【文章內(nèi)容簡介】 0+1394448+8003960+1193204040+1214004840 連鑄方法的選擇與論證(1)概述將高溫鋼水連續(xù)不斷地澆鑄到一個或一組水冷銅質(zhì)結(jié)晶器內(nèi)，鋼水沿結(jié)晶器周邊逐漸凝固成坯殼，待鋼液而上升到一定高度，坯殼凝固到一定厚度后由拉矯機把鑄坯拉出，并經(jīng)二冷區(qū)噴水冷卻使鑄坯完全凝固，由切割裝置根據(jù)軋鋼要求切成定尺。這種使高溫鋼水直接澆鑄成鋼坯的工藝稱為連續(xù)鑄鋼，簡稱連鑄。它的出現(xiàn)從根木上改變了一個世紀(jì)以來占統(tǒng)治地位的鋼錠初軋工藝。(2)連續(xù)鑄鋼的優(yōu)越性連鑄技術(shù)的迅速發(fā)展是當(dāng)代鋼鐵工業(yè)發(fā)展的一個非常引人注日的動向，連鑄之所以發(fā)展迅速，主要是它與傳統(tǒng)的鋼錠模澆鑄相比具有較大的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在以下幾個方而:1）簡化生產(chǎn)工序由于連鑄可以省去初軋開坯工序，不僅節(jié)約了均熱爐加熱的能耗，而且也縮短了從鋼水到成坯的周期時間。近年來連鑄的主耍發(fā)展之一是澆鑄接近成品斷面尺寸鑄坯的趨勢，這將更會簡化軋鋼的工序。2)高金屬的收得率采用鋼錠模澆鑄從鋼水到成坯的收得率大約是84%88%，而連鑄約為95%~96%，因此采用連鑄工藝可節(jié)約金屬7%12%，%.對于成本昂貴的特殊鋼，不銹鋼，采用連鑄法進行澆鑄，每噸鋼坯成本降低約170元，按年產(chǎn)量800萬t計算，提高金屬收得率，簡化生產(chǎn)工序?qū)@得可觀的經(jīng)濟效益.3)節(jié)約能量消耗據(jù)有關(guān)資料介紹，生產(chǎn)1t連鑄坯比模鑄開坯省能627 KJ1046 KJ， kg標(biāo)準(zhǔn)煤，再加上提高成材率所節(jié)約的能耗大于100 ，每噸連鑄坯綜合節(jié)能約為130 kg標(biāo)準(zhǔn)煤。4)改善勞動條件，易于實現(xiàn)自動化連鑄的機械化和自動化程度比較高，連鑄過程已實現(xiàn)計算機自動控制，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動化水平的提高，電子計算機也用于連鑄生產(chǎn)的控制，除開澆操作外，全部都由計算機控制。例如我國寶鋼的板坯連鑄機，其整個生產(chǎn)系統(tǒng)采用5臺PFU1500型計算機進行在線控制，具有切割長度計算，壓縮澆鑄控制、電磁攪拌設(shè)定、結(jié)晶器在線調(diào)寬、質(zhì)量管理、二冷水控制、過程數(shù)據(jù)收集、鑄坯、跟蹤、精整作業(yè)線選擇、火焰清理、鑄坯打印標(biāo)號和稱重及各種報裹打印等31項控制功能。5）鑄坯質(zhì)量好 由于連鑄冷卻速度快、連續(xù)拉坯、澆鑄條件可控、穩(wěn)定，因此鑄坯內(nèi)部組織均勻、致密、偏析少、性能也穩(wěn)定。用連鑄坯軋成的板材，橫向性能優(yōu)于模鑄，深沖性能也好，其他性能指標(biāo)也優(yōu)于模鑄。