叶蓓蓓论文5-12.doc

摘摘 要要 薄板坯连铸连轧技术是钢铁产业的技术性变革 其所能生产的薄板坯厚度范围越来 越广 其还具有生产周期短 成材率高的优点 广泛应用于国民经济的各个领域倍受青 睐 薄板坯连铸连轧界普遍关注的问题是如何提高生产的装备水平和技术水平 开更高 质量新品种和新工艺 本车间设计为年产 280 万吨薄板坯连铸连轧工艺的车间设计 论文叙述了薄板坯连 铸连轧技术的发展进程 技术类型及工艺特点 并将各种典型工艺进行比较 本文选择 了 CSP 生产工艺 结合国内外生产技术的特点 制定了车间的产品方案 生产工艺流程 和金属平衡表 依据这些要求设计了主辅设备及其生产能力 产品的工艺计算 轧辊和 电机的校核 车间平面布置 车间经济技术指标和环境保护等的内容 设计应用氧化保 护浇注 液芯压下技术 半无头轧制 铁素体轧制技术和 CVC 轧辊等的先进技术 关键字 关键字 CSP 产品工艺 校核 车间设计 Abstract Thin slab continuous casting and rolling technology is a technical revolution of the iron and steel industry it can produce the rang of thin slab thickness is growing up widely and has the advantages of short producing cycle high yield wild application of various fields of national economy Thin slab continuous casting and rolling sector generally focus on the question of how to improve the level of production equipment and technology level a higher quality of new varieties and new technology The plant of thin slab continuous casting and rolling is designed for yearly producing 2 8 million tons The paper describes the development of this technology process technology type and process characteristics and all kinds of typical technologies were compared This design chose the CSP technology combining with the features of domestic and overseas production technology and making the products program of plant production process and metal balance sheet according to these requirements designed the main and auxiliary equipments production capacity process calculation checking of rolling mill and dynamo layout workshop economic and technical index and the environmental protection etc There were oxidation protection casting under pressure and liquid core technology half headless rolling ferrite rolling and CVC roll and so on being applied Keywords CSP Production process Check Workshop design 目录目录 1绪论绪论 1 1 1薄板坯连铸连轧的发展 1 1 2薄板坯连铸连轧的未来发展 2 1 2 1各种技术相互渗透 共同发展 3 1 2 2新工艺 新技的开发采用 3 1 2 3产量 质量逐渐提高 3 1 3薄板坯连铸连轧技术特点 4 2产品生产方案和金属平衡表产品生产方案和金属平衡表 7 2 1产品方案的编制 7 2 2生产工艺流程 7 2 3金属平衡表 7 3主要设备选择主要设备选择 9 3 1连铸设备选择 9 3 1 1连铸机 9 3 1 2钢包 9 3 1 3钢包回转台 10 3 1 4中间包 10 3 1 5中间包车 10 3 1 6结晶器 10 3 1 7二冷段 12 3 1 8拉矫机 12 3 1 9引锭杆 12 3 1 10 铸坯切割装置 13 3 2轧机 13 3 2 1轧机组 13 3 2 2轧辊尺寸参数 14 3 2 3轧辊材质 16 4典型产品工艺计算典型产品工艺计算 17 4 1坯料尺寸 17 4 2压下量分配 17 4 