连铸设备PPT课件.ppt

凝固原理 重点内容凝固的基本类型固液相变的驱动力均质形核半径的概念及其推导均质形核和非均质形核的概念及其区别晶体长大的方式平衡凝固与非平衡凝固组分过冷的概念 形成机理及其对凝固组织的影响凝固组织的结构及其形成原理偏析的概念及其形成机理 1 连铸设备 北京2012 2 大包回转台 3 主要内容 连铸机机型及其结构连铸主要工艺参数连铸机主要设备 4 连铸机机型及其结构 连铸机总体结构连铸机机型连铸机结构特征连铸机机型选择 5 连铸机总体结构 连铸机的一般主体设备包括 钢包支撑钢包水口中间包中间包水口结晶器铸坯支撑和二次冷却拉坯矫直铸坯切割如图所示 6 连铸机总体结构 7 连铸机总体结构 几个概念台数 共用一个钢包同时浇注一流或者多流铸坯的一套连铸设备 为一台连铸机机数 具有独立传动和工作系统的一组设备 传动机构主要指结晶器振动和拉矫设备流数 同时浇注铸坯的根数规格表示方法aRb ca 机数R 弧形连铸机或椭圆形连铸机b 铸机圆弧半径C 拉辊辊身长度 8 连铸机机型及其分类 按照铸坯断面 连铸机机型可分为 板坯大方坯小方坯园坯异型坯薄板坯 9 连铸机机型及其分类 10 连铸机机型及其分类 按照外形结构 连铸机机型可分为六种型式 立式连铸机立弯式连铸机单点矫直弧形连铸机弧形连铸机多点矫直弧形连铸机直结晶器弧形连铸机椭圆式连铸机水平式连铸机薄板坯连铸机轮式连铸机 11 各种连铸机的特点 立式连铸机立弯式连铸机单点矫直弧形连铸机多点矫直弧形连铸机直结晶器弧形连铸机椭圆式连铸机水平式连铸机薄板坯连铸机轮式连铸机 12 各种连铸机的特点 13 立式连铸机基本特点 14 立式连铸机基本特点 铸机主要设备布置在垂直线上 从钢水浇注到铸坯切割定尺 整个工序均在垂直位置完成 铸坯切成定尺以后 由升降装置或者运输机运到地面 钢水在直立的结晶器内和二次冷却区逐渐结晶凝固 铸坯在整个过程中不受任何弯曲 矫直作用 这样适用于对裂纹敏感性高的钢种 同时 铸坯坯壳均匀生长 钢水中的非金属夹杂物上浮和分布均匀 对浇注优质钢有利 15 立式连铸机基本特点 设备高度大 一般高度为25 35m以上 且 铸坯断面越大 拉速越快 定尺长度越长 设备总高度就越高 这样 造成建设费用大 操作不方便 设备维护及事故处理很困难 铸坯因钢水静压力大 板坯鼓肚变形缺陷较为严重 设备总高度高 限制了立式连铸机的应用 16 立弯式连铸机基本特点 在铸坯内钢水完全凝固之前 上部结构和立式连铸机相同 在铸坯完全凝固之后 用顶弯设备将铸坯顶弯 使铸坯在水平方向进行切割和出坯 大大减小设备总高度小断面 100mm 100mm 铸坯完全凝固时间短 大断面150mm 150mm以上 铸坯完全凝固时间长 大断面不适合通过顶弯降低设备高度 顶弯设备庞大 是立式连铸机向弧形连铸机的过渡机型 17 单点矫直弧形连铸机基本特点 18 单点矫直弧形连铸机基本特点 从结晶器上口开始 一直到铸坯完全凝固进入到拉矫机入口 铸坯为四分之一圆弧 钢水在弧形结晶器内一次冷却 出结晶器后在弧形辊道中进行二次冷却 在水平切点处进入拉矫机进行矫直 再进行定尺切割 出坯 设备高度低 重量轻 投资费用较低 设备安装 维护方便 铸坯在凝固过程中承受的静压力较小 可减少鼓肚变形产生的内裂纹和成分偏析 有利于提高拉速和改善铸坯质量 19 单点矫直弧形连铸机基本特点 钢水在凝固过程中 非金属夹杂物有向内弧聚集的趋势 易造成铸坯内部夹杂物分布不均匀 因此对夹杂物要求严格的钢种 应通过一定的手段提高钢水纯净度 同时要使用大的圆弧半径 