炼铁学毕业设计论文.docx
《炼铁学毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《炼铁学毕业设计论文.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
炼铁学毕业设计论文
摘要
本设计论述了方坯连铸在国内外的发展现状及趋势。
设计中详细地计算和选择了连铸机的工艺设备参数、生产工艺流程以及车间工艺布置。
为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、新工艺和先进的设备。
设计中选用弧形结晶器弧形连铸机、钢包回转台、大容量和深熔池的中间包，以及结晶器四连杆式振动、水喷嘴冷却、五辊拉矫装置等先进技术。
本次设计题目为年产300万吨钢方连铸车间的设计，为更好地实现热送热装工艺，更有利于高温铸坯的快速输送和提高生产率，设计的两台八机八流的现代化方坯连铸机在车间内为横向布置，连铸机长度为27.5m,端面尺寸为165×165mm，定尺长度为1200mm。
所铸的钢种包括普碳钢、优碳钢、低合金钢、硅钢等
关键词：
方坯连铸机、热装热送、工艺参数、横向布置、高效连铸
1概述
早在十九世纪中期H.贝塞麦（H.Bessemer）就提出连续浇注液态金属的设想。
随后还有其他人对此项技术进行过研究。
但由于当时科学水平的限制，并未能用于工业生产。
直到1933年，现代连铸的奠基人——S.容汉斯（S.Junghans）提出并发展了结晶器振动装置之后，才奠定了连铸在工业上应用的基础。
1950年容汉斯和曼内斯曼（Mannesmann）公式合作，建成世界上第一台能浇注5t钢水的连铸机。
60年代后，连铸进入稳步发展时期。
机型方面，70年代以来，连铸生产技术围绕提高连铸生产率，改善铸坯质量，降低连铸坯能耗这几个中心课题，已经有了长足的发展。
80年代连铸技术的进步，主要表现在对铸坯质量设计和质量控制方面到一个新的水平。
已逐步实现连铸坯热送和直接轧制，由于这一新工艺能够大幅度地降低能耗，缩短生产周期，因而已成为目前连铸发展的主要方向。
中国是世界上开发和应用连铸技术较早的国家之一。
上世纪50年代就进行过连续铸钢方面的试验研究。
进入20世纪80年代末和90年代以来，宝山钢铁公司和鞍钢钢铁公司分别在1989年和1990年投产了从日本引进的大型双流板坯连铸机。
改革开放以来，国家对发展连铸技术一直予以高度重视，大力发展连铸生产和建设成为我国钢铁技术发展中的重要政策。
2主要设计原则和规划
2.1连铸机型的选择和特点
2.1.1连铸机设计原则
（1）充分利用新厂房的总体设计选择连铸机机型。
（2）连铸机要实现高效化，能连续稳定的生产合格铸坯。
（3）连铸机装备水平按先进、实用、可靠、经济的原则考虑。
（4）连铸机主要设备要能整体更换，离线检修。
（5）采用的工艺、技术、设备做到投产后的一定时间内，工艺流程、装备水平和主要技术经济指标保持同类机组的先进水平。
2.1.2连铸机机型的选择原则
（1）满足钢种和端面规格的要求；
（2）满足铸坯质量的要求；（3）节省投资和环保
2.1.3连铸机机型的确定
本设计采用的是弧形结晶器弧形连铸机、五辊矫直装置、水喷雾冷却、铸坯断面尺寸165mm×165mm方坯。
2.2连铸车间生产规模
2.2.1钢水供应条件
转炉：
（1）氧气顶底复吹转炉2座
（2）平均出钢量130吨
（3）最大出钢量140吨（4）平均冶炼周期35分钟
LF精炼炉2座
2.2.2生产规模
两台八机八流方坯连铸机生产规模为年产合格连铸坯300万吨。
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：
1选取连铸机的拉速必须在所浇钢种的允许范围之内，确保产品质量。
2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。
3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：
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：
Vmax＝3.4m／min
工作拉速根据经验为理论拉速的85％，确定工作拉速为2.8m／min
3.1.2冶金长度的计算：
冶金长度为连铸机的机身长度，指从结晶器钢液面到拉矫机最后一对辊子中心线的长度。
m
式中L－铸机的冶金长度，m
－最大的设计铸坯厚度，mm
－最大的设计拉坯速度，m／min
K－综合凝固系数，
取30
计算出冶金长度L=25.71m
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：
120h
加热炉：
80h
连轧机：
80h
小计：
430h
（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收得率的确定
收得率=浇注收得率（%）×精整收得率（%）
=合格板坯量/钢水量×100%
=294.9/300×100%
=98.3%
式中：
钢水量为钢包内的钢水量。
3.1.5钢包允许的最大浇注时间
式中：
-钢包最大允许浇注时间，min
G-钢包的容量，130t
f-质量系数，取11
3.1.6连铸机流数的确定
连铸机流数计算公式：
式中G-钢包容量，t,130t;
t-钢包浇注时间min,一般t≤
，t取32min;
F-铸坯断面面积
0.0272
;
V-此断面下的工作拉速，m/min,2.8m/min;
-铸坯密度，7.6t/
.
