连铸车间毕业设计文档格式.docx

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第1章绪论

1.1连续铸钢技术现状

1.1.1连铸冶金技术的发展趋势

钢铁冶金技术发展的趋势与时代要求是高效、优质、低消耗与低排放。

连铸作为钢铁生产流程中承上启下的关键环节，是当前国家钢铁生产结构调整与技术升级战略中值得重点关注的核心环节。

近年来，我国钢铁冶金精炼技术得到大力发展，钢坯控轧控冷成形加工技术也取得快速发展。

作为钢材生产流程的中间环节，连铸技术的发展表现出如下几个明显特征：

1、流程紧凑。

如各类近终形铸机与常规连铸的带液芯压下和动态轻压下技术的发展与应用；

2、技术密集。

浇注与凝固、机械与液压、自动控制、过程检测与多级通讯的技术集成度大大提高。

3、功能扩大。

钢水精炼、浇注与凝固控制、近终形、铸轧与组织控制等系统集成技术受到重视。

可以说，现代连铸技术在冶金工业中的作用与地位已愈发重要。

本设计论述了国际先进连铸技术的发展与特点以及我国连铸技术的整体发展水平及其面临的挑战，对连铸技术的发展趋势进行了展望。

连铸设计创新的推动力来自于用户对铸机性能和使用要求的不断提高。

当前，随着钢铁市场环境与社会发展的需要，连铸技术发展更倾向于保证产品质量、提高钢材成材率以及高附加值钢种的生产，且节能增效。

为了提高钢坯纯净度、控制中心偏析，直弧形机型动态辊缝铸机快速发展。

其中远程辊缝控制技术及凝固末端动态轻压下技术在板坯连铸以及大方坯连铸中受到用户的高度重视。

国际先进连铸技术已在向精细化及数字化技术方向发展。

1.1.2连续铸钢的概述

从钢包炉出来的钢液注入钢包，经过二次精炼后背运到连铸机上面，钢液通过钢包底部的水口在注入中间包。

中间包水口位置被预先调好以对准下面的结晶器。

结晶器本来是无底部的壳体，在注入钢液之前，必须先装上一个活底，它同时起到拉引铸坯的作用，这个活底叫做引锭杆，打开中间包塞棒或滑动水口后，钢液流入下口由引锭杆封堵的结晶器，在结晶器内，钢液沿着周边逐渐冷凝成坯壳，同时，其前部与深入结晶器的引锭杆头部凝结在一起。

引锭杆的尾部则夹持在拉矫机的拉辊中间，当结晶器下端出口的坯壳由一定厚度时，启动拉矫机，以一定速度把引锭杆从结晶器把铸坯拉出，为了防止坯壳被拉断漏钢，同时也减小结晶器中的拉坯阻力，在拉坯过程中，既要对结晶器内壁加以润滑，又要对它进行上下振动。

当带有液芯的铸坯被拉出结晶器之后，为了更快的散热，要立即进行直接喷水或者喷雾冷却，这成为二次冷却。

通过二次冷却支撑导向装置的铸坯逐渐凝固。

当引锭杆离开拉坯矫直机后，将其与铸坯脱开。

待铸坯完全凝固后，由切割装置将其切成定尺铸坯，去除毛刺，做好标记，最后由出坯装置将定尺铸坯运到制定地点，这样铸坯不断地被拉出、冷凝、切割输出，钢液又不断地注入结晶器，整个过程是连续进行的。