2 1总能耗确定 17 4 2 2负荷分配 18 4 2 3分配压下量 19 4 2 4变形区参数 19 4 3速度参数 19 4 3 1穿带速度 19 4 3 2轧制速度 20 4 3 3轧制时间 20 4 3 4轧制温度 21 4 3 5轧制力 21 4 3 6轧机主电动机力矩 23 5设备校核设备校核 25 5 1咬入能力校核 25 5 2轧辊校核 25 5 2 1轧辊许用应力 25 5 2 2工作辊校核 25 5 2 3支承辊校核 26 5 2 4轧辊接触强度 26 5 3电机校核 26 5 3 1电机过载校核 26 5 3 2发热校核 27 6辅助设备选择辅助设备选择 28 6 1加热炉 28 6 1 1炉长 28 6 1 2炉宽 28 6 2轧制区 28 6 2 1输入辊道 28 6 2 2液压事故剪 28 6 3除磷系统 28 6 3 1轧机前除磷机 28 6 3 2二次除磷机 29 6 4轧后冷却 29 6 4 1输出辊道 29 6 4 2层流冷却 29 6 5卷取区 29 6 5 1飞剪 29 6 5 2卷取机 29 7工作时间及车间产量计算工作时间及车间产量计算 30 7 1车间工作制度 30 7 2年工作小时 30 7 3铸机产量 30 7 3 1连铸浇注周期 30 7 3 2铸坯作业率 31 7 3 3铸机收得率 31 7 3 4连铸机生产能力 31 7 4轧钢机产量 31 8车间平面布置设计车间平面布置设计 33 8 1车间平面布置原则 33 8 2金属流程线布置 33 8 3生产设备布置 33 8 4仓库设施布置 33 8 4 1确定仓库面积原则 33 8 4 2仓库面积 33 8 5车间平面布置 34 9环境保护环境保护 35 9 1环保对车间设计的要求 35 9 2环境保护内容与对策 35 9 2 1绿化 35 9 2 2水质 35 9 2 3噪音 35 9 2 4大气污染 35 9 2 5有害废弃物 36 10经济技术指标经济技术指标 37 11附录附录 38 结论结论 38 表格清单 表格清单 表 1 1 世界各国薄板坯连铸连轧生产线和年生产能力 3 表 1 2 我国薄板坯连铸连轧生产线情况统计 3 表 1 3 几种薄板坯连铸连轧技术比较 8 表 2 1 产品方案 10 表 2 2 金属平衡表 11 表 3 1 四辊轧机的 和 17 1 L D 2 L D 21 DD 表 3 2 辊系的主要参数 19 表 4 1 能耗模型中的统计参数值 20 表 4 2 负荷分配系数 21 表 4 3 能耗表 21 表 4 4 变形区参数 22 表 4 5 穿带速度与板带厚度关系 23 表 4 6 27 表 5 1 各种材料的许用应力值 28 表 7 1 年工作时间表 33 1绪论绪论 1 1薄板坯连铸连轧的发展 薄板坯连铸连轧技术是 20 世纪 80 年代末开发成功的生产热轧卷板的新技术 1989 年 8 月由德国 SMS Demag 公司设计制造的世界上第一条薄板坯连铸连轧生产线 在美国 Nucor Steel Corp Crawfordsville 建成投产 SMS 公司的试验机组由 1985 年 10 月开始浇 铸薄板坯实验 直到 1989 年 6 月才在美国 Nucor 厂诞生 之后又出现了 MDS 公司的 ISP 在线热轧带钢的生产工艺 Danieli 公司的 FTSR Flexible Thin Slab Rolling 灵活式薄坯 轧制工艺 VAI 公司的 Conroll 连铸直接轧制工艺等 截至 2010 年底 世界上已有 70 条 生产线相继投产 总生产能力达到 1 2 亿吨每年 世界各国薄板坯连铸连轧生产线和年生 产能力情况见表 1 1 之后又出现了 MDS 公司的 ISP 在线热带钢的生产工艺 DANIELI 公司的灵活式薄板坯连铸连轧工艺 VAI 公司的 CONROLL 连铸直接轧制工艺等等 我 国的近终形连铸的研究开始于 20 世纪 80 年代 对该项技术的掌握是由 1984 年我国第一 台薄板坯连铸机的问世以来才真正开始的 国内相继引入 20 条各种类型薄板坯连铸连轧 生产线 其产量占全世界的 1 31 我国的部分薄板坯连铸连轧生产线和生产能力情况见表 1 2 表 1 1 世界各国薄板坯连铸连轧生产线和年生产能力 万吨 国家CSPFTSRISPESPQSPCONROLLASPTSP合计 生产能 力 美国9 21 2142100 中国83 9 204500 印度5 5800 意大利1 11 3310 韩国1111 4830 其他1154 13 243300 总计3596234927011840 注 截至 2010 年 表 1 2 我国薄板坯连铸连轧生产线情况统计 企业名称工艺类型轧机型式 铸坯厚度 mm 产品厚度 mm 生产能力 104t 投产时间 珠 钢CSP6F 145050 601 2 12 71801999 邯 钢CSP1R 6F 190060 901 2 12 72501999 包 钢CSP7F 175060 901 2 20 02502001 马 钢CSP7F 180050 901 0 12 72002003 涟 钢CSP7F 180050 701 0 12 72002004 酒 钢CSP6F 183050 701 5 25 02402005 武 钢CSP7F 