水平炉结晶器

1、2009 年度科技计划项目节能型水平连铸炉结晶器的研发可行性研究报告芜湖众源金属带箔有限公司二O一年目录一、项目概述 3二、立项的背景和意义 3三、研究内容 5四、预期目标 9五、年度分阶段计划安排 9六、研究人员 10七、经费概算 11八、项目的风险分析 1211、项目概述节能型水平连铸炉结晶器的研发 项目是结合国际国内先进水平 连铸的技术上进行开发的。 本产品是一种新型的节能型水平连铸炉结晶 器。该产品的出现，适应了当今有色精炼产业节能降耗、提高效率、提 高质量的要求。本公司从设计到制造重新设计了模具，解决冷却不合理 的问题，提高日均产量，降低生产电耗，同时对水连铸炉结晶器进行改 造增大装

2、坯容量，同时对工艺进行优化，删除滚剪机裁剪铜坯工段，节 约时间，节约电能，增加产能，创造很好的经济效益。二、立项的背景和意义2.1 立项的背景 水平连铸炉结晶器由钢板框架组成、冷却器、石墨模、耐火材料等 组成。普通的结晶器冷却方式和模具设计不合理，模具使用寿命短，维 修过程长，占用了无效的时间，降低了时效产量。水平连铸是国际上 70 年代后期发展起来的新技术 , 它与常规的立 式和弧形连铸相比有许多优点 . 水平连铸机的设备比弧形连铸机轻高度 低，适合于小冶炼厂的技术改造。由于水平连铸的结晶器成水平布置 , 钢水在结晶器内的静压力低避 免了铸坯鼓肚 , 水平连铸的中间罐和结晶器之间是密封连接的

3、有效地防 止了 钢流二次 氧化 ; 铸 坯清洁度高其夹 杂含量一 般仅为 弧形坯 的 1/8-1/16, 故铸坯质量好 , 利于浇含易氧化元素的合金钢等钢种和小断 面优质钢坯铸坯 ; 水平连铸不需矫直 , 所以可浇注弧形连铸机不能浇注 的裂纹敏感的特殊钢 种。水平连铸机几乎可以连铸所有的各种金属合金。 目前发展水平连铸 机的三大关键技术 :即分离环、结晶器和拉坯机构已得到解决 , 影响水平 连铸坯质量的拉程冷隔缺陷和夹杂物聚集在上表面附近的问题 , 中心疏 松、中心偏析等这些缺陷与立式、弧形连铸机相比并不严重。现有的技 术措施（中间包加热控制钢水温度、结晶器及二冷段电磁搅拌、结晶器 及二冷段的

4、控制冷却技术等）已能减轻这些缺陷对水平铸坯的危害。为 此水平连铸机很早就受到了国内有关方面的重视。 国内已有许多连铸机 生产圆管坯、方坯、矩形坯等。水平连铸机继立式立弯式和弧形连铸机 之后即将成为第四代连铸机而广泛发展起来， 因此有资料称它是连铸机 的未来。铜及铜合金线材作为重要的基础材料和功能材料广泛应用于电子 电讯、仪器仪表、日用电器、五金、机器制造、汽车、计算机和信息网 络工程、电力、灯饰、装饰等国民经济的各个领域。铜合金型线材的 主要品种有：拉链用黄铜扁线、条帽铅黄铜线、圆珠笔芯线、眼镜 丝、接插件用黄铜线与青铜线、气体保护焊丝、铜磷焊丝、青铜焊 丝等，广泛应用于 IT 产业、汽车、文

5、教、机械、电子电气、服辅、 五金、装饰、航空、交通等诸多领域。铜合金线材的市场需求量一直保持平稳、 快速的增长，据统计，1998 年至 2002 年的五年间增幅达达到 15%以上，预计未来五至十年， 增长速 度大致保持在10-12%之间。线切割用黄铜线的直径为 1.2左右。我国 电火花机床产量达到4000余台，线切割机床目前保有量大约在 68万 台，线切割电极用铜合金线的年消耗量在 1.52.5亿米左右，年需求 H65黄铜线材10000吨，今后仍将以1012%勺发展速度增长。随着我国有色精炼行业的发展，对水平连铸炉结晶器的需求量上 升，而我们在高端节能型水平连铸炉结晶器的研制上仍有欠缺与空白。

6、远远不能完全满足国内有色精炼行业对节能减排的需求。因此，“十一 五”期间铜材加工行业的重点工作就是展开研发，增强自主研发能力， 不断提升产品档次，减少能耗，降低排放，为提高重大装备国产化率做 出贡献。芜湖众源金属带箔有限公司根据市场需求，结合国家产业政策，组 织人员研制开发水平连铸炉结晶器， 以满足高有色精炼行业对节能减排 的需求。2.2 立项的意义A、项目的研发符合我国有色精炼行业发展要求有色精炼工艺，在我国属于能源消耗高、浪费大的行业，其主原因 在于粗放型的增长方式。要大幅度提高能源利用效率，必须从根本上改 变单纯依靠外延发展， 忽视挖潜改造的粗放型发展模式， 走科技含量高、 经济效益好、

