连铸机设计及其软件系统开发

连铸机设计及其软件系统开发
张洪建
【摘要】在连铸机设计理论基础上,利用C#语言编写出大方坯连铸机使用的Bil etcastcad设计窗口程序.这个程序可以计算连铸机的配水量同时计算温度场,还能设计、校核和绘制辊列.程序计算的结果满足实际生产情况的需要.
【期刊名称】《化工中间体》
【年(卷),期】2017(000)006
【总页数】3页(P148-150)
【关键词】连铸机设计;温度场计算;C#语言
【作者】张洪建
【作者单位】河钢唐钢能源环保部河北省唐山 063000
【正文语种】中文
【中图分类】T
连铸设备设计开发比较散乱、难度较大，但是总体设计将连铸设备开发过程整体化和系统化，有效改善了连铸机设计的水平。

CCP10是从日立公司进口的总体设计程序，对我国连铸机总体设计的发展起到巨大的推动作用。

在CCP10软件的带动下，国内很多专家开始探索连铸机设计开发相关的计算软件和设计程序。

由于计算机技术、计算机编程语言和连铸工艺的高速发展，旧的总体设计已无法满足连铸机总体设计的需求，因此需要功能更齐全、操作更方便、结果更可靠的专用总体设计程序。

进行总体设计之前，需要明确浇注的钢材种类、熔炼炉的生产率、铸件外形和铸机机型，然后才能确定其它相关的参数，如：结晶器的长度和铸坯时的拉坯速度等。

(1)基本参数的确定
拉坯速度
拉坯速度和铸坯截面、钢种、钢水过热度和设备生产水平有关，其关系如式1所示：
式中Vi、F、bm、am、sm、dt分别为初定拉速、炉生产水平系数、铸坯的宽度、厚度、钢种系数和中间包内液体的过热度。

②基本圆弧半径
弧形连铸机的基本圆弧半径由公式2和3计算结果比较而定：
式中N、Er分别为矫直点个数和机型系数，δ、Sr分别为坯壳厚度和钢种系数。

③结晶器长度
结晶器长度需按式4选取：
式中S、Lm和k分别指坯壳厚度、结晶器长和凝固系数。

(2)辊列设计
图1所示为大方坯连铸机的辊列结构示意图，从图中可见其由4部分组成。

各部
分布置有先后顺序，布置完毕后还要进行校核，若校核不能通过则需要重新设计。

S1为导辊长度，d1为辊直径，Sd和Ns分别为导辊间距和导辊的对数。

②矫直段和圆弧段的布置
改进矫直段可以提高生产质量，矫直段的布置分为两种：连续矫直段和多点矫直段的布置。

多点矫直段布置中导辊长度计算公式见9，与矫直半径相关的计算过程见公式10-12。

公式中εS为采用一点矫直凝固面变形率，Si、εd、N和Ri+1分别
为坯壳在矫直点的厚度、多点矫直凝固面变形率、矫直点数和从前向后求出铸机整体设计的矫直半径。

连续矫直曲线采用改进的concast曲线，见公式13。

公式13
中L为水平面上矫直曲线投影长度，待定系数ω由矫直曲线和基本圆弧段的连续
光滑条件共同确定。

圆弧段的布置一般在导辊和矫直段布置之后，需要确定的主要参数有结晶器和导辊、矫直段、基本圆弧之间的夹角G1、G2、G3，基本圆弧周长An，基本弧段总长Arc，导辊间距Sp，相邻两导辊夹角bS。

确定这些参数的计算公式见14-18。

(3)辊列校核计算
连续铸钢传热复杂，为简化传热模型作出以下假设：①忽略铸坯行进方向散热，②凝固过程中铸坯尺寸视为不变，③采用多种方式处理铸坯凝固潜热，④不考虑对流传热。

在以上假设的基础上，用切片法建立铸坯凝固过程中的传热模型，切片法相关计算公式19。

(1)设计算法
程序开发在Microsoft Visual Studio平台上完成，程序利用C#语言编写，程序
中绘图利用CAD完成。

C#语言具有C/ C++语言的优点的同时还避免了二者频繁出现的溢出现象，可实现可视化界面，便于用户使用。

用差分法求解铸坯凝固的传热过程，能够准确确定铸坯相关的重要参数，提高整体设计的准确性。

(2)程序运行
程序开发的基本原则是操作简便、减少参数需求量、模块化、界面简便等。

通过基本的参数输入，程序可以计算出所有与铸坯相关的重要参数，如基本圆弧的半径、铸坯变形率、导辊挠度等。

程序原理和运行流程如图2所示。

程序绘图采用二次
开发的AutoCAD2007，此软件能精确绘图并具备标注能力。

某钢厂使用大方坯连铸机组生产碳素结构钢，产品横截面规格320mm×425mm，拉坯速度0.83m/min，采用连续矫直改进的concast曲线。

通过以上参数进行设计，连铸机辊列设计结果见图3，滚列布置结果见图4。

表1列出整体设计结果与实际机组参数的比较，从表中可以看出二者基本一致，
但整体设计密排导辊相比于实际的机组要多出两对，因此辊间距要更小，而且且侧导辊对数也多出两对，这有助于控制铸坯鼓肚变形量。

二者ω值不同，程序设计
结果矫直曲线与基本圆弧之间的衔接更为圆滑一些，因此设计更为合理一些。

在拉速0.83m/min，温度1500℃下进行校核计算。

计算结果表明，由于辊间距
更小，辊更密，铸坯鼓肚变形量更小，为0.3578mm，显著低于实际机组的
0.5mm。

计算的综合变形率为0.3066%，符合技术指标。

表2所示为整体设计校核与实际机组校核参数之间的对比，通过对比结果可以看
出整体程序设计可以很好的满足工艺需要。

大方坯连铸机总体设计程序相比于以往的类似程序，具有操作更简便、数据多样化、功能更全面和完善、结果更准确等显著的优点。

以真实生产案例采用的参数作为基本数据，通过整体设计软件计算基本参数，根据计算的参数对辊列进行布置和校核，结果证实整体设计可靠，能够较好的满足设计需要。

张洪建（1972～），男，河钢唐钢能源环保部；研究方向：机械设计制造及其自
动化。

【相关文献】
[1]王叶婷．直弧形板坯连铸机辊列系列化[J]．机械研究与应用,2008,04:78-81．
[2]马春武．板坯连铸机的辊列设计计算与分析[J]．连铸,2014(03)．
[3]王先勇,董新秀,刘彭涛．板坯连铸机辊列计算机辅助设计[J]．连铸,2013（05）．
[4]冯科,韩志伟．板坯连铸机二次冷却系统通用设计软件的开发[J]．铸造技术,2008,01: 107- 110．
[5]马晓明．高强钢板变辊距矫直机机组研发[J]．冶金设备,2014（01）．。