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1、课程设计-小方坯连铸机的设计一引 言连铸技术是现代炼钢生产中最具有革命性的技术之一，其特点是节约能源、提高成材率和便于机械化、自动化操作，在过去的三十年中连铸技术得到了快速的发展与推广，特别是在两次世界石油危机的推动下，连铸生产规模空前扩大，涌现了许多实现全连铸的钢铁联合企业，连铸比的高低已经成为一个国家钢铁工业发展水平的标志。随着现代工业对特殊钢、高质量钢的需求不断扩大，以及连续铸钢技术的迅速发展，对连铸工艺过程也有了更高的要求。连续铸钢工艺从原料到成品的过程中起着关键性作用。连铸工艺的优与劣直接影响钢产品的质量、性能和企业的经济效益。且随着炼钢和轧钢技术的进展，钢铁工业结构的变化和对产品的
2、规格、质量的新要求，这使得采用常规和铸锭 开坯工艺难以满足一些大型钢铁企业的生产和发展，为此，研究连铸的新工艺和新技术是必要的。本文在阅读大量文献基础上，着重介绍了小方坯连续铸钢的发展概况、连铸机的选型，以及连铸机的工艺参数确定、设备的选型和相关参数进行了设计，并对连铸车间进行布置，使其保证连铸稳定、持续的进行。最后本文还介绍了一些方坯连铸的新技术。第一章 绪 论1.1我国方坯连铸发展的状况我国是在炼钢生产中研究、应用连铸技术较早的国家之一。20世纪50年代中期，当连铸技术在前苏联、英国、意大利、加拿大等国进入工业性试验阶段时，我国即着手进行试验研究工作。1956年我国在当时的重工业部钢铁综合
3、研究所建成了直径80的圆坯半连铸试验装置。1957年在上海钢铁公司中心试验室建成一台高架立式方坯连铸机；1958年在唐山钢铁厂建成了第一台工业生产的立式连铸机，同年在重庆第三钢铁厂建成投产一台两机两流，配合30转炉，浇铸175250矩形坯的立式连铸机。1960年在唐山钢铁厂建成一机一流，配合5转炉浇铸150150小方坯的立式连铸机。我国发展的连铸机型大多为立式连铸机，生产效率低。因此，我国连铸生产的发展极其缓慢，到1978年我国的钢产量为3178万，其中平炉钢1127万，占总产钢量的35.46%，连铸比仅为3.5%。为了改变我国连铸生产发展的落后状况，1974年，我国从原西德施罗德西马克和德马
4、克公司引进了3套弧形板坯连铸机。1980年，我国又与原西德曼内斯曼德马克公司签订了引进小方坯连铸设备及技术转让与合作制造合同，在国内增建一批旨在浇铸9090，120120及150150供成品轧机一火成材使用的小方坯连铸机。上述即是我国设备发展情况。随着钢铁工业的发展，我国小方坯连铸生产技术也得到了迅速的发展。我国钢产量呈直线增加；连铸机总台数已由1979年的24台增加到1995年的247台，截止1995年底，我国已经建成投产小方坯连铸机近200台，能力约为3000万/年，1995年实际小方坯产量达2500万以上。现代化转炉(电炉)二次冶金(精炼)连铸三位一体技术的发展推动了我国工业迅速、稳定的
5、增长。对钢铁工业的节能降耗、提高成材率做出重大贡献。1.1.1我国连铸生技术的基本现状1、我国连铸比已超过世界平均水平，接近工业发达国家水平，连铸比可以说接近饱和状态。2、我国小方坯连铸机高效化改造取得很大成绩小方坯连铸机单流产量已达到国际先进水平，但我国连铸机平均作业率与世界连铸机平均水平还存在较大差距，提高连铸机作业率以增加连铸机产量还有较大发展潜力。3、经过近10多年来的努力，我国连铸在高效化改造!新技术的应用等方面取得了很大成就，就大中型企业连铸机装备水平来看已与国外钢厂水平相当，要重视工艺软件技术开发与创新，新技术要用出实效来，要依靠传统的板坯和大方坯连铸机来生产和解决高品质，高附加
