12 连铸机的形式及设计

冶金长度49m
钢包运输自动控制
日本钢管福山厂6#板坯铸机
4
4.2 连铸机的分类及表示方法
(1)按照连铸机的外形可以分为：立式、立弯式、 弧形、椭圆形及水平式连铸机等。 (2)按铸坯断面形状分为方坯连铸机、圆坯连铸 机、板坯连铸机、异形坯连铸机、方／板坯兼 用型连铸机等；
5
（3）按照铸坯拉坯速度来分类，可以分为高拉速 和低拉速之分，薄板坯拉坯速度可以达到5m/min; （4）按钢水的静压头可分为高头型、低头型和超 低头型连铸机等。 （5）此外同步运动式结晶器的各种连铸机；如双 辊式连铸机、双带式连铸机、轮带式连铸机等。 （6）按照功能分，一台铸机既能浇铸方坯又能浇 铸板坯称为复合连铸机； （7）按照铸机的台数、流数、机数来分，连铸机 共用Z台钢包浇铸称为Z台连铸机，即共用一个盛 钢桶浇铸的一套连铸装置称为一台。按照连铸机 的驱动系统数量X可称为X机连铸机，X驱动系统 浇铸Y流铸坯时，称为Z台X机Y流连铸机； 6
大包下渣检测系统
长水口自动安置
热中间包循环使用 滑板＋步进液压缸控制 上装引锭杆 辊缝测量
80t密封中间包
垂直段3m
连浇自动操作(浇铸平台、搅拌站) 非正弦波振动 快速更换结晶器窄边改变浇铸铸坯厚度
钢包吹氩远程自动控制 10点弯曲 分节辊轻压下(17m) 气水喷雾二冷，喷嘴堵塞监测
5点矫直 最大拉速3m/min
4—单带式连铸机；
1—双辊式连铸机；
2—单辊式连铸机
3—双带式连铸机；
• •
5—轮带式连铸机
同步运动结晶器 连铸机机型
7
连铸机规格的表示方法
弧形连铸机规格表示方法为：aRb-C a—组成1台铸机的机数，机数为1时可以省略； R—机型为弧形或椭圆形连铸机； b—连铸机的圆弧半径，m，若椭圆形铸机为多个 半径之乘积，也表示可浇铸坯的最大厚度： 坯厚= b/(30～36) mm C—表示铸机拉坯辊辊身长度，mm，还表示可容 纳铸坯的最大宽度： 坯宽=C-(150～200) mm
10
钢液浇注及承载设备 — 钢包、钢包回转台、中 间包、中间包车 成型及冷却 设备 — 结晶器及其振动装置、 二次冷却装置 拉坯坯矫直机、引锭装 、脱引 锭脱引锭 拉坯矫直设备 — 引锭锭杆收集存放装 火焰焰切割 切割设备 — 液压压 机械剪切 机械剪 辊道、冷床、拉钢机、 推钢钢机、翻钢机 出坯设备 — 缓冲器、火焰清理机、 打号机等
4.4.2 连铸机作业率
连铸机作业率
T1为年准备时间， T2为年浇铸时间；T0为年日历作业时间； 根据目前连铸技术的发展状况以及国内外连铸生产车间的具 体实践，确定用于检修、更换结晶器及处理内外故障的时间， 设计连铸机的作业率； 一般，小方坯60%-80%，大方坯60-85%，板坯连铸机的作 业率为75%-90％。 铸坯成坯率
20
4.4.6 弧形半径
弧形半径 是指连铸机铸坯外弧的曲率半径，单位 为m。它既影响铸坯质量，也影响连铸机的总高度 和设备质量，还是标志能浇注的最大铸坯厚度的一 个重要参数。计算连铸机弧形半径的方法很多。 （1）最简单的是根据经验计算： 初步估算连铸机的弧形半径 R＝KD 式中 D－铸坯厚度，m； K－系数；小方坯取30-40，大方坯铸机取
13
4.3.3 连铸机的拉坯速度
• 拉坯速度以连铸机每一流每分钟拉出的铸坯的长度 来表示； • （1）最大理论拉速 1）出结晶器坯壳厚度的限制 最大理论拉速应该以出结晶器坯壳厚度能承受钢水 静压力而不破裂。坯壳厚度与它在结晶器中停留时 间成正比，一般根据经验式选取；
700-950㎜
lm 对于小断面铸坯坯壳安全厚 k min m 度为8-10mm； vmax 大断面板坯坯壳厚度应 ≥15mm。 小方坯取28-31，大方坯取24-26，板坯取20-25
4.4 .1连铸机浇注周期的计算
连铸机浇注周期包括准备时间和浇铸时间： T=t1+nt2 其中t1为准备时间，对于方坯为15-38min,板坯为2545 min, t2为单独浇铸时间，是指从中间包开浇至浇完 的时间；
