280吨连铸机课程设计.docx
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280吨连铸机课程设计
课程设计说明书
2015.1
课题名称：
280吨连铸机设计
1、课程设计目的
1.通过课程设计，巩固、加深和扩大在冶金工程专业课程及相关课程教育中所学到的知识，训练学生综合运用这些知识去分析和解决工程实际问题的能力。
2.学习冶金设计的一般方法，了解和掌握常用冶金设备或简单冶金设备的设计方法，设计步骤，为今后从事相关的专业课程设计、毕业设计及实际工程设计打好基础。
3.使学生计算，制图，运用设计资料。
2、课程设计参数要求、任务
年产量280吨连铸机设计
产品大纲：
（1）生产规模
计划年产合格：
280吨/年
（2）钢号：
20Mn
钢种：
制造油罐
3、阶段任务
第一周：
连铸机设备参数的计算、连铸机主要工艺参数设计
第二周：
连铸机主要性能参数、连铸机主要设备设计
4、主要参考文献
[1]陈家祥主编;连续铸钢手册.冶金工业出版社.199.12
[2]王雅贞，张岩，刘术国编著，新编连续铸钢工艺及设备.冶金工业出版社.1999.9
[3]蔡开科，程士富主编，连续铸钢原理与工艺.冶金工程出版社.1994.12
[4]陈雷主编，连续铸钢.冶金工程出版社.1994.5
指导教师：
卢艳青
2015年1月
1.绪论
2.产品大纲
3.生产工艺流程
4.连铸机设备参数的计算
4.1连铸机类型选择
4.2设备清单
5.连铸主要工艺参数
5.1浇注温度
5.2浇注时间
5.3铸坯断面
5.4拉坯速度
5.5连铸机流速
5.6连铸机冶金长度
5.7铸机的弧形半径
6.连铸机主要性能参数
6.1连浇炉数
6.2浇铸周期
6.3连铸机的作业率
6.4金属收得率
6.5连铸机生产能力
6.5.1连铸机的理论小时量
6.5.2连铸机的平均日产量
6.5.3连铸机的平均年产量
7.连铸机主要设备
7.1钢包与中间包的钢流控制系统
7.2钢包回转台
7.3中间包
7.3.1中间包容量
7.4结晶器
7.4.1结晶器的类型
7.4.2结晶器结构
7.4.3结晶器主要参数
7.4.4结晶器振动设置
7.5二次冷却装置
7.6拉坯矫直装置
7.7引锭装置
7.8铸坯切割装置
8.参考文献
1.绪论
连铸即为连续铸钢（ContinuousSteelCasting）的简称。
在钢铁厂生产各
类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法:
传统的模铸法和连续铸钢法。
而在二十世纪五十年代在欧美国家出现的连铸技术是一顷把钢水直接浇注成形
的先进技术。
与传统方法相比，连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，
节约能源等显著优势。
使钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经
喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺。
同通常钢锭浇铸相比，具有增加金
属收得率，节约能源，提高铸坯质量，改善劳动条件，便于实现机械化、自动化
等优点。
连铸镇静钢的钢材综合收得率比模铸的约高10%。
沸腾钢连铸比较困难，
至今尚未成功。
近年对沸腾钢成分的钢液进行真空“轻处理”，可以顺利地进行
连铸。
有色金属的连铸发展比钢铁连铸为早。
如在辊式连铸机上，兼有凝固和塑
性变形，则称连续铸轧。
由于连铸简化了炼钢铸锭及轧钢开坯加工工序，每吨钢可节约能量（0.15--
0.25）X10千卡，如进一步解决铸坯和成材轧机的合理配合问题，热送直接成材，
