【《年产100万吨的连铸工艺设计》6900字（论文）】

年产100万吨的连铸工艺设计目录TOC\o"1-3"\h\u19809第一章引言 第一章引言1.1小方坯连铸机的工艺及其设备特点连铸是中国大炼钢铁上的革命，目前铸钢比已然成为评价国家钢铁工业发展水平的重要性标志。根据统计，截止一九八六年，全世界的连铸比已达到百分之五十，西方的工业国已达到70%，日本每年以4~6%的比率增长，发展的速度相当之快。中国连铸机在50年代中开始发展，60年代进入了工业应用的阶段，七十年代慢慢成熟，80年代，连铸机算是正式走上了发展的路。90年代末中国连铸比到达了12.93%。重点的企业12.98%，地方钢铁企业是16.26%。小方坯连铸机，有这些型号：国产机型（2）德马克型（3）意大利型德马克型与意大利型比较见表1-1。表1-1（机型比较）项目内容德马克型意大利型1234引锭装置结晶页面控制铸坯剪切方式冷床形式链式引锭杆同位素Co60机械剪，剪切断面不平整设备重占地面大钢式引锭杆红外线对角液压剪多流共用冷床86年从Continua引进BSC-60-150号铸机，详见表1-2。它通过甲方供给一整套的设备，是由甲方提供图纸，然后我们制造。表1-2（主要参数和设备）项目参数铸机半径（m）流数流距（mm）铸坯断面（mm3）拉速（m/min）定尺长度（m）剪切方式钢种范围设备重量（t）装机容量（kw）R=64机4流100090×90，150×1503~3.5，1.4~1.61.5；2.3300t液压剪普碳钢低合金钢及部分碳结合钢~240~623第二章厂址选择及可行性分析2.1我国钢铁的产能和行业分析钢铁这个大产业是中国国民经济的主要的基础产业，投资带动的效应大、允许的就业能力很强，为中国经济的发展作出了特别大的贡献。随着中国宏观经济的压力越来越大，所以钢铁行业的问题也浮出水面，造成亏损额不断扩大。中华人民共和国是钢铁的生产也是消费的大国，粗钢产量多年处在世界第一。钢铁行业进行重组是个不可阻挡的趋势，中国的钢铁有关行业集中度还比较低，提高产业的集中度，可以完成产品升级让区域产能的分布更加合理。让产业集中然后重组，可以增加竞争力，可以实现钢铁资源效率的最大化。所以，未来的新型钢铁集团要有一个强大的重组的能力。2.2厂址的选择及可行性分析包钢（集团）公司（以下简称“包钢”）成立在1954年，是周总理为它投产和剪彩的唯一一个钢铁企业。包钢的白云鄂博矿是在中国的大西北地区第一的矿，稀土储量地球老大、铌的储量是地球老二。白云鄂博矿使包钢有独有的“稀土钢”特色，产品在延展性等等等金属特点方面独具了优势，可以在（汽车、家电、结构）用钢等冲压性能的特殊作用，都能够实现提高了耐磨还有耐腐蚀等特殊的性能需求，还有“中国北方稀土集团”，旗下的企业有好多家，集成科研的等等为一体的“大哥”企业。产量是世界第一。并且功能性材料以及应用产品的收入比重已经超过了30%。所以在包钢这里建造一个厂区是非常完美的，在交通方面，包钢的各种产品在国内销售，甚至远销海外，所以说交通肯定是没问题的，电力也是，包钢这么大一个场子都撑得起来，也不差我这一个。原材料那就更没问题了，在全国都叫的上号的一个大场子就在我旁边，也不用愁什么。包钢在以前栽下的一棵树，现在已经长成了参天大树，正好我也能乘凉。第三章连铸生产车间的产品大纲3.1产品大纲的制定厚度：150mm、160mm、180mm、200mm表3.1序号铸坯厚度mm铸坯宽度mm产量比例（%）产量（t）11501505050万21601603030万31801801010万42002001010万3.2金属平衡图及生产流程图3.2.1生产流程根据经验参数合格铸坯率取97%，年产合格铸坯一百万吨转炉钢水=合格铸坯÷合格铸坯率=1000000÷97%=1030928（t）连铸机年作业率，%，一般小方坯的作业率是百分之六十~八十，(取70%)连铸机年工作天数：365×70%=255.5≈256连铸机正常出钢量1030928÷256÷24=167.79因为有出钢量浮动，所以应该有10%的炉量和一些炉渣量，所以167.79+167.79×10%=187.57（t）所以选用200t的钢包3.2.2金属平衡根据经验参数，铸坯合格率为97%所以转炉钢水=1000000\97%=1030928(t)铁合金折合添加率=5050÷1575050=0.003铁合金