第2章连铸的特点

2.1连铸机的分类及特点

2.1.1连铸机分类

立式连铸机、立弯式连铸机、带直线段的弧形连铸机、弧形连铸机、椭圆型连铸机、水平连铸机。

2.1.1立式连铸机

1）铸机的主要设备布置在垂直中心线上，从钢水浇注到铸坯切成定尺，整个工序是在垂直位置完成的。

铸坯在切成定尺后由升降机或运输机送到地面。

2）从工艺上看，钢水是在直立结晶器和二冷段逐渐结晶，有利于钢水中非金属夹杂物上浮，坯壳冷却也比较均匀，这对浇铸优质钢和合金钢是有利的。

另外，铸坯在整个凝固过程中不受任何弯曲、矫直作用，更适合于裂纹敏感性高的钢种的浇铸。

3）立式连铸机设备高，建设费用大，设备的维护和铸坯的运送都比较困难。

浇铸厚度为200mm左右的铸坯，铸机的总高度可达25～35m。

从工艺上来说，铸坯因钢水静压力大，鼓肚变形较为突出，这些是立式连铸机的主要缺点。

立式连铸机可分为高架式和地坑式两种。

所谓高架式就是连铸机建在地面之上，地坑式则是建在地面之下。

为了减少地坑施工困难，一般立式连铸机是一小半建在地上，一小半建在地下，称为半高架式或半地坑式。

2.1.2立弯式连铸机

立弯式连铸机是连铸技术发展过程中的一种过渡机型，目前已很少采用。

这种连铸机的主要特点是：

它的上半部和立式相同，所不同的是在铸坯完全凝固后，把铸坯顶弯90º

，使铸坯在水平方向出坯，这样可缩小铸机的高度，铸坯的定尺也不受限制。

由于在水平方向出坯，铸坯的运送也不成问题。

立弯式连铸机只适用于浇铸断面小于100×

l00mm的铸坯，对于厚度再大，待铸坯完全凝固再顶弯，冶金长度已很长了，这和立式连铸机的高度差不多，其优点已不明显。

另外，顶弯设备也显得很庞大。

而且，铸坯要经受顶弯和矫直两次变形，更易产生裂纹。

2.1.3带直线段弧形连铸机

带直线段的弧形连铸机是奥地利联合钢铁公司，美国钢铁公司推荐的一种机型，它主要用于浇铸板坯。

这种铸机采用直结晶器，在结晶器下方有2～5m直线段夹辊。

带有液芯的铸坯经过直线段后被连续弯曲成弧形，然后又把已凝固或带有液芯的弧形铸坯矫直，再切割成定尺。

这种连铸机的特点有：

1）在工艺上保留立式连铸机的特点，钢水在垂直结晶器和二冷的直线段凝固。

其非金属夹杂物有充分时间上浮，有利于特殊钢的浇铸。

2）铸坯在带液相弯曲成弧形后，使这种铸机又具有弧形连铸机设备高度较低，建设费用较低的特点。

3）采用连续弯曲和多点矫直技术，可保证铸坯在两相区不产生裂纹，是这种机型的技术关键。

4）这种机型比弧形连铸机较高，设备总重量要大，设备的安装，调整难度较大是这种铸机的缺点。

2.1.4弧形连铸机

弧形连铸机的结晶器是弧形的，二冷区夹辊安装在四分之一圆弧内，铸坯在垂直中心线切点位置被矫直，然后切割成定尺，从水平方向出坯，因此，铸机的高度基本上等于圆弧半径。

1）由于它布置在1/4圆弧范围内，因此，它的高度比立式、立弯式要低，这一特点使它的设备重量较轻，投资费用较低，设备的安装和维护方便，因而得到广泛应用。

2）由于设备高度较低，铸坯在凝固过程中承受的钢水静压力相对较小，可减小坯壳因鼓肚变形而产生的内裂和偏析，有利于改善铸坯质量和提高拉速。

3）弧形连铸机构主要问题是钢水在凝固过程中非金属夹杂物有向内弧侧聚集的倾向，易造成铸坯内部夹杂物分布不均匀，另外，由于内、外弧形冷却不均匀，容易造成铸坯中心偏析而降低铸坯质量。

