数器和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，可以产生正弦振动，本设计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方式进入预设定，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。本设计二次冷却有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3.25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为内冷。然后铸坯进入摆动剪，在主控市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9501050，主要由于不同拉速所致。1.1.1 大包回转台大包回转台设备为带升降系统的型回转台,它位于浇铸平台上。主要包括：大包回转台、事故回转驱动装置、称重系统、大包盖操作装置、回转锁定装置和大包滑动水口液压操作系统。大包回转台的主要功能是将大包才能感装载位置运送到浇注位置，回转半径为5500mm，回转台承载能力为2200t,回转速度为1r/min,设有电气滑环和旋转接头，用于传送电能和介质（供给升降液压缸和滑动水口的水已二醇、氩气、压缩空气），能实现正、反向各360无限地转动。大包回转台能够移动两个装满的大包，并向连铸机连续地输送钢水。在正常情况下，大包回转台的转动由电动-机械系统实现，电机通过行星齿轮箱和锥齿轮来传递运动，电机配有编码器，以调整转速，实现回转臂的精确定位。电机输出轴上设有1气动抱闸系统，以便回转臂停在合适的位置上。在事故情况下可以用副驱动即气动驱动，来实现回转台的转动。在任何时刻，均可实现从一种状态向另一种状态的转换，甚至在大包回转台正在转动时也可以。装满钢水的大包由天车吊运到回转台的双叉臂上，然后转动到浇铸位置。设备的布局设计时就考虑到，当中间包液面处于最高位置时，大包、中间包车和中间包之间不会发生任何干涉。1.1.2 中间包车中间包车为半门式结构，主要组成为：行走系统、升降系统、水口对中机构、称重系统、塞棒液压控制机构、侵入式水口的事故闸板液压机构、连续测温系统机械手和大包长水口机械臂。中间包车升降机构由电动-机械螺旋千斤顶实现升降，有接近开关实现控制，升降行程为600mm，升降速度最大为30mm/s。通过编码器实现对中间包位置和速度进行控制，能使侵入式水口自动地上下移动，均衡弯月面处的水口侵蚀，提高侵入式水口的寿命。中间包行走驱动系统，主要由2个带变频器和编码器的电机、2个正交轴齿轮减速机和4个车轮（其中两个带驱动）组成。中间包车负载能力为80t，最小行走速度为2m/min，最大行走速度为20m/min，可实现紧急制动和紧急事故行走。通过液压装置实现中间包位置的横向调整和水口对中，通过流量分配器保持液压缸同步运动，调整行程为+75/-75mm。通过传动拖链向电机供电，传递流体和电信号。称重系统主要由4个带放大器和空冷的称重单元组成，侵入式水口事故滑动闸板用于紧急切断中间包流出的钢水，切断速度为300mm/s。带液压缸、伺服阀和位置传感器的液压驱动机构，用来驱动塞棒，可手动也可自动，垂直行程手动为140mm，自动时为100mm，最大速度大于100mm/s，塞棒液压控制机构和结晶器液位检测系统形成闭环控制，通过PID调节稳定控制结晶器液面。连续测温系统机械手把持连续测温探头，用于浇注过程中中间包钢水温度连续测量。大包长水口机械臂夹持大包长水口，带氩气封闭，机械臂可以实现旋转、水平移动和升降动作，升降由气动驱动，以保证大包长水口和大包滑动水口的准确严密啮合及更换水口。1.1.3 中间包烘烤装置每个中间包烘烤装置烧嘴数量为3个。