扇形段毕业设计论文.docx

摘 要本次设计的装置是扇形段，它是钢厂连铸机中不可缺少的一部分，起到二次冷却的作用。在经过第一次冷却之后，坯壳出结晶器后要经过二次冷却以将铸坯凝固到足够的厚度，这时就要用到二次冷却的装置，而扇形段是一种常见的二次冷却装置。二次冷却在整个连续铸钢的过程中起到至关重要的作用，所以扇形段设计的好坏是连续铸钢机生产效益的关键。连续铸钢机的主要结构有：上下框架 从动辊 驱动辊 驱动辊压下装置 夹紧导向装置 二次冷水喷淋装置。每一部分都有着其独特的作用，只有保证这些结构都完美运作，配合无间才能达到更好的二次冷却效果，保证连续铸造机的产品质量符合市场要求。对本说明书主要介绍了扇形段的结构设计原理，各结构在整个设备中所起的作用，着重对连铸机的辊子，框架等重要部件进行研究设计，对扇形段的辊子进行研究讨论，尝试改善扇形段的结构合理性。扇形段的总体方案分析及确定步骤和过程，扇形段结构和零部件的机械图纸，数据的计算处理过程，结构设计结论。关键词：扇形段 辊子 二次冷却 连续铸造机Abstract The design of the device is a fan section, it is an integral part of the steel continuous casting machine, play the role of secondary cooling. After the first cooling, the shell is subjected to secondary cooling after the mold out of the mold to solidify the slab to a sufficient thickness, at which time the secondary cooling is used and the segment is a common two Secondary cooling device. Secondary cooling in the process of continuous casting steel plays a vital role, so the fan section design is good or bad steel production efficiency is the key.The main structure of the continuous casting machine is: upper and lower frame driven roller drive roller drive roller down device clamping guide secondary cold water spray device. Each part has its unique role, only to ensure that these structures are perfect operation, with the seamless to achieve a better secondary cooling effect, to ensure continuous casting machine product quality in line with market requirements.This section describes the structure design principle of the fan section, the role of each structure in the whole equipment, focusing on the continuous casting machine roller, frame and other important parts of the