2.1.5椭圆形连铸机

为了进一步降低高度，发展了椭圆形连铸机。

国外把这种机型叫做带有多点矫直的弧形连铸机，也叫做超低头连铸机。

它分段，依次改变圆弧部分的曲率半径，使结晶器和二冷段夹辊布置在四分之一椭圆形圆弧上。

这种结构的机型除了弧形区是采用多半径，其基本特点和弧形连铸机相同。

然而，由于它是多半径的，铸机安装调整较复杂，维护也较困难一些。

2.1.6水平连铸机

水平连铸主要设备，如结晶器、二冷段，拉坯机和切割设备均布置在水平位置上。

水平连铸机与立式和弧形连铸铸机不同的是它的结晶器和中间包是紧密相接的，在水口和结晶器连接处安装有分离环。

另外，拉坯时不是结晶器振动，而是拉坯机带着铸坯作拉→反推→停不同组合的周期运动。

水平连铸机的特点是：

1）设备高度低，投资省、建设速度快，适合中、小企业技术改造；

2）钢水无二次氧化，铸坏质量得到改善。

也无需钢液面检测和控制；

3）铸坯在水平位置凝固成形，不受弯曲、矫直作用，有利于特殊钢和高合金钢的浇铸；

4）设备维护简单，处理事故方便。

水平连铸目前存在的主要问题是受拉坯时的惯性力限制，更适合浇铸200mm以下中小断面方、圆铸坯，铸坯定尺也受限制。

另外结晶器的石墨板和分离环价格高，增加了铸坯的成本。

2.2连铸车间的设计

2.2.1连铸车间布置

总连铸车间的平面布置有横向布置，纵向布置，及轧钢车间布置等三种形式。

1）横向布置

指连铸机中心线与厂房纵向柱列线垂直的布置，横向布置的特点是钢包运输距离短，物料流程合理，不同的作业分散在在多个跨间，各项操作互不干扰。

2）纵向布置

指连铸机中心线与厂房纵向柱列线相平行的布置，由于钢水包运输线经过各浇注跨，钢水可分别用吊车供应各连铸机，调度比较方便，但车间一般较长。

3）连铸机靠近轧钢车间布置

指连铸机由靠近炼钢车间转为靠近轧钢车间，以保证得到高温铸坯。

对于新建的工厂，应该使炼钢连铸轧钢三个工序尽量靠近，以保证钢水或铸坯的高温输送。

2.3连铸机区域尺寸

2.3.1区域总宽度

决定于浇注平台的总宽度，这又决定于连铸机的台数和台间距。

每台连铸机的宽度主要由连铸机的流数，流间距决定。

浇注平台的长度要考虑到中间包的长度及其布置，而连铸机的流数间距决定了中间包车的长度。

通常中间包的浇注位置和烘烤位置要有3米的距离，烘烤区至平台外沿要有2米的空隙。

因此，对于要求多炉连浇和快速更换中间包的连铸机，每台连铸机配置两个中间包车和两个烘烤区，这样的浇注平台的长度应为3倍中间包长度的加10~12米的安全距离。

计算两台连铸机间距时，是以连铸机最大宽度来考虑。

为此需要计算拉矫区宽度，切割区切头的输出坑宽度，出坯辊道区宽度及其两侧检修走刀宽度。

2.3.2区域总长度

是由连铸机纵向布置的钢水包回转台只冷床固定挡板为止的全部在线设备所决定。

一般方坯连铸机的车间，其区域总长度小于板坯连铸机；

高拉速连铸机所需要的区域总长度大于低拉速连铸机。

第3章连铸机各设备的设计

3.1连铸机的设计

3.1.1连铸机的选取

在根据市场和当代技术水平及生产本设计选取弧形连铸机。

3.1.2连铸机剖面图

连铸机本体剖面图如图1所示：

图3-1连铸机本体剖面图

3.2连铸机及格设备的选取

3.2.1钢包回转台选取

1）钢包回转台简述

钢包回转台是现代连铸中应用最普遍的运载和承托钢包进行浇注的设备，通常设置于钢水接收跨与浇注跨柱列之间。

所设计的钢包旋转半径，使得浇钢时钢包水口处于中间包上面的规定位置。

用钢水接收跨一侧的吊车将钢包放在回转台上，通过回转台回转，使钢包停在中间包上方供给其钢水。

浇注完的空包则通过回转台回转，再运回钢水接收跨。

钢包回转台是连铸机的关键设备之一，起着连接上下两道工序的重要作用。

钢包回转台的回转情况基本上包括两侧无钢包、单侧有钢包、两侧有钢包三种情况，而单个钢包重量已超过140吨。

三种情况下，钢包回转台受力有很大不同，但无论在何种情况下，都要保证钢包回转台的旋转平稳，定位准确，起停时要尽可能减小对机械部分的冲击，为减少中间包液面波动和温降，要缩短旋转时间。

因此，我们在变频器的容量选择上，留有余地，即比电机功率加大一级。

同时利用变频器的s曲线加速功能，通过调整s曲线保证加、减速曲线平滑快速，减少对减速机的冲击，再通过PLC判断变速限位、停止限位实现旋转过程中高、低速自动变换及到位停车，同时满足了对旋转时间和平稳运行的要求。