最高预热温度为1200100，所用燃料为转炉煤气。烘烤时间为90min,燃料消耗为1800m3/h,采用自动点火，PLC自动控制温度，加热曲线（可编程）存于PLC中，盖上的热电偶提供反馈。水口烘烤装置为负压抽风式，一个文式管由气动产生负压，通过水口将中间包内的热量吸入烘烤炉，能把中间包水口预热到合适的温度。1.1.4 二冷室及风机二冷室位于浇铸平台下。包括一个封闭室和一套蒸汽排出装置，连铸平台和其下镀锌钢板制成的二冷室墙组成大型整体封闭室，用来容纳从浇铸平台到拉矫装置末端的水和蒸汽。蒸汽排出系统包括2台离心风机用来排出二冷室的蒸汽。1.1.5 结晶器H2（high speed,high quality）漏斗型结晶器主要包括：两个漏斗型宽面铜板、两个多锥度窄面铜板、铜板背板、足辊、在线调宽装置。结晶器支撑框架是焊接钢结构，安装在振动台上，结晶器冷却水自动进行连接，结晶器水套和振动台接水板通过O型密封圈进行密封。冷却水的连接方式和对中销的设计，可以实现快速更换结晶器。结晶器的固定面和松动面通过拉杆连接，带有弹簧的拉杆可以保证一套液压缸实现宽面打开。铜板和背板设计成快速更换的结构，以实现磨损铜板的快速更换。铜板材质为铜银合金，宽面铜板表面镀Ni，铜板长度1200mm,结晶器冷却方式为在铜板上钻孔通水冷却。结晶器预留安装电磁制动（EMBR）的空间。足辊区冷却构成二次冷却的1、2、3环路。结晶器的作用和基本组成:结晶器是连铸机的心脏，中间包内的钢水注入到结晶器后，在结晶器内初步骤固成具有一定外形的铸坯，生成一定厚度的坯壳，并被连续地从结晶器下口拉出，进入二冷区。结晶器的主要作用：(1)在尽可能高的拉速下，保证出结晶器时形成足够厚度的坯壳，以抵抗钢水静压力而不拉漏。(2)保证结晶器周边坯壳厚度均匀稳定地生长。(3)结晶器内的钢水渣相坯壳铜板之间的相互作用，对铸坯表面质量有决定性的影响。上述第(1)个作用决定了铸机的生产率，而第(2)、(3)个作用决定了铸坯的表面质量。结晶器的基本组成:结晶器宽边安装有六个液压缸用来打开和关闭结晶器铜板。其中固定侧有两个液压缸，由单向阀和压力开关进行控制。松动侧有四个液压缸，由带有压力传感器的单向阀和比例进行控制。当掉电和液压失效时有一个蓄能器进行结晶器的事故关闭。松动策顶部的压力为120bar，底部的压力为140bar。当进行结晶器在线调节时松动侧的压力将减小以阻止铜板表面刮伤。当松动侧的压力降为63bar时自动尾出。窄边的主要功能是进行结晶器宽度和锥度的调节，以保证板坯尺寸和浇注安全。调宽是通过4个用于上下主轴驱动的伺服电机、4个齿轮装置、4个蜗轮装置、4个螺旋主轴实现的。1.2 车间设计的依据在进行车间设计之前，应从技术经济部门取得设计任务书，而设计任务书是有关部门根据国家计划经过充分讨论之后制定的。设计任务书的基本内容：（1）车间的生产规模、生产品种；（2）车间的生产方案；（3）建厂地址、厂区范围和资源情况、水文地质、原材料、燃料、动力、供水以及供电等供应情况，还有运输情况等；（4）要求达到的经济效益和技术水平（5）投资以及劳动定员的控制数字（6）环保情况1.3 厂址选择厂址选择工作实际包括两个方面：一是建厂地区的确定，一般由上级主管部门在设计任务书中规定；二是建厂地址的选择，由设计者会同有关部门共同进行实际调查研究，提出几个初步方案进行比较，然后选取最优方案。建厂地址选择应考虑下述要求：（1）必须符合国家工业布局的基本原则。充分利用各地区的丰富资源和各方面的有利条件，合理使用人力和物力，使生产出来的产品能够合理的分配，从而使所设计的厂在最少的投资条件下，获得最大的经济效果，并且使全国各大区的工业系统迅速建立起来，逐步改变我国工业布局不合理的状态；（2）原料、燃料、动力的来源与运输条件。