钢包回转台的设计说明书

钢包回转台的设计说明书
第一章绪论
1.1铸钢生产及分类
钢的生产过程主要分为炼钢和铸钢两大环节，炼钢的任务是将有关原材料通过炼钢炉炼成质量合格的钢液，铸钢的任务是将成份合格的钢液铸成合适于轧钢和锻压加工所需要的一定形状的钢块（连铸坯或是钢锭）。

铸钢作业是炼钢和轧钢之间的一项特殊作业，其特点行表现为它把钢液变成固定的凝固过程。

当钢液凝固后，在以后的轧钢过程中就不能对质量有本质的改变了。

因此，铸钢作业对产品的质量和成本有重大影响，必须予以特别重视。

铸钢生产可以分为钢锭模浇注（以下简称铸模）和连续铸钢（以下简称连铸）两大类。

铸模是将钢液注入铸铁制作的钢锭模，冷却凝固成钢锭的工艺过程：连铸是将钢水不断的注入水冷结晶器，连续获得铸坯的工艺过程。

连铸的出现从根本上改变了一个世纪以来占统治地位的钢钉初轧工艺，由于它所具有的一系列优越性，使得他自20世纪70年代大规模应用于工业生产以来得到迅速发展。

目前世界上主要产钢大国如日本、美国等连铸坯产量已经超过连铸钢总量的90%以上，连铸已经成为主要的铸钢生产方法。

1.2连铸技术的发展概况
1.2.1国外连铸技术的发展概况
早在19世纪中期亨利就提出连续浇注液态金属的设想，他在1858年钢铁协会伦敦会议的论文《模铸不如连铸》中提出设想，但一直到20世纪40年代。

连铸工艺才实现工业应用。

在这段时间，由于钢的高熔点和高导热率等原因，研究人员遇到了很多问题。

在连续铸钢开始时，最先使用的是立式连铸机。

这种连铸机有一个弹簧固定的结晶器，产量通常很低，而且因为钢与结晶器粘连，漏钢很
常见。

振动结晶器的想法归功于德国人seigfried,他首创了有色金属的连续铸造，与1952年用于德国的钢铁厂的直结晶器立式连铸机上，这是连铸工业化规模的开始。

由于技术的限制多年只应用于小工厂，自1970年开始连铸开始应用于钢铁联合企业来生产板坯。

1.2.2我国连铸技术的发展概况
我国是研究和应用连铸技术较早的国家之一，早在20世纪50年代就开始探索性的工作，60年代初进入到连铸技术工业应用阶段。

但是，从60年代末到70年代末，连铸技术几乎停滞不前。

1982年统计数字表明，世界平均连铸比为30%左右，而中国的连铸比仅为6.2%。

连铸坯的吨数与总铸坯(锭)的吨数之比叫做连铸比，它是衡量一个国家或一个钢铁企业生产发展水平的重要标志之一，也是连铸设备、工艺、管理以及和连铸有关的各生产环节发展水平的综合体现。

1970年至1980年，世界平均连铸比从4.4％发展到28.4％，中国的连铸比从2.1％发展到6.2％；至1990年，世界和中国的连铸比分别发展到62.8％和22.4％；到2001年，又分别发展到87.6％和92.0％。

2003年，中国连铸比达到95.3％左右，估计世界平均连铸比2003年接近90％。

从统计数字可以看出，中国的连铸技术在近10多年得到了迅速发展。

以板坯连铸机为例，主要表现在：
●板坯连铸机本体设备的四个关键设备明显落后于国外。

结晶器国外已采用紧凑式结构，我们还是老式的带外框架的结构；国外新投产的板坯连铸机几乎全部采用液压振动装置，而我们还有许多新上的是机械电机振动装置；零号扇形段国外能够液压远程调辊缝，而我们还是液压垫块式结构；扇形段国外均能够液压夹紧、远程调辊缝和动态轻压下，而我们还是垫块式的停机调辊缝结构。