design and design of the fan section of the roller to discuss and try to improve The structural rationality of the segments. Fan section of the overall program analysis and determine the steps and processes, sector structure and parts of the mechanical drawings, data calculation process, structural design conclusions.Keywords: fan-shaped roller, secondary cooling, continuous casting machine1绪论1.1中国连铸技术的背景及发展 1997年开始，全球粗钢产量飞快增加。2000 年全球粗钢产量首次超过 8 亿吨，2003年又一回超过 9 亿吨，并且在前几年突破 10 亿吨。由此可以发现，连铸设备和工艺技术的优化和进步在其中发挥了决定性的作用。当前，欠发达国家钢材和连铸坯的增长慢慢变成了全球钢铁生产发展的主力，我国钢铁生产一直保持迅猛的增长，为连铸技术的发展和进步做出了卓越的贡献。这几年以来，中国经济的迅猛发展，尤其工业的基础建设发展速度，带动了我国钢铁行业的进步。中国现在是全球内钢铁使用和钢铁出产的重要国家，粗钢产量和使用量在全球总体的占比由1992年的11.2%和11.9%提高到2002年的20.1%和25.8%，2002年钢铁总量为1.82亿t。因为连铸技术拥有非常明显的高生产效率、高质量和低成本的特点，最近的这些年来正在进行飞快的进步，当今全球内大部分冶炼钢材的国家连铸比超过90%。连铸技术为钢铁工业生产过程的改变、产品质量的上升和总体优化等方面作出了突出的贡献。中国从1996年变温全球最大的产钢国家以来，连铸比年年上升，2003年上半年连铸比成为了94.65%。连铸就是连续铸钢（英文，ContinuousSteelCasting）。在钢铁厂加工多种钢铁产品流程时，运用钢水凝固成型有一下方式：传统模铸法和连续铸钢法。但在上世纪五十年代的西方国家发明的连铸技术是一种将钢水一次浇注成形的发达技术。和传统手段相比，连铸技术具备高效提升金属收得率和铸坯质量，节省资源等明显优点。二十世纪八十年代，连铸技术当做主流技术渐渐完善，而且在全球各处重要产钢国进行推广应用，二十世纪九十年代开始，全球所有产钢国已经达到了90之上的连铸比。我国而是在改革开放后才正式实行了对西方国家连铸技术的运用和借鉴；到九十年代初我国的连铸比只有30。连续铸钢生产过程是：让钢水持续地流过冷却装置，凝固为固态后由结晶器下部不间断拉出，进行喷水降温处理，所有的凝结完成分割为坯料的铸造工艺过程。官方统计结果，2002年中国连铸比为93.7%，2003年上旬中国连铸比已有94.65%，远远高于了全球70%平均连铸比的标准；中国连铸比已经符合发达国家的水准，连铸比马上接近饱和状态。提升连铸机拉速，连铸机拉速的提升受从结晶器出来样坯厚度、冶金长度、二次冷却强度多方面原因的限制。需要根据连铸机的不一样的状况，对连铸机作出提升效率的改进。提升拉速是连铸机高效的重中之重。拉速提升后，需要结晶器坯壳不漏钢，就要完善结晶器锥度，研究先进的结晶器，包括：Concast的凸模结晶器（CONVEXMOLD）；Danieli自适应结晶器（DANAM）；VAI的钻石结晶器（DIAMOLD）；PaulWurth的多锥度结晶器。各个结晶器名称不一样，但它们本质是一样的，不会使出现气隙而传热变慢，导致坯壳稳定性成长长。小方坯铸机拉速的升高，体现在一次性产量的变高。纵观全球连铸发展的里程，上世纪70、80、90年代连铸机的一次性年产量依次是56、810、1516万t。