内外弧冷却强度不一致 所以要合理布置二冷强度 设备高度的降低 使得弧形连铸机得到广泛使用 20 多点矫直弧形连铸机基本特点 21 多点矫直弧形连铸机基本特点 原理和设备和单点矫直弧形连铸机一样 拉速增加 使得钢水不能在四分之一圆弧内完全凝固 因此在矫直时 铸坯中心还有钢液液芯 形成所谓带液芯矫直 单点矫直会导致带液芯矫直时的一次变形量大 铸坯中心区产生裂纹缺陷 而将一次变形变成多次变形 可解决这一问题 使用弧形连铸机进行高拉速生产时 广泛采用多点矫直弧形连铸机 22 直结晶器弧形连铸机基本特点 23 直结晶器弧形连铸机基本特点 采用直结晶器 从结晶器往下有2 5 3 5m的直线段 带液芯的铸坯经过直线段后逐渐弯曲成弧形 弧形铸坯经过二次冷却 在拉矫机处再带液芯多点矫直 在水平方向定尺切割出坯有利于大型夹杂物上浮及钢中夹杂物均匀分布 适合生产对内部夹杂物 偏析严格的钢种具有和弧形连铸机相同的设备高度低等特点 24 直结晶器弧形连铸机基本特点 存在两处多点矫直区 先多点弯曲 再多点矫直 导致裂纹缺陷容易产生 设备结构复杂 检修维护难度增大 一般只在生产对内部夹杂物 偏析要求特别严格的大板坯和断面大于250mm 250mm的大方坯时采用 25 超低头连铸机基本特点 26 超低头连铸机基本特点 从结晶器伤口到拉矫水平切点 铸坯为四分之一椭圆基本半径为3 8m 矫直点多 过度圆弧半径很大 使得铸机高度降低 钢水静压力小 投资减少 设备简单 高度低 适合老厂房改造时使用钢水静压力低 适合减少中心裂纹和中间裂纹等缺陷夹杂物上浮可能性很小适合厂房高度低的老厂 同时适合具备保证钢水纯净度的钢厂采用 27 水平连铸机基本特点 28 水平连铸机基本特点 主要设备均布置在水平线上 中间包水口和结晶器之间安装分离环 拉坯时结晶器不振动 拉坯机带着铸坯做 拉 反推 拉 的周期运动 但分离环等设备较为复杂设备高度低 投资省 建设速度快 适合中小钢厂 同时 设备维护简单 处理事故方便钢水无二次氧化 铸坯内部质量得到改善 铸坯不受弯曲矫直力 不会产生裂纹 尤其适合特殊钢和高合金钢生产适合小批量 多品种 200以下方 圆坯生产 29 连铸机机型选择原则 主要因素 满足钢种和断面规格要求满足铸坯质量要求产量规模厂房及水资源等条件设备成熟程度节省建设投资 30 连铸机主要工艺参数 铸坯断面弧形半径拉坯速度冶金长度和铸机长度连铸机总体长度连铸机流数连铸机生产能力 31 铸坯断面 铸坯的断面尺寸受以下因素的影响 冶炼设备容量轧机组成轧材品种规格产品质量 32 铸坯断面 1 连铸机生产能力与前工序炼钢能力和后工序轧钢规格合理匹配大容量的炉子配大板坯 大方坯或多流小方坯连铸机小容量的炉子配小板坯或小方坯连铸机高线轧机配小方坯1700热连轧机 200 250 700 1600 2050热连轧机 210 250 900 1930 33 铸坯断面 2 不同钢种要求的压缩比 在满足轧材品种质量的条件下 力争一火成材 不宜过分加大铸坯断面碳素钢 6不锈钢 耐热钢 8高速钢 工具钢 10 34 铸坯断面 3 连铸工艺要求采用浸入式水口浇注铸坯最小断面尺寸小方坯 150 150mm板坯 厚度120mm薄板坯 70mm 35 铸坯断面 4 现实可供选择的铸坯断面范围 36 弧形半径 铸坯外弧曲率半径影响铸机总高度 也对应浇注铸坯厚度取决于生产钢种和铸坯断面尺寸太小 矫直时内弧易开裂 碳素结构钢和低合金钢 表面允许伸长率 1 5 2 凝固壳内层表面允许伸长率 0 1 0 5 一点矫直和多点矫直不一样太大 