折合=1030928×0.003=3093（t）所以钢包钢水=1030928+3093=1034021（t）大包铸余损失率=7875÷1575050=0.005大包铸余为1034021×0.005=5170（t）事故损失率=14233÷1575050=0.009事故损失为1034021×0.009=9306中间包钢水是1034021-5170-9306=1019545（t）中间包铸余以及漏钢率是10730÷1552942=0.007中间包铸余以及漏钢量是1019545×0.007=7137（t）氧化铁皮以及切缝率=9506÷1552942=0.006氧化铁皮切缝是1019545×0.006=6117（t）切头尾率是3058÷1552942=0.002切头尾量为1019545×0.002=2039（t）连铸原坯为1019545-7137-6117-2039=1004252（t）2200t钢包精炼装置精炼装置钢水罐称重刚水罐回转台钢水罐称重刚水罐回转台长水口及氩封长水口及氩封中间罐定径水口快换装置中间罐定径水口快换装置中间罐称重塞棒控制系统中间罐称重塞棒控制系统结晶器结晶器电磁搅拌电动非正弦振动结晶器结晶器电磁搅拌电动非正弦振动结晶器液位控制结晶器液位控制汽-水冷却动态控制预留凝固电搅铸流导向及全水二冷段汽-水冷却动态控制预留凝固电搅铸流导向及全水二冷段拉矫机拉矫机引锭杆存放装置引锭杆存放装置切割前辊道切割前辊道火焰切割机火焰切割机摄像定尺装置切割后辊道摄像定尺装置切割后辊道输送辊道输送辊道出坯轨道出坯轨道固定冷床ll步进冷床ll固定冷床ll步进冷床ll步进冷床l移钢机 起重机热送辊道ll热送热送辊道ll热送辊道l冷送辊道冷送辊道轧钢厂原料跨轧钢厂原料跨金属平衡图转炉钢水1030928转炉钢水1030928铁合金折合3铁合金折合3093（钢包炉）钢包钢水1034021中间包钢水中间包钢水1019545事故损失9事故损失9306大包铸余5170连铸原坯连铸原坯1004252切头尾2039氧化铁皮切缝切头尾2039氧化铁皮切缝6117中间包铸余及漏钢7137清理及废品损失清理及废品损失合格铸坯合格铸坯1000000第四章设计基本工艺技术及计算4.1最大的拉坯速度还有工作拉速以及液芯长度的计算4.1.1最大拉坯速度Vmax=0.6×VC=1.2×1.73=2.07（m/min）（4-1）4.1.2拉坯速度VC=QUOTE=65×{(150×2+150×2)÷150×150}=1.73(m/min)（4-2）ε-断面形状速度系数，m*mm/min;ε的取值为：小方坯，ε=65~85m*mm/min;大方坯，ε=55~75m*mm/min;圆坯，ε=45~85m*mm/min.L-断面周长，mmA-铸坯断面面积，mm24.1.3液相穴深度液相深度：L液QUOTEVc={QUOTE1502÷(4×272)}×1.73=13.34m（4-3）1）L液QUOTEVC（4-4）2）L冶QUOTEVmax={1502÷(4×272)}×2.07=15.97(m)（4-5）3）L机=（1.1-1.2）L冶=1.2×15.97=19.16(m)（4-6）4.2连铸机弧形半径的计算R≥cD=150×40=6000mm=6m（4-7）所以取R=6（m）c-系数，小方坯连铸机取30～40，4.3熔铸及浇铸温度的计算45钢的化学成分见表4-1液相线温度为：T1=1536-（78×0.46+6.2×0.28+1.7×0.6+28×0.045+40×0.045+2.6×0.25+2.9×0.3+1.8×0.25+5.1）=1492℃（4-8）4.3.1浇铸温度连续浇铸温度:中间包内的钢水温度。即：t= T1+△t=1492+10=1502℃（4-9）t——浇铸温度T1——液相线温度△t——钢水过热温度表4-1（45钢的化学成分）45钢的化学成分数量炭C0.42~0.5%硅Si0.17~0.37%锰Mn0.50~0.80%铜Cu≤0.25%镍Ni≤0.3%铬Gr≤0.25%硫S≤0.045%磷P≤0.045%第五章钢包的选取及温度的相关计算5.1钢包容量大小选取钢包也叫大包。一般小方坯年作业率60%~80%，(选70%)连铸机年工作天数：365×70%=255.5=256连铸机正常出钢量1030928÷256÷24=167.79要有10%炉量和一些炉渣量，167.79+167.79×10%=187.57（t）（5-1）所以选用200t的钢包5.2温降通常是指从出钢到进入中间包注入结晶器开始的总温度。