與150t×2 轉(zhuǎn)爐相匹配板坯連鑄工藝設(shè)計

1、一、 生產(chǎn)工藝流程本連鑄車間的生產(chǎn)工藝流程為：將原料送入150噸轉(zhuǎn)爐冶煉后，再由精煉爐精煉，制得的鋼水裝入鋼包，經(jīng)天車運至鋼水包回轉(zhuǎn)臺?；剞D(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動到澆注位置吼，將鋼水注入中間包，中間包再經(jīng)水口將鋼水分配到各個結(jié)晶器中。鋼水在結(jié)晶器中迅速凝固成形，得到帶液心的鑄坯，鑄坯經(jīng)由二次冷卻裝置冷卻，拉坯矯直裝置矯直后，送交切割機切成符合用戶要求的板坯長度，再由打印機打印注明生產(chǎn)批次及相關(guān)數(shù)據(jù)。得到的板坯經(jīng)垛板臺垛板后，一部分經(jīng)熱送輥道送入軋鋼車間，余下部分未充分冷卻的送入冷床冷卻，之后一并清理檢查，再次交友冷床冷卻，之后作為車間成品外運。生產(chǎn)工藝流程如下圖：鋼水包回轉(zhuǎn)爐150噸轉(zhuǎn)爐精煉爐二次冷卻系統(tǒng)中間

2、包結(jié)晶器拉坯矯直系統(tǒng)切割機打印機軋鋼車間熱送輥道垛板臺外運冷床冷床清理檢查二、 連鑄機設(shè)備參數(shù)的計算2.1連鑄機類型選擇現(xiàn)在世界各國使用的連鑄坯有立式、立彎式、弧形、橢圓形和水平式5種。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前世界上所建的連鑄機中，立式占17%，立彎式占21%，弧形占55%，其他形式占7%。目前新建的連鑄機是弧形的最多。立式連鑄機從中間包到切割站等主要設(shè)備都排在一條垂直繩上。整個機身矗立在車間地平面上或者布置在地下的深坑內(nèi)。這種連鑄機占地面積小，設(shè)備緊湊，高溫鑄坯無需彎曲變形，鑄坯表面和內(nèi)部裂紋少，鑄坯內(nèi)凝固液體中夾雜物容易上浮，鋼水比較“干凈”，二次冷卻裝置和夾輥等結(jié)構(gòu)簡單，便于維護。立式連鑄機的

3、缺點是機身高達2046m，必須加高廠房或深挖地坑，基建費用昂貴；因不能把連鑄機高度增加過高，故只能低速澆注，生產(chǎn)率低。適用于優(yōu)質(zhì)鋼、合金鋼和對裂紋敏感小斷面鋼種鑄坯的澆注。立彎式連鑄機與立式相比，機身高度降低，節(jié)省投資；水平方向出坯，加長機身比較容易，可實現(xiàn)高速澆注；鑄坯內(nèi)未凝固鋼液中得夾雜物易上浮，夾雜物分布均勻。缺點是因鑄坯要經(jīng)過一次彎曲一次矯直，故容易產(chǎn)生內(nèi)部裂紋；鑄機高度雖然降低，但基建費用依然較高。結(jié)晶器和立式連鑄機一樣都是直的，屬于過渡機型?；⌒芜B鑄機采用的是具有某一曲率半徑的弧形結(jié)晶器。其結(jié)晶器，二次冷卻裝置和拉矯設(shè)備都布置在某一半徑的一個圓的四分之一弧度上。鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)凝固時