178050 901 0 12 72502009 唐 钢FTSR2R 5F 190070 900 8 12 02502002 本 钢FTSR2R 5F 190070 900 8 12 02502004 通 钢FTSR2R 5F 170070 901 0 12 02202005 鞍 钢ASP1R 6F 1700100 1351 5 25 02002000 济 钢ASP1R 6F 1700135 1501 2 12 72502006 唐钢 二 CSP6F 170050 701 2 12 72002008 常规钢的连铸最早是 19 世纪 80 年代的美国炼钢工程师 B Atha 和德国工程师 R M Diaelen 提出来的 我国是世界上开发和应用这项技术的少数的较早的国家之一 该 技术经历了 20 世纪 40 年代的实验开发 50 年代初期开始用于工业生产 末期世界各地 的连铸机不足 30 台 产量仅 110 万吨左右 世界上第一台立式双流板坯连续铸钢设备建 成于 1951 年的苏联 红十月 冶金厂 60 年代弧形连铸机在奥地利百录厂出现 连铸进 入稳步发展的时期 70 年代的世界能源危机的推动 连铸进入迅猛发展时期 80 年代该 项技术发展日渐成熟 这个时期不仅技术得到更进一步的提高 操作和装备也不断完善 还总结出了完整的铸坯质量的控制和管理技术 逐渐实现了连铸坯的热装和直接轧制 90 年代近终形连铸的开发及应用赢得了全世界的广泛关注 薄板坯连铸跟连轧相互结合 形成了独特的紧凑式短流程 经历了 60 年的发展 该技术促使钢铁厂从生产模式到钢厂 结构发生了巨大的变革 降低了能耗 缩短了生产流程 提高了产品的质量等 也由此 赋予该技术生产的钢铁产品更大的市场竞争能力 世界范围内的能源危机迫使北美与其 他地区电炉生产厂家将经济的废钢与新的技术相结合 实现了从炼钢到轧材的连续生产 这些都使得小钢厂的市场份额迅速上升 传统的钢铁联合企业也放弃了部分钢材的市场 随着非传统概念的直接还原和熔融还原的炼铁技术的发展 又有连铸连轧紧随其后 形 成了从冶炼到轧材整个生产过程统一的流程 用废钢及废钢代替物的电炉与薄板坯连铸 连轧或与棒线材连铸连轧结合形成的近终形连铸的出现影响空前 因其显著的经济效益 优质的产品质量得到了快速发展 其作为连铸连轧的第一道工序是薄板坯连铸连轧发展 的前提 2 进入 21 世纪 传统连铸技术的高效化生产在个工业发达的国家得到了更进一步发展 最突出的是高拉速技术 结合新型结晶器及其冷却方式 新型的保护渣 电磁制动和液 面高精度检测 常规大板坯拉速由 0 8 1 5m min 提高到 2 0 2 5m min 最高可达 3m min 小方坯的最高拉速则可达 5 0m min 连铸机生产能力提高 成本较低 经济效 益也明显提高 高速连铸技术的开发与应用已成为一个国家钢铁工业水平的衡量标准 1 2薄板坯连铸连轧的未来发展 随着对薄板坯连铸连轧工艺和技术的深入研究 人们开始不断地从其设备 工艺和 自动控制等方面开发新的技术 薄板坯连铸连轧技术得到迅速发展和完善 从最初的大 量生产低成本普通钢材产品 发展到对品种 质量和产量的要求逐渐提高 发展趋势具 体在以下几个方面 1 2 1各种技术相互渗透 共同发展 1 漏斗型结晶器逐渐占据主导 西马克公司 CSP 技术采用漏斗型结晶器 达涅利 公司 FTSR 技术采用的是 H2的长漏斗型结晶器 是保留了漏斗型结晶器的优势基础上研 发的结晶器型 德马克公司 ISP 技术则摈弃了最初沿用的平板型结晶器 而改采用橄榄型 小漏斗 的结晶器 尽管结晶器的具体的形状和尺寸不同 但是漏斗型结晶器已被大 多数企业所认可 2 中间衔接段采用辊底式均热炉 CSP 技术最早采用辊底式均热炉 FTSR 和 QSP 也一直使用辊底式均热炉 ISP 早期用的是 Cremona 炉 后改为卷取箱 最近也采用 了辊底式炉 3 采用液芯压下技术 ISP 技术最早采用液芯压下技术 目前 该技术不但被接 纳 而且还在不断的开发和完善 如 FTSR 采用的动态软压下技术 和 CSP 采用的无级软 压下技术 4 板坯向更厚的方向发展 最初的薄板坯连铸连轧技术 要求连铸坯要尽量薄 但随着产量和质量要求的普遍提高 进而采用中厚板坯 目前企业多采用 90 70mm 厚的 铸坯 1 2 2新工艺 新技的开发采用 1 半无头轧制和铁素体轧制技术的进一步开发及应用 2 高速连铸技术的广泛应用 2 机电设备配置投入加大 装备水平越来越高 3 精轧机组出口速度提高 1 2 3产量 质量逐渐提高 1 产量规模增大 早期单流薄板坯连铸机的生产能力为 50 80 万吨 年 不利于热 连轧机能力的发挥 合理的薄板坯连铸机年产量应大于 100 万吨 流 新建的单流产量都 在 120 160 万吨 年 为此 冶炼的能力要求和铸机的能力相匹配 通过适当增铸坯厚度 宽度 提高拉速 增加铸机流产量 有可能实现一台铸机 单流 与一部热连轧机匹配 生产 达到 200 万吨 年以上生产能力 2 产品质量提高 由于冶炼 连铸工艺技术的改进和轧制工艺的不断完善 产品 质量也在不断提高 目前 薄板坯连铸连轧产品的厚度和形状可控制在标准公差的 25 以内 3 产品品种扩大 越来越薄 CSP 将热轧带钢产品分为 12 大类 其中进入工业 化生产的有 10 大类 另有 