年产400万吨合格连铸坯的连铸系统设计

1、河北科技大学成人高等教育本科学生毕业设计（论文）开题报告学生姓名： 任晓亮 学 号： 院 站： 沧州东光职教中心函授站 学习形式： 函授 层 次： 专升本 专 业： 冶金工程 题 目： 年产400万吨合格连铸坯的连铸系统设计 起迄日期: 指导教师: 王霞 填写日期： 年 月 日毕 业 设 计 ( 论 文 ) 开 题 报 告1、本毕业设计(论文)课题应达到的目的：本次设计的是年产400万吨钢的方坯连铸工程，主要对连铸生产的工艺流程、车间组成和工艺布置进行设计，并对连铸机的几个主要工艺设备：钢包及其运载设备、中间包及其运载设备、结晶器及振动装置、拉矫和引锭装置、切割装置进行了设计计算。设计中对板坯

2、连铸车间作了综合经济指标分析和合理的布局。并绘制了车间平面和设备图。为了提高连铸机生产率和提高产品质量，在设计中采用了一些新技术。设计中选用弧型连铸机，大容量和深熔池的中间包，结晶器漏钢预报技术，电磁搅拌技术和轻压下技术等，使以上生产方案具有科学性、先进性，经济合理，适应当前社会发展的需要。2、本毕业设计(论文)课题任务的内容和要求(包括原始数据、技术要求、工作要求等)：由于技术上的缺陷，连续铸钢长期以来一直局限在电炉钢厂内，大型钢铁联合企业1970年才开始生产连铸板坯。借助科学理论对凝固现象的深入了解推动了连铸的发展。炼钢技术在同一时期内的发展也是连铸工业化的一个先决条件。低成本的电炉炼钢和

3、联合钢铁厂的碱性氧气转炉炼钢比平炉更能保证连铸钢水的供应。今天，在这些炼钢工艺中，比重最大的是氧气炼钢，占到了633，相比之下，电炉和平炉分别占331和36。连铸工艺的主要优势可概括为：收得率比模铸提高1012，成本降低20；由于从钢水到终产品的生产环节减少了，所需人时降低；取消了脱模、加热和初轧，设备投资低；有实现全连铸和高度自动化的可能性。由于这些固有的优点，随着浇铸产品质量的提高，连铸延伸进了模铸的领域，普及度迅速提高。 全球情况1970年，连铸钢仅占粗钢产量的4，而到今天，已经达到了惊人的88。世界钢铁供大于求的形势即将消退，供需平衡即将恢复，粗钢产量年平均增长速度4。2001年连铸钢

4、产量8503亿t；2002年增长了62，达到9036亿t。2003年粗钢产量为9648亿t，较前一年增长了68；而2004年的粗钢产量达到了105亿t，增幅88，该年连铸产量达到937亿t。在产钢大国中，中国占据世界连铸钢产量的2372，其后是日本1276和美国1038。中国连铸比9120，低于工业国的平均水平，但高于88的世界平均水平。在提高连续铸钢由于与常规生产相比具有生产工序简化，金属收得率提高，能源消耗降低，劳动条件得到改善和连铸坯质量好等优越性，因此是当前钢铁工业中发展最快的技术之一。近几年我国钢铁工业投资建设中最可喜的发展是宽带钢、中厚板和宽厚板的生产能力、装备和技术水平有了很大的

5、提高，产品结构调整取得实效。围绕高品质，高附加值板带生产。板坯连铸的装备和技术取得了同步的、显著的发展。常规板坯连铸机的技术进步主要表现在工艺设备技术的优化，自动化控制水平的不断提高和完善以及满足生产实际需要的工艺操作软件的开发和应用。单流产量可达到150万200万t/a，真正实现了优质高效。在品种结构方面: 随着电磁技术及凝固控制技术的应用, 连铸品种将有望实现品种的100%, 而且实现组织控制、内部及表面质量控制, 达到全无缺陷坯高效生产.在生产能力方面: 随着电磁组合结晶器、非正弦振动、轻压下、凝固动态控制技术的工业化, 板坯连铸机产量达到200 万吨/流年, 方坯连铸机产量达到40 万