还可进一步节约能源。
连铸坯在结晶结构上的主要特点是:
连铸工艺使钢水迅速而均匀地冷却，因
而迅速形成较厚微晶细粒的表面凝固层，没有充分时间形成柱状晶区;连铸坯断
面较小，整罐钢水的连铸从开始到终了的冷却凝固时间接近，连铸坯纵向成分偏
析差别可在10%以内，这是模铸钢锭无法与之比拟的;连铸坯不像模铸钢锭那样
分单根浇铸，所以可避免形成缩孔或空洞，使金属收得率提高;在塑性加工中，
为消除铸态组织所需的压缩比也可较小。
当然，连铸技术也有其缺陷。
在浇铸生产过程中，由于钢水成分、温度、浇
铸速度、冷却水强度等控制不当，以及铸机设备安装不合规格等原因，可造成与
模铸相似的各种缺陷。
与模铸钢锭的差别是裂纹缺陷比较多见。
近年连铸生产自动化技术迅速发展。
在技术先进的钢厂已经开始实现对钢水
成分、温度、结晶器钢液面、铸速、二次水冷却、铸坯质量热检查、定尺切割等用计算机进行全面自动控制;生产过程中有质量不合格铸坯时，实行自动切除;
然后热送连轧生产。
中国于50年代开始进行半连铸的工业试验。
1959和19b0
年间建成直立式方扁坯连铸机。
60年代中期建成弧形板坯连铸机。
同时还建有
立弯式小方坯连铸机。
截至1981年，中国投产的连铸机有26台，1981年生产
连铸坯254万吨，占全国钢产量的7.65%。
浇铸的钢种有普通碳钢、低合金结构钢、弹簧钢、电工钢等。
连铸坯的品种有120--200毫米方坯，700--2300毫米宽板坯。
80年代在工业发达国家已有不少电炉车间实现了全连铸化，新建大型转炉
车间也有全连铸的。
浇铸的钢种在1970年以前大多是普通碳素钢。
目前除极少
数高碳、高合金钢和易产生裂纹的钢种，如含铅易切削钢、高速工具钢和某些轴
承钢及阀门钢，连铸尚有困难外，约有85%钢种都能连续浇铸.70年代采用了电磁搅拌，可提高连铸坯质量。
连铸生产的钢种包括有深冲的薄板钢，高强度的中厚板钢、钢轨钢、弹簧钢、线材钢、不锈耐酸钢等。
特别是不锈耐酸钢，目前全世界约有50%以上是用连铸法生产的。
生产的板坯最大尺寸为宽2640毫米，厚350毫米;方坯最大为560X400毫米，最小为50x50毫米实际生产中常控制在100X100毫米以上;方坯最大为Φ450毫米，最小为Φ40毫米。
由于连铸的种种优势，它是最近几十年来钢铁行业的重点和热点问题。
作为
钢铁行业的本科生，对连铸技术有一定的了解也显得十分必要。
因此，借助此次课程设计的机会，我全面地学习了连铸的基本知识，并在老
师的指导下完成了本次设计。
2.产品大纲
（1）生产规模
计划年产合格铸坯:
280万吨/年
（2）钢号:
钢种:
X52
3.生产工艺流程
本连铸车间的生产工艺流程为:
将原料送入280吨转炉冶炼后，再由精炼炉
精炼，制得的钢水装入钢包，经天车运至钢水包回转台。
回转台转动到浇注位置
吼，将钢水注入中间包，中间包再经水口将钢水分配到各个结晶器中。
钢水在结
晶器中迅速凝固成形，得到带液心的铸坯，铸坯经由二次冷却装置冷却，拉坯矫
直装置矫直后，送交切割机切成符合用户要求的板坯长度，再由打印机打印注明
生产批次及相关数据。
得到的板坯经垛板台垛板后，一部分经热送辊道送入轧钢
车间，余下部分未充分冷却的送入冷床冷却，之后一并清理检查，再次交由冷床
冷却，之后作为车间成品外运。
生产工艺流程如下图:
┌─────┐┌────┐┌──────┐
│35a吨转炉│→│精炼炉│→│钢水包回转炉│
└─────┘└────┘└──────┘
↓
┌──────┐┌────┐┌──────┐
│拉坯矫直系统│←│结晶器│←│中间包│
└──────┘└────┘└──────┘
↓
┌──────┐┌────┐┌──────┐