本设计中N取8，车间共两台八机八流的方坯连铸机。
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300万吨。
则所需钢水量：
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:
可得：
nq=250t,可取n为2，q为125t。
其中T为转炉的冶炼周期，36min。
所以本次设计与120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120t的转炉相匹配，连铸用钢水量平均按每炉130t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密切关系的。
本次设计取Cn=15炉。
5）每炉钢浇注时间
=31min;
式中n-铸机流数，n=8;
V-拉坯速度，m/min,2.8m/min;
r-铸坯密度，7.6t/
;
0.9-考虑铸坯头部和尾部拉坯速度增加和减少及富余能力的系数；
S-铸坯平均断面，
0.0272
;
G-转炉平均出钢量，130t。
6）准备时间:
准备时间为43min,其中铸坯拉出时间为13min,从装引锭杆到引锭头密封完毕可以浇钢为止所经历时间为30min。
7）连铸机年生产能力Q连铸机年生产能力Q为:
式中Q-连铸机生产能力，t/a;
-连铸机作业率，86.7%;
G-每炉钢水量，t/炉,130t;
A-铸坯收得率，%，98.3%;
C-连浇炉数，炉/次，15炉；
-连浇时平均浇注周期，min／次31min/次；
T-连铸机准备时间，min,43分钟。
本设计要求每台连铸机年产量为150万t/年，因此可以满足要求。
4生产工艺流程及车间组成
4.1生产工艺流程图
连铸车间布置应考虑
（1）连铸机与炼钢炉的匹配。
（2）连铸机与轧钢机的配合。
（3）必要的设备维修区和铸坯检查区。
（4）铸坯的运输。
4.2车间组成及工艺布置
4.2.1车间组成
转炉连铸主厂房板坯连铸区包括：
连铸跨、过度跨及并流跨（1－10#柱），车间组成及起重机配置见表4-1。
表4－1连铸车间组成及起重机配置
序
号
名称
建筑尺寸（m）
建筑面积
（m2）
起重机配置
（吨×台）
备注
长度
宽度
吊车轨面标高
1
连铸跨（D-E）
216
30
+26.25
+10.5
6480
125/32t×2
50/10t×1
1~10#柱
1~3#柱
2
过度跨（C-D）
216
33
+17
7128
50/10t×2
1~10#柱
3
并流跨（B-C）
216
36
+12
7776
（20+20）t×2捞钢车
1~10#柱
∑
21384
4.2.2车间工艺布置
连铸主车间与加热炉车间毗连布置，按转炉→LF/RH精炼→方坯连铸机→铸坯热送轧钢加热炉工艺组织生产，工艺流程短而顺行。
----连铸跨（D-E列）:
连铸跨中主要布置有连铸机操作平台、操作室、中间包维修区等。
其跨度和长度满足主机设备的布置，但中间包维修区面积较紧张。
----过度跨（C-D列）
过度跨中主要布置有连铸机的火焰气割机、切下辊道、切后辊道、切头切尾收集箱、中间辊道、引锭杆及存放装置、切割出坯操作室及设备维修区等。
其跨度和长度满足主机设备和设备维修区的布置。
----并流跨（B-C列）
并流跨中主要布置有中间辊道、提升式横移系统、冷床、铸坯堆存区等。
其跨度和长度满足主机设备的布置和必需的操作面积。
4.2.3连铸机区域的主要尺寸
区域总高度和轨面的确定
（1）连铸机的总长度是指钢包回转台中心线到冷床后固定挡板之间的水平距离。
连铸机的弧形半径前的部分布置在浇铸跨，其余部分在切割、出坯等跨内。
L=L1+L2+L3+L4+L5+L6=6500+20000+6000+19500+14000=94000mm式（4.1）
式中：
L1-钢包回转台中心线至结晶器外弧竖直切线之间距离。
6025mm。
L2-结晶器外弧竖直切线至拉矫机最后一个棍子的距离mm。
16751mm。
L3-拉矫机后至切割区前距离mm。