●除以上四大设备与国外相比存在一定差距外，配套设备中许多小的地方也存在不同程度的差距
●液压系统、电气控制系统也在某些方面存在差距
●连铸生产应用软件差距最大
●国技术资源不能有效整合
1.2.3中国连铸技术水平与工业发达国家的差距
虽然中国的连铸起步较早，尤其是最近十几年的飞速发展，已经使中国的连铸技术达到了很高的水平，而且中国的连铸技术也在国外得到应用，但是中国的连铸技术还存在还存在很多不足，和发达的工业国家相比还有很大的差距，其具体表现在：
（1）目前的国外的常规连铸生产已趋成熟，连铸机的作业率普遍率大于80%，大型板坯连铸机连铸约为100—200t钢才漏钢一次，已基本可生产无缺陷铸坯。

而中国连铸机生产稳定性较差，事故相对比较多，作业率偏低，连铸质量还有一定差距。

（2）连铸连轧技术在国外已经产业化或加快产业化步伐。

目前，外国以投产和在投产建设的薄板坯连铸连轧线约为50套，薄带连铸以建设多台工业实验机组，预计不久就能实现产业化，而中国还处在起步阶段。

（3）国外高效连铸技术进一步的发展。

国外低碳板坯普遍大于2m/min,最高可达3；130×130mm和150×150mm低碳方坯最大拉速超过4m/min和3.5m/min，连铸机生产效率大大提高，而且中国还存在较大差距。

（4）国外的连铸生产自动控制水平迅速提高。

国外连铸机中以普遍采用结晶器液面检测与控制技术，主计算机铸坯质量跟踪和判定技术、漏钢预报警与控制技术在大型板坯连铸机中得到使用，智能化技术也有了很大的发展。

而中国自行设计的连铸机总体控制水平还是很低。

（5）国外精炼比迅速提高，相关配套技术同步发展。

目前，国外精炼比超过70%，中间包耐材寿命一般可达到30h/包，最高约为100h/包。

而中国精炼比仅为20%，中间包最高寿命30h/包。

（6）合金钢连铸比国外较高，目前国外合金连铸比一般已达到80%以上，最高可达到92%中国低于这个水平。

近几年，我国经济发展较快，冶金企业投放的技改资金比较大，新上项目很多，连续铸钢项目也较多，但连铸机设备和技术大部分还是靠引进。

我国薄板坯连铸连轧已经引进了将近10条生产线；从2000年开始，我国先后全部引进或引进核心部位设备与技术的常规板坯连铸机共有24台27流，还有继续引进的趋势；中薄板坯连铸机、异型坯连铸机全部引进；大方坯连铸机也有引进的倾向。

其原因主要是我国连铸技术与国外先进水平还存在一定差
距。

1.3连铸机的主要设备及分类
连铸机主要由钢包运载装置、中间包、中间包运载装置、结晶器、结晶器振动装置、二次冷却装置、拉坯矫直机、引锭装置、切割装置和铸坯运出装置等部分组成。

钢包运载装置主要有浇注车和钢包回转台两种方式，目前绝大部分新设计的连铸机都采用钢包回转台。

它的主要作用是运载钢包，并支撑钢包进行浇注作业。

采用钢包回转台还可快速更换钢包，实现多炉连铸。

中间包是钢包和结晶器之间用来接受钢液的过渡装置，它用来稳定钢流，减小钢流对结晶器中坯壳的冲刷；并使钢液在中间包有合理的流动和适当长的停留时间，以保证钢液温度均匀及非金属夹杂物分离上浮；对于多流连铸机由中间包对钢液进行分流；在多炉连浇时，中间包中贮存的钢液在更换钢包时起到衔接的作用。