4、就已經(jīng)彎曲，帶液心的鑄坯從結(jié)晶器拉出來，沿著弧形軌道運行，繼續(xù)噴水冷卻，在四分之一圓弧處完成凝固，然后矯直并拉出送至切割站?；⌒芜B鑄機的高度僅為立式的三分之一，建設(shè)費用低，鋼水靜壓力小，鑄坯在輥間的鼓肚小，鑄坯質(zhì)量好；加長機身也比較容易，故可高速澆注，生產(chǎn)率高?；⌒芜B鑄機的缺點是：因鑄坯彎曲矯直，容易引起內(nèi)部裂紋；鑄坯內(nèi)夾雜物分布不均，內(nèi)弧側(cè)存在夾雜物的聚集；設(shè)備較為復(fù)雜，維修也較困難?；⌒芜B鑄機雖然有缺點，但由于在設(shè)備和工藝上的技術(shù)進步，仍然是世界各國鋼廠采用最多的一種機型。垂直彎曲型連鑄機也就是帶直結(jié)器的弧形連鑄機，這種連鑄機成為垂直彎曲型連鑄機。該種鑄機的垂直段較短，一般僅為23m，鑄坯

5、帶液相彎曲和矯直。它保持了立式連鑄機的夾雜物易上浮的特點，但由于鑄坯帶液相彎曲和矯直，因而設(shè)計中應(yīng)盡量降低彎曲和矯直點鑄坯兩相界面處的變形率以保障內(nèi)部質(zhì)量。橢圓形連鑄機又稱為超低頭連鑄機，它的結(jié)晶器、二次冷卻段、夾輥和拉坯矯直機均布置在1/4橢圓弧上，橢圓形圓弧是由多個半徑的圓弧線所組成，其基本特點與弧形連鑄機相圖。水平連鑄機的結(jié)晶器、二次冷卻區(qū)、拉坯矯直機、切割裝置等設(shè)備安裝在水平位置上。水平連鑄機的中間罐與結(jié)晶器是緊密相連的。中間罐水口與結(jié)晶器相連接處裝有分離環(huán)。拉坯時，結(jié)晶器不振動，而是通過拉坯機帶動鑄坯做拉反推停不同組合的周期性運動來實現(xiàn)的。水平連鑄機是高度最低的連鑄機，其設(shè)備簡單，投

6、資省，維護方便。水平連鑄機結(jié)晶器內(nèi)鋼液靜壓力小，避免了鑄坯的鼓肚變形，中間罐與結(jié)晶器之間是密封連接，有效防止了鋼液流動過程中的二次氧化；鑄坯的清潔度高，夾雜物含量少，一般僅為弧形連鑄坯的1/81/16、另外，鑄坯無需矯直，也就不存在由于矯直彎曲而產(chǎn)生裂紋的可能性，鑄坯質(zhì)量好，適合澆注特殊鋼和高合金鋼，因而受到各國的關(guān)注。我國從70年代末開始進行了大量的研究和工業(yè)試驗工作。本車間模擬生產(chǎn)的板坯屬于中厚板，寬度也較大，不屬于小斷面鑄坯，不能使用立式連鑄機和立彎式連鑄機。綜合考慮基礎(chǔ)建設(shè)投資和技術(shù)成熟度，選用弧形連鑄機作為生產(chǎn)機器。 另，參考相關(guān)企業(yè)車間設(shè)計，選擇雙臂鋼包回轉(zhuǎn)臺，封閉系統(tǒng)澆注，鋼包和

7、中間包之間采用長水口裝置，要求回轉(zhuǎn)臺具有使鋼包升降的功能。設(shè)鋼包加保溫蓋裝置，采用大容量中間包，中間包內(nèi)設(shè)擋渣墻和壩，和結(jié)晶器之間采用浸入式水口保護澆注。設(shè)置塞棒機構(gòu)。采用可調(diào)寬的結(jié)晶器和多點拉矯機。采用水冷和氣水冷卻兼?zhèn)涞蔫T坯冷卻系統(tǒng)，即二冷區(qū)的上半部分噴水強冷，中段和后段用氣水霧化緩冷，水平段液心回?zé)?。既可以減少表面裂紋，生產(chǎn)高溫鑄坯，又比較經(jīng)濟。采用上裝引錠桿和火焰切割設(shè)備，電磁攪拌機裝置攪拌。鑄坯表面溫度測量采用非接觸式輻射高溫計。2.2連鑄機流數(shù)連鑄機流數(shù)n可按下式計算： (21)式中：n：連鑄機流數(shù)；Q：鋼包實際容量，t；Tmax：鋼包澆鑄時間，min；F：鑄坯斷面積，m2；vc：