增加费用在允许的范围内 尽可能大 37 弧形半径 确定铸机半径时必须满足两个条件 1 铸坯矫直时 内弧表面变形率 表 必须控制在钢种允许的范围内 以避免表面产生裂纹 2 铸坯带液芯矫直时 应使两相区 固 i夜界面 的变形率 内 小于钢种允许的变形率 避免内部产生裂纹 38 弧形半径 理论计算方法 1 按铸坯进入拉矫机前完全凝固计算 39 弧形半径 理论计算方法 2 按弧形铸坯在矫直时所允许的表面延伸率计算 40 弧形半径 经验确定法 按照铸机半径 R 和铸坯厚度 D 之间的关系式来确定 小方坯连铸机R 30 40 D大方坯连铸机R 30 50 D板坯连铸机R 40 50 D 41 弧形半径 对于质量要求高的钢种在凝固过程中合金元素容易聚集在晶粒前沿 产生成分偏析 形成晶间脆性区 裂纹敏感性高 矫直过程中容易出现裂纹 为减小矫直变形 通常采用较大半径或多点矫直方式 例如合金钢 含较多合金元素 42 拉坯速度 拉坯速度 每分钟拉出铸坯的长度 m min浇注速度 每分钟每流浇注的钢水量 t min 流二者关系 式中vC 拉速 m minB 铸坯宽度 m 铸坯密度 t m3D 铸坯厚度 m 43 拉坯速度 决定铸机生产能力的重要因素 从提高生产率的要求出发 希望尽量提高拉速 拉速受多种因素的影响 包括连铸机设备 浇注断面 钢种及铸坯质量 在选择实际生产拉速时 应在连铸机及钢种允许范围内 并参照同类连铸机生产达到的操作拉速 来选择适当的拉坯速度 以保证铸机与前后工序能力相匹配 44 拉坯速度 通常 连铸机冶金长度确定后 铸机可能达到的最大拉速也就随之确定 拉速和冶金长度是相互联系 相互制约的 铸机可达到的最大拉速按下式计算 式中vmax 最大理论拉速 m minK 凝固系数 mm min 0 5Lm 冶金长度 m 最小坯壳厚度 mm 实际操作拉速必须小于冶金长度确定的最大拉速 45 拉坯速度 用铸坯断面计算拉速 式中D 铸坯厚度 mmf 系数m mm min 用铸坯宽厚比计算拉速 式中l 铸坯断面周长 mmF 铸坯断面面积 mm2K 断面形状系数 m mm min小方坯 65 85大方坯或矩形坯 55 75圆坯 45 55 46 冶金长度和铸机长度 冶金长度取决于铸坯的液相深度 即液心长度 铸坯的液相深度 钢水从结晶器液面至铸坯全部凝固完毕时的长度是确定弧形连铸机半径和二冷区长度的一个重要工艺参数 液相深度与浇注的钢种 铸坯厚度和拉速有关 可按下列公式计算 式中 L液 铸坯心长度 m D 铸坯厚度 mm vmax 最大拉坯速度 m min K 凝固系数 与钢种有关 一般为25 30mm min 0 5 47 冶金长度和铸机长度 根据最大拉速计算出来的液芯长度就是连铸机的冶金长度 由于实际拉速一般低于最大设计拉速 因此 平时浇注的冶金长度总是小于连铸机的冶金长度 连铸机长度 指结晶器液面至铸机拉矫机最后一对夹辊之间的距离 方坯连铸机可延伸到切割机起切点 弧形板坯连铸机 可采用增加水平段夹持辊数量来增加铸机长度 铸机长度按冶金长度确定 取1 1倍冶金长度 48 连铸机总体尺寸 长度 连铸机总长度是指从结晶器外弧线 即连铸机基准线 至冷床后固定挡板的距离 与采用的引锭杆型式有关 如图 49 连铸机总体尺寸 长度 L R十L1十L2 L3十L4十L5式中R 连铸机圆弧半径 m L1 矫直切点至拉矫机最后一个辊子的距离 m 主要取决于拉矫机类型 带液芯矫直时L1较长 小方坯连铸机可取1 5 2 0m 对于板坯连铸机 R十L1取决于铸机冶金长度 L2 