6、值的连铸坯质量问题。4、薄板坯连铸连轧技术已引入大中型企业，我国薄板坯连铸连轧生产已跨入世界先进行列，它对改变我国钢材产品结构，提高板带比，改变热轧带卷的市场竞争力起重大的变革作用。1.1.2我国连铸技术的发展和所取得的主要成绩由统计结果可知，“七五”和”八五”期间我钢铁生产发展迅速，尤以“八五”更为显著。早在“八五”初期，冶金部提出“以连铸为中心，以炼钢为基础，以设备为保证”的连铸生产技术方针，从总体上抓投产导向，连铸机配套完善，提高炼钢水平和铸机备品备件的国产化供应等关键。因此，到1992年，从总体上已经解决了连铸机达产问题。在此基础上，又把连铸生产技术方针扩展为”以连铸为中心，以炼钢为基
7、础，以设备为保证，以全连铸为方向，实现炼钢、二次冶金、连铸组合优化”。到”八五”末期，又明确了连铸生产完善的重点是全连铸、高效连铸、连铸坯热送热装；计算机控制和近终形连铸，引导连铸水平逐步提高。1.1.3连续铸钢的优越性1、节省工序缩短流程连铸与模铸相比，最大的特点是省掉了模铸的脱摸，整摸，钢锭均热和开坯等工序。基建投资少，占地面积小，节省劳动力。2、提高金属收得率3、降低能量消耗4、生产过机械化和自动化程度高炼钢厂铸锭车间劳动环境恶劣，手工劳动多，是炼刚生产中最落后的生产工序。尤其是对转炉的发展而言，注定以成为提高生产率的限制性环节。采用连铸后。由于设备和操作水平的提高以及采用全程计算机控制
8、和管理，劳动环境得到了根本性改善。连铸操作自动化和智能化已成为现实。5、连铸钢种的扩大，产品质量日益提高目前几乎所有的钢种都可采用连住生产。连铸的钢种已扩大到500多个。就钢种而言。超纯净钢。高牌号钢。不锈钢，Z向钢，管线钢，重轨，硬线，工具钢以及合金钢都可用连铸生产。1.1.4我国连铸生产存在的问题:1、大量低水平连铸机的重复建设。目前，我国生产能力低下的低效率连铸机仍占70%左右。以方坯生产为例，我国连铸机平均单流年产不到7.5万，而国际上先进连铸机单流年产能力超过13万。2、可浇品种少。以合金钢连铸为例，我国合金钢连铸比仅为5%左右，而工业发达国家已达90%。3、连铸机作业率低。我国连铸
9、机平均作业率不到65%，而工业发达国家连铸机多采用大部件更换、离线检修等手段，大大缩短了停机时间，连铸机实际作业时间多在85%以上，甚至有些国家的个别连铸机实际作业时间达到了94%。4、自动化控制水平低。我国绝大部分企业在诸如连铸的测温、测速等方面还是凭经验或用手控方式进行，偏差较大；有些连铸机在建成时配备了一些自动控制设备，但由于仪器设备存在着各种质量问题，不能保持良好的运行状态。就拿连铸机结晶器液面控制来说，本是最需要依靠自动控制来实现的，但目前结晶器液面实现自动控制的尚不足全部连铸机的10%。而工业发达国家连铸生产的自动控制已发展到整个连铸过程的计算机控制，样品采集、分析、逻辑控制都是建
10、立在数学模型上的，其精确程度和准确性是用手控或凭经验所无法做到的。1.2设计的意义随着现代工业对特殊钢、高质量钢的需求不断扩大，以及连续铸钢技术的迅速发展，对连铸工艺过程也有了更高的要求。连续铸钢工艺从原料到成品的过程中起着关键性作用。连铸工艺的优与劣直接影响钢产品的质量、性能和企业的经济效益。且随着炼钢和轧钢技术的进展，钢铁工业结构的变化和对产品的规格、质量的新要求，这使得采用常规和铸锭开坯工艺难以满足一些大型钢铁企业的生产和发展，为此，研究连铸的新工艺和新技术是必要的。本文主要从连铸机的选型、工艺参数、主机设备进行有关方面的设计。并对铸钢车间进行了布置。第二章 连铸机机型的选择2.1连铸机
11、机型及特点2.1.1连铸机机型的分类连铸机的机型经历了一个由立式、立弯式到弧形演变过程。连铸机可按多种形式来分类。若按结构外形可把连铸机分为立式连铸机、立弯式连铸机、带直线段的直弧形连铸机、弧形连铸机和水平连铸机。若按连铸机一个机组，在共用一个钢水包下所能浇注铸坯的流数来区分，则可分为单流、双流和多流连铸机。若按连铸机所浇注的断面大小和外形来区分，连铸机可分为板坯连铸机，小方坯连铸机，大方坯连铸机，圆坯连铸机，异形断面连铸机和薄板坯连铸机。2.1.2各种类型连铸机机型的特点立式连铸机的基本特点是从钢液到铸坯切成定尺的整个流程是在一条垂直线上进行的，铸坯自始至终不承受强制的弯曲变形，冷却比较均匀