近年來采用連鑄己能生產(chǎn)表面無缺陷的鑄坯，直接熱送軋成鋼材。連續(xù)鑄鋼是一項系統(tǒng)工程，涉及煉鋼，軋鋼，耐火材料，能源，備品備件，生產(chǎn)組織管理等一系列的工序。多年的生產(chǎn)實踐證明：只有樹立以連鑄為中心，煉鋼為基礎(chǔ)，設(shè)備為保證的思想，才能較好地掌握現(xiàn)代連鑄技術(shù)，連鑄工藝的采用，改變了傳統(tǒng)的工藝要求、操作習(xí)慣和時間節(jié)奏。這就要求操作者和技術(shù)人員加強學(xué)習(xí)，更新知識，以適應(yīng)連鑄新技術(shù)的發(fā)展，做好技術(shù)培訓(xùn)工作。(3)連鑄機分類從上世紀(jì)50年代連鑄工業(yè)化開始，30多年來，連鑄機的機型發(fā)展經(jīng)歷了一個由立式、立彎式到弧形演變過程。（a立式 b立彎式c弧形d直弧形e橢圓形f直線型連鑄機）連鑄機可以按多種形式來分類。若按結(jié)構(gòu)外形可把連鑄機分為立式連鑄機，立彎式連鑄機，帶直線段弧形連鑄機，弧形連鑄機，多半徑橢圓形連鑄機和水平連鑄機。近年來隨著連鑄技術(shù)的發(fā)展，又開展了輪式連鑄機，特別是薄板坯連鑄機的研究。如果按照連鑄機所澆鑄的斷面的大小和外形來區(qū)分，連鑄機又可分為板坯連鑄機、小方坯連鑄機，大方坯連鑄機、圓坯連鑄機、異形斷面連鑄機和薄板坯連鑄機。在方坯連鑄機中也包括矩形坯連鑄機，通常把澆鑄斷面或當(dāng)量斷面積大于200x200mm的鑄坯叫大方坯，斷面或當(dāng)量斷面積小于160x160mm的鑄坯叫小方坯，寬厚比大于3的矩形坯稱為板坯。 若按連鑄機在共用一個鋼水包下所能澆鑄的鑄坯流數(shù)來區(qū)分，則可分為單流、雙流或多流連鑄機。在一臺連鑄機上，根據(jù)生產(chǎn)要求，既可澆鑄板坯又能同時澆鑄幾流方坯的連鑄機叫做方、板坯復(fù)合連鑄機或簡稱為復(fù)合式連鑄機。有的廠家為了區(qū)分連鑄機所能澆鑄的鋼種，在鑄機前冠以特殊方坯連鑄機或不銹鋼板坯連鑄機，以示與澆普通鋼連鑄機的區(qū)別。1)立式連鑄機立式連鑄機的主要特點是:①鑄機的主要設(shè)備布置在垂直中心線上，從鋼水澆注到鑄坯切成定尺，整個工序是在垂直位置完成的。鑄坯在切成定尺后由升降機或壇輸機送到地面口。②從工藝上看，鋼水是在官吉結(jié)晶器和二冷段逐漸結(jié)晶，有利于鋼水中非金屬夾雜物上浮，坯殼冷卻也比較均勻，這對澆鑄優(yōu)質(zhì)鋼和合金鋼是有利的。另外，鑄坯在整個凝固過程中不受任何彎曲、矯直作用，更適合于裂紋敏感性高的鋼種的澆鑄口。③立式連鑄機設(shè)備高，建設(shè)費用大，設(shè)備的維護和鑄坯的運送都比較困難。澆鑄厚度為200~左右的鑄坯，鑄機的總高度可達2535.。從工藝上來說，鑄坯因鋼水靜壓力大，鼓肚變形較為突出，這此縣寺式連鑄機的主要缺點。立式連鑄機可分為高架式和地坑式兩種。所謂高架式就是連鑄機建在地面之上，地坑式則是建在地面之下。為了減少地坑施工困難，一般立式連鑄機是一小半建在地上，一小半建在地下，稱為半高架式或半地坑式口。2)立彎式連鑄機立彎式連鑄機是連鑄技術(shù)發(fā)展過程中的一種過渡機型，目前己很少采用。這種連鑄機的主要特點是:它的上半部和立式相同，所不同的是在鑄坯完全凝固后，把鑄坯頂彎90176。.