要能够得到生产所需的足够原材料，要有能满足生产和生活的水质和水量；（3）适当靠近产品销售地区；（4）自然条件好，有适宜的气候环境；2 设计方案2.1连铸机型的选择和特点2.1.1连铸机设计原则（1）充分利用新厂房的总体设计选择连铸机机型。（2）连铸机要实现高效化，能连续稳定的生产合格铸坯。（3）连铸机装备水平按先进、实用、可靠、经济的原则考虑。（4）连铸机主要设备要能整体更换，离线检修。（5）采用的工艺、技术、设备做到投产后的一定时间内，工艺流程、装备水平和主要技术经济指标保持同类机组的先进水平2.1.2连铸机机型的选择原则（1）满足钢种和端面规格的要求；（2）满足铸坯质量的要求；（3）节省投资和环保2.1.3连铸机机型的确定本设计采用的是弧形结晶器弧形连铸机、五辊矫直装置、水喷雾冷却、铸坯断面尺寸200mm200mm方坯。 2.2产品规模2.2.1产品方案产品规模设计年产400万吨合格铸坯的全连铸车间。精炼、连铸过程收得率分别按98.3%、98.3%。如下图，按钢种比例分配的产品方案：表21 产品方案序号钢种代表钢号产品标准产量/t比例GBJIS1碳素结构钢Q195Q235GB/T70080150000037.5%2优质碳素结构钢08al 08GB/T3275-94100000025%3低合金高强度结构钢Q345GB/T1591-9480000020%4耐大气腐蚀钢09CuTiKEGB50000012.5%5船用集装箱钢Spa_HJISG31252000005%合计4000000100%2.2.2钢水供应条件1) 根据生产规模计算年需钢水量，据国内同类转炉经验所得n =95%99%，取99% 年合格坯产量 400年浇注钢水量= = = 404.04（万吨） n 99% 2) 对“三吹二”制度，转炉有效时间为310天/年 转炉有效时间 310则转炉作业率= 100%= 100%=84.93% 年日历时间 365根据同类型厂家，取冶炼时间40min。3)计算出年出钢炉数N 年日历时间转炉冶炼作业率 365246084.93% = = = 11250（炉）2 冶炼平均时间 40N=211250=22500 年浇注钢液量 4040400t4）平均炉产钢水量= = = 179.6（吨） 年出钢炉数 22500 故本设计选取180吨转炉。转炉： a氧气顶底复吹转炉2座 b平均出钢量180吨 c最大出钢量190吨 d平均冶炼周期40分钟LF精炼炉2座2.2.3生产规模两台六机六流方坯连铸机生产规模为年产合格连铸坯400万吨。 3连铸车间的平面布置3.1主要工艺参数的确定3.1.1拉速的确定 连铸机的拉速的确定主要取决于以下几个原则： 选取连铸机的拉速必须在所浇钢种的允许范围之内，确保产品质量。 以满足钢种产量的要求为前提，选取的拉速考虑和冶炼设备的生产周期匹配。 连铸机拉速要考虑铸坯断面尺寸、弧形半径、冶金长度和铸机结构特性等因 素。理论拉速：理论上所能达到的最大拉速。按照结晶器出口处铸坯最小坯壳厚度计算，根据本设计的钢种铸坯断面尺寸最小坯壳厚度选取为10mm。结晶器出口处最小坯壳厚度：式中：Km-结晶器内钢液凝固系数mm/min1/2;取20； Lm-结晶器有效长度m,0.85;计算得出：Vmax3.4 mmin工作拉速根据经验为理论拉速的85，故确定工作拉速为2.8mmin3.1.2冶金长度的计算：冶金长度为连铸机的机身长度，指从结晶器钢液面到拉矫机最后一对辊子中心线的长度。 