中间包运载装置有中间包车和中间包回转台，它是用来支撑、运输、更换中间包的设备。

结晶器是一个特殊的水冷钢模，钢液在结晶器冷却、初步凝固成形，并形成一定的坯壳厚度，以保证铸坯被拉出结晶器时，坯壳不被拉漏、不产生变形和裂纹等缺陷。

因此它是连铸机的关键设备。

结晶器振动装置是使结晶器能按一定的要求做上下往复运动，以防止初生坯壳与结晶器粘连而被拉裂。

二次冷却装置主要由喷水冷却装置和铸坯支撑装置组成。

它的作用是：向铸坯直接喷水，使其完全凝固；通过夹辊和侧导辊对带有液芯的铸坯起支撑和导向作用，防止并限制铸坯发生鼓肚、变形和漏钢事故。

拉坯矫直机的作用是在浇注过程中克服铸坯与结晶器及二冷区的阻力，顺利地将铸坯拉出，并对弧形铸坯进行矫直。

在浇注前，它还要将引锭装置送入结晶器。

引锭装置包括引锭头和引锭杆两部分，它的作用是在开浇时作为结晶器的“活底”，堵住结晶器的下口，并使钢液在引锭杆头部凝固；通过拉矫机的牵引，
铸坯随引锭杆从结晶器下口拉出。

引锭杆拉出拉矫机后，将引锭杆脱去，进入正常拉坯状态。

切割装置的作用是在铸坯行进过程中，将它切割成所需要的定尺长度。

铸坯运出装置包括辊道、推钢机、冷床等，由它们完成铸坯的输送、冷却等作业。

连铸机可以按多种方法进行分类：
（1）按结晶器的运动方式，连铸机可分为固定式（即振动式）和移动式两类。

前者是现在生产上常用的以水冷、底部敞口的铜质结晶器为特征的“常规”连铸机；后者是轮式、轮带式等结晶器随铸坯一起运动的连铸机。

（2）按连铸机结构的外形可分为立式连铸机，如图1.1所示为立式连铸机、立弯式连铸机,如图1..3所示为立弯式连铸机、弧形连铸机（包括直结晶器多点弯曲型、直结晶器弧形、弧形多半径弧形等，图1-9 多半径弧形连铸机。

）、水平连铸机，图1-10水平式连铸机。

（3）按铸坯断面的形状和大小可分为：方坯连铸机（断面不大于150×150mm 的叫小Ф方坯；大于150×150mm的叫大方坯，矩形断面的长和宽小于3 的也称为方坯连铸机），图1-6是普罗迪公司的弧形小方坯连铸机，图1-7弧形大方坯连铸机，图1-8弧形小方坯连铸机；板坯连铸机（铸坯断面为长方形，其宽厚比一般在3以上）;圆坯连铸机（铸坯断面为圆形，直径Ф60～Ф400mm）；异形坯连铸机（浇注异形断面，如H型、空心管等）；方、板坯兼用连铸机（在一台铸机上既能浇注板坯也能浇注方坯）；薄板坯连铸机（铸坯厚度为40～80mm的薄板坯料）等。

（4）按铸坯所承受的钢液静压头，即铸机垂直高度（H）与铸坯厚度（D）比值的大小，可将连铸机分为高头型（H/D＞50，铸机机型为立式或立弯式）、标准头型（H/D为40～50，铸机机型为带直线段的弧形或弧形）、低头型（H/D为20～40，铸机机型为弧形或椭圆形）和超低头型（H/D＜20，铸机机型为椭圆形）4种。

随着炼钢和炉外精炼技术的提高，浇注前及浇注过程中对钢液纯净度的有效控制，低头和超低头连铸机的采用逐渐增多。

（5）其他一些提法。

其他经常用到的名称有台数、机数和流数等。

如图1.3所示为旋转式连铸机。

1）立式连铸机
立式连铸机的结晶器、二次冷却装置、拉坯装置及切割铸坯装置等都是布置
在垂直的中心线上，如图1.1所示。

立式连铸机的优点是钢水在垂直的方向凝固，其所含的非金属夹杂物，上浮时不受阻碍，容易分离出来。

另一方面，铸坯不经过弯曲或矫直，不会产生因弯曲或矫直所造成的缺陷，因此它特别适用于优质钢及高合金钢的浇铸。

它的缺点是设备较高，一般是35~45mm，因此需要较高的厂房，或较深的地坑。

钢水的提升及铸坯的运送，都比较麻烦。

近10年来，除了少数特殊钢厂以外，很少采用这种机型。

图1.1 双流立式连铸机
1- 运坯车；2- 中间包；3-结晶器；4-二冷夹辊；5-拉辊；6- 拉辊驱动装置； 7-飞剪；
8-翻钢斗；9- 运输链
2）旋转式连铸机
旋转式连铸机也叫离心式连铸机，也是一种立式连铸机。