│拉坯矫直系统│→│切割机│→│打印机│
└──────┘└────┘└──────┘
↓
┌────┐┌──────┐
│热送辊道│←│垛板台│
└────┘└──────┘
↑→→↑↓
┌──┐┌────┐┌─────┐┌─────┐
│外运│←│冷床│←│清理检查│←│冷床│
└──┘└────┘└─────┘└─────┘
4.连铸机设备参数的计算
4.1连铸机的类型选择
现在世界各国使用的连铸坯有立式、立弯式、弧形、椭圆形和水平式5种。
据不完全统计，目前世界上所建的连铸机中，立式占17%，立弯式占21%，弧形
占55%，其他形式占7%.目前新建的连铸机是弧形的最多。
立式连铸机从中间包到切割站等主要设备都排在一条垂直绳上。
整个机身矗
立在车间地平面上或者布置在地下的深坑内。
这种连铸机占地面积小，设备紧凑，
高温铸坯无需弯曲变形，铸坯表面和内部裂纹少，铸坯内凝固液体中夹杂物容易
上浮，钢水比较“干净”，二次冷却装置和夹辊等结构简单，便于维护。
立式连
铸机的缺点是机身高达20~46m，必须加高厂房或深挖地坑，基建费用昂贵;因
不能把连铸机高度增加过高，故只能低速浇注，生产率低。
适用于优质钢、合金
钢和对裂纹敏感小断面钢种铸坯的浇注。
立弯式连铸机与立式相比，机身高度降低，节省投资;水平方向出坯，加长
机身比较容易，可实现高速浇注;铸坯内未凝固钢液中得夹杂物易上浮，夹杂物
分布均匀。
缺点是因铸坯要经过一次弯曲一次矫直，故容易产生内部裂纹;铸机
高度虽然降低，但基建费用依然较高。
结晶器和立式连铸机一样都是直的，属于
过渡机型。
弧形连铸机采用的是具有某一曲率半径的弧形结晶器。
其结晶器，二次冷却
装置和拉矫设备都布置在某一半径的一个圆的四分之一弧度上。
铸坯在结晶器内
凝固时就已经弯曲，带液心的铸坯从结晶器拉出来，沿着弧形轨道运行，继续喷
水冷却，在四分之一圆弧处完成凝固，然后矫直并拉出送至切割站。
弧形连铸机的高度仅为立式的三分之一，建设费用低，钢水静压力小，铸坯
在辊间的鼓肚小，铸坯质量好;加长机身也比较容易，故可高速浇注，生产率高。
弧形连铸机的缺点是:
因铸坯弯曲矫直，容易引起内部裂纹;铸坯内夹杂物分布
不均，内弧侧存在夹杂物的聚集;设备较为复杂，维修也较困难。
弧形连铸机虽然有缺点，但由于在设备和工艺上的技术进步，仍然是世界各
国钢厂采用最多的一种机型。
垂直弯曲型连铸机也就是带直结器的弧形连铸机，这种连铸机成为垂直弯曲
型连铸机。
该种铸机的垂直段较短，一般仅为2~3m,铸坯带液相弯曲和矫直。
它保持了立式连铸机的夹杂物易上浮的特点，但由于铸坯带液相弯曲和矫直，因而设计中应尽量降低弯曲和矫直点铸坯两相界面处的变形率以保障内部质量。
椭圆形连铸机又称为超低头连铸机，它的结晶器、二次冷却段、夹辊和拉坯
矫直机均布置在1/4椭圆弧上，椭圆形圆弧是由多个半径的圆弧线所组成，其基本特点与弧形连铸机相图。
水平连铸机的结晶器、二次冷却区、拉坯矫直机、切割装置等设备安装在水
平位置上。
水平连铸机的中间罐与结晶器是紧密相连的。
中间罐水口与结晶器相
连接处装有分离环。
拉坯时，结晶器不振动，而是通过拉坯机带动铸坯做拉—
反推—停不同组合的周期性运动来实现的。
水平连铸机是高度最低的连铸机，其设备简单，投资省，维护方便。
水平连
铸机结晶器内钢液静压力小，避免了铸坯的鼓肚变形，中间罐与结晶器之间是密
封连接，有效防止了钢液流动过程中的二次氧化;铸坯的清洁度高，夹杂物含量
少，一般仅为弧形连铸坯的1/8~1/16、另外，铸坯无需矫直，也就不存在由于
矫直弯曲而产生裂纹的可能性，铸坯质量好，适合浇注特殊钢和高合金钢，因而
受到各国的关注。