m 式中 L铸机的冶金长度，m 最大的设计铸坯厚度，mm 最大的设计拉坯速度，mmin K综合凝固系数， 取30计算出冶金长度L=37.78m3.1.3作业率的确定(1) 日历时间： 365(d)x24=8760h(2) 铸机计划年检时间：一年1次，共10d(240h)(3) 铸机计划定期检修时间：每周1次，共8h，全年400h年计划工作时间： 8760-240-400=8120h(4) 非计划检修时间：连铸机：90h(5) 工序干扰停工时间： 转炉及前工序：150h连铸机：120h加热炉：80h连轧机：80h小计： 430h (6) 铸机有效作业时间： 8120-90-430=7600h(7) 铸机有效作业率：7600/（24x365）x100%=86.7%3.1.4钢包允许的最大浇注时间 logG-0.2 tmax = f=75.5min 0.3 式中：tmax-钢包最大允许浇注时间，min G-钢包的容量，180t f-质量系数，取113.1.5连铸机流数的确定 G连铸机流数计算公式：N= = 5.57 tF式中 G-钢包容量， 130t; t-钢包浇注时间min,一般t，t取38min; F-铸坯断面面积,0.04; V-此断面下的工作拉速，m/min,2.8m/min; -铸坯密度，7.6t/.本设计中N取6，车间共两台六机六流的方坯连铸机。3.2连铸机生产能力的计算3.2.1连铸机与转炉的匹配计算本次设计要求合格铸坯为400万吨。则所需钢水量： 4000000 Q= = 4069175t 0.983式中：A-钢水收得率，0.983根据转炉车间的生产能力：设转炉座数为n,转炉的公称容量为q，转炉作业率为: n3651440q = Q T n36514400.836q = 4069175t 40可得：nq=370t , 可取n为2，q为185t。其中T为转炉的冶炼周期，40min。所以本次设计与180吨的转炉相匹配。3.2.2连铸机生产能力计算1) 连铸机作业率:根据前面计算，连铸机作业率为86.7%。2) 每炉钢水量G:本设计与公称容量为180t的转炉相匹配，连铸用钢水量平均按每炉180t计算。3) 铸坯收得率A:据连铸设计技术规格书中经济指标可知铸坯收得率为98.3%。4) 连浇炉数Cn:连浇炉数与转炉及连铸的配合有关，同时与炉子的容量有关，同时与炉子的容量大小，浇注时间长短，耐火材料质量也是有密切关系的。本次设计取Cn=13炉。5) 每炉钢浇注时间=38 min; 式中 n-铸机流数，n=6; V-拉坯速度，m/min,2.8m/min; r-铸坯密度，7.6t/;0.9-考虑铸坯头部和尾部拉坯速度增加和减少及富余能力的系数； S-铸坯平均断面，,0.04; G-转炉平均出钢量，180t。6) 准备时间:准备时间为47min,其中铸坯拉出时间为12min,从装引锭杆到引锭头密封完毕可以浇钢为止所经历时间为35min。7) 连铸机年生产能力Q 连铸机年生产能力Q为: 2460GCA365Q= = 2252254.4t/年 Ct0+T式中 Q-连铸机生产能力，t/a; -连铸机作业率，86.7%; G-每炉钢水量，t/炉,180t; A-铸坯收得率，%，98.3%; C-连浇炉数，炉/次，13炉； -连浇时平均浇注周期， min次 38min/次； T-连铸机准备时间，min,43分钟。本设计要求每台连铸机年产量为200万t/年，因此可以满足要求。4生产工艺流程及车间组成4.1生产工艺流程图脱引锭装置钢包回转台中间包和中间包车弧形结晶器结晶器液压振动装置拉矫机180t钢包火焰切割机辊道捞钢车热装热送辊道加热炉二次冷却导向段轧机钢包秤量测温钢包加盖装置长水口保护浇注中间包烘烤结晶器液位自动控制二次冷却自动控制自动定尺切割刚性引锭杆存放装置堆存检查冷床连铸车间布置应考虑(1) 连铸机与炼钢炉的匹配。(2) 连铸机与轧钢机的配合。(3) 必要的设备维修区和铸坯检查区。(4) 铸坯的运输。4.2车间组成及工艺布置4.2.1车间组成转炉连铸主厂房板坯连铸区包括：连铸跨、过度跨及并流跨（110#柱），车间组成及起重机配置见表4-1。 