其特点是结晶器、导辊及拉辊都和铸坯一起围绕其垂直中心线以一定的速度旋转，铸坯是在一边旋转一边下行的运动中凝固的。

这种铸机适用于浇铸圆坯。

它的优点是由于旋转时产生的离心力，使结晶器的钢液能与结晶器壁有较好的接触，可以生成厚度比较均匀的坯壳，铸坯不易产生裂。

另一方面，由于离心力的作用，使钢液面上的浮渣都集中在中心的旋涡，可以很容易地将它捞出。

由于铸坯在旋转的运动中下行，因此只要在二冷区的纵向上布置若干个喷水嘴，就可以获得均匀的二次冷却效果。

用这种铸机铸出的圆坯，不须清理即可轧制。

这种铸机的缺点是设备的驱动系统比较复杂。

图1.2 旋转式连铸机
1-钢包；2-中间包；3-结晶器；4-二冷装置；5-导辊；6-拉辊；7-飞锯；8-翻钢斗
近年来由于炼钢及连铸工艺的进步，特别是能在结晶器安装电磁搅拌装置以后，已经能用弧形及其它型式的连铸机浇出质量很好的圆坯，所以旋转式连铸机已经较少采用。

3）立弯式连铸机
立弯式连铸机的上半部分和立式连铸机相同，只是把凝固的铸坯弯转90。

使它向水平方向出坯，并在水平线上切成定尺长度。

为了便于出坯，这种连铸机只能建在地平面上，或深度较浅的地沟，使切断的铸坯能用地面的辊道，或地沟坡度不大的辊道运走。

这种连铸机的高度和立式连铸机相差不多，其优点是所切铸坯的定尺长度不受限制。

立弯式连铸机也是在连铸技术发展的初期出现的机型，适用于小方坯的连铸。

近年来这种机型已很少采用。

图1.3立弯式连铸机
4）弧形连铸机
弧形连铸机的特点是它的结晶器是弧形的，其高度比立式及立弯式连铸机都低。

其结晶器的中心线和二冷夹辊组的纵向中心线同在一个半径的圆弧上。

圆弧的长度约为一个圆的四分之一。

铸出的弧形坯在其下死点附近被矫直后，即沿水平方向前进，然后切成定尺长度。

这是目前采用最广泛的机型。

<1>弧形板坯连铸机
由于铸坯较宽，在受到钢水静压时，其宽边的坯壳容易鼓肚而产生裂，所以从上到下安排了密布的夹辊。

由于铸坯在二次冷却区运行的阻力较大，所以采用了较多的拉矫辊。

从图 1.1 上还可看出，为了在检修时快速取出或装入二冷夹辊的扇形段，还设置了弯曲导轨，使各个扇形段能快速而准确地就位。

为了缩短浇铸准备时间，其引锭杆是从结晶器的上口装入的。

这样就能在铸坯还未拉出二冷区时，就开始安装引锭杆。

为此在浇铸平台上设有引锭杆运送车。

大型板坯连铸机能够浇铸的板坯厚度220~320mm，宽度为1870~2720mm，拉坯速度1~2.5m/min。

铸成的宽板坯可以在线纵切成几条宽度较小的板坯，其年产量在170 万吨以上。

<2>弧形大方坯连铸机
铸坯断面在160X160mm 以上的方坯及断面相等的矩形坯，统称为大方坯。

图1.5是SMS 公司设计的大方坯弧形连铸机。

它的半径是15m，能浇铸的最大断
面为320X450mm，中间包容量15t，中间包液面深度950~1000mm。

结晶器长度700mm。

<3>弧形小方坯连铸机
图1.4是小方坯弧形连铸机。

由于小方坯在浇铸过程中不易产生鼓肚，所以在二冷区可以不设夹辊，而只设少数几个导向辊。

小方坯弧形连铸机一般采用管式结晶器，定径水口。

二冷装置也采用管式支架。

采用机械剪或液压剪剪切铸坯。

图 1.5 是罗可普公司发展的弧形小方坯连铸机。

它的特点是采用了刚性引锭杆，这样就把二冷区的导辊减至最少程度，从而为铸坯的均匀冷却及处理漏钢事故创造了较好的条件，设备的重量也相应地减轻。

1.4连铸机钢包旋转
1.4.1钢包旋转台的形式
钢包旋转台按旋转臂旋转方式不同，可以分为两大类：一类是两个转臂可各自单独旋转；另一类是两臂不能单独旋转。