2 类处于试生产阶段 将来也会得到解决 目前 薄板坯连铸 连轧技术生产的产品厚度最薄可达 0 7mm 左右 未来的薄板坯连铸连轧生产线的产品将 以 1mm 超薄规格为主 这样可利用热轧超薄板替代相当一部分冷轧板商品 未来我国的钢铁产业也将面临更加激烈的国际国内竞争 主要表现在以下几个方面 中国作为世界上最大的钢材消费市场 必将成为各钢铁大国的必争之地 国内的一些中小型钢铁企业竞争力下降后 经营难以为续 处于破产边缘 钢铁行业总量的控制难度增大 国产化的难度加大 我国在加入 WTO 之后难以使用行政手段控制材料进口 国内市场的竞争由此更 加激烈 1 3薄板坯连铸连轧技术特点 薄板坯连铸连轧技术是 20 世纪 80 年代开发的生产板卷的短流程工艺 与普通连铸 工艺相比 该技术具有以下特点 1 缩短生产周期 为常规流程的 1 6 2 减少了厂房面积和设备的重量 3 劳动生产率从常规的作业时间 5 小时缩短到 0 5h 人员缩减 13 4 加热能耗降低 降低为原 800 热装节能的 1 3 5 投资成本低 6 可实现不同钢种和质量要求的小批量生产 7 钢材质量得到改善 板坯铸态组织致密 避免了中心缩孔的缺陷 8 可生产难轧制的薄板材 几种薄板坯连铸连轧技术及其比较 1 CSP Compact Strip Production 技术 紧凑式板带生产工艺是最早投入生产和广泛应用的薄板坯连铸连轧技术 1989 年 美国 Nucor 公司 CSP 生产线建成 该工艺具有生产简便 稳定 流程短 产品质量好等 优点 该技术主要采用立弯式连铸机 板坯控制技术和斗型结晶器 最初的铸坯很薄 一 般为 40 50mm 5 6 架精轧机 成品板带材最薄可为 1 2mm 为了提高产量和质量 将 铸坯厚度提高到 70 90mm CSP 工艺流程一般为电炉 钢包精炼炉 连铸机 均 热炉 除磷机 热连轧机组 层流冷却 地下卷取 其工艺流程如下图 1 1 图 1 1 CSP 工艺流程布置 1 中间包 2 结晶器 3 切割机 4 均热炉 5 事故剪 6 除 磷机 7 精轧机 8 层流冷却 9 卷取机 随着 CSP 技术配置和成品质量的进一步改善 双流连铸 CSP 年生产能力可达 250 300 吨 该技术的另一个特点就是半无头轧制 轧制前无需把薄板坯剪成定尺长度 而是可以根据炉子长度将多重定尺坯浇铸成一整块坯 不同分段定尺剪切分割 只在炉 子没有空位时才分段切割 由此可将长板坯在精轧机组上整体轧制 然后在卷取机前用 飞剪进行定吃切割 2 ISP Inline Strip Production 技术 在线热带生产工艺 由德马克 Demag 开发的较早的投入生产的薄板坯连铸连轧技 术 其典型的工艺流程为 冶炼炉 钢包精炼 钢包回转台 中间包 平行板结晶器 初轧机 剪切机 感应加热炉 热卷取机 精轧机 层流冷却 地下卷取 具体工艺流 程如图 1 2 其生产线有如下特点 1 生产线布置紧凑 均热炉总长度为 180m 从钢水到带钢需要 20 30min 主要 生产低碳钢 深冲钢 高碳钢等 2 采用液芯压下技术和固相铸轧技术 生产厚度为 15 25mm 宽 650 1330mm 的 板坯 3 采用气雾冷却或干铸的方式进行二次冷却 4 早期的平行板结晶器限制了入水口的形状 现在结晶器改为带有小肚的橄榄球 狀 寿命提高 5 整个流程热量损失少和二冷的雾冷方式等因素 ISP 生产线的能耗减少 6 为了生产不锈钢 生产线配置了 MRP 精炼炉 可以实现脱碳保铬 净化钢水 3 FTSR Flexible Thin Slab Rolling 技术 该技术由达涅利 Danieli 公司开发的配置了转炉精炼钢的薄板坯连铸连轧工艺 采 用 H2型结晶器与直弧形结晶器 动态液芯压下技术 可供不同工艺的有两种不同的方案 其一是生产 0 75mm 的铸坯 生产的钢种为碳素钢和低合金钢并结合 6 7 架精轧机 其二 是生产 80 90mm 的铸坯 可以生产不同的钢种的产品并结合两架粗轧机和 4 5 架精轧机 其一般的工艺流程为 精炼炉 炉外精炼 连铸机 旋转除磷机 加热炉 二次除磷机 立辊轧机 粗轧机 保温装置 三次除磷机 精轧机组 层流冷却 卷取机 生产 工艺流程如图 1 3 其生产线具有独立的冷却系统 设备和铸坯的各自冷却 在拉速为 3 6m min 时设备 均能够正常工作 拉速提高 冷却强度随之提高 支承辊所需的强度相对就较低 因此 单独冷却可以提高设备的寿命 为了防止跟消除铸坯的表面氧化 二次冷却段的出口装 有旋转除磷机 在加热炉的出口与精轧机的前段各备有一架除磷机 为了防止冷却水的 外泄 又分别在除磷机的入口与出口设有夹送辊 为保证铸坯的质量 随时追踪铸坯的 温度和拉速的变化 工艺流程线内还设有熔池自动装置自动动态调整液位 4 CONROLL Continuous Thin Slab Casting and Rolling 技术 该技术由奥钢联开发的 采用平行板结晶器 出口处板厚度为 70mm 铸坯在其内部 没有发生变形 保证了铸坯的良好表面质量 使用中等厚度为 70 150mm 的连铸坯 低 拉坯速度 降低了结晶器的磨损和拉漏 采用旋转式除磷机 高压除磷机清除氧化铁皮 避免了温降过大 连铸机为超低头弧形 比立弯式的连铸机高度小 在提高拉速和浇铸 高强度钢时表现出明显的优越性 