8、拉坯速度，mmin；：鑄坯密度，7.8 tm3。計算條件：Q0=150t，Tmax =66min，F(xiàn)1=0.200×1.600m2，F(xiàn)2=0.270×1.600m2，F(xiàn)3=0.200×2.100m2，F(xiàn)4=0.270×2.100m2，vc=1.0m/min； 帶入數(shù)據(jù)有：N1=200/(66*7.8*0.200*1.600*1.0)=0.67 流N2=200/(66*7.8*0.200*2.100*1.0)=0.51 流N3=200/(66*7.8*0.270*1.600*1.0)=0.44 流N4=200/(66*7.8*0.270*2.100*1.0

9、)=0.38 流因此，取流數(shù)為n=1 流。2.3中間包容量中間包是短流程煉鋼中用到的一個耐火材料容器，首先接受從鋼包澆下來的鋼水，然后再由中間包水口分配到各個結(jié)晶器中去。通常認為中間包起以下作用：1) 分流作用。對于多流連鑄機，由多水口中間包對鋼液進行分流。2) 連澆作用。在多爐連澆時，中間包存儲的鋼液在換盛鋼桶時起到銜接的作用。3) 減壓作用。盛鋼桶內(nèi)液面高度有56m，沖擊力很大，在澆鑄過程中變化幅度也很大。中間包液面高度比盛鋼桶低，變化幅度也小得多，因此可用來穩(wěn)定鋼液澆鑄過程，減小鋼流對結(jié)晶器凝固坯殼的沖刷。4) 保護作用。通過中間包液面的覆蓋劑，長水口以及其他保護裝置，減少中間包中的鋼液

10、受外界的污染。5) 清楚雜質(zhì)作用。中間包作為鋼液凝固之前所經(jīng)過的最后一個耐火材料容器，對鋼的質(zhì)量有著重要的影響，應(yīng)該盡可能使鋼中非金屬夾雜物的顆粒在處于液體狀態(tài)時排除掉。中間包容量有1.5t、3.0t、5.0t、7.5t 四種，國際上水平連鑄的中間包有加大趨向，原因有：1)使鋼水在中間包內(nèi)溫降速度小，可達0.3min。2)使夾雜充分上浮保證大型夾雜物不近入結(jié)晶器內(nèi)。3)中斷鋼水后能維持較長的澆鑄時間(大于30min 有利于多爐連澆)。中間包容量過大，中間包小車、臺車及傾翻設(shè)備過大，則修建、砌包、烘烤、費用都將加大。按照設(shè)計要求，采用容量為5.0t 的中間包。2.4設(shè)備清單序號設(shè)備名稱數(shù)量備注1

11、.鋼包包轉(zhuǎn)臺12.長水口機械手13.中間包車組1液壓升降4.中間包蓋15.中間包26.中間包烘烤裝置27.中間包水口烘烤裝置18.懸臂操作箱19.結(jié)晶器110.結(jié)晶器罩111.振動裝置1液壓振動12.振動支架113.彎曲段(水氣潤滑配管)114.扇形段(水氣潤滑配管)315.拉矯段(水氣潤滑配管)116.基礎(chǔ)框架一117.基礎(chǔ)框架二118.拉矯傳動裝置119.引錠桿及引錠頭120.引錠桿存放對中裝置121.一次火焰切割機122.二次火焰切割機123.切前輥道124.切割區(qū)輥道125.輸送輥道126.出坯輥道127.移鋼機（10m）128.冷床129.固定擋板130.二冷排蒸汽風(fēng)機131.基礎(chǔ)電