4-1表 起重机配置序号名 称建筑尺寸（m）建筑面积（m2）起重机配置（吨台）备注长度宽度吊车轨面标高1连铸跨（D-E）21630+26.25+10.56480125/32t250/10t1110#柱13#柱2过度跨（C-D）21633+17712850/10t2110#柱3并流跨（B-C）21636+127776（20+20）t2捞钢车110#柱213844.2.2车间工艺布置连铸主车间与加热炉车间毗连布置，按转炉LF/RH精炼方坯连铸机铸坯热送轧钢加热炉工艺组织生产，工艺流程短而顺行。-连铸跨（ D-E列）:连铸跨中主要布置有连铸机操作平台、操作室、中间包维修区等。其跨度和长度满足主机设备的布置，但中间包维修区面积较紧张。-过度跨（C-D列）过度跨中主要布置有连铸机的火焰气割机、切下辊道、切后辊道、切头切尾收集箱、中间辊道、引锭杆及存放装置、切割出坯操作室及设备维修区等。其跨度和长度满足主机设备和设备维修区的布置。-并流跨（B-C列）并流跨中主要布置有中间辊道、提升式横移系统、冷床、铸坯堆存区等。其跨度和长度满足主机设备的布置和必需的操作面积。4.2.3连铸机区域的主要尺寸区域总高度和轨面的确定(1) 连铸机的总长度是指钢包回转台中心线到冷床后固定挡板之间的水平距离。连铸机的弧形半径前的部分布置在浇铸跨，其余部分在切割、出坯等跨内。L=L1+L2+L3+L4+L5+L6=6500+20000+6000+19500+14000=94000mm 式(4.1)式中：L1-钢包回转台中心线至结晶器外弧竖直切线之间距离。6025mm。 L2-结晶器外弧竖直切线至拉矫机最后一个棍子的距离mm。16751mm。 L3-拉矫机后至切割区前距离mm。6224mm。 L4-切割区长度mm。8500mm。 L5-输出辊道或铸坯等待去长度mm。20000mm。 L6-出坯区长度。36500mm。(2) 铸机高度的确定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:H=R+H1+H2+H3+H4 =6000+1000+1000+380+1480=9860mm 式中：H1-拉矫机底座基础面至铸坯地面距离，取决于出坯的标高和设备尺寸，约为5001000mm,本次设计取1000；H2-铸机弧形中心至结晶器顶面的距离，取1000mm；H3-结晶器顶面至中间包升至最高距离，取380mm； H4-中间包全高，1280+200=1480mm R-弧形半径，6000mm(3) 吊车轨面标高连铸浇铸跨吊车轨面标高连铸平台标高H平台=9860-1780=8080mm 连铸浇铸跨吊车轨面标高：H0=H5+H6+H7+H余=8080+2450+11000+1600=23130mm 式中：H5-连铸平台标高mm。8080 H6-钢包耳轴至其水口的距离mm。2450 H7-起重机主钩上升极限尺寸mm。11000 H余-富余尺寸mm，一般为1400-1600。5主要工艺设备选择及其主要技术性能参数5.1连铸机长度的确定为保证连铸坯在出连铸机前完全凝固，连铸机的长度应大于铸坯的最大液相长度。液相长度，指钢液从结晶器液面到铸坯全部凝固完毕的长度，使确定弧形半径和二冷区长度的重要工艺参数，也决定了拉矫机的位置。连铸坯的最大液相长度按下式计算： DDVmax L1= =37.78m 4kk式中：-液相长度，m;D-铸坯厚度，mm,200mm;-最大拉速即理论拉速，m/min,3.4m/min; K-综合凝固系数，；取30；可见液相深度与最大拉速成正比，与冷却强度成反比。铸机长度一般取为最大液相长度的1.1倍，以留有余地。所以铸机长度：L=1.1=41.56m5.2连铸机弧形半径连铸机铸坯外弧的曲率半径(m)。依据下列三个因素确定：按铸坯进入拉矫机以前全部凝固完毕的条件确定；按铸坯在矫直时所允许的表面延伸率确定；按弧形结晶器的最小允许半径确定。铸坯的形变如图51所示。按经验公式计算： 连铸机圆弧半径R=KD 其中K为系数，方坯连铸机取3040，碳素钢取下限，特殊钢取上限。