G t2 BD v拉 N
式中 G－平均每炉产钢水量，t；B－铸坯宽度，m； D－铸坯厚度， m ；ρ－铸坯密度； v－工作拉速； m/min ;N－连铸机的流数。 如宝钢1930铸机， t1=40min， v = 1.3m/min时 ， t2=49min；v = 1.6 m/min， t2=40min，; 25
22
•为满足质量要求，铸坯矫直时延伸率ε 必须小于铸 坯表面的允许延伸率[ε ]，否则容易出现裂纹，所以 有ε ≤[ε ]，则有
0.5D 0.5 D 100% , R R
•这里表面允许应变量取决于钢种、铸坯温度以及铸 坯表面的质量要求等。根据经验，碳钢、低合金钢取 1.5%-2.0%；
8
• 例如：
（1）3R5.25-240 表示此台连铸机为3机， 弧形连铸机，其圆弧半径为5.25m，拉坯辊 身长为240mm。
（2）R10—2300 表源自文库此连铸机为1机，弧 形连铸机，其圆弧半径为10m，拉坯辊辊身 长度为2300mm，浇注板坯的最大宽度为 2300-（150~200）
=（2150~2100）mm。
9
4.3 连铸机的机型选择
• 连铸机的机型选择上没有统一的标准，连铸机除了 满足产量要求外，从生产率、铸坯品种质量、铸坯 断面、设备投资、维修等方面考虑，其发展经历了 从立式→立弯式→弧形→超低头弧形→水平型的发 展历程，以弧形铸机综合性能最佳； • 目前广泛采用的是全弧形和直弧形连铸机； • 对比实验和生产实践表明，直弧形比全弧形铸坯内 大型夹杂物数量要少，有利于获得纯净钢。
18
4.3.5 铸坯的液相深度和冶金长度
• 液相穴深度是指从结晶器液面开始到铸坯中心液相 凝固终了的长度，也称为液心长度。
L液 v c t
D 2 K凝 t
• • •
L液
D v 2 c 4 K凝
2
与最大理论拉速成正比， 与冷却强度成反比；
19
• (1)铸坯的液相深度：是指钢液从结晶器液面到铸 坯全部凝固完毕时的长度，它是确定弧形连铸机 弧形半径和二次冷却区长度的一个重要工艺参数， 也决定了拉矫机的设计位置。
30-50，板坯铸机取40-50。一般碳素钢取下限， 特殊钢取上限；国外，普通钢取33-35，优质 钢取42-45。 21
（2）按弧形铸坯矫直时允许的表面延伸率计算
假定矫直时为固相矫直，内表面发生拉伸变形，外表面发生压 缩变形。假定中心线不变，断面不变形。则内表面延伸了AA'， 外表面压缩了A"A"'，且两者相等。则内弧表面的延伸率：
11
连铸机的主要设备
4.4 连铸机的主要工艺参数
4.4.1 钢包允许的最大浇注时间
• 钢包允许的最大浇注时间受多种因素的影响，如钢 种、钢包容量、包衬材质、烘烤条件、覆盖保温剂、 钢包加盖等，可按经验式确定：
logG-0.2 tmax = f 0.3
式中 tmax—钢包允许的最大浇注时间，min； G—钢包容量; t f—质量系数，主要取决于对浇注温度控制的要求，对 于严格要求控制偏析钢取f=10，一般钢取10-12； 12
4.3.4
连铸机的流数
为了使一个钢包的钢水能在规定时间内浇完，往往一台连 铸机需要同时浇注几根铸坯（每一根称为一流）。假设连 铸机断面为210×800mm，其流数的计算如下： 160 N ＝ G 2流 tFv 55 0.21 0.8 1.4 7.7 • G－钢包容量，t； • F－铸坯断面面积，m2； • t－钢包浇注时间，min，由炼钢炉与连铸的工艺配合而定， 不大于钢包允许的最大浇注时间; • v－该断面的工作拉速，m/min； • ρ－铸坯密度，取为7.7t/m3。 • 一般小方坯最多可以浇铸12流，多数4-6流，大方坯多为24流，板坯一般为1-2流；
km v max .lm min
2
Vmax 4 K / D .L
2 2
铸坯厚度
冶金长度
取值为24-33
15
3）拉坯力的限制