二次冷却系统采用动态冷却模型 该模型决定冷却方 式 可以减轻鼓肚 提高铸坯表面质量 还可以控制坯壳的生成厚度 二冷梁上放置 36 个应力测量仪 由铸坯内部的受力来反映心部的液态终止位置 高温比色计测量进入二 冷段的铸坯表面温度 铸机还设有 LSR 系统 其一般工艺流程为 连铸机 步进式加热 炉 粗轧机 精轧机组 层流冷却 卷取机 以上几种薄板坯连铸连轧技术特色的比较可总结为如下表格 1 3 表 1 3 几种薄板坯连铸连轧技术比较 项目CSPISPFTSRCONROLL 铸坯厚 mm70 5090 7090 70100 125 连铸机型立弯式直弧形直弧形直弧形 结晶器漏斗型平行板型H 型平行板型 冷却水冷 气 水气 水气 水气 水 考虑到 CSP 技术是目前最广泛应用和最为成熟的薄板坯连铸连轧技术 市场调研分 析 并结合本设计的车间产量特点及其他要求 采用 SMS 公司开发的 CSP 工艺 弧形半径 m顶弯半径 3 3 255 655 冶金长度6 9 711 15 11514 6 液芯压下采用最先采用采用采用 拉坯速度 m min 1 4 63 5 53 5 5 53 4 均热炉辊底式感应 辊底式 辊底式步进梁式 轧机组成5 7F2 3R 5F1 2R 6F1 2R 5 6F 轧制方式连轧 可半无头连轧 可无头连轧 可半无头单卷连轧 2产品生产方案和金属平衡表产品生产方案和金属平衡表 2 1产品方案的编制 3 产品方案是所设计工厂或车间拟生产的产品名称 品牌 规格 状态和年产量 产 品方案一般由设计任务书加以规定 或由设计者深入实际研究提出方案 再经主管部门 确定 产品方案是车间设计的主要依据 由产品方案可确定设备和生产工艺 编制产品 方案时需满足三个原则 1 符合国民经济发展对产品的要求 2 全国各地产品的 平衡 3 建厂地区的条件 自然条件和生产资源等的条件 为了减少设计的工作量且 不影响到设计质量 将各种产品分类 可从中选择具有代表性 通过所有工序 计算产 品与实际接近和要留有调整余量的典型产品作计算产品 本设计的产品方案如下表 2 1 表 2 1 产品方案 产品规格 mm mm L 产品名称 品种规格范围计算产品 产量 万吨比例 低合金结构钢 1 2 6 0 900 1600 1 5 15004014 29 普通碳素结构钢 1 2 8 0 900 1600 2 8 16008028 57 优质碳素结构钢 1 2 6 0 900 1600 2 8 12845017 86 汽车大梁钢板 1 2 8 0 900 1600 2 8 16006021 43 热处理合金钢 1 2 8 0 900 1600 2 8 16005017 86 合计280100 2 2生产工艺流程 铸坯由不同拉速进入两架均热炉 均热炉根据设计所要求的入炉温度 出炉温度和 保温时间对板坯进行升温 均热和保温 板坯达到定长时 由摆动剪进行定尺剪切 A 线 均热炉连接轧机 轧机开轧时 A 线均热炉将板坯送出均热炉 第二流的铸坯加热完成加 速通过传送段至摆动段 A 线和 B 线均热炉旋转对接 将 B 线均热炉的铸坯送入 A 线 摆动回复后 所有铸坯被送至 A 线保温段等待轧制 出炉后经高压水除磷除去表面的氧 化铁皮 液压事故剪在设备故障时进行剪切 F1 F4机架间设快速冷却装置将钢带温度快 速冷却到 Ar3以下 将奥氏体转变为铁素体进行铁素体轧制 各机架都采用 CVC 和液压 AGC 技术 F2 F6采用活套连轧 出精轧机后 根据不同的钢种依据不同的终轧温度对钢 带进行冷却 然后卷取 打捆 半无头轧制时 钢卷达到设定重量后用飞剪进行剪切 其工艺流程为连铸板坯 摆动剪定尺剪切 摆动辊底式隧道均热炉 液压事故剪 高压 水除鳞 立辊轧机 精轧机架 F1 二次除磷 F2 F7机架 层流冷却 高速飞剪 地下卷 取 打捆 打印 称重 入库 2 3金属平衡表 表 2 2 金属平衡表 年产 量 成品 率 消耗 钢锭年产 量序号钢种 万 t 烧损轧废切损万 t 1低合金结构钢4097 10 80 71 441 18 2普通碳素结构钢80971 00 81 282 48 3优质碳素结构钢5096 80 81 01 451 66 4汽车大梁钢板6097 10 90 91 161 80 5热处理合金钢5097 20 80 81 251 45 合计28097 040 860 841 26288 57 3主要设备选择主要设备选择 3 1连铸设备选择 连铸设备一般包括主体设备和辅助设备 主体设备又包括浇铸设备 拉坯矫直设备 和切割设备 辅助设备包括出坯及精整设备 自动控制与测量仪表和工艺性设备 以下 设备具体参数见附录 3 1 1连铸机 连铸是将液态的钢水用连铸机浇注 冷凝 切割直接得到铸坯的工艺 连铸机按铸 坯的运动轨迹可将连铸机分为立式 立弯式 垂直弧形 椭圆形 水平式和旋转式 板 设计采用固定式结晶器的普通立弯式连铸机 该机型连铸机与结晶器同步移动 结晶器 与铸坯间无相对摩擦 能够提高浇铸速度 立弯式连铸机是该机型发展中的过度机型 其是在立式连铸机的基础上发展起来的 上部与立式的完全相同 保留了立式连铸机在 垂直方向上进行浇铸和冷凝的特点 下部在铸坯凝固后 顶弯装置将铸坯顶弯 90 于 水平方向切割出坯 没有限制出坯的定尺长度 设备高度降低 根据年产量和生产特点 设计采用 2 流连铸 