按臂的结构可以分为直臂式和双臂式两种。

因此，钢包旋转台有：直臂整体旋转整体升降式；直臂整体旋转单独升降式；双臂整体旋转单独升降式和双臂单独旋转单独升降式等型式；还有一种可承受多个钢包的支撑架，也称为钢包移动车。

蝶形钢包旋转台是属于双臂整体旋转单独升降式，它是目前旋转台最为先进的一种形式。

如图1.4所示：
图1.4 蝶形钢包旋转台
1.4.2钢包旋转台的主要结构特点
钢包旋转台结构（见图1.2）有两个用来支撑钢包的叉形臂，每个叉形臂的叉口上安装有两个枢轴式接受座，在每个鞍座下装有称量用的称量梁，用以接受钢包并显示钢水的质量。

为给钢水保温，旋转台旋转盘上方的立柱上还装有钢包加盖装置，可以单独旋转和升降。

A 钢结构部分
钢结构部分有叉形臂、旋转盘与上部轴承座、回转环和塔座组成。

（1）叉形臂叉形臂有两个，为钢板焊接结构，叉形臂要有足够的强度和刚度。

（2）旋转盘和上部轴承座旋转盘即旋转框架，是一个较大型的结构件，它的上部压着支撑钢包的两个叉臂和钢包加盖装置的立柱及构件，下部安装着大轴承的上部轴承座，承受着巨大的负荷。

因此，必须具有足够的强度、刚度以及一定的热负荷强度。

（3）回转环回转环实际上是一个很大的推力轴承，安装在旋转框架和塔座之间，回转环实际上是旋转台的心脏部分。

为了长期安装运行的需要，在旋转框架、回转环及塔座之间的连接部位均采用高强度的预紧螺栓。

（4）塔座塔座设置在基础上，通过回转环支撑着旋转台旋转盘以上的全部负荷。

B 回转驱动装置
回转驱动装置由电动机、大速比减速器及回转小齿轮组成，旋转台旋转频率通常不大于1/60s。

假如旋转频率过高，则在启动及制动时会使钢包的钢水产生动荡，甚至溢出。

C 事故驱动装置
钢包旋转台一般都设计配有一套事故驱动装置，以便在发生事故或其他紧急情况而无法用正常的驱动装置时，仍可借助事故驱动装置将处于浇注位置的钢包旋转到事故钢包的上方。

事故驱动装置通常是气动的，由气动马达代替电动机驱动大速比减速器和其他部分。

D 回转夹紧装置
回转夹紧装置是使大包固定在浇注位置的机构，它一方面保护了回转驱动装
置在装包是不受冲击，另一方面保证了正在浇注的钢包安全。

E 升降装置
为了实现保护浇注，要求钢包能在旋转台上做升降运动。

当钢包水口打不开时，要求使钢包上升，便于操作工用氧气浇水口，同时钢包升降装置对于快速更换中间包也很有利。

F 称量装置
钢包的称量装置的作用是用来在多炉浇注时，协调钢水供应的节奏以及预报浇注结束前钢水的剩余量，从而防止钢渣流入中间包。

每套升降装置都有4个称量传感器以及完整的称量系统。

G 润滑装置
钢包旋转台的回转大轴承采取集中自动润滑，分别由两台干油泵及其系统供给。

1.4.3 各类连铸机钢包回转台的特点
钢包旋转台有不同的运动方式，不同的工作性能，因而有不同的结构形式。

最简单的旋转台只用一个转臂，就能作旋转运动。

一般的旋转台除了旋转运动之外，还能使钢包作升降运动。

多功能的旋转台还有钢包倾倒装置，钢包盖升降装置及吹气装置等。

在钢包旋转台上，一般都有连续测重装置，大都是在承托钢包的鞍座上设置测力传感器来实现的。

1.4.3.1 单驱动横梁式旋转台
这种旋转台有一个横梁式直臂，钢包支承在直臂的两端，可同时作旋转运动，也可以同时作升降运动，如图1.5所示。

有的也设计成在横梁式直臂的两端装有单独的升降装置和称重装置。

图1.5 直臂式钢包旋转台
1-钢包；2-传动装置；3- 塔座；4- 转臂
1.4.3.2 两个转臂可以单独转动的旋转台
这种旋转台有两个转臂，分上下两层布置，如图1.6所示。