12、控系統(tǒng)132.二冷配水控制系統(tǒng)133.二冷配水儀表134.主機液壓站135.鑄機本體潤滑站136.液面自動控制系統(tǒng)237.大包稱量裝置138.二冷區(qū)電磁攪拌裝置139.扇矯段翻轉(zhuǎn)對中臺140.扇矯段維修組裝臺141.結(jié)晶器存放臺242.彎曲段維修對中臺143.結(jié)晶器維修試壓臺144.輥子存放架145.扇形段更換裝置146.導(dǎo)軌安裝工具147.通用吊具148.中間包胎膜149.中間包存放臺250.渣盤351.切頭收集裝置152.中間包水口托架253.內(nèi)外弧維修用樣板154.對弧樣板155.鋼結(jié)構(gòu)平臺水泥平臺為主56.二冷室57.扇形段更換導(dǎo)軌58.輥道部分過橋59.連鑄機鋪板60.大包事故擺槽6

13、1.鑄機本體液壓配管162.鑄機本體水氣配管163.鑄機本體潤滑配管164.鑄機維修區(qū)水系統(tǒng)165.鑄機本體照明系統(tǒng)166.二冷蒸汽排放管道167.各種起吊用工具168.中間包準備用工具1三、連鑄主要工藝參數(shù)3.1澆注溫度對摻有合金元素的鋼種而言，鋼水凝固溫度TL通常用以下公式計算：TL =1537（88C+ 8Si+ 5Mn+30P+25S+5Ca+4Ni+2Mo+ 2V+ 1.5Cr）根據(jù)此公式可算得16MnR 鋼凝固溫度為：TL（16MnR）=1506.5Q195 鋼凝固溫度為：TL（Q195 ）=1507.7澆注溫度等于各鋼種的液相線溫度加上鋼水過熱度，即：T澆= TL+T0其中T0為

14、鋼種的過熱度。對厚板材熱軋鋼而言，T0取520，因此統(tǒng)一確定T澆為1525 ，以留出足夠裕量。由于澆注溫度與鑄坯表面和內(nèi)部質(zhì)量均有密切聯(lián)系，而能滿足兩者要求的溫度區(qū)間又比較窄，因此澆注溫度與目標值之間不能有太大波動。澆注溫度的波動范圍最好控制在±5之內(nèi)。因此，對鋼的吹氬操作，鋼包和中間包的熱工狀況要嚴格管理。3.2澆注時間鋼包最大允許澆注時間可按可按下列經(jīng)驗公式計算： (31)式中： 鋼包允許的最大澆注時間，min； G鋼包容量，t； f質(zhì)量系數(shù)，主要取決于對澆注溫度控制的要求，本設(shè)計取10；= 每包鋼水的澆注時間，其計算公式如下： （32）式中tm：每包鋼水的澆注時間，min；Q0

15、：鋼包容量，t；：帶液芯鋼坯的密度，取7.6t/m³；d：板坯厚度，m；W：板坯寬度，m；V：拉坯速度，m/min；n：流數(shù)。將n=1帶入上式可得各尺寸板坯澆筑時間如表4所示：表2 板坯澆注時間表Q0/tr(t/m3)d/mW/mv(m/min)ntm/min1507.60.201.61.0161.681507.60.202.11.0146.991507.60.271.61.0115.691507.60.272.11.0134.81綜合考慮各尺寸板坯產(chǎn)量，得：tm =0.25(tm1+ tm2+tm3+tm4)=39.79min取tm=40min，以上各數(shù)據(jù)均小于Tmax，因此數(shù)據(jù)有

16、效3.3拉速拉坯速度指連鑄機每一流單位時間拉出鑄坯的長度(m/min)。在鋼種、鑄坯斷面和流數(shù)確定后，拉速大小對提高連鑄機的生產(chǎn)能力起著決定作用。(1)最大拉速vmax：按最大斷面計算最大設(shè)計拉速，根據(jù)參考資料3表3-6，初選綜合凝固系數(shù)k=26mm·min-0.5，vmax=1.4m/min。(2)工作拉速vm：vm一般由經(jīng)驗公式得出：vm=f/D （33）式中，f與鋼種、結(jié)晶器長度、冷卻強度等有關(guān)的系數(shù)，板坯取350500，這里取400。D鑄坯厚度，mm；A鑄坯橫斷面面積，mm2；代入數(shù)據(jù)得計算結(jié)果分別為2m/min和1.48m/min。由于不得超過最大拉速，取vm=1.0m。3