中国钢材生产体系是长型材为主，板材为辅，体现在连铸机使用上是中小型钢厂使用小方坯连铸机偏多。根据数据，中国总建小方坯连铸机280台978流，年产量达到6000万t，平均一次性年产量可达到6万t。跟西方国家相比，连铸机生产率仍然有差距。为增加连铸机效率，在上世纪90年代开始，中国对原有小方坯连铸机做出了提高效率改造，例120mm120mm方坯拉速由2.0m/min上升到3.04.0m/min，150mm150mm方坯拉速由1.5m/min上升到2.53.0m/min。至今为止，中国很多钢厂的小方坯连铸机经过提高效率改造以来，单流年产量1520万t可以与国际接轨。板坯连铸机拉速的现状是板坯厚度为200250mm的拉速在1.62.0m/min左右，一次性年产量可到200万t。提升拉速是小方坯连铸机高效化的重点，板坯连铸机高效化的重点就是提升连铸机工作效率。因为板坯连铸机的拉速受炉机匹配条件和铸机本身冶金长度的规定不会有特别大的改变，并且因为太高拉速会导致出现漏钢危险，对板坯连铸机的危害远远大于小方坯连铸机。从本质上来说，连铸机提升拉速方法有：结晶器优化技术；结晶器液面波动检测控制技术；结晶器振动技术；结晶器保护渣技术；铸坯出结晶器后的支掌技术；二冷强化冷却技术；铸坯矫直技术；过程自动化控制技术。拉速上升了，铸坯里面疏松、偏析缺陷变严重，夹杂物变多。高拉速与高质量不可以相互统一，所以需要依据钢种和产品用途，使用不同的技术解决，把高拉速和高质量的矛盾解决掉，从而取得最高经济收益。西方国家有很多钢厂板坯连铸机拉速比较低，但是单流产量却非常高，例美国A.K.Ashland钢厂的板坯铸机，浇240mm11601750mm板坯，工作拉速是1.78m/min，单流年产量可到220万t，连铸机有钢工作效率是98%。这表明板坯连铸机高效化改造重点不是提升拉速，是需要想办法提升铸机工作效率来提升连铸机的生产率。提升连铸机工作率的办法有： （1）增加时间浇注多炉连浇技术：异钢种多炉连浇；迅速替换长水口；在线改变宽度；结晶器在线迅速改变厚度（只需2530min）；在线替换结晶器（小方坯）；中间包热循环使用技术；阻止浸入式水口堵塞技术。 （2）增加时间浇注连铸机设备长寿命技术：长寿命结晶器，每回镀层的浇钢量是2030万t；长寿命的扇形段,顶部扇形段每回维护的浇钢量100万t,底部扇形段每回维护的浇钢量300400万t。 （3）防漏钢的稳定化操作技术：结晶器防漏钢预报体系；结晶器漏钢警报系统；结晶器热状态运行查勘系统。 （4）减少不是浇注时间维修技术：顶部装引锭杆；扇形段智能改变宽和改变厚技术；铸机设备的迅速变换技术；运行多种智能检查仪器；连铸机设备智能管理水平。提升板坯连铸机设备稳定性、使用性和智能化水平，可以长时间的没有问题在线工作，是提升板坯连铸机工作效率水平的重点。连铸坯的质量内容有：铸坯纯度（钢中非金属夹杂物数量，类型，尺寸，分布，形态）；铸坯表面缺点（纵裂纹，横裂纹，星形裂纹，夹渣）；铸坯里面缺点（中间裂纹，角部裂纹，中心线裂纹，疏松，缩孔，偏析）。连铸坯质量管理方法有：铸坯纯度规定钢水进入结晶器时的各顺序；铸坯表面质量规定钢水在结晶器里凝结过程；铸坯内部质量规定钢水在二冷区的凝结过程。提升铸坯表面质量的管理水平，铸坯表面质量优劣是热送热装与直接轧制的必要准备。铸坯表面缺点的产生主要取决去于钢水在结晶器的凝固过程。要处理铸坯表面缺点，需要运用下方法：结晶器钢液面稳定性控制；结晶器振动技术；结晶器内凝固坯壳生长稳定性控制技术；结晶器钢液流动状况合理控制技术；结晶器保护渣技术。提高连铸坯内部质量的控制技术。连铸坯里面缺点通常状况在轧制时会焊合解决，但严重时会导致中厚板力学性能变坏，导致管线钢氢脆与高碳硬线脆断。铸坯里面缺陷的出现主要影响了带液芯的铸坯在二冷区的凝结过程。