漏斗型结晶器 4 1 拉坯速度 2 max2 min mm c kL v 式中 结晶器内凝固系数 取 26mm min1 2 m k 结晶器有效长度 实际长度 0 08m m L 结晶器下口凝壳厚度 取 11mm max 5 7 min c vm 2 冶金长度 2 max 2 4 c c Dv L k 式中 铸坯厚度 综合凝固系数 取 28mm min Dk 6544 c Lmm 3 1 2钢包 钢包又名盛钢桶等 顾名思义它是用来盛装钢液的设备 其次还能运载钢液进行浇 注 是钢液进行炉外精炼的容器 其主要组成有外壳 内衬结构 注流控制机构和底部 的供气装置 外壳一般是由钢板焊接而成 外壳上还钻有小孔 用于烘烤时排出耐火衬 中的湿气 腰部焊有加强箍和加强筋 加强箍上对称的装有耳轴 内衬与高温的钢水 炉渣会长时间接触受到流注的冲刷和炉渣侵蚀 不仅降低了钢包的寿命 还会增加钢液 的夹杂物的含量 因此内衬材料的合理选择能起到改善钢水质量 稳定操作盒提高生产 率的作用 一般由永久层和工作层组成 吹氩的透气口设置在钢包的底部 连铸时精炼后成分 温度都合格的钢水 在从钢包到中间包 再注入结晶器的过程 中 会与空气 耐火材料和熔渣接触 会发生物理化学作用 由此钢液会受到二次氧化 污染 为减少钢水在传递过程中的再污染 保证钢水纯度 钢包 中间包 结晶器全程 采用保护浇注 即浇注时在钢包和中间包加盖 并使用钢水覆盖剂 结晶器使用保护渣 钢包使用长水口保护套管 中间包使用侵入式水口对流气体保护浇注 钢包选用的长水 口保护套管 需要将其烘烤之后才能使用 用丝杠装置固定 与中间包同时烘烤 当钢 包引流正常之后 将长水口与钢包下水口旋紧 对长水口接口吹氩气进行氩封 并由液 压系统装卸 3 1 3钢包回转台 钢包回转台在现代连铸中广泛用于运载和承托钢包进行浇注 配置在钢水接受跨和 浇注跨之间 其转臂上可同时放置两个钢包 一个浇注 另一个待浇注 浇注之前装满 钢水的钢包由吊车运送上回转台 回转台将钢包放置于中间包上方来供应钢水 空包由 回转台放回钢水接受跨 回转台减少了换包时间可实现多炉同时浇注 占地面积由此减 少 目前市场最先进的且适应连铸工艺的回转台为蝶形钢包回转台 装有独立的称重系 统 具有能吹氩 调温等的功能 正常操作时 电力驱动装置工作 故障时 气动马达 装置工作 生产安全 回转台定位准确 3 1 4中间包 中间包又名中间罐 是安置在结晶器与钢包之间的过渡装置 其主要作用有 1 稳定注流 减少钢水的静压力 2 净化钢水 3 中间包可将钢水分配给多流注机 上的每个结晶器 4 多炉连浇时 中间包存储定量的钢水实现连续浇注 5 可进 行中间包冶金 其分别由包体 内衬和包盖三部分组成 具有保温 保护钢包不受烘烤 而变形的作用 结合采用侵入式水口加保护渣的保护浇注 3 1 5中间包车 安装在连铸浇注平台上 一般每台连铸机配置两台中间包车 互为备用 一台处于 浇注状态时 另一台则在加热烘烤位置 有利于快速更换中间包 提高连铸机的作业率 中间包车可用来支撑 运输和更换中间包 车的结构利于浇注 进行捞渣和烧氧操作 其还具有横移 升降调节和称重等的功能 3 1 6结晶器 薄板坯连铸机上运用的结晶器大体有三种类型 平行板型 漏斗型和鼓肚型 薄板坯连铸对其有特殊要求 在浇铸过程中 结晶器内部的温度分布易受到各种因素的 干扰 设计结晶器时要注意以下条件 1 结晶器内壁与侵入式水口的外壁距离小 侵入式水口要准确对中 2 液面下熔池稳定的钢水不多 波动大 3 在形状方面 要求对凝固壳不能产生太大的应力 减少凝固壳的表面缺陷和裂 纹缺陷 要与侵入式水口相匹配 并能使水口拥有较长的寿命 还要具有足够的化渣面 积 4 在流场方面 对钢水要有足够的容纳量 并减少钢水的湍流 不能在其短边侧 附近的涡旋太剧烈 要尽量少的卷渣 要减少对坯壳的冲刷 减少拉漏现象 能有一定 的上回流 尽管在早期的结晶器的形状差异大 但如今纵观各种薄板坯连铸连轧的生产工艺 结晶器的选择趋于相同 上水口的面积增大 有利于插入侵入式水口和熔化保护渣 改善坯料表面质量 在结晶器的设计方面更是达成共识 通常都采用漏斗型结晶器 本设计采用西马克公司开发的 CSP 工艺所采用的适用于立弯式铸机的直结晶器 O 行的框架 外侧固定有背板 内侧为活动背板 均为焊接钢 O 形框架上设有一对支点 有保证结晶器对中和热流对称的作用 6 个液压缸在宽边夹紧和打开可实现在线调宽 宽 边的软夹紧则是通过液压系统控制的 结晶器宽度和锥度的调整由伺服电机和丝杠结构 完成 结晶器出口厚度为 50 70mm 宽度范围为 900 1700mm 结晶器总长 1100mm 可调宽范围为 900 1600mm 漏斗型开口上口 170mm 调宽速度为每边 10 15mm min 最小可为 2 5mm min 3 1 6 1 结晶器润滑 为了防止坯料在结晶器内冷却坯壳与结晶器内壁发生粘连 而造成的拉坯阻力增大 和结晶器内壁的磨损 为解决这些事故 进而改善铸坯的表面质量 要将结晶器润滑 目前市场有两种润滑手段 其一是润滑油润滑 通过送油管道将植物油或矿物油均匀的 流到结晶器铜壁表面上 以达到在坯壳与结晶器之间形成具有一定厚度的均匀油膜和油 气膜从而起到润滑的目的 这种方式主要用于过去的敞开式浇铸的结晶器上 此设计故 不以采用 其二是保护渣润滑 保护渣不仅能润滑 