17、.4連鑄機冶金長度 (34)式中：Lc：連鑄機冶金長度，m；D：鑄坯厚度，mm；取D為最大值270mm，帶入上式， 對于液心多點矯直弧形連鑄機，把從結(jié)晶器液面到最后一對拉輥之間的長度稱為鑄機長度(LB)。由于凝固末端的位置有變化，一般留有10%的富裕量，則有：LB=1.1×Lc=29.67m30m取結(jié)晶器長度LB=30m3.5結(jié)晶器長度結(jié)晶器長度的選取主要取決于澆注速度、鑄坯出結(jié)晶器最小坯殼厚度和結(jié)晶器的冷卻強度等。一般取700900mm。理論計算表明，結(jié)晶器內(nèi)50%的熱量是它的上部導(dǎo)出的，結(jié)晶器下部只起到支撐作用，過長的結(jié)晶器無益于凝殼的增厚，故沒有必要把結(jié)晶器設(shè)計過長?，F(xiàn)選結(jié)晶器

18、長度為700mm。選取結(jié)晶器長度后，為了確保結(jié)晶器出口處坯殼不至于太薄，應(yīng)根據(jù)凝固公式進行驗算，即坯殼的理論厚度為： （35）式中：結(jié)晶器出口處凝殼厚度，mm；k：凝固系數(shù)，取26mm/min0.5；t：凝固時間，min；L：結(jié)晶器有效長度，即結(jié)晶器液面至結(jié)晶器下口的距離，約為結(jié)晶器實長減去80100mm，現(xiàn)取600mm；v：拉坯速度，取1000mm/min；帶入數(shù)據(jù)，有：對板坯結(jié)晶器而言，出口處坯殼厚度應(yīng)為1520mm，計算結(jié)構(gòu)符合要求3.6鑄機的弧形半徑鑄機弧形半徑大，鑄機高度增加，導(dǎo)致鋼水靜壓力大，鑄坯鼓肚變形量增大，并增大了設(shè)備的所需投資。反之，鑄機弧形半徑小，則矯直變形率大，易產(chǎn)生裂

19、紋等缺陷。因此，鑄機弧形半徑大小應(yīng)針對不同的鑄坯斷面，澆注的鋼種等因素，選擇最佳的半徑。根據(jù)經(jīng)驗公式，得連鑄鋼種，鑄坯厚度D與連鑄機弧形半徑尺寸之間的關(guān)系如下：對板坯連鑄機，有R=(4050)D對優(yōu)質(zhì)鋼和高合金鋼，有R=(4050)D當(dāng)D=200mm時，R=800010000mm；當(dāng)D=270mm時，R=1080013500mm。綜合二者考慮，取R=10000mm=10m。3.7匹配系數(shù)計算連鑄機與轉(zhuǎn)爐的匹配數(shù)量關(guān)系如下式所示： (36)式中：tm：每包鋼水澆注時間，min；T：冶煉時間，min，本車間為40min；k：匹配系數(shù)。將tm=32帶入得到k=0.8，為保證生產(chǎn)，向上取整為k=1,即

20、1臺鑄機配1座轉(zhuǎn)爐，CC:LD=1:1。三、 金屬平衡圖0.2%氧化鐵皮4048t0.2%切頭切尾4048t0.3%廢品6036t99.4%合格坯2000000t0.3%清理損失6036t合格鋼水2042600t99.1%中間包鋼水2024217t0.9%鋼包注余18383t0.4%割縫損失8096t99.4%鑄坯2012072t0.7%中間注余14168t四、 連鑄機主要性能參數(shù)4.1連澆爐數(shù)連澆爐數(shù)是指同澆次的爐數(shù)，或者用裝一次引錠桿所澆鋼液的爐數(shù)。平均連澆爐數(shù)是指澆注鋼液的爐數(shù)與連鑄機開澆次數(shù)的比值，它反映了連鑄機的作業(yè)能力。從單爐連澆改至多爐連澆，可減少準備工作和連鑄機的停歇時間，從而