6224mm。
L4-切割区长度mm。
8500mm。
L5-输出辊道或铸坯等待去长度mm。
20000mm。
L6-出坯区长度。
36500mm。
（2）铸机高度的确定
它是指从拉矫机底座基础面至中间包顶面的总高度，计算如下:
H=R+H1+H2+H3+H4
=6000+1000+1000+380+1480=9860mm
式中：
H1-拉矫机底座基础面至铸坯地面距离，取决于出坯的标高和设备尺寸，约为500～1000mm,本次设计取1000；
H2-铸机弧形中心至结晶器顶面的距离，取1000mm；
H3-结晶器顶面至中间包升至最高距离，取380mm；
H4-中间包全高，1280+200=1480mm
R-弧形半径，6000mm
（3）吊车轨面标高
连铸浇铸跨吊车轨面标高
连铸平台标高H平台=9860-1780=8080mm
连铸浇铸跨吊车轨面标高：
H0=H5+H6+H7+H余=8080+2450+11000+1600=23130mm
式中：
H5-连铸平台标高mm。
8080
H6-钢包耳轴至其水口的距离mm。
2450
H7-起重机主钩上升极限尺寸mm。
11000
H余-富余尺寸mm，一般为1400-1600。
5主要工艺设备选择及其主要技术性能参数
5.1连铸机长度的确定
为保证连铸坯在出连铸机前完全凝固，连铸机的长度应大于铸坯的最大液相长度。
液相长度，指钢液从结晶器液面到铸坯全部凝固完毕的长度，使确定弧形半径和二冷区长度的重要工艺参数，也决定了拉矫机的位置。
连铸坯的最大液相长度按下式计算：
式中：
-液相长度，m;
D-铸坯厚度，mm,165mm;
-最大拉速即理论拉速，m/min,3.4m/min;
K-综合凝固系数，
；取30；
可见液相深度与最大拉速成正比，与冷却强度成反比。
铸机长度一般取为最大液相长度的1.1倍，以留有余地。
所以铸机长度：
L=1.1
=27.5m
5.2连铸机弧形半径
连铸机铸坯外弧的曲率半径（m）。
依据下列三个因素确定：
按铸坯进入拉矫机以前全部凝固完毕的条件确定；按铸坯在矫直时所允许的表面延伸率确定；按弧形结晶器的最小允许半径确定。
铸坯的形变如图5－1所示。
弧形半径的确定：
按经验公式计算：
连铸机圆弧半径R=KD其中K为系数，方坯连铸机取30～40，碳素钢取下限，特殊钢取上限。
D为铸坯厚度m,D取0.165m。
R要在算出后，考虑已投产的连铸机的经验参数，综合考虑确定.
R=（30～40）D=30×0.165～40×0.165=4.95～6.6取R=6m
图2.1铸坯的形变
图5－1
5.3钢包及钢包运载设备
5.3.1钢包回转台
优点：
1）利于多炉连浇：
占用浇注平台面积小，钢包更换迅速，便于处理漏钢：
适用于大型全连铸车间。
2）可安装称量装置，控制浇注时间。
其转速0.7～1.0转/min,换钢包的时间为0.5～2.0min。
近年来钢包回转台在形式和功能上得到了多方面的发展，采用了以下新技术：
钢包升降装置、连续自动称量装置、钢包清凡装置、钢包保温盖加盖装置及吹气装置等。
本设计采用蝶型钢包回转台，它具有各自独立驱动的转臂，两个钢包的相对位置时可以变化的，操作灵活，可缩短换包时间，钢包能在回转台上升降便于使用长水口，实现保护浇注，。
5.3.2钢包尺寸、质量和中心的计算
1）钢包的尺寸计算
钢包的容量应与转炉的最大出钢量相匹配。
钢包有外壳、包衬和注流控制结构组成；钢包的外壳一般由锅炉钢板焊接而成。
钢包容纳的钢水量，一般考虑有10%的过装余量，则钢包的实际容积为：
P+0.1P=1.1P=1.1×140=154t
钢包内的渣量，渣量一般为金属量的3～5%，设计时取较大比例为15%。
则渣量：
1.1P×0.15=0.615P=23.1t
钢包的容积
根据钢包实际容纳金属液与熔渣计算容积。
钢液比容取0.14；熔渣比取0.28。
因此，钢与渣的总体积为：
0.14×1.1P+0.28×0.165P=28
采用D/H=1；锥度为15%。
则钢包下部内径：
=D-0.15H=0.85D
根据原始数据