还具有绝热保温 隔绝空气防止二 次氧化 吸收夹杂物和改善结晶器传热的作用 保护渣可由人工加入或者使用振动给料 器 不仅改善了劳动条件 加入量也能控制的很准确 5 本设计选用保护渣润滑 3 1 6 2 结晶器振动装置 结晶器的振动装置是用来支撑结晶器的 并能够使其在预先设计好的曲线轨迹振动 防止坯壳与结晶器内壁发生粘连而被拉裂 保证两者之间能通过保护渣的作用实现正确 润滑 由此对振动装置的要求有 其振动方式能够有效防止拉漏事故 振动机构能够准 确实现圆弧轨迹 不能产生太大的加速度 振动参数能够实现改善铸坯的表面质量 方 便维护与安装 设计采用正弦与非正弦振动相结合的振动方式 驱动方式为伺服控制液 压缸 振幅在 0 10mm 连续可调 振动频率 0 600 次 min 3 1 6 3 结晶器快速更换装置 结晶器及其振动装置 二冷区零段三个部分都安装在一个整体的结晶器快速更换台 架上 这种台架可实现设备的整体同时更换 保证了装备的对弧精度 可大大的提高连 铸机的生产率 3 1 6 4 侵入式水口 6 侵入式水口在薄板坯连铸连轧生产过程中控制着结晶器内部钢水的流场和温度场 其内部和形状 尤其是开口处的布置和配置 不仅对钢液中的夹杂物的分布 液面稳定 和卷渣有影响 而且还影响到凝固初期凝壳的形成 水口的出口的结构会受到水口形状 浇铸速度和插入的深度及结晶器的内腔结构等很多因素的影响 通常借助水模型实验来 测试侵入式水口的使用情况 应用该方法先后开发了 7 种水口 其中 3 种较为理想 正 常情况下 流场合理分布 液面平稳 基本上无卷渣 拉出的铸坯平稳 无纵裂等缺陷 满足了生产的需要 水口的外部截面尺寸 32mm 157mm 壁厚 两侧出口截面积 1950mm2 向上倾斜出口角度 20 30 长 1100mm 3 1 7二冷段 7 钢液在结晶器内经过一次冷却形成一定形状和厚度的坯壳 再出结晶器后受到的冷 却 二次冷却装置就是铸坯出结晶器后 对铸坯进行的第二次的均匀的强制冷却 因为 钢液的熔点高 热容量较大 导热性差 铸坯在经二次冷却后全部凝固 可有效限制带 液芯的钢坯在钢液的静压力下会发生变形和漏钢 本设计选用的二冷装置结构为房式 该结构夹棍都安装在敞开的牌坊结构支架上 整个二冷段由一段或若干段的开式机架构 成 四周用钢板构成封闭的房室结构 为保证铸坯质量 其表面温度需要控制沿浇注方 向均匀下降 逐渐完全凝固 冷却方式有水喷式 气喷式和干式 喷嘴类型为压力喷嘴 喷嘴的布置数量以铸坯坯壳厚度随时间增加而冷却强度下降的原则为沿着铸坯长度方向 逐渐减少 二冷区扇形段的更换装置为吊车吊运 3 1 8拉矫机 拉矫机由辊子或者夹棍组成 同时完成拉坯和矫直两个工序 其作用为拉坯 矫直 送引锭杆 处理事故以及检测二冷段的装配和工作状态 为减小连铸机的高度和长度 设计采用带液芯多点矫直 3 1 9引锭杆 引锭杆是结晶器的活底 浇注之前它堵住结晶器的下口 浇注后 钢液与引锭杆凝 结在一起 在拉矫机的牵引下由结晶器的下口拉出 直到铸坯与引锭杆脱钩为止 铸机 开始正常拉坯 引锭杆送至存放处待用 其由引锭头和引锭杆本体组成 设计选用刚性 引锭杆 3 1 10 铸坯切割装置 铸坯依照轧钢机要求切割成定尺或倍尺长度 切割实在连续运行中完成的 由此切 割装置要与铸坯同步运动 连铸机使用的切割装置有两种类型 火焰切割和机械切割 本设计选用火焰切割 3 2轧机 3 2 1轧机组 轧机选择的主要依据有车间的生产钢种 产品的规格和生产规模的大小 本车间设 计产量为 280 万吨 故采用双流连铸机与精轧机组的薄板坯连铸连轧生产线 由于铸坯 的厚度为 40 70mm 产品最薄为 1 0mm 考虑各机架所能分配的最大压下量 确定热连 轧机架数为 7 架 轧机的布置形式主要有三种方式 分别为 7 架精轧方式 1 架粗轧机 6 架精轧方式和 2 架粗轧机 5 架精轧方式 优缺点分别如下 9 7 架精轧方式 具有轧机布置紧凑 榨汁的过程中温度容易控制 有利于不论是单块还是半无头轧 制的奥氏体轧制等优势 蒂森 克努伯公司 CSP 生产线成功经验有力的证明了此布置方 式具有高轧制力 高轧制力矩和高生产率的特点 轧机机架刚度高 10 1 架粗轧机 6 架精轧方式 具有生产组织灵活 板坯相对较厚 产量高的优势 但是粗轧与精轧不形成连轧关 系 需要在两者之间加设加热炉对中间坯进行保温 增加了生产线的复杂程度和投资也 增大 铁素体轧制时 精轧机架之间的冷却对中间坯的冷却能力较差 容易造成混晶轧 制 且不能进行半无头轧制等缺陷 11 2 架粗轧机 5 架精轧方式 具有对轧机事故处理有力 可减少轧机事故处理时间 还布置有两次除磷装置 能 提高带钢表面质量的优势 但是粗轧与精轧之间设有保温段 切头飞剪和高压水除磷装 置 同样增加了设备的复杂程度 而且金属的收得率还相对较低 由此比较再结合设计要求 机架的分布方式为 7 机架精轧 热连轧机组运用的四辊轧机主要有 CVC 轧机和 PC 轧机两种类型 1 CVC 技术即连续可变凸度技术 由德国施罗曼 西马克公司于 1982 年研制的一 种带钢板型自动控制技术 8 其核心是将成对的轧辊的外形设计成 s 形且相互 倒置 180 利用在工作过程中双向移动支承辊 或工作辊来调整不同的凸度 减少板型误差 适应不同产品的规格变化 产品质量提高 9 2 PC 