6、吨/流年, 形成单台铸机对单台连轧机的生产流程.在品种结构方面: 随着电磁技术及凝固控制技术的应用, 连铸品种将有望实现品种的100%, 而且实现组织控制、内部及表面质量控制, 达到全无缺陷坯高效生在电磁连铸方面: 随着超导技术的发展, 用于浇注钢的电磁约束结晶器、电磁激震装置的工业化将成为可能, 在此基础上, 将有望开发无模、无振动、断面形状可任意组合的连铸机.毕 业 设 计 ( 论 文 ) 开 题 报 告3、本毕业设计(论文)课题预期成果(包括毕业设计论文、图表、实物样品等)：1.1 连铸主要设备本设计CSP连铸机为立弯式，铸机主要设备为蝶式钢包回转台、中间包车、漏斗型结晶器、液压振动台、

7、扇形1、2、3、4段，带刚性引锭杆的顶弯夹送装置、拉矫装置、以及摆动剪，其核心设备是漏斗型结晶器。在钢包回转台的两侧各有一个中包车和中包预热站，车上配有浸入式水口预热烧嘴。每台中包车都配备有称重系统，以称量中间包钢水重量。每个中间包在正常工作情况下，容量为2628吨，溢渣情况下为3032吨。中间包钢水液位可采用自动和手动进行控制，钢水从中间包注入结晶器采用塞棒伺服机构控制，它和CO60放射源，闪烁计数器和PLC装置一起组成结晶器液位控制系统。塞棒是整体式的，而塞棒机构采用压缩空气冷却。结晶器液位控制系统可实现连铸机的自动开浇，即当液位控制系统检测到钢水液位的10%时，铸机振动台开始振动，夹送辊

8、开始拉坯。钢水从中间包注入结晶器，是通过一个扁平式的整体式浸入式水口，它的出钢口专门设计的，以适应结晶器形状结构要求。结晶器是一个直的漏式结晶器，上大下小，在宽边铜板上部中心有一个宽的垂直、锥形的漏斗区域，以保证浸入式水口有足够的空间。漏斗区域为从铜板上部向下大约850mm,以下便是结晶器下部平行出口部分。下部结晶器模壁是平行的，从而形成最后铸坯的断面尺寸。结晶器振动装置是一个短杆式的液压振动系统，可以产生正弦振动，本设计采用的是非正弦振动。而结晶器下面则为铸坯导向的扇形1、2、3、4段。打开结晶器后，可以允许刚性引锭杆的插入，也可以清除漏钢后形成的坯壳。漏钢后通常影响到结晶器和扇形1段，他可

9、以很容易的作为一个整体用吊车吊出更换。结晶器的宽度和锥度可以远程调整，借助于主控室内驱动PLC方式进入预设定，在浇注期间，主控操作人员可以根据生产计划或轧制规格要求进行在线调宽，通常情况下还可以调锥来进行结晶器热流的控制，以稳定浇注状态，确保铸坯坯壳的均匀冷却。本设计二次冷却有3条冷却曲线，根据不同钢种，选择不同的冷却曲线，随着拉速的增加，水量不断增大。铸坯出扇形段后，进入夹送辊顶弯装置，依靠液压，顶弯辊将铸坯与引锭杆分离，铸坯进入3.25半径的弧形段，再通过拉矫机进行一点矫直。夹送辊顶弯装置及拉矫装置的冷却为内冷。然后铸坯进入摆动剪，在主控市HMI画面可进行铸坯长度的设定。通常铸坯在摆剪处的

10、温度为9501050，主要由于不同拉速所致。 1.1.1 大包回转台大包回转台设备为带升降系统的型回转台,它位于浇铸平台上。主要包括：大包回转台、事故回转驱动装置、称重系统、大包盖操作装置、回转锁定装置和大包滑动水口液压操作系统。大包回转台的主要功能是将大包才能感装载位置运送到浇注位置，回转半径为5500mm，回转台承载能力为2200t,回转速度为1r/min,设有电气滑环和旋转接头，用于传送电能和介质（供给升降液压缸和滑动水口的水已二醇、氩气、压缩空气），能实现正、反向各360无限地转动。大包回转台能够移动两个装满的大包，并向连铸机连续地输送钢水。在正常情况下，大包回转台的转动由电动-机械系