我国从70年代末开始进行了大量的研究和工业试验工作。
本车间模拟生产的板坯属于中厚板，宽度也较大，不属于小断面铸坯，不能
使用立式连铸机和立弯式连铸机。
综合考虑基础建设投资和技术成熟度，选用弧
形连铸机作为生产机器。
另，参考相关企业车间设计，选择双臂钢包回转台，封闭系统浇注，钢包和
中间包之间采用长水口装置，要求回转台具有使钢包升降的功能。
设钢包加保温
盖装置，采用大容量中间包，中间包内设挡渣墙和坝，和结晶器之间采用浸入式
水口保护浇注。
设置塞棒机构。
采用可调宽的结晶器和多点拉矫机。
采用水冷和
气一一水冷却兼备的铸坯冷却系统，即二冷区的上半部分喷水强冷，中段和后段
用气—水雾化缓冷，水平段液心回热。
既可以减少表面裂纹，生产高温铸坯，
又比较经济。
采用上装引锭杆和火焰切割设备，电磁搅拌机装置搅拌。
铸坯表面
温度测量采用非接触式辐射高温计。
在本设计中我们采用四点矫直弧形方坯连铸
机。
4.2设备清单
序号设备名称数量备注
1.钢包包转台1
2.长水口机械手1
3.中间包车组1液压升降
4.中间包盖1
5.中间包2
6.中间包烘烤装置2
7.中间包水口烘烤装置1
8.悬臂操作箱1
9.结晶器1
10.结晶器罩1
11.振动装置1液压振动
12.振动支架1
13.弯曲段（水气润滑配管）1
14.扇形段（水气润滑配管）3
15.拉矫段（水气润滑配管）1
16.基础框架一1
17.基础框架二1
18.拉矫传动装置1
19.引锭杆及引锭头1
20.引锭杆存放对中装置1
21.一次火焰切割机1
22.二次火焰切割机1
23.切前辊道1
24.切割区车昆道1
25.输送辊道1
26.出坯辊道1
27.移钢机（10m）1
28.冷床1
29.圆定挡板1
30.二冷排蒸汽风机1
31.基础电控系统1
32.二冷配水控制系统1
33.二冷配水仪表1
34.主机液压站1
35.铸机本体润滑站1
36.液面自动控制系统2
37.大包称量装置1
38.二冷区电磁搅拌装置1
39.扇矫段翻转对中台1
40.扇矫段维修组装台1
41.结晶器存放台2
42.弯曲段维修对中台1
43.结晶器维修试压台1
44.辊子存放架1
45.扇形段更换装置1
46.导轨安装工具1
47.通用吊具1
48.中间包胎膜1
49.中间包存放台2
50.渣盘3
51.切头收集装置1
52.中间包水口托架2
53.内外弧维修用样板1
54.对弧样板1
55.钢结构平台水泥平台为主
56.二冷室
57.扇形段更换导轨
58.车昆道部分过桥
59.连铸机铺板
60.大包事故摆槽
61.铸机本体液压配管1
62.铸机本体水气配管1
63.铸机本体润滑配管1
64.铸机维修区水系统1
65.铸机本体照明系统1
66.二冷蒸汽排放管道1
67.各种起吊用工具1
68.中间包准备用工具1
5.连铸主要工艺参数
5.1浇注温度
对掺有合金元素的钢种而言，钢水凝固温度TL通常用以下公式计算:
TL=1537℃-（88C%+8Si%+5Mn%+30P%+25S%+5Ca%+4Ni%+2Mo%+2V%+1.5Cr%）根据此公式可算得：
TU48C钢凝固温度为:
TL（TU48C）=1510.3℃
浇注温度等于各钢种的液相线温度加上钢水过热度，即:
T浇=TL+△TO
其中△T。
为钢种的过热度。
对厚板材热轧钢而言△T。
取5~20℃，因此统一
确定T浇为1525℃，以留出足够裕量。
由于浇注温度与铸坯表面和内部质量均有密切联系，而能满足两者要求的温
度区间又比较窄，因此浇注温度与目标值之间不能有太大波动。
浇注温度的波动
范围最好控制在±5℃之内。
因此，对钢的吹氨操作，钢包和中间包的热工状况
要严格管理。
5.2浇注时间