可求出D,由于部分砖衬的加厚，要增加D值，方能保证实际容积为0.2P。
可用下式表示：
K×0.673
=0.2PK取0.94
可以求出D=3.54m
钢包底砖厚度：
=0.10D=354mm
钢包壁砖衬厚等于：
=0.07D=247.8mm
钢包的外壳
钢包壳壁厚：
=0.01D=35.4mm
钢包壳底厚：
=0.012D=42.48mm
钢包的结构如图5－2所示：
已知钢包内经尺寸、砖衬厚度、钢壳厚度之后，可以计算外壳的外部尺寸：
外壳内高：
=1.1D=1.1×4290=3894mm
外壳全高：
=1.112D=3936mm
外壳上部内径：
=1.14D=4036mm
外壳上部外径：
=1.16D=4106mm
外壳下部内径：
=0.99D=3505mm
外壳下部外径：
=1.01D=3575mm
图5－2钢包包衬及外壳
2）钢包的质量计算
包衬的质量：
=0.535
=23.7t
空钢包的质量：
=（0.30～0.31）P=42～43.4t
装满钢水与熔渣后的总质量
钢包的容积仍可过装10%，渣量为金属量的15%计。
则装满钢水与熔渣后的最大质量为：
=1.1P+0.165P+0.273P=1.538P=215.3t
3）钢包重心的计算
计算钢包的重心是为了确定钢包耳轴的最低位置，使装满钢水与渣液的钢包吊运与浇铸时稳定，无倾翻的危险。
=0.540D=1912mm
同样可得空钢包的重心位置：
=0.642D=2273mm
5.4中间包及其运载设备
中间包是钢包与结晶器之间的中间容器，其主要作用如下：
1）控制钢流注入结晶器内，减少出钢的静压力，使钢流保持稳定。
2）减少钢流冲击而产生的飞溅、钢水液面波动。
3）中间包钢水中夹杂物上浮。
4）分流以实现多流浇铸。
5）多炉连浇。
5.4.1中间包容量的确定
中间包容量根据钢包容量、铸坯断面大小和铸坯流数来确定。
多数厂家选择钢包容量的15%～40%，小容量取大值，大容量取小值。
多炉连浇中间包要保证更换钢包时，连铸机所需要的浇铸钢水量，同时应考虑中间包允许的最低液面高度≮250mm，以免液面上的浮渣进入到结晶器中。
中间包容量可按下式计算。
中间包容量：
=1.3×0.2034×2.8×7.6×4=22.5t
目前中间包向大容量深熔池方向发展。
中间包容量也可按钢包容量的15～40%确定，有的已达50%左右。
本设计取：
=50t。
由于本设计连铸机为八机八流，采用两个中间包的设计，所以每个中间包容量为25t。
5.4.2中间包的类型构造及其主要尺寸
（1）中间包的类型及构造
本设计采用两个梯型中间包的设计，在钢包注流冲击点与中间包体设挡墙，以免水口周围出现涡流可防止夹杂物，渣或耐火材料进入结晶器。
中间包的构造为：
12～20mm钢板焊成外壳内砌耐或材料。
包底为防止变形采用厚钢板，中间包分为包体、包盖、塞棒和水口。
（2）中间包的主要尺寸
钢水深度≮500-600mm,液面上口约留200mm距离，为适应中间包冶金的需要中间包向大容量、深熔池的方向发展。
长度要考虑铸机流数、流间距及水口中心离包壁约200mm。
宽度应考虑钢水注入时，注入点到中包水口距离≥500mm,并使注入点到每个水口距离相等。
为便于修砌、清理、观察及加覆盖剂包壁有10-20%的倒锥角。
1）高度的确定
为保证中间包内夹杂物的上浮，钢液在其停留的时间约为8～10分钟。
对方坯连铸中间包可浇液面为
≥200mm,为保证浇钢液面深度
≥500mm,则标准液面深为：
≥500+200=700mm
在设计中，将标准液面再加深
≥100mm，为最大液面深，即：
≥700+100=800mm
本次设计取：
=800mm。
所以：
=180+800+200=1180mm
式中：
-耐火材料厚度；取180mm;
-钢包距包口的距离，取200mm。
2）长度的确定
长度方向尺寸确定的基准是中间包水口位置，当水口各部分的尺寸确定后，长度即可确定：
=2700+（500+180）×2
=4060mm
式中：
-水口距耐火墙的距离，一般在400~600mm,取500mm;