使鑄坯在水平方向出坯，這樣可縮小鑄機的高度，鑄坯的定尺也不受限制。由于在水乎方向出坯，鑄坯的運送也不成問題，立彎式連鑄機只適用于澆鑄斷面小于100100mm的鑄坯，對于厚度再大，待鑄坯完全凝固再頂彎，冶金長度己很長了，這和立式連鑄機的高度差不多，其優(yōu)點已不明顯。另外，頂彎設(shè)備也顯得很龐大。而且，鑄坯要經(jīng)受頂彎和矯直兩次變形，更易產(chǎn)生裂紋。3)直弧形連鑄機帶直線段的弧形連鑄機是奧地利聯(lián)合鋼鐵公司，美國鋼鐵公司推薦的一種機型，它主要用于澆鑄板坯。這種鑄機采用直結(jié)晶器，在結(jié)晶器下方有2m~5m直線段夾輥帶有液芯的鑄坯經(jīng)過直線段后被連續(xù)彎曲成弧形，然后又把己凝固或帶有液芯的弧形鑄坯矯直，再切割成定尺。這種連鑄機的特點有：①在工藝上保留立式連鑄機的特點，有利于特殊鋼的澆鑄。②鑄坯在帶液相彎曲成弧形后，使這種鑄機又具有弧形連鑄機設(shè)備高度較低，建設(shè)費用較低的特點。③采用連續(xù)彎曲和多點矯直技術(shù)，可保證鑄坯在兩相區(qū)不產(chǎn)生裂紋，是這種機型的技術(shù)關(guān)鍵。④這種機型比弧形連鑄機較高，設(shè)備總重量要大，設(shè)備的安裝，調(diào)整難度較大是這種鑄機的缺點。4)弧形連鑄機弧形連鑄機的結(jié)晶器是弧形的，二冷區(qū)夾輥安裝在四分之一圓弧內(nèi)，鑄坯在垂直中心線切點位置被矯直，然后切割成定尺，從水平方向出坯，因此，:①由于它布置在1/4圓弧范圍內(nèi)，因此，它的高度比立式、立彎式要低，這一特點使它的設(shè)備重量較輕，投資費用較低，設(shè)備的安裝和維護方便，因而得到廣泛應(yīng)用。②由于設(shè)備高度較低，鑄坯在凝固過程中承受的鋼水靜壓力相對較小，可減小坯殼因鼓肚變形而產(chǎn)生的內(nèi)裂和偏析，有利于改善鑄坯質(zhì)量和提高拉速。③弧形連鑄機構(gòu)主要問題是鋼水在凝固過程中非金屬夾雜物有向內(nèi)弧側(cè)聚集的傾向，易造成鑄坯內(nèi)部夾雜物分布不均勻，另外，由于內(nèi)、外弧形冷卻不均勻，容易造成鑄坯中心偏析而降低鑄坯質(zhì)量。5)橢圓型連鑄機為了進一步降低高度，也叫做超低頭連鑄機。它分段依次改變圓弧部分的曲率半徑，使結(jié)晶器和二冷段夾輥布置在四分之一橢圓形圓弧上。這種結(jié)構(gòu)的機型除了弧形區(qū)是采用多半徑，由于它是多半徑的，鑄機安裝調(diào)整較復(fù)雜，維護也較困難一些。6)水平連鑄機水平連鑄主要設(shè)備，如結(jié)晶器、二冷段，，拉坯時不是結(jié)晶器振動，而是拉坯機帶著鑄坯作拉、反推、停不同組合的周期運動。水平連鑄機的特點是：①設(shè)備高度低，投資省、建設(shè)速度快，適合中、小企業(yè)技術(shù)改造；②鋼水無二次氧化，鑄壞質(zhì)量得到改善。也無需鋼液面檢測和控制；③鑄坯在水平位置凝固成形，不受彎曲、矯直作用，有利于特殊鋼和高合金鋼的澆鑄；④設(shè)備維護簡單，處理事故方便。水平連鑄目前存在的主要問題是受拉坯時的賡勝力限制，更適合澆鑄200mm以下中小斷面方、圓鑄坯，鑄坯定尺也受限制。