从出钢开始到中间包加工，钢水一般经历五个不同温度损失的过程。温降可用△T表示，所以有△T=T+T1+T2+T3+Ts（5-2）=30+10+5×1+40=85℃△T:在出钢到进入中间包的过程中，钢水损失热量。T:出钢过程中损失的热量。(本设计的取值为30℃)T1:出完钢水后在运输途中以及称量的过程中所损失的热量。(本设计取值为10℃)5.3钢包温度的计算中间罐钢水过热度通常是20～30℃（此次选22℃）钢包温度=出钢开始直至进入中间包+过热度+浇铸温度=1502+85+22（5-3）=1609℃第六章中间包的选取以及基本参数的相关计算6.1中间包容量大小的选取中间包也可以叫中包或者中间罐。中间包是用来钢液浇注的过度设备。中间包的作用有很大，比如炉外精炼，所以是不可缺少的一个重要设备。6.2中间包容量以及主要尺寸的确定通常中间包的容量为钢包的容量的20%～40%（本次取30%）计算公式：G中=G×30%=200×30%=60t6.3中间包高度的相关计算包内钢水深度（此次大约取1000mm），所以取值有1000mm和200mm和20mm还有150mm。H=1000+200+20+150（6-2）=1370mm6.4中间包长度的计算有中间包长度L的计算公式：L=（n-1）l2+（l1+l3）×2（6-3）=9×800+（400+200）×2=8400mm其中l1—一般为400～600mm；l2—一般是600～800mm；n—流数l3—耐火材料层厚度，mm6.5中间包角度的确定角度的确定有以下几种原则包内耐火材料的稳定性剩余残钢脱除所需的斜度包的侧壁斜度一般为α=9°～13°，本次取12°。6.6中间包宽度V=mρ=607.6=7.9（m3）（6-4）其中V—中间包体积，m3ρ—铸坯密度，取7.6m3/tm—中间包容量，tC=VL×H=7.96.7水口直径d=0.073×a×bvCH（6-5）=0.073×0.15×0.15×2.070.95×1=3.5mm第七章结晶器基本参数的相关计算7.1结晶器定义及作用结晶器的定义：连铸设备里特别重要的组成。结晶器的作用：使钢水在它的里面强制性冷却并且进行了初步的凝固，形成了坯壳，其是在坯壳和它不间断的相对的运动下来进行的。7.2结晶器的类型按外形分为直的和弧形。按结构分为管式和多级还有组合式。7.3结晶器长度及厚度相关参数计算7.3.1结晶器长度δ—一般应为10~25mm;Km=37.5/D0.11=37.5/1500.11=22(mm/min1/2)（7-1）Lm=Vc(δ/Km)2=1.73×(20/22)2=1.43m（7-2）Lm—结晶器有效长度，m;VC—拉坯速度，m/min.结晶器长度:L=Lm+(80~120)=1430+80=1510mm（7-3）7.3.2结晶器厚度考虑铸坯的压缩和伸展，有如下公式D下=（1+2.5%）D0+C=1.025×150+1=154.75mm（7-4）B下=（1+1.9%）B0-1.5=1.019×150-1=151.35mm（7-5）7.4结晶器上下口尺寸的确定结晶器上口：Sa上=a×1.025+c1=150×1.025+1=154.75mm（7-6）Sb上=b×1.019+c2=150×1.019+1=153.85mm（7-7）结晶器下口：Sa下=a×1.025-c1=150×1.025-1=152.75mm（7-9）Sb下=b×1.019-c2=150×1.019-1=151.85mm（7-10）7.5结晶器的锥度即：ε1=S上−7.6结晶器水量的确定结晶器的冷却水量每毫米长度耗水为2.0~3.0L/min结晶器周长：150×4=600mm结晶器冷却水量Q=600×3=1800（L/min）=108(m2/h)（7-12）7.7结晶器水缝总面积F=(10000Q)÷(36V)=(10000×108)÷(36×7)=4286(mm2)(7-13)7.8结晶器冷却水量F=0.036AVw=0.0036×4286×7=108（m3/h）(7-14)F——结晶器冷却水流量，m3/h；A——结晶器水缝总面积，mm2Vw——水缝内冷却水流速7.9结晶器的振幅和频率此次的振幅取4.5mmf=60/T（此次设计取240次/min）T=60/f=60÷240=0.25（s）7.10结晶器下振最大速度Vm=K1fA1−α=2fA=2×240×0.0045=2.16（m/min）7.11结晶器的平均的振动速度vm=2vmπ=2×2.163.14=1.38（m/min)（7-16）7.12负滑脱的时间还有负滑脱率负滑脱的时间，tN表示。