钢包允许的最大浇铸时间受多种因素影响，如钢种，钢包容量，包衬材质，钢包烘烤状况，保温剂性能，钢包加盖等。
可按下列经验公式计算:
tmax=（lgG-0.2）Xf/0.3
式中tmax-钢包允许最大浇铸时间
G一钢包容量，t;
f一质量系数，一般取f=10-12
在本次设计中，取G=350t,f=10,
则tmax=66min
5.3铸坯断面
本次设计中采取方坯Ф200
5.4拉坯速度
拉坯速度指连铸机每一流单位时间拉出铸坯的长度（m/min）。
在钢种、铸坯
断面和流数确定后，拉速大小对提高连铸机的生产能力起着决定作用。
（1）最大拉速Vmax:
按最大断面计算最大设计拉速。
Vmax=4X26X2bX30/200/200=2.03m/min
初选综合方坯凝固系数k=26mm·min-0.5,vmaX=2.03m/min
（2）工作拉速Vm:
Vm一般由经验公式得出:
Vm=fL/S
式中:
f—与钢种、结晶器长度、冷却强度等有关的系数，方坯取45~60，这里取60。
L—铸坯横断面周边长，mm
D—铸坯厚度，mm;
S—铸坯横断面面积，mm2
代入数据得计算结果为Vm=1.2m/min。
由于不得超过最大拉速，取Vm=1.2
m/min合理。
5.5连铸机流数
连铸机流数n可按下式计算:
N=G/（YXVmXSXtmax）
式中:
N:
连铸机流数;
G:
钢包实际容量，
tmax:
钢包浇铸时间,min;
S:
铸坯断面积，m2;
Vm:
拉坯速度，m/min;
Y:
铸坯密度，7.8t/m3。
计算条件:
G=350t,tma、=66min,S=0.0314m2,Vm=1.2m/min;
带入数据得:
N=350/（66X7.8X0.0314X1.2）=16.5流
因此，取流数为N=17流。
5.6连铸机冶金长度
公式为:
L》DXDXVmax/4K
对于液心多点矫直弧形连铸机，把从结晶器液面到最后一对拉辊之间的长度称为冶金长度（LB）。
在本设计中L》30m
5.7铸机的弧形半径
铸机弧形半径大，铸机高度增加，导致钢水静压力大，铸坯鼓肚变形量增大，
并增大了设备的所需投资。
反之，铸机弧形半径小，则矫直变形率大，易产生裂
纹等缺陷。
因此，铸机弧形半径大小应针对不同的铸坯断面，浇注的钢种等因素，
选择最佳的半径。
根据经验公式，得连铸钢种，铸坯厚度D与连铸机弧形半径尺寸之间的关系
如下:
R=KD
对优质钢和高合金钢，有R=（40~50）D
当D=200mm时，R=8000~10000mm;取R=10000mm=10ma
6连铸机主要性能参数
6.1连浇炉数
连浇炉数是指同浇次的炉数，或者用装一次引锭杆所浇钢液的炉数。
平均连浇炉数是指浇注钢液的炉数与连铸机开浇次数的比值，它反映了连铸机的作业能力。
从单炉连浇改至多炉连浇，可减少准备工作和连铸机的停歇时间，从而增加了连铸机的产量，提高连铸机作业率，降低消耗，提高经济效益。
据统计，与单炉连浇相比，铸坯产量提高50%，金属收得率提高3%，操作费用降低25%。
多炉连浇是一项高难技术，它是连铸设备、工艺、管理水平的综合体现。
我国韶关钢厂小方坯连铸机1989年创造了连浇110炉的记录;武钢1700mm板坯连铸机于1985年创造了连浇117炉的记录;美国板坯连铸机1973年曾连续浇注108h25min，连浇132炉，浇注27983吨;日本大方坯连铸机1979年连浇过246炉，浇钢39360吨;日本另一板坯连铸机1989年曾连浇625炉。
1997年我国平均连浇炉数:
板还连铸机单流最高17.58炉，双流14.84炉，小方坯单流15.58炉，3流为11.49炉，单流矩形坯26.37炉，大方坯14.62炉，双流为8.57炉。
考虑到近几年来的技术进步，本设计中连浇数取3。