拉矫机后至切割区前的距离 m 适当加长L2 有利于提高拉速 现代小方坯连铸机可取8 15m 板坯连铸机可适当缩短 50 连铸机总体尺寸 长度 L3 切割区长度 m 采用机械剪切割 取决于设备尺寸 小方坯连铸机可取3 4m 采用火焰切割 取决于钢种 铸坯断面尺寸 定尺长度和拉速 按计算而定 L4 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 对采用挠性引锭杆的连铸机 L4应大于引锭杆长度 对板坯连铸机 还与是否设置去毛刺机 喷号机 推钢机 垛板台等设备有关 L5 冷床或出坯区长度 m 主要取决于最大定尺长度 再增加约lm 51 连铸机总体尺寸 高度 弧形连铸机的高度 指结晶器上口到出坯辊道面的距离 影响因素主要是铸机半径大小 在进行连铸机工艺设计时 不但要考虑铸机高度 还要考虑结晶器上面的中间罐 钢包及钢包吊车操作等情况 并以此来确定车间的吊车轨面标高 弧形连铸机的总高度与车间钢水接受跨吊车轨面标高的关系如图所示 52 连铸机总体尺寸 高度 53 连铸机总体尺寸 高度 车间钢水接受跨吊车轨面标高 H 的确定 H Hl a b c d e f g h 式中 H 浇注平台标高 m H1 B R士K其中B为出坯辊面标高 对于地面以上布置的连铸机一般B为0 5 0 8m K为平台面至弧形半径中心的距离 一般K 0 lm左右 当弧形半径中心在平台上时 上式为减K 反之为加K 54 连铸机总体尺寸 高度 车间钢水接受跨吊车轨面标高 H 的确定 H Hl a b c d e f g h a 浇注平台至结晶器顶面的距离 m b 结晶器盖板顶面至中间罐底部的距离 m c 中间罐体及罐盖高度 m d 中间罐顶至钢包包脚距离 m e 钢包包脚至吊耳中心线距离 m f 钢包龙门钩尺寸 m g 龙门钩至吊车上极限的安全距离 m 通常为1 1 2m h 吊车上极限至轨面的距离 m 取决于吊车性能 55 连铸机流数 定义 一台连铸机同时浇铸的铸坯根数主要决定于炼钢炉容量 钢包允许浇注时间 铸坯断面和拉坯速度 并与铸机所需完成的产量以及铸机与冶炼周期的配合等有关 在一台连铸机上浇注一种断面时计算流数的公式为 N 一台连铸机的流数 G 每炉钢水量 t F 铸坯断面面积 m2 t 钢包允许浇注时间 min vg 该断面的平均拉速 m min r 冷坯密度 取7 7t m3 一般情况 方坯和圆坯 1 8流板坯 1 2流 56 连铸机生产能力 连铸机年产量可按下列公式计算 式中 P 年产量 t a G 每炉钢水量 t n 平均连浇炉数 1 铸坯收得率 2 铸机作业率 t1 平均浇注时间 min t2 每次浇注前的准备时间 min 365 24 60 年日历时间 min 57 连铸机生产能力 每炉钢平均浇注时间计算公式如下 式中 B D 铸坯断面尺寸 宽度 厚度 m 铸坯密度 t m3 vg 平均拉速 m min N 铸机流数 58 连铸机生产能力 从计算公式中可以看出 连铸机生产能力与炼钢炉容量 铸坯断面 拉速 连浇炉数和铸机作业率等诸多因素有关 铸机作业率受设备先进性与可靠性 生产操作和管理水平的直接影响 生产中应加强炼钢与连铸的调度和设备维修 提高连浇炉数和设备作业率 充分发挥设备生产能力 59 炼钢炉与连铸机的配合 车间连铸机台数应根据车间生产规模 浇注断面 炼钢炉种类 容量和座数等因素确定 现代全连铸车间 对大容量的转炉 电炉车间通常采用一台连铸机配合一座炼钢炉的一对一生产方式 60 炼钢炉与连铸机的配合 可有两种方式 