48t钢锭模设计计算依据

龙成钢铁集团公司48/43吨大钢锭设计说明书

辽宁科技大学冶金工程技术中心

2008-5-20

龙成钢铁集团公司48/43吨大钢锭设计

一．项目概况和设计要求

龙成钢铁集团为了生产特殊钢种、特厚、特重钢板，拟开发45-50吨特大钢锭。现厂冶炼、浇铸、加热、轧制的基本条件如下：

1. 转炉、LF、RH工称容量100吨，可以保证生产纯净钢和特种钢的需要。

2.钢锭采用坑铸或车铸，铸锭、整脱模现场场地满足铸锭要求（年产量约100

万吨）。

3.钢锭采用均热炉或车底式室状炉加热，均热炉炉膛尺寸8x3.9x

4.9米，采用

高炉、转炉混合煤气加热。

4.均热跨间钳式吊车吨位，主钩45吨，副钩50吨，主钩升起最大高度10米，

夹钳开度2200/800mm。

5.受锭、运锭辊道宽2500mm，轧机前后辊道宽3800mm。

6.轧机高压水除鳞箱内腔高1300mm，水压25MPa。

7.轧机前立辊开度3800/1200mm，最大轧制力700吨，电机功率2x1500kW。

8.轧机前后延伸辊道间距800mm。

9.厚板轧机工作辊直径1120/1020mm，辊身长3800mm，支撑辊直径

2200/2000mm，辊身长3700mm，轧机最大开口度1100mm，电机功率2x7000kW，最大轧制力8000吨，转速0-40-90rpm。

10.四辊轧机和立辊轧机间距4800mm，不形成连轧。

11.精整吊车吨位15+15吨，桥式双钩电磁挂梁吊车。

12.11辊矫直机，矫直钢板厚6-120mm，钢板长度4000-42000mm，最大矫直力

3500吨。

13.液压铡刀式双边剪，剪切钢板厚6-50mm。

14.预留超声波探伤装置。

15.热处理设备：辊底式常化炉，辊底式淬火炉各一座，外部机械化炉8座，车

底式加热炉3座。

16.粗轧机和精轧机间距120.26米，精轧机与矫直机间距108.55米。

17.生产钢板规格：厚6-400；宽1500-3600；长3000-18000mm，单重：Max. 45

吨。

设计要求为：

1．锭重45-50吨，一炉两锭，出钢量按100吨计算。

2．钢锭调整范围5.0吨。

3．适应钢种为：普碳钢、低合金高强度钢、模具钢、高强度合金结构钢。4．钢板厚度100-400mm，宽3000-3600mm。

5．超声波探伤合格率：III级≥90%（厚度在220mm以下）。

6．成材率≥73%。

二．锭重设计和锭型计算

1．设计方案

1)对于特大扁钢锭，国内外有两种锭型。一种为上小下大，钢锭模内插用

来调整浇高的绝热板，下部带凹型底盘的钢锭；另一种为上大下小，头

部戴保温帽，下部为弧形实底的锭型，二者均采用下铸法。前者的优点

是调节锭重比较方便，模锭比和模耗较小，但由于锭型上小下大，内部

容易产生二次缩孔和严重疏松，故一般只适用于普碳钢和对超声波探伤

无要求的钢种和产品。后者内部质量较好，但模锭比较大，模耗较高。

根据本设计的要求，要生产特殊产品，对超声波探伤有较高要求，故选

择上大下小戴保温帽的锭型。

2)根据转炉、LF炉、RH精炼炉公称容量100吨，考虑留有铸余1.5吨，下

铸汤道损失0.5吨，实际浇钢量为98吨，一炉铸2只锭，每只实际重量

为49吨。采用锭模加垫圈的方法，可调整锭重为45吨，此时出钢量为

92吨。

3)特大型钢锭由于比表面积小，凝固时间长，故树枝状晶比较粗大，钢锭

的中心偏析亦比小钢锭严重，对由于钢中氢析出造成的“白点”也比较

敏感，钢锭大面表面产生裂纹的机率也增加。为了克服上述困难，本设

计采用以下方案：

A.在可能的情况下增加宽厚比，增大比表面积，缩短凝固距离，以减

少中心偏析和疏松。

B.采用波浪边的设计，增加比表面积，加快冷却速度增加表层细晶坚

壳带厚度，防止裂纹产生。

C.采用钢锭本体厚度方向上的较大锥度和足够的帽容比，以保证钢锭

本体的充分补缩，防止二次缩孔和中心疏松产生。

D.采用钢锭大面预起拱和小面梅花形凸形，底部大面较大圆弧半径，

小面较小圆弧半径的方法控制轧件变形，提高成材率。

4)特大型钢锭由于锭身厚度大，变形难以深透，由于多道次积累表面变形

的结果，造成“双鼓”、“鱼尾”、“轧凹”，使切头、切尾、切边比小锭多，

保证质量的压缩比也比小锭大，故设计中采用较大压下量轧制，而且要用立辊控制轧件变形，使变形尽快深透。

5)由于宽厚板不仅要求纵向性能，也要求宽向性能，有的还要求Z向性能，

本次设计中除用定向凝固钢锭保证Z向性能外，对普通扁钢锭的宽度设计上考虑了一定量的宽展比（1.3-1.5）。

6)本设计钢锭厚度受到厚板轧机开口度1100mm的限制，最大厚度为

1100mm，考虑到超声波探伤要求的最小压缩比为5.0，则所轧钢板厚度最厚为220mm（无超声波探伤要求的板厚不在此例）。

7)本设计钢锭宽度受均热炉夹钳开度（2200mm）和钢锭输入辊道宽度（为

2500mm）限制，最大宽度2300mm（夹钳夹钢锭保温帽部）。

8)为保证钢锭内部质量，考虑到钢水的液态收缩和凝固体积收缩之和为

4%，保温帽的有效利用率为30%，故帽部容积占钢锭总容积的13.3%。

如锭重为49吨，则钢锭本体重为42.48吨，帽部重量为6.52吨；如锭重为45吨，则本体重39.01吨，帽部重量为5.99吨。

9)本设计钢锭高度受钢水静压力产生裂纹的限制，包括保温帽浇高在内的

钢锭总高被限制在3200mm以内。

10)为保证钢锭内部补缩通道畅通，液相穴前沿呈V型，取钢锭大面锥度为

4%，为提高成材率，保证钢锭平面矩形化，取钢锭小面锥度1%。

11)为防止钢锭大面纵裂，增加坚壳带厚度，钢锭大面中部做成波浪形，波

高10mm，弦长100mm，周期间隔200mm。钢锭由于采用纵-横-纵轧，上述波浪不会造成折叠。

12)经计算，49吨钢锭高度达到3300mm，超出了裂纹生成极限，故将锭重

调整为48/43吨。进行重新设计、计算，最终锭型详见图纸。其中钢锭本体上口厚1100mm，下口厚900mm，上口宽2300mm，下口宽2250mm，本体高2760mm，钢锭下部大面圆弧半径R=300mm，小面圆弧半径r=100mm，大面锥度4.07%，小面锥度1.04%，大面起拱高度40/20mm，拱顶宽1400/1350mm，小面梅花形高120/100mm，圆弧半径60/70/80mm，反向圆弧半径200/250mm，大面波浪高10mm，宽100mm，R130mm，保温帽浇高450mm，钢锭全高3210mm。本体宽厚比2.275，钢锭高厚比