另外結(jié)晶器的石墨板和分離環(huán)價格高，增加了鑄坯的成本。因直弧形連鑄機的優(yōu)越性能，被鋼鐵廠廣泛使用，本次設(shè)計最后決定采用直弧形連鑄機。第三章 車間主體設(shè)備的設(shè)計 連鑄機的設(shè)計 鋼包允許的最大澆注時間鋼包允許的最大澆注時間受多種因素的影響，如鋼種、鋼包容量、包襯材質(zhì)。鋼包烘烤狀況、保溫劑性能、鋼包加蓋等。所以為了使鋼包內(nèi)鋼液不致因散熱太多而形成鋼包凝殼，又能充分發(fā)揮其延長澆注時間的潛力，保證澆注的順利進行，必須適當(dāng)?shù)卮_定不同容量鋼包允許的澆注時間。由克倫納吉塔爾曼公式式中：———— 為鋼包允許的最大澆注時間，min； G ———— 為鋼包容量 ，t； F ———— 質(zhì)量系數(shù)，要求嚴(yán)格的鋼種f = 10，要求較低的鋼中f = 16，本設(shè)計典型鋼種EH40和IF都屬于高質(zhì)量鋼種，所以取10。本設(shè)計鋼包容量G為200 t。 min實際澆注時間要求小于最大澆注時間，這里取40 min。 鑄坯斷面的選擇 鑄坯斷面尺寸以其冷態(tài)時的尺寸表示、稱之為鑄坯斷面的公稱尺寸。 鑄坯斷面的形狀和尺寸主要根據(jù)鑄坯的用途來確定。在選擇鑄坯斷面時應(yīng)遵循以下原則：不同鋼種需要不同的壓縮比；根據(jù)軋材品種規(guī)格選擇，一般來講，板材選擇板坯，線材選擇方坯，管材選擇圓坯。連鑄機生產(chǎn)能力必須與煉鋼能力相匹配。在本設(shè)計中典型鋼種EH40的鑄坯厚度定為220 mm,寬度定為1360 mm (1200 mm~1930 mm)，鑄坯定尺長度為8 ~11 m。 拉坯速度的確定拉坯速度以鑄機每一流每分鐘拉出的鑄坯長度（m）來表示。拉速越大，連鑄機的生產(chǎn)能力也就越大，但它有一定的限度，因為鋼水的凝固速度限制了鑄坯出結(jié)晶器時坯殼的厚度。拉速越高，坯殼越薄，易產(chǎn)生過大變形甚至漏鋼。同時又會造成鑄坯內(nèi)部的疏松和縮孔，使質(zhì)量變壞。在一定工藝條件下為了得到最好的經(jīng)濟效益，在尋求最佳拉速時，必須滿足的兩個最基本的要求：一時出結(jié)晶器下口時具有一定的坯殼厚度，以防止過大變形和漏鋼；二是鑄坯內(nèi)、外部質(zhì)量良好。（1） 理論拉速。實際上，連鑄機的最大拉速取決于鑄坯出晶器時不致發(fā)生變形或拉漏所需要的最小坯殼厚度。 第一步：求出板坯出結(jié)晶器時所需要的最小坯殼厚度。由凝固定律得到，小方坯 取10~15 min ； 大方坯和板坯 取 15~25 min；本設(shè)計生產(chǎn)的是板坯，所以取 = 18 min。第二步：求出為了獲得這個坯殼厚度，鑄坯需在結(jié)晶器內(nèi)停留的時間。由凝固定律得 min式中： ———— 板坯殼厚度，mm； ———— 結(jié)晶器內(nèi)鋼液的凝固系數(shù)，；小斷面鑄坯取28~31，大斷面鑄坯和板坯取24~26， 本設(shè)計取25。第三步：求出最大拉速。最大拉速的理論計算公式 式中：———— 結(jié)晶器的有效長度，m； = 結(jié)晶器長度 － 凈空高度（80~120mm） = 1000－110 = 890 m； ———— 理論最大拉速，；（2） 工作拉速。 