轧机通过轧辊间的横向轴线间夹角的调整来控制辊缝和轧辊凸度 是由日本新 日钢铁等公司联合研制的控制板材平直度的四辊轧机 3 2 2轧辊尺寸参数 车间采用全连续的布置方式 精轧机架均为 4 辊轧机 1 辊身尺寸 10 板带轧机的工作辊长度一般大于钢板的最大宽度 max b max Lba 当时 max 2500bmm 200 400amm 当时 max 1200 2500bmm 150 200amm 当时 max 400 1200bmm 100amm 对于 CVC 轧机的工作辊其辊身长度还应该加上两倍的横移量 即 2 100mm 因此得 工作辊长度 max 2000 g Lbamm 支承辊长度 max 1800 z Lbamm 2 轧辊直径 工作辊直径由辊身长度结合参考下表 3 1 的参数 确定和 1 D 2 D 表 3 1 四辊轧机的 和 1 L D 2 L D 21 DD 1 L D 2 L D 21 DD 轧机名称 比 值常用比值比 值常用比值比 值常用比值 厚板轧机3 0 5 23 2 4 51 9 2 72 0 2 51 5 2 21 6 2 0 粗轧机座1 5 3 51 7 2 81 0 1 81 3 1 51 2 2 01 3 1 5宽带钢 轧机精轧机座2 1 4 02 4 2 81 0 1 81 3 1 51 8 2 21 9 2 1 冷轧板带机2 3 3 02 5 2 90 8 1 80 9 1 42 3 3 52 5 2 9 对于机架 由咬入条件确定 1 F 1 D 1 D max 1 cos h A 式中 最大压下量 40mm max hA 最大咬入角 arctan f 轧辊与轧件的摩擦系数 0 33f arctan18 26f 1 40 791 1 cos18 3 Dmm 考虑到 12 的重车率 则 1 898 86Dmm 参考马钢生产实际 CSP 工艺轧辊类型 取为 1max 950Dmm 1min 820Dmm 越接近成品机架轧辊直径会越来越小 为了便于管理和制造 设计采用分组法 将 同一组轧机轧辊辊径设置为相同值 11 因此 和辊径相同 1 F 2 F 1max 950Dmm 1min 820Dmm 和工作辊辊径相同 3 F 4 F 1 2000 500 952mm 2 1 4 1 2 1 4 1 L D 参考马钢实际生产工艺 取为 重车率 12 1max 750Dmm 1min 660Dmm 具有相同工作辊直径 57 FF 1 2000 714 833mm 2 4 2 8 2 4 2 8 L D 参考实际生产 取为 重车率 12 9 1max 620Dmm 1min 540Dmm 支承辊辊径 17 FF 2 1800 1200 1385mm 1 3 1 5 1 3 1 5 L D 参考实际生产 取为 重车率 10 2max 1500Dmm 2min 1370Dmm 3 工作辊辊颈直径 辊颈安装在滚动轴承内 滚动轴承尺寸近似取 d 0 5 0 55 D l 0 83 1 0 d 和 辊颈直径 取为 520mm 1 F 2 F 1 d 0 5 0 55 0 5 0 55 950474 522Dmm 辊颈长度 取为 470mm 1 0 83 1 0 d 433 521mml 和 辊颈直径 取为 410mm 3 F 4 F 1 d374 413mm 辊颈长度 取为 390mm 1 340 412mm l 辊颈直径 取为 340mm 57 FF 1 d311 340mm 辊颈长度 取为 300mm 1 282 341mm l 支承辊安装在滑动轴承内 尺寸可取 0 75 0 80 dD l 0 80 1 0 d 辊颈直径 取为 1100mm 17 FF 0 75 0 80 15001125 1200dmm 辊颈长度 取为 900mm 0 80 1 0 1100 880 1100mml 4 中心距 压下螺丝间的距离 辊颈长度 辊身长度 alL lL 工作辊压下螺丝间的距离 12 20004702470aaLlmm 34 20003902390aamm 57 20003002300aamm 支承辊压下螺丝间的距离 17amm 3 2 3轧辊材质 精轧机的开轧温度高 轧辊需要承受较大轧制力 扭矩也相应较大 这些实际都需 要轧辊具有较好的耐热疲劳性和机械强度 高铬铸钢的碳含量相对较少 硬度提高 轧 制过程中生成致密的氧化膜 具有很好的耐磨性和抗热裂性 辊面的摩擦系数高 有效 地防止了打滑的事故 中游轧机轧辊材质高铬铸铁在使用过程中也会产生致密稳定的氧 化膜 其具有较良好的综合机械性能 较好的耐磨性 对于末端的机架 其要求轧辊具 有更好的耐磨性 设计选用的无限冷硬铸铁其含有 35 莱氏体和碳化物 由此增加了轧 辊的耐磨性 此外该材料内还均匀分布着细小的蠕虫状石墨 赋予了轧辊良好的导热性 支承辊的含铬合金锻钢具有良好的淬透性 韧性 抗裂纹扩展能力 辊系主要参数如下 表 3 2 表 3 2 辊系的主要参数 辊系参数材质 12 FF950 8202000mmmm 高铬铸钢 34 FF750 6602000mmmm 高铬铸铁 工作辊 57 FF620 5402000mmmm 高 NiCr 无限冷硬 复合铸铁 支承辊 17 FF1500 13701800mmmm 含铬合金锻钢 4典型产品工艺计算典型产品工艺计算 4 1坯料