2）钢包回转台的工作特点

钢包回转台用于把钢包回转到或旋转出浇注位置。

通常通过起动“钢包自动更换”按钮来自动完成钢包回转。

在这种情况下，钢包的加速、减速及定位通过PLC系统和行程开关或编码器来完成，另外，也可采用手动回转模式。

由于回转台设置了两个回转臂，因而可实现多炉连浇。

每个臂可独立提升，两臂同时旋转。

主传动安装在底座上，并通过减速箱及小齿轮与回转支承外齿的啮合来驱动回转台的回转。

装在钢包回转台叉形臂上的称重传感器有热防护罩保护，以免热辐射，同时称重传感器所在区域还要通压缩空气冷却。

在浇注位置，通过过载连轴器将旋转部件固定在浇注位，以避免用吊车更换钢包时损坏驱动部分。

一旦断电，液压马达把钢包旋出浇注位至事故钢包上面。

该操作通过设置在浇注平台上的手动阀执行。

在准备位置。

钢包滑动水口液压缸与滑动水口连接，由滑动水口液压站提供动力。

钢包回转台的回转部分，如回转大轴承等由一个集中润滑站供润滑脂润滑，各种防护罩和保护墙用于保护回转台结构免受钢水喷溅。

在回转台上装有钢包加盖装置，当回转台接收钢包或钢包吊离回转台时，钢包盖可旋出吊车吊钩区。

（1）重载。

钢包回转台承载几十吨到几百吨的钢包，当两个转臂都承托着盛满钢水的钢包时，所受的载荷为最大。

（2）偏载。

钢包回转台承载的工况有5种：

即两边满载，一满一空，一满一无，一空一无，两无两空。

最大偏载出现在一满一无的工况，此时钢包回转台会承受最大的倾翻力矩。

（3）冲击。

由于钢包的安放、移去都是用起重机完成的，因此在安放移动钢包时产生冲击，这种冲击使回转台的零部件承受动载荷。

（4）高温。

钢包中的高温钢水会对回转台产生热辐射，从而使钢包间转台承受附加的热应力；

另外浇注时飞溅的钢水颗粒也会给回转台带来火替隐患。

3）钢包回转台的优点

（1）钢包回转台能迅速、精确地实现钢包的快速交换，只要旋转半周就能将钢包更换到位；

同时在等待与浇注过程中支承钢包，不占用有关起重机的作业时间。

（2）钢包回转台占用浇注平台的面积较小，也不影响浇注操作。

（3）操作安全可靠，易于定位和实现远距离操作。

4）钢包回转台的选取

（1）承载能力。

钢包回转台的承载能力是按转臂两端承载满包钢水的工况进行确定。

（2）回转速度。

钢包回转台的回转转速不宜过快，否则会造成钢包内的钢水液面波动，严重时会溢出钢包外、引发事故。

一般钢包回转台的回转转速为lr/min。

（3）回转半径。

钢包回转台的回转半径是指回转台中心到钢包中心之间的距离。

回转半径一般根据钢包的起吊条件确定。