要解决铸坯里面缺点，需要运用以下技术方法：低温浇注技术；铸坯均匀冷却技术；防止铸坯鼓肚变形技术；轻压下技术；电磁搅拌技术；凝固末端强冷技术；多点或连续矫直技术；压缩铸造技术。根据以上论述我们总结出：（1）中国连铸比远高于全球标准水平，与工业发达国家持平，连铸比已经达到饱和状态。（2）中国小方坯连铸机高效化改造获得了巨大的改变。小方坯连铸机一次性产量处于国际领先标准。可是我国连铸机平均工作率与全球连铸机平均水平仍然存在不小的差距。提升连铸机工作率来提高连铸机产量仍然有很大的反正空间。（3）在这10多年来的不懈发展，中国连铸在高效化改造、新技术的使用多领域获得了明显的收益结果，在大中型单位连铸机装备水平来看可以和西方国家钢厂水平一致。（4）根据原始的板坯和大方坯连铸机来生产和处理高品质、高附加值的连铸坯质量缺点。薄板坯连铸连轧技术已运用到大中型企业，中国薄板坯连铸/连轧生产已到达全球领先水平，它对提升中国钢材产品结构，提升板带比，更改热轧带卷的市场竞争力起非常重要的改革意义。1.2连铸的生产工艺流程 通过高温钢水灌注到每一个的钢锭模里，将高温钢水持续不断地浇入一个或多个用强制水冷带有“活底”(叫引锭头)的铜模内(叫结晶器)，钢水很快与“活底”凝固为一体，等到钢水凝结为一定厚度的坯壳后，就从铜模的底部拉出“活底”，这种已凝结成一定厚度的铸坯就会持续地从水冷结晶器里被拉出来，在二次冷却区连续喷冷却液。具备液芯的铸坯，边运行边凝固，直到全部凝结。等到铸坯全部凝结后，通过氧气切割机和剪切机将铸坯切成规定尺寸的钢坯。这种将高温钢水一次浇注为钢坯的高级工艺，称为连续铸钢。连铸是为了把钢水浇铸为钢坯。通过装有精炼好钢水的钢包送到回转台，回转台旋转到浇注地方后，通过钢水浇铸到中间包，中间包再通过水口把钢水分发到每个结晶器里面。结晶器是连铸机的重要机器之一，它会把铸件成形并快速凝结。拉矫机和结晶振动装置一同工作，把结晶器里面的铸件拉出，通过降温、电磁混合，分割为规定尺寸的板坯。1.3铸坯冷却的控制钢水在结晶器里面降温就是一次冷却，它的降温结果可以由经过结晶器壁传导的热流的高低来控制。1）一冷作用：一冷就是结晶器通水降温。它的功能是保证铸坯在结晶器里面生成要求的大致坯壳。2）一冷确定规则：一冷通水是依靠经验，确定在特殊的工艺水平技术里钢水在结晶器里面可以变为需要的坯壳厚度和保证结晶器稳定工作的基础。一般来说结晶器周围需要水量2L/mmmin。进水与出水温差不可以达到8，出水温度需要在45-500最好，水压保持在0.4-0.6Mpa。3）二冷作用:二次冷却就是出结晶器的铸坯在连铸机二冷段进行的降温操作.它是为了对包含液芯的铸坯进行喷水降温,来达到铸坯全部凝结,来实现在拉坯操作中均匀冷却。4）二冷强度确定规则:二冷一般是结合铸坯传热与铸坯冶金质量两个层次来确定。铸坯刚脱离结晶器,需要使用非常多的水降温来快速提高坯壳厚度,因为铸坯在二冷区运行,坯壳厚度提高,喷水量慢慢变低。所以,二冷区具有多个干冷却段,各个冷却段独自对水量把控。并且需要计算钢种对裂纹有不同情况而有目的性的改变二冷喷水量。二、连铸坯表面质量及控制（一）连铸过程质量控制1）提升钢纯度的方法（1）高纯度出钢（2）选取优良的精炼处理工艺（3）使用不含氧浇铸方法（5）选取良好的耐火元件（6）完全运用结晶器（7）采用电磁混合技术，管理注流移动（二）连铸坯表面质量及控制 连铸坯表面质量的优劣取决了铸坯在热加工时是否应该调整，也是决定金属取得率和成本的核心，也是铸坯热送与直接轧制的基础。连铸坯表面缺点出现有非常多的情况，总的来说，还是根据结晶器内钢液凝结所影响。2 连铸机扇形段整体结构设计引言介绍 二次冷却区构造比较简单。一般情况下只有在扇形段顶部喷水冷却铸坯，底部并不需要冷却；在整个扇形段一般不用放置夹辊。二次冷却区支承导向装置作用是支承引锭杆。引锭杆为刚性引锭杆。（图一.是原有连铸机的扇形冷却段） 我国一般都使用扇形段的连铸机。其优势在于价格低，构造简单。