tN=60(1−α)πfarccos[1000(1−α)vc2πfA]=603.14×240×arccos[1000×1.73=0.08×1.31=0.1（s）1.当拉速是0.6m/min时的负滑脱时间tN=60(1−α)πfarccos[1000(1−α)vc=603.14×240×arccos[1000×0.6=0.08×1.48=0.12（s）2.当拉速是1.2m/min时的负滑脱时间tN=60(1−α)πfarccos[1000(1−α)=603.14×240×arccos[1000×1.2=0.08×1.39=0.11（s）3.当拉速为1.8m/min时的负滑脱时间tN=60(1−α)πfarccos[1000(1−α)=603.14×240×arccos[1000×1.8=0.08×1.29=0.1（s）4.当拉速为2.07m/min时的负滑脱时间tN=60(1−α)πfarccos[1000(1−α)=603.14×240×arccos[1000×2.07=0.08×1.26=0.1（s）结晶器下振的速度大于拉坯的速度时，NS=vm=2.16−1.731.73=25%负滑脱的时间和半周期T/2的比名字叫时间负滑脱率。NSR来表示。NSR=tNT/2=7.13正滑脱的时间正滑脱的时间，tp表示。tP=60f{1-1−απarccos[1000(1−α)v=60240×{1-13.14=0.25×（0.68×1.31）=0.22（s）1.当拉速为0.6m/min时的正滑脱时间tP=60f{1-1−απarccos[1000(1−α)=60240×{1-13.14arccos[=0.25×（0.68×1.48）=0.25（s）2.当拉速为1.2m/min时的正滑脱时间tP=60f{1-1−απarccos[=60240×{1-13.14=0.25×（0.68×1.39）=0.24（s）3.当拉速为1.8m/min时的正滑脱时间tP=60f{1-1−απarccos[=60240×{1-13.14=0.25×（0.68×1.3）=0.22（s）4.当拉速为2.07m/min时的正滑脱时间tP=60f{1-1−απarccos[=60240×{1-13.14=0.25×（0.68×1.26）=0.21（s）7.14结晶器的上振最大速度V'm=K2fA1−α=2fA=2×240×0.0045=2.16（m/min）其中K2是常数，和振动波型曲线有关。正弦振动的时候K2等于2，Vm为2fA。7.15折痕的间距P=v=1.73=0.0072（m）1.当拉速为0.6m/min时的折痕间距P=vcf=2.当拉速为1.2m/min时的折痕间距P=vcf=3.当拉速为1.8m/min时的折痕间距P=vcf=4.当拉速为2.07m/min时的折痕间距P=vcf=7.16结晶器的壁厚与材质（表7-1）设计结晶器铜管主要参数材料参数壁厚度10材质铜和金锥度-0.4冷却水流速7长度780第八章二冷区基本参数的相关计算8.1二冷区各区弧长的计算足辊区：6°一区：14°二区：20°三区：22°空冷区：16°矫直段：12°二冷区各区弧长计算公式总弧长：L=12π÷4=9.42(8-1)2π(二冷区各段的弧度÷360°)R=二冷区各区的弧长足辊区：D1=2π×(6÷360)×6=0.63m一区：D2=2π×(14÷360)×6=1.47m二区：D3=2π×(20÷360)×6=2.09m三区：D4=2π×(22÷360)×6=2.3m空冷区：D5=2π×(16÷360)×6=1.67m矫直段：D6=2π×(12÷360)×6=1.26m8.2二冷区各区的高度H0=1.43mH1=H0+D1=1.43+0.63=2.06mH2=H1+D2=2.06+1.47=3.53mH3=H2+D3=3.53+2.09=5.62mH4=H3+D4=5.62+2.3=7.92mH5=H4+D5=7.92+1.67=9.59