连铸浇注周期与炼钢炉的冶炼周期大致相等的匹配 这种方式可简化炼钢炉与连铸机的配合调度 实现车间均衡 稳定的生产 连铸浇注周期比炼钢炉冶炼周期短约5 10min 中间经钢包精炼炉的缓冲协调 组织一次连浇后 连铸机可挤出30 60min重上引锭杆时间 不会影响炼钢炉生产能力 这种配合形式的车间调度较复杂 61 炼钢炉与连铸机的配合 对于炼钢炉容量较小的炼钢车间 特别是小电炉车间 往往由于冶炼周期较长 难与连铸机合理匹配 为组织连浇以提高铸机生产率可采用2 3座炼钢炉与一台连铸机配合生产的方式 以满足连铸机浇注周期的要求 62 炼钢炉与连铸机的配合 当连铸车间有多台连铸机同时生产时 炼钢炉与连铸机的配合调度是一个复杂的问题 在进行连铸车间工艺设计中 必须做好冶炼炉 炉外精炼装置和连铸机之间的生产调度图表 作为选择连铸机台数 流数和车间布置的依据 充分发挥连铸机的生产能力 不宜采用备用连铸机 或简单地将单台连铸机的设计能力叠加来确定连铸机的台数 63 连铸机主要设备 钢包钢包支撑运载设备中间包中间包车结晶器结晶器振动装置二冷区铸坯支撑和导向装置拉坯矫直机铸坯切割设备引锭杆及其存放出坯系统其他特殊技术装备 64 钢包及其长水口 钢包容量 炼钢的最大出钢量尺寸 砌砖后的深度 上口内径 1 1 1 2耳轴位置比满载重心高200 400mm10 15 倒锥度包底向水口方向倾斜3 5 钢包的作用 容器冶金器物流载体 65 钢包及其长水口 66 钢包蓄热烘烤示意图 空气 煤气 空气 煤气 换向阀1位 换向阀2位 火焰 火焰 烟气 67 钢包支撑运载设备 水口 用于钢包钢水的开启和关闭分类 滑动水口塞棒式水口长水口 保护钢流 68 钢包支撑运载设备 钢包回转台的类型及特点 1 直臂式钢包回转台两个钢包支承在同一直臂的两端 同时回转运动 也可以同时整体升降 也有在直臂两端装有单独钢包升降装置和称量装置 2 单臂钢包回转台两个转臂分别安装的两个转臂各自设有独立回转驱动装置 可单独转动 两个臂间最小夹角可到900 与直臂回转台相比 换包时间短 操作方便灵活 用于钢包需要转向的炼钢车间更为合适 69 钢包支撑运载设备 70 钢包支撑运载设备 钢包回转台的类型及特点 3 蝶形钢包回转台两个臂安装在同一回转架上 每个臂用液压缸单独升降 同时回转 如图所示 从操作灵活和经济角度考虑 容量大于100t的钢包宜采用碟形钢包回转台 典型的钢包回转台由底座 回转臂 回转驱动装置 回转支承 事故驱动控制系统 润滑系统和锚固件等主要部分组成结构及尺寸应根据钢包容量及车间条件设计确定 71 钢包支撑运载设备 72 中间包及其水口 冶金作用 钢包和结晶器之间的缓冲容器冶金容器稳定钢水静压力将钢水分流到各个结晶器去除夹杂物 净化钢水合理的中间包应在长期高温作用下的结构稳定性 中间罐的形状 容量和钢水深度是重要参数形状简单 便于制造 散热面积小 保温性能好 73 中间包及其水口 容量 钢包容量的20 40 钢液在其中的停留时间 8 10min大容量方向发展60 80t熔池深度 1000 1200mm计算公式 G中 1 3 DB 1 2 3 vCn 74 中间包 内型尺寸 高度内壁倾角宽度构造 包体内衬包盖挡渣墙 挡渣坝等 75 中间包及其水口 76 中间包及其水口 水口 控制进入结晶器内的钢水流量水口直径 水口类型 塞棒式水口滑动水口定径水口浸入式水口 77 中间包及其水口 78 中间包车 用于在浇注平台上把烘烤好的中间罐从准备位置运送到浇注位置 利用横向微调及提升机构 使中间罐水口对中并插人结晶器进行浇注 