6.2浇注周期
因为转炉数多于铸机数，本车间遵循“钢水等铸机”的原则，即把钢包提前
列到铸机等待，连铸机随时可以得到钢水包的供应，对于连铸来说组织多炉连浇
的操作工艺较为简单容易。
欧洲国家多采用这种方式。
在这种情况下，浇注周期T按下式计算:
T=ntm+tp，min
式中:
tp:
准备时间，指从上一连铸炉次中间包浇完至下连铸炉次开浇的间隔，本设计中取tp=30min
tm:
单炉浇铸时间min;
n：
平均连浇炉数;
其中tm=G/DXDXYXVmXN=350/（7.8X0.2X0.2X1.2X8）=116min
带入数据得T=378min
6.3连铸机的作业率αp
连铸机的作业率直接影响到产量，每吨铸坯的操作费用和投资费用的利用
率，由下式计算:
aP=（T1+T2）/TOX100%二（TO-T3）/TOX100%
式中:
a。
:
连铸机的作业率，%;
T1:
连铸机年准备工作时间，h;
T2:
连铸机年浇注时间，h;
T3:
连铸机年非作业时间，h;
T0:
年日历时间，8760h;
检修等时间见下表:
项目比例小时数备注
年度大中修3.5~4.5307~394停产大修，更换和清洗部件等
定期小修5.0~6.0438~526辊子中间调整铲除废钢
更换结晶器1.086检修等3~4h/次浇完后
等待2.5~3.0219~263铸机准备至下次开浇
内部故障3.5~4.0307~350包括漏钢在内的连铸机故障
外部故障3.5~4.0307~350炼钢炉，吊车和钢包
合计18.5~22.51620~1971等设备的故障
根据上表，年作业率αP=80%
6.4金属收得率
连铸过程中，从钢水到合格铸坯有各种金属损失，如钢包的残钢，中间包的残钢，铸坯的切头尾，氧化铁皮和因缺陷而报废的铸坯等。
就连铸本身来说，多
炉连浇是提高金属收得率的主要措施。
计算式子如下:
Y1=W1/GX100%
Y2=W2/W1X100%
Y=Y1Y2=W2/GX100%
式中：
Y1:
铸坯成坯率，%;
W2:
未经检验精整的铸坯量，t;
G:
钢水质量，t;
Y2:
铸坯合格率，%;
W2:
合格铸坯量，t;
Y:
连铸坯收得率，%。
连铸坯收得率一般按年统计。
连铸坯成坯率和合格率均可达到98%左右。
连铸坯收得率单炉浇注约96%，两炉连浇约97%，三炉以上连浇约98%左右。
本
设计Y=98%。
6.5连铸机生产能力
6.5.1连铸机的理论小时产量
计算公式为:
Q=60NDDVmγ
式中:
Q一连铸机的理论小时产量，t/h
D一连铸坯厚度，m;
Vm一工作拉速m/min
γ一铸坯密度t/m3取Y=7.8
N一流数。
本设计中Q=60X8X0.2X0.2X1.2X7.8=179.712t/h
6.5.2连铸机的平均日产量
计算公式为:
A=1400GnY/T
式中:
A一连铸机的平均日产量，t/d
1400一天日历的时间，min;
n一平均连浇炉数;
G一每炉的平均出钢量，t;
Y一连铸坯收得率，%;
T一浇注周期，min。
本设计中A=1400x350X3X98%/180=8000t/d
6.5.3连铸机的平均年产量
计算公式为:
P=365Aαp
式中:
P一连铸机的平均年产量，t/a
A一连铸机的平均日产量，t/d;
365一年日历的时间，d;
αp一连铸机的作业率，%。
本设计中P=365X8000X80%=2336000t/a
因此车间需要2台连铸机与2台转炉配合。
7连铸机主要设备
7.1钢包与中间包的钢流控制系统
钢包与中间包的钢流控制系统基本上有两种类型:
塞杆水口与滑动水口
滑
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