11、统实现，电机通过行星齿轮箱和锥齿轮来传递运动，电机配有编码器，以调整转速，实现回转臂的精确定位。电机输出轴上设有1气动抱闸系统，以便回转臂停在合适的位置上。在事故情况下可以用副驱动即气动驱动，来实现回转台的转动。在任何时刻，均可实现从一种状态向另一种状态的转换，甚至在大包回转台正在转动时也可以。装满钢水的大包由天车吊运到回转台的双叉臂上，然后转动到浇铸位置。设备的布局设计时就考虑到，当中间包液面处于最高位置时，大包、中间包车和中间包之间不会发生任何干涉。1.1.2 中间包车中间包车为半门式结构，主要组成为：行走系统、升降系统、水口对中机构、称重系统、塞棒液压控制机构、侵入式水口的事故闸板液压机

12、构、连续测温系统机械手和大包长水口机械臂。中间包车升降机构由电动-机械螺旋千斤顶实现升降，有接近开关实现控制，升降行程为600mm，升降速度最大为30mm/s。通过编码器实现对中间包位置和速度进行控制，能使侵入式水口自动地上下移动，均衡弯月面处的水口侵蚀，提高侵入式水口的寿命。中间包行走驱动系统，主要由2个带变频器和编码器的电机、2个正交轴齿轮减速机和4个车轮（其中两个带驱动）组成。中间包车负载能力为80t，最小行走速度为2m/min，最大行走速度为20m/min，可实现紧急制动和紧急事故行走。通过液压装置实现中间包位置的横向调整和水口对中，通过流量分配器保持液压缸同步运动，调整行程为+75/

13、-75mm。通过传动拖链向电机供电，传递流体和电信号。称重系统主要由4个带放大器和空冷的称重单元组成，侵入式水口事故滑动闸板用于紧急切断中间包流出的钢水，切断速度为300mm/s。带液压缸、伺服阀和位置传感器的液压驱动机构，用来驱动塞棒，可手动也可自动，垂直行程手动为140mm，自动时为100mm，最大速度大于100mm/s，塞棒液压控制机构和结晶器液位检测系统形成闭环控制，通过PID调节稳定控制结晶器液面。连续测温系统机械手把持连续测温探头，用于浇注过程中中间包钢水温度连续测量。大包长水口机械臂夹持大包长水口，带氩气封闭，机械臂可以实现旋转、水平移动和升降动作，升降由气动驱动，以保证大包长水

14、口和大包滑动水口的准确严密啮合及更换水口。 1.1.3 中间包烘烤装置每个中间包烘烤装置烧嘴数量为3个。最高预热温度为1200100，所用燃料为转炉煤气。烘烤时间为90min,燃料消耗为1800m3/h,采用自动点火，PLC自动控制温度，加热曲线（可编程）存于PLC中，盖上的热电偶提供反馈。水口烘烤装置为负压抽风式，一个文式管由气动产生负压，通过水口将中间包内的热量吸入烘烤炉，能把中间包水口预热到合适的温度。 1.1.4 二冷室及风机二冷室位于浇铸平台下。包括一个封闭室和一套蒸汽排出装置，连铸平台和其下镀锌钢板制成的二冷室墙组成大型整体封闭室，用来容纳从浇铸平台到拉矫装置末端的水和蒸汽。蒸汽排

15、出系统包括2台离心风机用来排出二冷室的蒸汽。1.1.5 结晶器H2（high speed,high quality）漏斗型结晶器主要包括：两个漏斗型宽面铜板、两个多锥度窄面铜板、铜板背板、足辊、在线调宽装置。结晶器支撑框架是焊接钢结构，安装在振动台上，结晶器冷却水自动进行连接，结晶器水套和振动台接水板通过O型密封圈进行密封。冷却水的连接方式和对中销的设计，可以实现快速更换结晶器。结晶器的固定面和松动面通过拉杆连接，带有弹簧的拉杆可以保证一套液压缸实现宽面打开。铜板和背板设计成快速更换的结构，以实现磨损铜板的快速更换。铜板材质为铜银合金，宽面铜板表面镀Ni，铜板长度1200mm,结晶器冷却方式为