mH6=H5+D6=9.59+1.26=10.85m8.3二冷区各区总水量计算总的水量=铸坯的横截面积×钢液的密度×拉速×比水量(8-2)=0.15×0.15×7800×1.73×0.8=242.89(L/min)Q1:Q2:Q3:Q4:=QUOTE:QUOTE:QUOTE:QUOTE(8-3)12.06:13.53:15.62242.89÷(0.69+0.53+0.42+0.36)=121.445Q1=121.445×0.69=83.79(L/min)Q2=64.37(L/min)Q3=51(L/min)Q4=43.72(L/min)然后分到各个区中。（1）当拉速是0.6m/min，各区水量总水量=0.15×0.15×7800×0.6×0.8=84(L/min)每份水量是84÷2=42（L/min）Q1=42×0.69=28.98(L/min)Q2=22.26(L/min)Q3=17.64(L/min)Q4=15.12(L/min)（2）当拉速是1.2m/min，各区水量总水量=0.15×0.15×7800×1.2×0.8=168.48(L/min)每份水量168.48÷2=84.24(L/min)Q1=84.24×0.69=58.13(L/min)Q2=44.65(L/min)Q3=35.38(L/min)Q4=30.33(L/min)（3）当拉速是1.8m/min，各区水量总水量=0.15×0.15×7800×1.8×0.8=252.72(L/min)每份水量252.72÷2=126.36(L/min)Q1=126.36×0.69=87.19(L/min)Q2=66.97(L/min)Q3=53.07(L/min)Q4=45.49(L/min)（4）当拉速为2.07m/min，各区水量总水量=0.15×0.15×7800×2.07×0.8=290.63(L/min)每份水量290.63÷2=145.32(L/min)Q1=145.32×0.69=100.27(L/min)Q2=66.97(L/min)Q3=53.07(L/min)Q4=45.49(L/min)8.4水流密度计算正常拉速下的总水量及分区水量正常拉速下的分区水量密度足辊区：242.89×83.79242.89÷{0.63×(0.15×4)}=221.67(L/m2一区：242.89×64.37242.89÷(1.47×0.6)=72.98(L/m2二区：242.89×51242.89÷(2.09×0.6)=40.67(L/m2三区：242.89×43.72242.89÷(2.3×0.6)=31.68(L/m28.5喷嘴的选择和设置（表8-1）喷嘴的选择和配置喷嘴类型水喷雾冷却喷嘴形状圆锥形喷嘴材质不锈钢8.6二冷区的导辊直径及辊间距8.6.1辊径的确定D辊=140(0.001R)0.2=140(0.001×6000)0.2=200mm（8-4）D辊是导辊直径，mmR是圆弧半径，mmD2=200+40=240（mm）D3=240+30=270（mm）D4=270+30=300（mm）D5=300+30=330（mm）8.6.2确定辊间距Sd=D辊+120=200+120=320mm（8-5）8.7矫直辊径选取d=am=1501.01=158.85（mm）第九章车间布置的相关计算以及防护措施9.1计算连铸机的流数N=GtFvρ（9-1）=200=9.6流所以取10流其中F—0.0225m2v—断面的工作拉速，m/min；ρ—铸坯密度，取7.6～7.8t/m9.2理论小时产量Q=60NBDVCρ（9-2）=60×10×0.15×0.15×1.73×7.6=177.498t/h9.3年产量P=177.5×24×292（9-3）=1243920吨9.4连铸机台数的确定YQ年=10000001243920=0.8所以取1台其中Y是连铸机年产量，因为本次设计是100万吨，所以取100万。9.5钢包允许最大浇筑时间tmax=logG−0.20.3f（9-5）=log200−0.20.3×10=70（min）F，这里取109.6连铸机的高度H=R+H1+H2+H3+H4(9-6)=6+0.8+0.39+0.2+1.4=8.79（m）H1，通常取0.5～1.0m；H2，取0.39m；H3，取0.1～0.2m；H4，通常在1～1.5m。9.7车间主要污染物及其控制