但是因为扇形段设备需要固定在土建基础上，土建施工由于各种外界条件影响很容易产生比较大的误差，使得设备的安装不会非常准确。对中要求不会达到预期，导致二冷喷淋效果较差；更换喷淋水配管必须在二冷室完成，加大了工人作业时间，检修精度低。结合实际情况分析，因为不良的环境对二冷室影响，设备并不会进行水冷，长期的使用使得设备变形，导致铸坯达不到质量要求。本次设计，将改善以上的缺点，并且结合不同型号的连铸机优点，提高其铸坯的多样性。2.1技术基础 为了满足以上要求，参考了大方坯连铸机可整体更换导向段的先进结构。在大方坯连铸机扇形段设计中，铸坯的断面较大，为了使得铸坯质量达到标准，设备必须要有一定的刚性。随着设备刚性加大，设备整体质量也随之增加，导致安装精度不容易达到预期。本次设计采用大方坯连铸机的扇形段作为框架，再加上快换结构。设计出了可容易检修的连铸机扇形段，改善了使用条件。扇形段设置了水槽，可以进行水冷。扇形段四周安装了可调节的四面导向辊。将油气润滑的滚动轴承安置在导向辊中，使得整体刚性达到作业要求并且保证导向辊在任何条件下都可以正常工作，使得铸坯的质量达到要求。扇形二段框架设置了有两对滑轮式的导向，在与导轨配合下，可以准确的将扇形段运送到挂点处，在挂点处安装调整装置，从而达到对中的要求。扇形一段可以用吊具吊到位于结晶器振动台架上的挂点上，利用调整装置进行准确调整。喷淋水冷却系统设置于设备本体上，拥有较大的刚性，再加上二冷配水技术，大大的加强了铸坯的内部质量。2.2具体实施方案图（5.2） 本设计示意图用地脚螺栓将扇形二段支撑框架和结晶器振动台架安置在土建基础上，可以作为扇形一段和扇形二段定位的基础。结晶器支撑框架设计成半圆型，便可以为扇形一、二段安装和拆卸留出较大的空间。为了固定扇形一段，在结晶器振动台架上安置两对定位轴，与扇形一段进行连接。支撑扇形二段的框架中可以安装导轨，通过扇形二段的两对导向轮将其顺利的运送到挂点处和框架连接固定。为了避免和其他设备的碰撞，将导向轮和导轨都安装在内侧。 扇形一、二段里面都装有水槽，在工作过程中可以对设备进行水冷，保证设备的长期使用。扇形一段内外两侧安装上夹辊，目的是为了支撑由上面下来的铸坯，并且可以将铸坯沿辊道向前输送。在生产不同断面的产品时，也要根据实际情况放置夹辊，从而降低物理缺陷的产生。为了保证送引锭杆时不发生偏离，需要在扇形段两侧安装导向辊。在生产小断面铸坯时，导向辊起不到太多的作用，为了降低设备的消耗，可以不用安装或少安装导向辊。在扇形段周围安装冷却水管，冷却水管底部和框架对接作为进水口，顶部密封固定在框架上。这样的连接方式是为了在检修时安装拆卸方便，并且还可以提高安装的准确性。为了使设备可以生产更多种类的产品，需要把冷却水喷嘴安装在扇形一、二段之间，这样也可以更便捷的更换冷却管。冷却水的路径为：外部车间冷却水扇形一、二段框架（扇形段内部水冷框架）冷却水配管（下部卡套端进入）铸坯喷淋水（喷嘴喷出）。这样的路径可以减少进水和出水口数量，检修的时候更加方便快捷，降低劳动成本。这样的安装连接方式也有一定的缺点，如果冷却水中杂质固体颗粒过多，设备长时间的运转有可能导致管道中杂质的积累从而堵塞管道，所以在使用时需要严格控制冷却水的纯度。2.3技术特点 连铸机的扇形段利用线外整体对弧方式。在检修和更换可以快速的安装和替换。提高了设备安装的准确性，降低了检修时间，减少了劳动成本，直接的提高了生产效率。l扇形二段内侧安装了两对导向轮。安装时导向轮通过与扇形二段支撑面的导轨对接将二段的两对挂钩运送到挂点，和二段支撑上的定位轴配合固定设备。安装便捷，并且可以起到连铸机线上对中的作用。l扇形一、二段顶部挂点安装了两对调节装置，可以保证一、二段的安装达到要求的精度。l连铸机的扇形段部安装了水槽，可以对设备进行很好的水冷，保证了设备在长时间运转过程中不会变形损坏，延长了使用时间。框架上安装了可调节的四面导向辊，设置了油气润滑的滚动轴承，保证了铸坯导向辊在任何条件下都