21、增加了連鑄機的產(chǎn)量，提高連鑄機作業(yè)率，降低消耗，提高經(jīng)濟效益。據(jù)統(tǒng)計，與單爐連澆相比，鑄坯產(chǎn)量提高50%，金屬收得率提高3%，操作費用降低25%。多爐連澆是一項高難技術(shù)，它是連鑄設(shè)備、工藝、管理水平的綜合體現(xiàn)。我國韶關(guān)鋼廠小方坯連鑄機1989年創(chuàng)造了連澆110爐的記錄；武鋼1700mm板坯連鑄機于1985年創(chuàng)造了連澆117爐的記錄；美國板坯連鑄機1973年曾連續(xù)澆注108h25min，連澆132爐，澆注27983噸；日本大方坯連鑄機1979年連澆過246爐，澆鋼39360噸；日本另一板坯連鑄機1989年曾連澆625爐。1997年我國平均連澆爐數(shù)：板坯連鑄機單流最高17.58爐，雙流14.84爐

22、，小方坯單流15.58爐，3流為11.49爐，單流矩形坯26.37爐，大方坯14.62爐，雙流為8.57爐?？紤]到15年來的技術(shù)進步，本車間單流板坯連鑄機連澆數(shù)取4。4.2澆注周期因為轉(zhuǎn)爐數(shù)多于鑄機數(shù)，本車間遵循“鋼水等鑄機”的原則，即把鋼包提前列到鑄機等待，連鑄機隨時可以得到鋼水包的供應(yīng)，對于連鑄來說組織多爐連澆的操作工藝較為簡單容易。歐洲國家多采用這種方式。在這種情況下，澆注周期Tcc按下式計算：Tcc=ntm+tp，min式中：tp：準備時間，指從上一連鑄爐次中間包澆完至下連鑄爐次開澆的間隔，一般方坯連鑄機為1518min，板坯連鑄機為2544min，本車間取30min帶入數(shù)據(jù)得Tcc=

23、160min4.3連鑄機的作業(yè)率p連鑄機的作業(yè)率直接影響到產(chǎn)量，每噸鑄坯的操作費用和投資費用的利用率，由下式計算：p=×100%=×100%式中：p：連鑄機的作業(yè)率，%；T1：連鑄機年準備工作時間，h；T2：連鑄機年澆注時間，h；T3：連鑄機年非作業(yè)時間，h；T0：年日歷時間，8760h；檢修等時間見下表:表3 非工作時間明細項目比例/%小時數(shù)/h備注年度大中修3.54.5307394停產(chǎn)大修，更換和清晰部件等定期小修5.06.0438526輥子中間調(diào)整，鏟除廢鋼，檢修等更換結(jié)晶器1.08634h/次等待2.53.0219263澆完后，鑄機準備至下次開澆內(nèi)部故障3.54.0

24、307350包括漏鋼在內(nèi)的連鑄機故障外部故障3.54.0307350煉鋼爐，吊車和鋼包等設(shè)備的故障合計18.522.516201971根據(jù)上表，年作業(yè)率取p=80%。4.4金屬收得率連鑄過程中，從鋼水到合格鑄坯有各種金屬損失，如鋼包的殘鋼，中間包的殘鋼，鑄坯的切頭尾，氧化鐵皮和因缺陷而報廢的鑄坯等。就連鑄本身來說，多爐連澆是提高金屬收得率的主要措施。式中：Y1：鑄坯成坯率，%；W1：未經(jīng)檢驗精整的鑄坯量，t；G：鋼水質(zhì)量，t；Y2：鑄坯合格率，%；W2：合格鑄坯量，t；K：連鑄坯收得率，%。本車間取k=97%4.5連鑄機生產(chǎn)能力連鑄機單位時間的生產(chǎn)能力Pcc多爐澆注時： 式中：Pcc：連鑄機單位時間的