7、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的 新型工业化道路，努力实现经济持续发展、社会全面进步、资源永续利 用、环境不断改善和生态良性循环的协调统一。B、项目的研发是企业发展的需要，同时符合国家科技研发方向随着我国有色精炼行业的迅猛发展， 对水平连铸设备的的质量和效 率以及节能效果更加严格和迫切，为此，企业必须具备很强的产品开发 能力、快速应变能力、综合配套能力和丰富的项目管理经验。公司以现 代装备工业理论为指导， 充分利用现有资源， 采用新型节能型结晶器和、 改进冷却工艺，年节约用煤约 1273.8 吨。C、 项目符合国家重点支持的高新技术领域（六）新能源及节能技 术 4 高效节能技

8、术本项目通过对水连铸炉结晶器进行改造，同时增大装坯容量，同时 对工艺进行优化，删除滚剪机裁剪铜坯工段，节约时间，节约电能，增加产能三、研究内容3.1 技术难点水平连铸使用的有芯工频感应熔化炉具有加热速度快、热效率高、 金属烧损少、熔化质量容易控制、操作方便、劳动条件好投资少、操作 方便，特别是在熔炼和连续浇铸成型时金属液面与空气接触少，氧化几 率小，便于控制铸坯的氧含量等优点，是众多有色金属企业熔铜设备的 首选炉型之一。广泛用于水平连铸熔化紫铜。水平连铸炉体采用有芯工 频感应加热炉和保温炉构成，熔化炉连续长期作业，每次筑炉费用大， 烘炉周期长， 因此如何保证捣打炉衬的强度， 确保耐火材料的烧结

9、组织， 并实现一次性启炉成功，有效提高炉龄，是增加企业经济效益有重要作 用。3.2 研究重点与开发内容(1) 结晶器的结构与正确设计。结晶器是连铸的核心部件，水平连 铸中结晶器铜套进口处受金属液静压大， 及拉坯特殊型式引起液流呈漩 涡运动，因而使凝固传热密度高度集中于结晶器前端，它又是多种特殊 材质在高温下工作的组合体，热胀设计比较复杂。本公司设计的新结晶器在上冲体的下端有螺孔， 通过双头连接螺栓 与上冲头螺纹连接；在模套的锥孔中装有凹模，凹模的圆周上带有螺旋 槽，槽中放置电加热元件，加热元件通过模套的通孔与外电路连接；在 料垫的底部有螺孔，与装在尾座上的打料杆连接；上冲体顶端则与上托 板键连

10、接。该模具可调性好，实现了冲头与凹模的互换，同时还改善了 毛坯铜管的终锻环境，提高了生产效率和成品率。(2) 结晶器铜套金属液入口初生态坯壳形成处受到中间包内静压力 的作用，而且由于拉坯的振荡动作引起此处形成剧烈的漩涡运动，因而 热传导主要集中在铜套前端，在距分离环 200mm长度内，热传导量占了 结晶器总传热量7080%。因此，水平连铸结晶器采用多段多级式比较 合适，即前段采用铍铜套，后段采用石墨套；前段倒锥度较大，后段倒 锥度较小。由于石墨有自润滑性能，铍铜套一般均小于200mm所以拉坯阻力较小。前段铍铜套的热流密度平均为1.51.6MW/m2在分离环附近可达3.74.4MW /m2而石墨

11、套只有0.7MW/m2水平连铸结晶器平均凝固系数较弧形铸机要大， 水平连铸结晶器后 段石墨套较长，铸坯出结晶器后 坯壳较厚 ( 大约 12 15mm) 铸坯表面 温度1300C左右，所以铸坯出结晶器后不需要再继续喷水。 这样不但铸 坯冷却均匀、质量高，而且简化了连铸二次冷却喷淋系统及其相应的水 处理装置(3) 中间包与结晶器密封联接分离环，此联接部位既要“密 封”，实现“密封浇铸”，又要作为凝固的起点“人工液面”。如只采 用一般的耐火材料进行密封， 容易被金属液侵蚀形成“倒喇叭口”而无 法拉出铸坯。此部分材质既要经受得起高温冲击，还要容易加工，才能 使它与结晶器铜套严密配合。(4) 拉坯方式及