-水口间的距离，即连铸机的流间距，900mm;
n-流数，4；
-耐火材料厚度，180mm。
2）角度确定
角度确定原则，一般是根据下列条件而定：
A：
包内耐材的稳定性；
B：
剩余残钢脱除所需的斜度；
C：
操作人员观察结晶器液面的视线。
一般在9
～13
，本设计取11
。
5.5结晶器及振动装置
结晶器被称为连铸机的心脏，钢液在结晶器内强制冷却初步成形，并形成一定厚度的坯壳，当铸坯拉出结晶器时在机械应力和热应力的综合作用下，保证坯壳不拉漏以及不产生变形和裂纹等缺陷。
结晶器的工作条件对结晶器提出了以下要求：
具有良好的导热性能，能使钢液在结晶器内迅速凝固成足够厚度的初生坯壳。
结构刚性好，简单、易于制造、拆装、调整和维修方便。
有较好的耐磨性和较高的寿命。
在保证结晶器刚度的前提下，质量要小以便减小振动时的惯性力，使结晶器的振动平稳可靠。
具有足够高的强度和硬度，以减少结晶器内衬的扭曲变形和机械磨损，保持结晶器内腔尺寸的稳定性。
结晶器的材质一般有以下几种：
1）铜合金：
Cr、Ag、Sn、Si、Mn、Al、Zr等。
铜的导热系数高，但耐磨性差、热膨胀系数大。
2）铜板镀层：
Cu-Ni亲和力好、不脱落。
3）石墨结晶器：
易氧化。
本设计采用铜合金材质，镀镍。
5.5.1结晶器尺寸的确定
参数选择：
断面尺寸：
凝固收缩及矫直变形要求结晶器断面尺寸比冷铸坯断面尺寸达2～3%左右。
结晶器长度：
保证出结晶器坯壳厚度和减少拉坯阻力的情况下，尽可能选用短结晶器。
结晶器长度一般选用700～900mm。
有的达到1200mm。
1）结晶器的断面尺寸：
结晶器的断面尺寸是根据冷坯的公称断面尺寸确定的。
考虑到铸坯在凝固过程重的收缩和矫直时变形的因素，结晶器的断面应比铸坯的公称断面大，一般约大1～3％左右。
结晶器长度：
式中
——结晶器出口出的坯壳厚度，mm方坯取值10
K——结晶器部分凝固系数，
取值20
V——拉坯速度，m／min3.4mm／min
考虑到浇注操作时结晶器内钢液面的波动以及应用保护渣浇注等，在钢液面到结晶器定面之间要留有一定的富裕距离，故结晶器的实际长度L应为
结晶器的锥度：
铸坯在结晶器内衬的凝固过程的收缩，是铸坯脱离结晶器壁，形成气隙，影响结晶器的导热性能和坯壳的生长。
因此，在结晶器设计时，将结晶器制成下口断面比上口断面略小，形成倒锥度。
结晶器的到锥度
可由下式确定：
式中
——结晶器上口断面积
——结晶器下口断面积
4）结晶器的倒锥度是一个十分重要的参数，如倒锥度过小，坯壳会过早的脱离结晶器内壁形成气隙，影响结晶器的冷却效果，致使坯壳过薄，出现鼓肚变形，甚至拉漏。
倒锥度过大，会使铸坯与结晶器的摩擦阻力增加，加速结晶器内壁，特别是下口的磨损。
目前根据实践取经验值，对方坯结晶器的倒锥度取0.4～0.8％。
本设计结晶器倒锥度取值0.7％
结晶器水缝面积：
钢水在结晶器内形成坯壳时所放出的热量主要由冷却水带走的，因此，在设计结晶器时，合理的确定结晶器的水缝面积是非常重要的。
结晶器水缝面积F可按下式计
式中L取值为0.66m
Q为结晶器单位周长耗水量，
，根据经验为100～160
。
本设计取140。
v为冷却水流速，m/s根据经验为6～8m/s;
取值为8
5.5.2结晶器的振动机构
结晶器振动的目的是防止初生坯壳与结晶器之间粘结而被拉裂。
结晶器振动实际上起强制脱模的作用。
本设计振动方式采用正弦振动，这是目前广泛采用的一种振动方式。
结晶器的运动速度与时间的关系为一条正弦曲线
结晶器振动参数：
振动频率f＝75～210次／min
振幅S＝3mm
负滑动率
＝25％
2）四连杆式振动机构：
四连杆式振动机构又称双摇杆式或双短臂式振动机构。
广泛应用于大型板坯连铸和小方坯连铸机上。
这种振动机构有内弧布置和外弧布置两种，本设计采用内弧布置四连杆式振动机构，如图5－3。
其特点是全部传动机构和振动机构布置在内弧侧。
结晶器固定在振动框架上，振动框架铰接在两连杆上的一端，在驱动杆的带动下，结晶器绕另一端为支点往复摆动，从而能较
升级会员 