在實際生產(chǎn)中，為改善鑄坯質(zhì)量（如內(nèi)裂，偏析，表面質(zhì)量等），使用的工作拉速V應(yīng)小于最大理論拉速，因此通常所說的拉速是指連鑄機的工作拉速，工作拉速是指連鑄機生產(chǎn)操作中能順利澆注，保證鑄坯質(zhì)量相對穩(wěn)定的平均拉速。當(dāng)前國內(nèi)外正常澆注時所達到的最大工作拉速為：板坯連鑄機 ~，；~，最高可達4左右。結(jié)合本設(shè)計計算所得最大理論拉速= 。 冶金長度的計算鑄機的冶金長度是指，以最大拉速澆注某一段面的鑄坯，從結(jié)晶器的鋼液面到鋼液完全凝固時的長度。第一步：確定鑄坯完全凝固所需要的時間 因為鑄坯完全凝固時鑄坯的厚度為,其中D為板坯厚度。所以由凝固定律可知，鑄坯全部凝固時，坯厚與時間的關(guān)系為：min式中： D ———— 為板坯厚度，mm； ———— 為板坯完全凝固所需要的時間，min； ———— 為綜合凝固系數(shù)，；（指鑄坯在結(jié)晶器和二冷卻區(qū)的凝固系數(shù)的平均值，一般可取24~33，方坯取30~33，矩形坯和板坯可取24~28。本設(shè)計取28）第二步：計算冶金長度。從本質(zhì)和上講，根據(jù)最大拉速計算出來的液相深度就等于冶金長度，但是在設(shè)計時，不僅要考慮連鑄機可能達到的最大拉速和最大鑄坯厚度，而且還要考慮到在投產(chǎn)后連鑄技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)有進一步提高拉速的可能性，因此，往往使連鑄機的冶金長度（機身長度）大于鑄坯的液相深度。連鑄機冶金長度的計算公式為： m式中： 冶金長度，m； D ———— 為板坯厚度，mm； ———— 為綜合凝固系數(shù)， ； ———— 為板坯完全凝固所需要的時間，min； ———— 理論最大拉速，； 連鑄機弧形半徑的計算連鑄機的曲率半徑主要是指鑄坯彎曲時的外弧半徑，其計算主要綜合考慮下面各項要求。第一項：按矯直時鑄坯允許的表面伸長率計算但由于遠遠大于D，%~%，故上式可寫為為了滿足質(zhì)量要求，必須使，則連鑄機的曲率半徑應(yīng)保證： m式中： D ———— 為板坯厚度 ———— 為鑄坯表面允許延伸率，%~%。第二項：按鑄坯進入拉矯機第一對輥子時主鑄坯溫度應(yīng)≥900℃，計算R。鑄坯在700~900℃時，對于大部分鋼種來說是脆性口袋區(qū)域，應(yīng)避免再次溫度范圍內(nèi)冷卻凝固，打到900℃所需要的時間t。 min m式中：t ———— 鑄坯溫度達到900℃時所需的時間，min； D ———— 鑄坯厚度，m； ———— 拉坯的速度，；第三項：按經(jīng)驗公式計算 m式中K為系數(shù)，一般取35~~40，大型板坯取40~45本設(shè)計取42。連鑄機圓弧半徑最后的確定，通常根據(jù)以上幾個項方面的結(jié)果，考慮已投產(chǎn)的連鑄機經(jīng)驗，綜合考慮后選擇確定。一般板坯的連鑄機在半徑在6~12m之間，所以本設(shè)計的連鑄機圓弧半徑R=10 m。 連鑄機的流數(shù)一臺連鑄機能同時澆注鑄