当浇注结束或发生事故不能继续浇注时 中间罐车能迅速返回到准备位置 进行换罐或事故处理 为保证多炉连浇 每台连铸机一般配两台中间罐车 一台在线浇注 另一台进行烘烤等准备工作 79 中间包车 对中间罐车的要求 运行平稳 停位准确 便于中间罐的装卸及对中间罐的观察 操作 中间罐水口与结晶器对中方便 准确 满足长期热负荷下工作的强度和刚度要求 根据工艺布置及操作要求 中间罐车可设计成各种不同的形式 按中间罐车轨道的布置方式分为落地式 高架式和半高架式三种主要形式 80 中间包车 1 落地式中间罐车 落地式中间罐车跨在结晶器上方 其车架通常设计为门型 中间罐车的两条轨道分别布置在结晶器内外弧两侧的浇注平台上 通常其轨道面标高与浇注平台面标高一致 过去采用此种中间罐车较为普遍 2 高架式中间罐车 其主要特点是中间罐车的轨道均匀布置在浇注平台上方的高架轨道梁上 两种形式 A 轨道布置在中间罐两侧 B 轨道布置在中间罐的一侧 浇注侧 使中间罐车悬臂于轨道梁上 通常称为悬挂式中间罐车 81 中间包车 3 半高架式中间罐车 较为复杂 其中一条轨道布置在浇注平台上 另一条轨道布置在浇注侧的平台上方高架轨道梁上 如图所示 此种型式的中间罐车单流板坯连铸中应用较多 虽结构形式不同 但其主要组成部分均包括车架 行走驱动装置 横向微调对中装置 提升装置 称量装置 能源介质供给及必要的防热保护装置等 82 中间包车 83 中间包车 84 中间包车 85 结晶器 结晶器是连铸机的核心设备之一 功能 将连续不断地注入其内腔的高温钢水通过水冷铜壁强制冷却 导出钢水中的热量 使之逐渐凝固成为具有所要求的断面形状和坯壳厚度的铸坯 并使这种带液芯的铸坯连续不断地从结晶器下口拉出 为在其后的二冷区域内完全凝固创造条件 结晶器的性能对连铸机生产能力和铸坯质量都起着十分重要的作用 86 结晶器 连铸工艺要求结晶器必须具备以下性能 1 良好的导热性能 能迅速形成足够厚度的初生坯壳 2 较好的耐磨性和较高的寿命 3 良好的结构刚性 易于加工制造 易于安装和调整 4 重量要轻 造价要低 87 结晶器 结晶器型式和结构按外部形状可分为直结晶器用于立式 立弯式和直弧形连铸机弧形结晶器用于弧形连铸机按铸坯断面形状可分为方坯 板坯 矩形坯 圆坯及异型断面结晶器按结构形式可分为整体式 管式和组合式结晶器 88 结晶器 整体式结晶器 用一块锻压紫铜或铸造黄铜加工而成 在靠近内腔周边钻有通水冷却孔 刚性大 但成本高 制造 修复较困难 在连铸发展初期用于浇注中 小断面铸坯现已基本不再采用 89 结晶器 管式结晶器结构如图 由弧形铜管 钢质外套 足辊等几部分组成 多用于浇注小方坯和圆坯 90 结晶器 管式结晶器设计中的几个关键技术 1铜管的内腔尺寸应考虑钢液冷凝后的收缩量要求 由计算确定 2管式结晶器铜管的安装以上端悬挂 下端允许膨胀的方式为宜 3导流水套应保证有足够的刚度 水缝不宜过大 一般为4 5mm 水流速为7 12m s 4应保证水路自动接通及在结晶器振动台上对中简单方便 5铜管长度和壁厚应保证有足够的强度 以利于导热和提高拉速 目前方坯结晶器长度以700 1000mm的居多 壁厚与断面尺寸有关 一般为10 16nmm之间 91 结晶器 组合式结晶器用于浇注大方坯和板坯由四块壁板组成 每块壁板又由一块铜板和一块钢板用螺栓连接而成 图所示为现代典型组合式板坯结晶器的结构实例 主要部件包括内 外弧宽面冷却水箱与铜板的装配件 内 外弧足辊 左 右窄面水箱与铜板装配件 窄面足辊 调宽装置 