D为铸坯厚度m,D取0.20m。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. R=(3040)D=300.20400.20=6.08.0 取R=7m 图51铸坯的形变5.3钢包及钢包运载设备5.3.1钢包回转台优点：1)利于多炉连浇：占用浇注平台面积小，钢包更换迅速，便于处理漏钢：适用于大型全连铸车间。2)可安装称量装置，控制浇注时间。其转速0.71.0转/min,换钢包的时间为0.52.0min。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、钢包清凡装置、钢包保温盖加盖装置及吹气装置等。本设计采用蝶型钢包回转台，它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，。5.3.2钢包尺寸、质量和中心的计算1）钢包的尺寸计算钢包的容量应与转炉的最大出钢量相匹配。钢包有外壳、包衬和注流控制结构组成；钢包的外壳一般由锅炉钢板焊接而成。钢包容纳的钢水量，一般考虑有10%的过装余量，则钢包的实际容量为：P+0.1P=1.1P=1.1190=209t 钢包内的渣量，渣量一般为金属量的35%，设计时取较大比例为15%。则渣量：1.1P0.15=0.165P=31.3t钢包的容积根据钢包实际容纳金属液与熔渣计算容积。钢液比容取0.14；熔渣比取0.28。因此，钢与渣的总体积为： 0.141.1P+0.280.165P=38采用D/H=1；锥度为15%。则钢包下部内径： =D-0.15H=0.85D根据原始数据可求出D,由于部分砖衬的加厚，要增加D值，方能保证实际容积为0.2P。可用下式表示： K0.673=0.2P K取0.94 可以求出D=3.92m钢包底砖厚度：=0.10D=392mm 钢包壁砖衬厚等于：=0.07D=274.4mm钢包的外壳钢包壳壁厚：=0.01D=39.2mm钢包壳底厚：=0.012D=47.8mm 钢包的结构如图52所示：已知钢包内经尺寸、砖衬厚度、钢壳厚度之后，可以计算外壳的外部尺寸：外壳内高：=1.1D=1.13920=4312mm外壳全高：=1.112D=4359mm外壳上部内径：=1.14D=4468mm外壳上部外径：=1.16D=4547mm外壳下部内径：=0.99D=3881mm外壳下部外径：=1.01D=3959mm 图5-2钢包2）钢包的质量计算包衬的质量：=0.535=32.2t 空钢包的质量：=(0.300.31)P=5758.9t 装满钢水与熔渣后的总质量钢包的容积仍可过装10%，渣量为金属量的15%计。则装满钢水与熔渣后的最大质量为：=1.1P+0.165P+0.273P=1.538P=290.2t3）钢包重心的计算计算钢包的重心是为了确定钢包耳轴的最低位置，使装满钢水与渣液的钢包吊运与浇铸时稳定，无倾翻的危险。=0.540D=2117mm 同样可得空钢包的重心位置：=0.642D=2517mm5.4中间包及其运载设备中间包是钢包与结晶器之间的中间容器，其主要作用如下：1) 控制钢流注入结晶器内，减少出钢的静压力，使钢流保持稳定。2) 减少钢流冲击而产生的飞溅、钢水液面波动。3) 中间包钢水中夹杂物上浮。4) 分流以实现多流浇铸。5) 多炉连浇。5.4.1中间包容量的确定中间包容量根据钢包容量、铸坯断面大小和铸坯流数来确定。多数厂家选择钢包容量的15%40%，小容量取大值，大容量取小值。多炉连浇中间包要保证更换钢包时，连铸机所需要的浇铸钢水量，同时应考虑中间包允许的最低液面高度250mm，以免液面上的浮渣进入到结晶器中。中间包容量可按下式计算。中间包容量：=1.30.2034 2.8 7.6 4=22.5t目前中间包向大容量深熔池方向发展。