12、其驱动。由于中间包与结晶器联成一体，一般采用铸坯振荡方式，即铸坯作拉一 停一推一停或拉一推一拉一推的动作， 使铸坯向前运动。一般每分钟100 200 次，反推量的精度要控制到0.1mm拉坯方式及其驱动，直接影响铸坯质量与连铸工艺正常进行。3.3 技术路线1、更换结晶器前液位控制在 2830 公分，抬炉前炉膛实际温度不能低于1170C（液位检测以浮标为辅，钢钎测炉底砂为准）；2、停牵后停二次冷却水固定压板螺栓，拆二次冷却水管，锯断铸 坯，抬炉前不允许关一次冷却水，抬到位松下压板固定螺栓方可关一次 冷却阀拆冷却水管；3、调整炉膛液位高低时，需专人负责支撑杆调节，调节过程不允 许支撑杆偏离眼位，以防

13、液压失灵滑落；4、接结晶器水管操作工必须保证一、二次进水管不能混接，通水 前需用环氧树脂板防护，以防水漏入石墨腔内；5、引锭头安装上、下固定螺栓必须保证均匀紧固，而且保证两端 间隙相等，检查无误后烘烤半小时才可放炉（引锭头深入石墨模不能超10 公分）；6、拉铸前铸造工必须准备撬棍，以防引锭头脱落，用撬棍支撑铸 坯拉出铜套外再用专用卡具连接引锭头与铸坯， 防止引锭头与铸坯脱离 起保护作用。3.4 组织方式 本公司从设计到制造重新设计了模具，冷却不合理的问题，提高日 均产量，降低生产电耗， 同时对水连铸炉结晶器进行改造增大装坯容量， 同时对工艺进行优化， 删除滚剪机裁剪铜坯工段， 节约时间， 节约

14、电能， 增加产能，设计每一个阶段进行设计评审，并对图样设计进行标准化审 查，实现产品开发，市场反应速度快，制造快捷的优势。新产品的投放 市场及对用户的回访，验证了我们产品的图样，技术文件基本上达到正 确、完整、统一。项目通过自主研发的自有技术， 实行项目目标管理为核心的管理模 式，本公司技术中心围绕总体技术要求，进一步完善了工艺方案，进一 步提高了产品质量。同时，加强企业质量管理，对外购、外协加工件， 我们实施抽检的进货检验，关键零件外协单位提供清晰准确的检验数 据。对企业生产的零件，按工艺文件制造，质量检查人员对关键工序、 特殊工序进行跟踪检测，严格执行工艺文件，保证了产品的质量。四、预期目

15、标研制开发的水平连铸炉结晶器和其它同类型紫铜带相比， 具有以下 特点；1、水平连铸炉结晶器改造前 6 条生产线月产量只能生产 1170 吨， 结晶器技改按照模具从200MM曽加到270MM冷却水方式从二次冷却到 一次性冷却，坯厚从 90到 120 方式。改进后 4 条生产线就能达到 6 条 生产线 1170 吨的要求，按照众源公司现有设备生产量，改进后产量提 高，可以停用 2 条生产线就能满足后道生产，停 2 条线每月按时耗电计 算，可以节电 21.9 万度。在水平连铸结晶器改造的同时， 配套的罩式炉退火对料架也相应的 进行了改造，装坯容量从每炉只装 4 卷带坯到能装 5 卷带坯，每炉耗电 2

16、00KV，按照现有公司生产量，每天能节约 1台罩式炉的使用，每月能 节约用电 5.5 万度。在水平连铸炉没有改造前， 带坯使用滚剪机裁剪铜坯， 炉堂改造后， 滚剪机不需要剪铜坯，滚剪机每天耗电 1600度，每月能节约用电 4.8 万度。全年节约用电(21.9+5.5+4.8 ) *12=386万度，按1度电=0.33KG煤核算，年节约用煤约1273.8吨。五、年度分阶段计划安排本项目的完成期限为2年，项目从2009年1月开始。项目具体主要节点安排如下：开始结束设计2009年1月2009年5月材料选择2009年6月2009年10月工艺研究2009年11月2010年5月试制2010年6月2010年9月检测、鉴定2010年10月2010年12月六、研究人员项目由公司技术中心承担， 项目成立10人的研发小组。研发研制人员名单如下：序号姓名工作分工1圭寸全虎规划、决策2吴平技术顾问3陶俊兵组织、协调4王京木研究开发5郭志超研究开发6周维兵研究开发7李万虎研究开发8洪定朋研究开发9张德兵研究开发10胡加强:研究开发项目试验试制阶段需生产作业人员配合实施。七、经费概算项目研制开发需投资600万元，其中:项目资金概算表单位：万元设备费材料费设计费燃料动力费550差旅费会议费国际合作与交流费出版、文献、信息传播、知识产权事务费劳务费20专家咨询费管理费（折旧）20其他10支出合计600八、