支撑框架 夹紧装置 冷却水及干油润滑系统 92 结晶器 93 结晶器 多级结晶器结晶器 足辊 铜板或格栅 94 结晶器 结晶器的主要参数 结晶器断面尺寸按照铸坯断面尺寸确定 比铸坯断面尺寸略大应比铸坯公称尺寸大1 3 结晶器长度根据铸坯出结晶器的最小坯壳厚度确定根据结晶器出口坯壳厚度确定 出口坯壳厚度应大于8 15mm从钢液面到结晶器顶面一般留100mm 故实际结晶器长度 L 100 95 结晶器 结晶器的主要参数 结晶器倒锥度倒锥度过小 坯壳过早脱离结晶器壁 影响传热 倒锥度过大 摩擦阻力增加 加速结晶器磨损 按照钢的收缩率 结晶器的下口比上口略小方坯 S1 S2 S1 100 板坯 L1 L2 L1 100 根据经验 对方坯结晶器倒锥度取0 4 0 8 对板坯结晶器倒锥度取0 5 1 0 96 结晶器 结晶器的主要参数 结晶器水缝面积保证冷却水流量 水压 水速 F 水缝面积 mm2L 结晶器周边长 mQ 结晶器周边单位长度耗水量 m3 h mVW 水缝内冷却水流速 m s 一般取 Q 100 160m3 h m VW 6 10m s 97 结晶器 结晶器材质铜合金铜板镀层结晶器寿命保持原设计尺寸 形状的时间长短可用浇注铸坯长度或浇注炉数标志 98 结晶器 结晶器调宽适应多种断面规格的要求 减少换结晶器时间可调节宽度和锥度不停机调宽 设备和操作复杂结晶器润滑润滑油主要用于敞开浇铸的小方坯 用时部分润滑油燃烧 大部分润滑油沿结晶器流下 形成一层薄油膜 起到润滑作用 保护渣1 结晶器内钢水上表面与空气隔绝 2 吸收钢水中的夹杂物 3 控制坯壳与结晶器壁间的传热 4 润滑 99 防止拉漏增加的措施 1 防止粘结性拉漏增大冷却水流速 降低铜板内壁温度 增大保护渣耗量 低粘度保护渣 高频率 小振幅振动 2 减少摩擦力采用低粘度 低凝固温度 低结晶温度保护渣高频率 小振幅振动 3 增加结晶器出口坯壳厚度加长结晶器 提高冷却水流速 改善结晶器 坯壳接触 减少气隙 结晶器 100 结晶器振动装置 主要功能 使结晶器按给定的振幅 频率和波形上下往复振动 目的 方便保护渣渗透保证充分润滑和顺利脱模防止初生坯壳与结晶器壁之间发生黏挂漏钢事故 101 结晶器振动装置 对结晶器振动的要求 有效地防止粘结性拉漏 得到良好的铸坯表面 光滑 浅的振痕 准确地实现圆弧轨迹 不产生过大的加速度引起的冲击和摆动 制造 安装和维护方便 便于处理事故 102 结晶器振动装置 振动方式 同步振动负滑脱振动正弦振动非正弦振动 103 结晶器振动装置 同步振动 特点是结晶器在下降时与铸坯同步运动 然后再以三倍拉速的速度上升即 上升时 Vm 3V下降时 Vm V 采用同步振动方式 结晶器在由下降转为上升时 转折点处速度变化很大 影响结晶器的平稳性 机构也复杂 已不再应用 104 结晶器振动装置 负滑脱振动 结晶器以稍大于拉速的速度下降 然后再以较高的速度上升 下降 V2 1 V 负滑脱率上升 V1 2 8 3 2 V 负滑脱振动是同步振动的一种改进 加速度有所降低 有利于愈合因粘结而被拉裂的坯壳 负滑动率 Vm 结晶器运动速度 Vc 拉速 一般取5 10 负滑动时间一般取整个周期的60 左右 105 结晶器振动装置 负滑动振动的主要特点结晶器下降速度稍大于拉速 因此在结晶器下降时坯壳中产生压应力 有利于防止裂纹 也有利于脱模 结晶器在上升和下降的转折点处 速度变化比较缓和 有利于提高运动的平稳性 结晶器上升时坯壳承受拉应力 下降时承受压应力 因此在确定振动参数时 应使开始下降时的加速度a2大些 