每个转臂有各自的驱动装置，因而能单独旋转，以便在任何角度都能接受钢包。

图1.6 两臂分转式旋转台
1-转臂；2- 驱动装置；3- 齿轮；4-钢包
1.4.3.3两个转臂可以单独升降的旋转台
这种旋转台的两个转臂可以单独升降。

每个转臂的中部由两个半球面轴承支承着，转臂外端成叉形，端是弯曲的悬臂梁。

驱动转臂的液压缸装在转塔的部，这就为在转塔上部安装其它附属装置如吹气装置或钢包加盖装置等留出了余地。

1.4.3.4 环形轨道式旋转台
图1.8轨道式双摇臂旋转台
1.5钢包回转台的组成
钢包回转台：设在连铸机浇铸位置上方用于运载钢包过跨和支承钢包进行浇
铸的设备。

由底座、回转臂、驱动装置、回转支撑、事故驱动控制系统、润滑系
统和锚固件6部分组成。

单臂钢包回转台：由底座、立柱、上转臂、上转臂驱动装置、下转臂、下转臂驱动装置组成。

蝶形钢包回转台：由底座、升降液压缸、回转架、钢包支座、回转臂、平行连杆、驱动装置、防护板组成。

钢包回转台是连铸机的关键设备之一，起着连接上下两道工序的重要作用。

钢包回转台的回转情况基本上包括两侧无钢包、单侧有钢包、两侧有钢包三种情况，而单个钢包重量已超过140吨。

三种情况下，钢包回转台受力有很大不同，但无论在何种情况下，都要保证钢包回转台的旋转平稳，定位准确，起停时要尽可能减小对机械部分的冲击，为减少中间包液面波动和温降，要缩短旋转时间。

1.6 钢包回转台的工作特点
（1）重载钢包旋转台承载几十吨到几百吨的钢包，当两个转臂都托着盛满钢水的钢包时，所承受的载荷最大；
（2）偏载钢包旋转台承载的工况有5种：即两边满载，一满一空，一满一无，一空一无，两空两无。

最大偏载出现在一满一无的工况下，此时钢包旋转台回承受最大的倾翻力矩。

（3）冲击由于钢包旋转台的安装、移去都是用起重机完成的，因此，在安放移动钢包是产生冲击，这种冲击使钢包旋转台上的零部件受到动载荷。

（4）高温钢包中的高温钢水会对旋转台产生热辐射，从而使钢包旋转台承受附加的热应力，另外，浇注的钢水颗粒也会给钢包旋转台带来火警隐患‘钢包旋转台的主要优点：
（1）钢包旋转台能迅速、精确的实现钢包的快速变换，只要旋转半周就能将钢包更换到位；同时在等待与浇注过程中支撑钢包，不占用有关起重机的作业时间；
（2）钢包旋转台占用浇注平台的面积较小，也不影响浇注操作；
（3）操作安全可靠、易于定位和实现远距离操作。

第二章初步确定方案
2.1已知条件
2.1.1设计题目
钢包回转台控制系统的设计
2.1.2技术参数及性能
结构形式为：液压双臂可升降蝶式；钢包最大满包重量：1000KN；
回转半径：5500mm；大包提升高度：1000mm；
回转速度：1.2 r.p.m；事故旋转：气动0.5；
承载能力：两侧满包，一满一空，一满一无；
2.2方案的总体布置形式
图2.1回转台总体布置示意图
1-升降液压缸；2-回转臂； 3-称量装置； 4-回转环； 5-三列滚子轴承； 6-固定支座； 7-
基础；8-回转传动装置；9-铰链。