中间包容量也可按钢包容量的1540%确定，有的已达50%左右。本设计取：=50t。由于本设计连铸机为六机六流，采用两个中间包的设计，所以每个中间包容量为25t。5.4.2中间包的类型构造及其主要尺寸(1) 中间包的类型及构造本设计采用两个梯型中间包的设计，在钢包注流冲击点与中间包体设挡墙，以免水口周围出现涡流可防止夹杂物，渣或耐火材料进入结晶器。中间包的构造为：1220mm钢板焊成外壳内砌耐或材料。包底为防止变形采用厚钢板，中间包分为包体、包盖、塞棒和水口。(2) 中间包的主要尺寸钢水深度500-600mm,液面上口约留200mm距离，为适应中间包冶金的需要中间包向大容量、深熔池的方向发展。长度要考虑铸机流数、流间距及水口中心离包壁约200mm。宽度应考虑钢水注入时，注入点到中包水口距离500mm,并使注入点到每个水口距离相等。为便于修砌、清理、观察及加覆盖剂包壁有10-20%的倒锥角。1) 高度的确定为保证中间包内夹杂物的上浮，钢液在其停留的时间约为810分钟。 对方坯连铸中间包可浇液面为200mm,为保证浇钢液面深度500mm,则标准液面深为：500+200=700mm 在设计中，将标准液面再加深100mm，为最大液面深，即： 700+100=800mm 本次设计取：=800mm。所以：=180+800+200=1180mm 式中： -耐火材料厚度；取180mm; -钢包距包口的距离，取200mm。2) 长度的确定长度方向尺寸确定的基准是中间包水口位置，当水口各部分的尺寸确定后，长度即可确定： =2700+(500+180)2 =3160mm式中：-水口距耐火墙的距离，一般在400600mm, 取500mm; -水口间的距离，即连铸机的流间距，900mm; n-流数，3； -耐火材料厚度，180mm。3)角度确定角度确定原则，一般是根据下列条件而定：A：包内耐材的稳定性；B：剩余残钢脱除所需的斜度；C：操作人员观察结晶器液面的视线。一般在913，本设计取11。5.5结晶器及振动装置结晶器被称为连铸机的心脏，钢液在结晶器内强制冷却初步成形，并形成一定厚度的坯壳，当铸坯拉出结晶器时在机械应力和热应力的综合作用下，保证坯壳不拉漏以及不产生变形和裂纹等缺陷。结晶器的工作条件对结晶器提出了以下要求：具有良好的导热性能，能使钢液在结晶器内迅速凝固成足够厚度的初生坯壳。结构刚性好，简单、易于制造、拆装、调整和维修方便。有较好的耐磨性和较高的寿命。在保证结晶器刚度的前提下，质量要小以便减小振动时的惯性力，使结晶器的振动平稳可靠。具有足够高的强度和硬度，以减少结晶器内衬的扭曲变形和机械磨损，保持结晶器内腔尺寸的稳定性。结晶器的材质一般有以下几种：1)铜合金：Cr、Ag、Sn、Si、Mn、Al、Zr等。铜的导热系数高，但耐磨性差、热膨胀系数大。2) 铜板镀层：Cu-Ni亲和力好、不脱落。3) 石墨结晶器：易氧化。本设计采用铜合金材质，镀镍。5.5.1结晶器尺寸的确定参数选择：断面尺寸：凝固收缩及矫直变形要求结晶器断面尺寸比冷铸坯断面尺寸达23%左右。结晶器长度：保证出结晶器坯壳厚度和减少拉坯阻力的情况下，尽可能选用短结晶器。结晶器长度一般选用700900mm。有的达到1200mm。1) 结晶器的断面尺寸：结晶器的断面尺寸是根据冷坯的公称断面尺寸确定的。考虑到铸坯在凝固过程重的收缩和矫直时变形的因素，结晶器的断面应比铸坯的公称断面大，一般约大13左右。 S=40000mm2 S1=s（1+0.03）=41200mm2结晶器长度 式中 结晶器出口出的坯壳厚度，mm 方坯取值10 K结晶器部分凝固系数， 取值20 V拉坯速度，mmin 3.4mmmin考虑到浇注操作时结晶器内钢液面的波动以及应用保护渣浇注等，在钢液面到结晶器定面之间要留有一定的富裕距离，故结晶器的实际长度L应为 结晶器的