12、，夹杂物易于上浮，但设备高度大，笨重，不方便维修，另外基建投资也高。立弯式连铸机具有立式连铸机在垂直方向进行浇注和凝固的特点。设备的高度比立式减少了，且这种类型的连铸机夹杂物上浮条件较好，没有向内弧聚集的问题。缺点是铁静压力大以及弯曲的应力易引起铸坯内裂和表面裂纹，所以新建连铸机很少采用这种类型。直弧形连铸机是在立弯式连铸机的基础上，演变的带液相弯曲及矫直的弧形连铸机。与立弯式连铸机相比，铁静压力减小，设备高度降低，夹杂物上浮条件好，无向内弧聚集的问题。但这种连铸机在凝固过程中受到附加的应力，会增加内裂的危险，设备也比较复杂，维修的工作量也大。弧形连铸机的特点是采用弧形结晶器，铸坯在被矫直前，
13、整个凝固过程都是沿着圆弧线移动，没有附加的弯曲应力，因而不易产生裂纹。设备高度低，铁静压力小减少了由于鼓肚引起的内裂以及偏析，有利于提高拉速。弧形连铸机高度低、维护检修以及处理事故较方便。2.2连铸机机型的选择在设计连铸车间时，首先要解决的问题是连铸机机型的选择，要根据产品的方案、质量要求和节省投资确定一种合适的机型。机型选择的合适，为优秀的设计打下了基础，为连铸机投产后优质高产创造了条件。2.2.1连铸机机型选择的原则1、满足钢种和断面规格的要求；目前，发展比较成熟的机型有立式直弧形、弧形、多点矫直弧形超低头和水平式等连铸机，几种机型都有采用，但是弧形连铸机应用最多.2、满足铸坯质量的要求；
14、连铸机对铸坯质量的影响主要包括两个方面；一是铸坯裂纹及中心偏析，二是铸坯的纯净度。这些缺陷都与连铸机机型直接相关。从中仔细分析得到机型对铸坯质量两个方面的影响是相互矛盾的。若综合两者考虑两者对铸坯质量影响，则直结晶器、弧形、多点矫直弧形连铸机是比较理想的机型。3、节省建设投资近年来随着钢铁冶金技术的发展，各种形式钢包冶金技术，无氧化浇注以及中间包冶金技术等，组成了一个完整的纯净钢水的生产流程，以能做到满足不同档次产品对纯净度的要求。机型对铸坯的夹杂物含量以及分布的影响正在逐步减弱。由于多点矫直、连续矫直及压缩浇注技术的发展，铸坯可以带液芯矫直而不产生裂纹。因此，理想的连铸机是设备高度低、钢水静
15、压力小。这样可以简化连铸机辊列设计，可减少建设投资。2.2.2连铸机机型的确定连铸机的确定应根据上述原则综合考虑。新建连铸机应在保证钢种和质量的前提下，尽量选择投资省的机型。不同钢种、不同断面等选择机型也不同。对于生产小型材和线材的小方坯连铸机，一般选用弧形连铸机。这种连铸机结构简单，维护方便，投资省，并能保证品种和质量要求。综合上述条件，本设计选用弧形连铸机。2.3小方坯连铸机的主要特征小方坯得铸坯断面小，热熔量比较小。所以比大方坯、板坯连铸设备工作条件要好。小方坯浇铸过程，坯壳有自支撑作用，铸坯没有鼓肚现象，象采用刚性银锭杆的洛克普连铸机，二冷区导向段的设计非常简单。实践表明，铸坯质量完全满足标准要求。A 钢包支撑钢包支撑主要有以下两种：1、对于转炉连浇炉数多，多采用钢包回转台，有利于快速更换钢包，保证多炉连浇。现增设钢包升降和秤量装置，有利于长水口安装，显示钢包重钢水量。2、平炉、电炉配连铸，当连铸炉数少时也可采用钢包更换座架，钢包座架结构简单，重量轻，投资少。B 中间包及中间包车中间车采用升降装置，以便安装进入式水口；为适应钢水的温度的波动及控制拉速，中间包钢流多采用塞棒控制。C 结晶器及震动机构采用管式结晶器，结晶器下加足辊或多机结晶器，并将单足辊改为双足滚，减少铸坯菱变。结晶器冷却水缝改为5mm，以增加水的流速到6m/s以上，水套壁加厚以增强刚