开始上升时的加速度a1小些 比值 K a2 a1 2 3 106 结晶器振动装置 正弦振动没有稳定的速度阶段 结晶器与铸坯之间没有同步运动阶段 但有一小段负滑动时间 过渡平稳 没有很大冲击 因加速度小 有可能提高振动频率 通过偏心轮实现的 制造比较容易 107 结晶器振动装置 非正弦振动上下运动的速度与时间的曲线为非正弦曲线 108 结晶器振动装置 振动参数 周期与频率 结晶器上下振动一次的时间为振动的周期 用T表示 振幅 结晶器从水平位置运动到最高或最低位置所移动的距离 用S表示 mm 频率高对防止拉漏 提高拉速和减轻振痕有利 目前采用0 250次 min 已开始采用400次 min或更高的频率 振幅小 结晶器钢水表面波动小 铸坯表面振痕小 通常在25mm以下 多偏于下限 已有取2 4mm的 109 结晶器振动装置 负滑脱时间tN和负滑脱率 结晶器振动周期T为 T 60 f 2 将结晶器达到负滑脱点的时间 2 tN 2 2 tN 2 代入结晶器振动速度式 Vm h 2 cos t Va cos t 经整理可得到 tN 60 f cos 1 Va V平均 正弦振动 Va V平均通常取1 8 2 2 最大为2 4 110 结晶器振动装置 其他振动参数 波形偏斜率下振最大速度正滑脱时间上振最大速度振痕间距 111 结晶器振动装置 振动装置分类 四连杆式四偏心式液压振动 112 结晶器振动装置 四连杆式振动机构在方坯和板坯连铸机上应用较广泛 结构简单 能较准确地实现结晶器的仿弧运动 设备的刚性大 维修方便小方坯连铸机布置在内弧 大方坯和板坯机布置在外弧 由于结晶器和振动台对支承点有较大的偏心重 通常在拉杆上部设平衡重 如采用气缸 气垫等方式平衡部分重量 以减少电机功率 如图 113 结晶器振动装置 114 结晶器振动装置 115 结晶器振动装置 四偏心振动装置利用两对偏心距不同的偏心轮和连杆机构产生结晶器的弧线运动 导向装置是利用两条板式弹簧使结晶器只作弧线或直线摆动 而不产生其他方向的移动 这种振动装置的优点是平稳 缺点是结构复杂 零部件较多 现代板坯连铸机结晶器的振动装置 绝大多数都采用此结构 如图所示 为了缩短在线设备的检修时间 提高铸机作业率 将结晶器 振动装置和零扇形段组合安装在一个框架内 构成快速更换台 可同时吊装 也可分解吊装 116 结晶器振动装置 117 结晶器振动装置 118 结晶器振动装置 液压振动国外连铸技术公司20世纪90年代末期推出的一项关键技术主要优点 可实现结晶器的正弦曲线与非正弦曲线运动 可在线调整振动参数如振幅 频率 负滑脱率及正滑脱率 非正弦系数 由于液压缸可直接连接到振动平台 因此系统中无弹性变形 并采用无磨损的水平弹簧精确导向系统等 119 结晶器振动装置 120 结晶器振动装置 121 二冷区系统 作用 带液芯铸坯借助于水或气水直接冷却 直至完全凝固后 进入矫直区引导 支承铸坯 防止铸坯变形对引锭杆起支撑 导向弧形连铸机对铸坯顶弯部分拉坯分段矫直排出水蒸汽 122 二冷区系统 对二冷区系统的要求 1 在高温铸坯作用下有足够的强度和刚度 2 结构简单 调整方便 能适应改变铸坯断面的要求 3 能按要求调整二冷区水量 以适应改变铸坯断面 钢种 浇注温度和拉坯速度的变化 类型 箱式房式 123 二冷区系统 箱式 早期结构封闭扇形段箱体连接所有支撑导向 冷却水喷嘴都装在封闭箱体内风机直接从箱体内抽走蒸汽特点 刚性好占空间小抽气方便观察不方便 124 二冷区系统 房式 夹辊全部布置在牌坊结构上二冷区由若干段开式