16、在铜板上钻孔通水冷却。结晶器预留安装电磁制动（EMBR）的空间。足辊区冷却构成二次冷却的1、2、3环路。结晶器的作用和基本组成:结晶器是连铸机的心脏，中间包内的钢水注入到结晶器后，在结晶器内初步骤固成具有一定外形的铸坯，生成一定厚度的坯壳，并被连续地从结晶器下口拉出，进入二冷区。结晶器的主要作用：(1)在尽可能高的拉速下，保证出结晶器时形成足够厚度的坯壳，以抵抗钢水静压力而不拉漏。(2)保证结晶器周边坯壳厚度均匀稳定地生长。(3)结晶器内的钢水渣相坯壳铜板之间的相互作用，对铸坯表面质量有决定性的影响。上述第(1)个作用决定了铸机的生产率，而第(2)、(3)个作用决定了铸坯的表面质量。结晶器的基

17、本组成: 结晶器宽边安装有六个液压缸用来打开和关闭结晶器铜板。其中固定侧有两个液压缸，由单向阀和压力开关进行控制。松动侧有四个液压缸，由带有压力传感器的单向阀和比例进行控制。当掉电和液压失效时有一个蓄能器进行结晶器的事故关闭。松动策顶部的压力为120bar，底部的压力为140bar。当进行结晶器在线调节时松动侧的压力将减小以阻止铜板表面刮伤。当松动侧的压力降为63bar时自动尾出。窄边的主要功能是进行结晶器宽度和锥度的调节，以保证板坯尺寸和浇注安全。调宽是通过4个用于上下主轴驱动的伺服电机、4个齿轮装置、4个蜗轮装置、4个螺旋主轴实现的。1.2 车间设计的依据在进行车间设计之前，应从技术经济部

18、门取得设计任务书，而设计任务书是有关部门根据国家计划经过充分讨论之后制定的。设计任务书的基本内容：（1）车间的生产规模、生产品种； （2）车间的生产方案；（3）建厂地址、厂区范围和资源情况、水文地质、原材料、燃料、动力、供水以及供电等供应情况，还有运输情况等；（4）要求达到的经济效益和技术水平 （5）投资以及劳动定员的控制数字 （6）环保情况1.3 厂址选择厂址选择工作实际包括两个方面：一是建厂地区的确定，一般由上级主管部门在设计任务书中规定；二是建厂地址的选择，由设计者会同有关部门共同进行实际调查研究，提出几个初步方案进行比较，然后选取最优方案。建厂地址选择应考虑下述要求：（1）必须符合国家

19、工业布局的基本原则。充分利用各地区的丰富资源和各方面的有利条件，合理使用人力和物力，使生产出来的产品能够合理的分配，从而使所设计的厂在最少的投资条件下，获得最大的经济效果，并且使全国各大区的工业系统迅速建立起来，逐步改变我国工业布局不合理的状态；（2）原料、燃料、动力的来源与运输条件。要能够得到生产所需的足够原材料，要有能满足生产和生活的水质和水量；2.2产品规模2.2.1产品方案产品规模设计年产400万吨合格铸坯的全连铸车间。精炼、连铸过程收得率分别按98.3%、98.3%。如下图，按钢种比例分配的产品方案 ：表21 产品方案序号 1 2 3 4 5钢种 代表钢号GB产品标准JIS产量/t比

20、例碳素结构钢 Q195Q235 GB/T70080 优质碳素结构钢低合金高强Q345 度结构钢耐大气腐蚀09CuTiKE钢船用集装箱Spa_H钢GB GB/T1591-9408al 08 GB/T3275-94 37.5% 25% 20% 12.5% 5%JISG3125 1) 根据生产规模计算年需钢水量，据国内同类转炉经验所得n =95%99%，取99%年合格坯产量 400年浇注钢水量= = = 404.04（万吨） n 99%2) 对“三吹二”制度，转炉有效时间为310天/年 转炉有效时间 310则转炉作业率= 100%= 100%=84.93% 年日历时间 365 根据同类型厂家，取冶炼