（4）钢包升降行程。

钢包在回转台转矜上的升降行程，是为进行钢包长水口的装卸与浇注操作所需空间服务的，一般钢包都是在升降行程的低位进行浇注，在高位进行旋转或受包、吊包;

钢包在低位浇注可以降低钢水对中间包的冲击，但不能与中间包装置相碰撺。

通常钢包升降行程为600~800mm。

（5）钢包升降速度。

钢包回转台转臂的升降速度一般1.2~1.8m/min。

钢包回转台选取如图2所示

图2钢包回转台

3.2.2钢包及其运载装置

1）钢包本体简介

（1）外壳。

支座和氩气配管等，外壳是钢包的主体构架，由钢板焊接而成，外壳有一定数量的排气孔，可以排除耐火材料中的湿气。

（2）加强箍。

为了保证钢包本体的坚固性和刚度，防止钢包变形，必须在钢包外壳外面焊接加强箍和加强筋。

例如：

大中型钢包可以在中上部或者中下部焊接一条加强箍，小型钢包在腰部焊接一条加强筋。

（3）耳轴。

钢包两侧各有一个耳轴，用于钢包的吊运。

耳轴的位置一般比钢包满载时的重心高350~400mm，这样可以使钢包在吊运，浇铸时更加稳定。

（4）溢渣口。

溢渣口的设置可以使出钢时钢包内的钢渣流入备好的渣包内。

其高度比钢包上沿低100~200mm，其位置应该与耳轴错开，以免影响吊运。

（5）注钢口。

在钢包底部一侧设置一个注钢口，可以使钢水流出，又称为钢包水口。

其周围安装有水口砖。

钢包水口通过两块带水口孔的上、下滑板砖之间的相对移动达到控制钢水流出量。

（6）透气口。

钢包底部根据需要设置1~2个透气口，主要用于安装吹氩搅拌用的透气砖。

（7）倾翻装置。

倾翻装置可以将钢包翻转180°

，完成倒渣和出钢作业。

由连杆机构和吊环装置组成。

（8）支座。

一般在钢包底部设置3个支座，保持钢包平稳放置，保护钢包底部的倾翻装置和滑动水口机构。

（9）氩气配管。

具有透气口的钢包可以在钢包外壳设置氩气配管和快速接头，方便插入或者拔出氩气输送管道。

2）钢包耐火材料。

钢包内衬一般由保温层，永久层，工作层构成。

保温层常用石棉板砌筑，永久层常用粘土砖或高铝砖砌筑，工作层根据工作条件选择合适的材料、砌筑适当的厚度，使内衬各个部位损坏同步，从整体上提高钢包使用寿命。

钢包在使用前必须经过充分的烘烤。

3）钢包的作用

钢包又叫钢水包或大包。

其作用是盛放、运载钢水及部分熔渣，在浇铸过程中可以通过开启水口的大小来控制钢流量，还可以用于炉外精炼，通过炉外精炼可以使钢水的温度调整精度，成分控制命中率及钢水纯净度进一步提高。

故钢包的作用可以简洁的总结为:

盛放、运载、精炼、浇铸钢水，还具有倾翻，倒渣落地放置等作用。

4）钢包的选取

钢包是截面为圆形的桶状容器，其形状与尺寸应该满足以下条件：

（1）钢包的直径与高度比。

钢包容量一定时，为了减少散热损失和有利于夹杂物的上浮应该尽量减小钢包的内表面面积，故钢包平均内径与高的比值为0.9~1.1。

（2）锥度。

为了在浇铸后方便倒出残留的钢液，钢渣以及取出包底凝固块，一般的钢包内部都设计成上大下小带有一定锥度，钢包壁应该有10%~15%的倒锥度。

大型钢包底应该向水口方向倾斜3%~5%。

（3）钢包外形。

为了有利于钢液中气体的排出，夹杂物的上浮，减少浇铸时钢液的冲击，钢包外形不能做成细高形，尽量做成矮胖型。

钢包选取如图3所示：

图3钢包

3.2.3中间包及其运载装置

1）中间包的简介

（1）中间包容量。

中间包的容量主要是根据钢包容量、铸坯的断面尺寸、中间包流数、浇铸速度、多炉浇铸时的换包时间、钢水在中间包内的停留时间等来确定。

（2）中间包高度：

主要取决于中间包内钢水的深度，在钢水液面以上流出100~200mm。

一般中间包内钢水深度为600~1200mm。

中间包内钢水的液面不能小于300mm，否则会产生漩涡，卷入炉渣。

（3）中间包长度：

主要取决于水口位置距离。

单流连铸机的中间包长度取决于钢包水口与中间包水口的距离。

多流连铸机则与流数和中间包水口间距有关。

（4）中间包宽度，高度：

在中间包的容量和长度确定的前提下，高度越高，宽度越小。

中间包宽度小可以减少钢液在中间包内的散热，减少中间包内的钢液剩余量。

（5）中间包内壁的斜度：

中间包内壁有一定的斜度，目的是有利于清理中间包内的残钢、残渣。

一般斜度为10%~20%。

注意：

水口间距是多流连铸机中间包特有的参数，水口间距是指多流连铸机中相邻的各个结晶器之间的中心距离。

2）中间包的作用

中间包作用：

中间包是连铸工艺中，位于钢包与结晶器之间的过度容器。

中间包车是中间包的支撑、运载工具。

一般每台连铸机配备两台中间包车，互为备用，一台工作时，另一台处于烘烤状态。

贮钢、减压、分流、稳流，去除气体和夹杂物，中间包冶金等。

减压、稳流、稳定钢流、减少钢液对结晶器中初生坯壳的冲刷。

3）中间包结构中间包结构主要由本体、包盖、水口控制机构（滑动水口机构、塞棒机构）等设备组成。

外壳为钢板焊接，内有耐火材料，外壳上两侧有耳轴便于吊运，耳轴下有座垫，以稳定的坐在中间包车上。

中间包本体，由外壳和内衬组成。

外壳外面焊有加强筋和加强箍，中间包还设置了钢水溢流孔和出钢孔（水口）和排气孔（外壳上）等。

内衬由保温层，永久层，工作层构成。

保温层用石棉板、保温砖砌筑或用轻质的浇筑料浇筑。

永久层用粘土砖砌筑或用浇筑料直接浇筑。

工作层用高铝砖，镁质砖砌筑或硅质绝热板等。

中间包内衬喷涂涂料主要作用在工作层，其优点：

涂料耐侵蚀，使用寿命长；

施工方便，更换迅速；

便于清理残钢残渣不破坏砌砖层，减少了耐火材料的消耗。

注意：

喷涂涂料干燥后，使用前应该烘烤。

用绝热板砌筑时，绝热板与永久层之间要填充河沙，目的是缓冲内衬受热膨胀，起到一定的绝热作用，便于拆卸内衬。

在出钢孔处砌筑座砖和水口砖。

在大容量中间包的耐火衬中还设置的矮挡墙和挡渣墙作用：

主要隔离钢包注流对中间包内钢水的扰动，使中间包内钢水的流动更加合理，有利于夹杂物的上浮，提高钢液纯净度。

4）中间包的选取

理论上中间包的形状应该具有最小的散热面积，良好地保温性能。

按照中间包的断面形状可以分为：

圆形，椭圆形，三角形，矩形，T字形等等。

中间包的外形力求简单，方