铸坯拉速过高时，铸坯液相深度增加，它相应位置 上坯壳厚度变薄，使得其表面温度升高，鼓肚增加， 导致拉坯阻力增加。 但连铸机设计的拉坯力是一定的，因此当拉坯阻力 超过了设计的拉坯力时，铸坯就无法拉出，这就限 制了拉坯速度的提高；
14
• 由上述公式即可求出最大理论拉速
• 这里δ取值由钢水能承受的静压力决定，碳素钢可以取10㎜， 大断面取25 ㎜，合金钢略薄一些。板坯可以取15 ㎜；如宝 钢210×1930铸机，lm=950㎜,vmax取1.8m/min,则δ取13㎜ 左右； 2）铸机冶金长度的限制 铸坯出拉矫机后即按照定尺长度要求切割，这样铸坯的液相 深度就不能大于冶金长度（机身长度），vmax×t=L
（2）工作拉速的计算
通常所说的拉坯速度实际是指连铸机的工作拉速， 即连铸生产操作中能顺利浇注，保证铸坯质量相对 稳定的平均拉速。 影响铸坯拉速的因素很多，主要是内部质量和连铸 机长度，根据经验公式确定如下： 16
l V f S
根据该经验公式计算的工作拉速应该小于最大理论拉 坯速度； 这里 l-为铸坯横断面周长，㎜； S-为铸坯的横断面面积，㎜2； f-为速度换热系数，一般小方坯取65-100，大方 坯取55-75，板坯取50-80，但宽厚比较大的铸坯该式 有比较大的 误差； 设计中可以根据经验类比进行选择，板坯的拉速 常常在1.0-2.5m/min, 小方坯拉速在3.3-3.5 m/min, 如宝钢210×1930铸机，vmax=1.8 m/min, v=1.3 m/min ； 17 日本福山220厚铸坯， vmax=3.0 m/min, v<1.8 m/min ；
4. 连铸机的形式及设计
连续铸钢是把钢水直接连续地浇铸成铸坯的新工艺， 简称连铸；
主要设备由钢包、中间包、结晶器、结晶器振动装 置、二次冷却和铸坯导向装置、拉坯矫直装置、切 割装置、出坯装置等部分所组成。
2
重要的连铸工艺技术：
• • • • • 高拉速技术： 均匀强冷结晶器、保护渣、液压振动、 电磁制动、拉漏预报、辊道冷却等； 优质洁净钢铸坯生产技术： 大包下渣监测、大容量中间包、保护浇铸、 中间 包多重堰、过滤器、浸入式水口防堵塞、结晶器 液面控制、防卷渣、电磁搅拌、中间包加热、亚 包晶钢铸坯表面裂纹防止、多点矫直技术、二冷 动态控制、喷嘴堵塞自动监测、二冷喷水宽度控 制、压缩铸造、轻压下等； • 近终型连铸取得成功 3
4.4.2 铸坯断面
铸坯断面选择的原则 : 轧材品种及规格；轧材需要 的压缩比；适应轧机能力及成材要求。 大板坯连铸机和薄板坯铸机配宽带轧机 圆坯连铸机配合各种无缝钢管轧机 大中小型方坯配合型材轧机和线材轧机 各种轧机所需铸坯断面尺寸见表10-3 炼钢工序的生产率取决于后步工序的需求 目前 宽带热连轧 200～400104t/a 薄板坯连铸连轧 100～250104t/a 长型材连轧 50～100104t/a
液相深度 Ll＝（D/2K）2×vmax Ll—铸坯的液相深度，m； D—铸坯厚度，mm; v－铸坯最大拉速; K－铸坯综合凝固系数，mm/min1/2。指铸坯在 结晶器和二次冷却区的凝固系数的平均值，主要取 决于钢种和冷却凝固条件。根据经验取其值为2428mm/min1/2。 • (2)冶金长度取液相深度的1.1倍； 即 L冶金=1.1Ll
23
4.4 连铸机生产能力的确定
连铸机应该与炼钢炉、炉外精炼设备的周期相匹配， 有利于实现多炉连浇; 多炉连浇条件： • 1）有容量足够大的中间包（已达80-85t），在更换 盛钢桶时不至于降低拉坯速度； • 2）多炉连浇中间包内渣层加厚，Al2O3增多，水口 容易堵塞，应该有一定防止水口堵塞的措施，例如 设置挡渣堰、挡渣墙，使用塞棒、浸入式水口或滑 动水口等等； • 3)更换中间包时间尽可能缩短，保证不断流； • 4）连铸机小时生产能力与炼钢炉、钢水炉外精炼生 产能力相平衡，连铸机应该有10%-20%的富余生产 能力； • 综合考虑铸机寿命、铸坯质量，控制连浇炉数； 24