21、时间40min。3)计算出年出钢炉数N 年日历时间转炉冶炼作业率 365246084.93% = = = 11250（炉）2 冶炼平均时间 40 N=211250=22500年浇注钢液量 t4）平均炉产钢水量= = = 179.6（吨） 年出钢炉数 22500故本设计选取180吨转炉。转炉： a氧气顶底复吹转炉2座 b平均出钢量180吨 c最大出钢量190吨 d平均冶炼周期40分钟 LF精炼炉2座2.2.3生产规模两台六机六流方坯连铸机生产规模为年产合格连铸坯400万吨。3连铸车间的平面布置3.1主要工艺参数的确定3.1.1拉速的确定连铸机的拉速的确定主要取决于以下几个原则： 选取连铸机的拉速

22、必须在所浇钢种的允许范围之内，确保产品质量。 以满足钢种产量的要求为前提，选取的拉速考虑和冶炼设备的生产周期匹配。 素。理论拉速：理论上所能达到的最大拉速。按照结晶器出口处铸坯最小坯壳厚度计算，根据本设计的钢种 铸坯断面尺寸最小坯壳厚度选取为10mm。结晶器出口处最小坯壳厚度：min 10mm 连铸机拉速要考虑铸坯断面尺寸、弧形半径、冶金长度和铸机结构特性等因式中：Km-结晶器内钢液凝固系数mm/min1/2;取20；Lm-结晶器有效长度m,0.85; 计算得出：Vmax3.4 mmin工作拉速根据经验为理论拉速的85，故确定工作拉速为2.8mmin3.1.2冶金长度的计算：冶金长度为连铸机的

23、机身长度，指从结晶器钢液面到拉矫机最后一对辊子中心线的长度。式中 L铸机的冶金长度，mDmax最大的设计铸坯厚度，mm Vmax最大的设计拉坯速度，mmin K综合凝固系数，mm取30 计算出冶金长度L=37.78m 3.1.3作业率的确定(1) 日历时间： 365(d)x24=8760h (2) 铸机计划年检时间：一年1次，共10d(240h)(3) 铸机计划定期检修时间： 每周1次，共8h，全年400h年计划工作时间： 8760-240-400=8120h (4) 非计划检修时间：连铸机：90h(5) 工序干扰停工时间：转炉及前工序：150h连铸机： 加热炉： 连轧机： 小计：120h 8

24、0h 80h430h(6) 铸机有效作业时间： 8120-90-430=7600h (7) 铸机有效作业率： 7600/（24x365）x100%=86.7% 3.1.4钢包允许的最大浇注时间logG-0.2tmax = f=75.5min 0.3式中：tmax-钢包最大允许浇注时间，min G-钢包的容量，180tf-质量系数，取11 3.1.5连铸机流数的确定G连铸机流数计算公式：N= = 5.57 tF式中 G-钢包容量， 130t;t-钢包浇注时间min,一般ttmax，t取38min; F-铸坯断面面积m2,0.04m2;V-此断面下的工作拉速，m/min,2.8m/min; -铸坯

25、密度，7.6t/m3.本设计中N取6，车间共两台六机六流的方坯连铸机。3.2连铸机生产能力的计算3.2.1连铸机与转炉的匹配计算本次设计要求合格铸坯为400万吨。则所需钢水量：Q= = t 0.983式中：A-钢水收得率，0.983根据转炉车间的生产能力：设转炉座数为n,转炉的公称容量为q，转炉作业率为: n3651440q = Q Tn36514400.836q = t 40可得：nq=370t , 可取n为2，q为185t。其中T为转炉的冶炼周期，40min。所以本次设计与180吨的转炉相匹配。 3.2.2连铸机生产能力计算1) 连铸机作业率 :根据前面计算，连铸机作业率 为86.7%。2) 每炉钢水量G:本设计与公称容量为180t的转炉相匹配，连铸用钢水量平均按每炉180t计算。3) 铸坯收得率A:据连铸设计技术规格书中经济指标可知铸坯收得率为98.3%。 4) 连浇炉数Cn:连浇炉数与转炉及连铸的配合有关，同时与炉子的容量有关，同时与炉子的容量大小，浇注时间长短，耐火材料质量也是有