年产400万吨合格连铸坯的连铸系统设计

河北科技大学成人高等教育本科学生毕业设计（论文）开题报告学生姓名：任晓亮学号：1612399院站：沧州东光职教中心函授站学习形式：函授层次：专升本专业：冶金工程题目：年产400万吨合格连铸坯的连铸系统设计起迄日期:指导教师:王霞填写日期：年月日2毕业设计(论文)开题报告1、本毕业设计(论文)课题应达到的目的：本次设计的是年产400万吨钢的方坯连铸工程，主要对连铸生产的工艺流程、车间组成和工艺布置进行设计，并对连铸机的几个主要工艺设备：钢包及其运载设备、中间包及其运载设备、结晶器及振动装置、拉矫和引锭装置、切割装置进行了设计计算。设计中对板坯连铸车间作了综合经济指标分析和合理的布局。并绘制了车间平面和设备图。为了提高连铸机生产率和提高产品质量，在设计中采用了一些新技术。设计中选用弧型连铸机，大容量和深熔池的中间包，结晶器漏钢预报技术，电磁搅拌技术和轻压下技术等，使以上生产方案具有科学性、先进性，经济合理，适应当前社会发展的需要。2、本毕业设计(论文)课题任务的内容和要求(包括原始数据、技术要求、工作要求等)：由于技术上的缺陷，连续铸钢长期以来一直局限在电炉钢厂内，大型钢铁联合企业1970年才开始生产连铸板坯。借助科学理论对凝固现象的深入了解推动了连铸的发展。炼钢技术在同一时期内的发展也是连铸工业化的一个先决条件。低成本的电炉炼钢和联合钢铁厂的碱性氧气转炉炼钢比平炉更能保证连铸钢水的供应。今天，在这些炼钢工艺中，比重最大的是氧气炼钢，占到了63．3％，相比之下，电炉和平炉分别占33．1％和3．6％。连铸工艺的主要优势可概括为：收得率比模铸提高10％～12％，成本降低20％；由于从钢水到终产品的生产环节减少了，所需人时降低；取消了脱模、加热和初轧，设备投资低；有实现全连铸和高度自动化的可能性。由于这些固有的优点，随着浇铸产品质量的提高，连铸延伸进了模铸的领域，普及度迅速提高。全球情况1970年，连铸钢仅占粗钢产量的4％，而到今天，已经达到了惊人的88％。世界钢铁供大于求的形势即将消退，供需平衡即将恢复，粗钢产量年平均增长速度4％。2001年连铸钢产量8．503亿t；2002年增长了6．2％，达到9．036亿t。2003年粗钢产量为9．648亿t，较前一年增长了6．8％；而2004年的粗钢产量达到了10．5亿t，增幅8．8％，该年连铸产量达到9．37亿t。在产钢大国中，中国占据世界连铸钢产量的23．72％，其后是日本12．76％和美国310．38％。中国连铸比91．20％，低于工业国的平均水平，但高于88％的世界平均水平。在提高连续铸钢由于与常规生产相比具有生产工序简化，金属收得率提高，能源消耗降低，劳动条件得到改善和连铸坯质量好等优越性，因此是当前钢铁工业中发展最快的技术之一。近几年我国钢铁工业投资建设中最可喜的发展是宽带钢、中厚板和宽厚板的生产能力、装备和技术水平有了很大的提高，产品结构调整取得实效。围绕高品质，高附加值板带生产。板坯连铸的装备和技术取得了同步的、显著的发展。常规板坯连铸机的技术进步主要表现在工艺设备技术的优化，自动化控制水平的不断提高和完善以及满足生产实际需要的工艺操作软件的开发和应用。单流产量可达到150万~200万t/a，真正实现了优质高效。在品种结构方面:随着电磁技术及凝固控制技术的应用,连铸品种将有望实现品种的100%,而且实现组织控制、内部及表面质量控制,达到全无缺陷坯高效生产.在生产能力方面:随着电磁组合结晶器、非正弦振动、轻压下、凝固动态控制技术的工业化,板坯连铸机产量达到200万吨/流·年,方坯连铸机产量达到40万吨/流·年,形成单台铸机对单台连轧机的生产流程.在品种结构方面:随着电磁技术及凝固控制技术的应用,连铸品种将有望实现品种的100%,而且实现组织控制、内部及表面质量控制,达到全无缺陷坯高效生在电磁连铸方面:随着超导技术的发展,用于浇注钢的电磁约束结晶器、电磁激震装置的工业化将成为可能,在此基础上,将有望开发无模、无振动、断面形状可任意组合的连铸机.毕业设计(论文)开题报告3、本毕业设计(论文)课题预期成果(包括毕业设计论文、图表、实物样品等)：41.1连铸主要设备本设计CSP连铸机为立弯式，铸机主要设备为蝶式钢包回转台、中间包车、漏斗型结晶器、液压振动台、扇形1、2、3、4段，带刚性引锭杆的顶弯夹送装置、拉矫装置、以及摆动剪，其核心设备是漏斗型结晶器。在钢包回转台的两侧各有一个中包车和中包预热站，车上配有浸入式水口预热烧嘴。每台中包车都配备有称重系统，以称量中间包钢水重量。每个中间包在正常工作情况下，容量为26～28吨，溢渣情况下为30～32吨。中间包钢水液位可采用自动和手动进行控制，钢水从中间包注入结晶器采用塞棒伺服机构控制，它和CO60放射源，闪烁计数器和PLC装置一起组成结晶器液位控制系统。塞棒是整体式的，而塞棒机构采用压缩空气冷却。结晶器液位控制系统可实现连铸机的自动开浇，即当液位控制系统检测到钢水液位的10%时，铸机振动台开始振动，夹送辊开始拉坯。钢水从中间包注入结晶器，是通过一个扁平式的整体式浸入式水口，它的出钢口专门设计的，以适应结晶器形状结构要求。结晶器是一个直的漏式结晶器，上大下小，在宽边铜板上部中心有一个宽的垂直、锥形的漏斗区域，以保证浸入式水口有足够的空间。漏斗区域为从铜板上部向下大约850mm,以下便是结晶器下部平行出口部分。下部结晶器模壁是平行的，从而形成最后铸坯的断面尺寸。结晶器振动装置是一个短杆式的液压振动系统，可以产生正弦振动，本设计采用的是非正弦振动。而结晶器下面则为铸坯导向的扇形1、2、3、4段。打开结晶器后，可以允许刚性引锭杆的插入，也可以清除漏钢后形成的坯壳。漏钢后通常影响到结晶器和扇形1段，他可以很容易的作为一个整体用吊车吊出更换。结晶器的宽度和锥度可以远程调整，借助于主控室内驱动PLC方式进入预设定，在浇注期间，主控操作人员可以根据生产计划或轧制规格要求进行在线调宽，通常情况下还可以调锥来进行结晶器热流的控制，以稳定浇注状态，确保铸坯坯壳的均匀冷却。本设计二次冷却有3条冷却曲线，根据不同钢种，选择不同的冷却曲线，随着拉速的增加，水量不断增大。铸坯出扇形段后，进入夹送辊顶弯装置，依靠液压，顶弯辊将铸坯与引锭杆分离，铸坯进入3.25半径的弧形段，再通过拉矫机进行一点矫直。夹送辊顶弯装置及拉矫装置的冷却为内冷。然后铸坯进入摆动剪，在主控市HMI画面可进行铸坯长度的设定。通常铸坯在摆剪处的温度为950～1050℃，主要由于不同拉速所致。1.1.1大包回转台大包回转台设备为带升降系统的Ｈ型回转台,它位于浇铸平台上。主要包括：大包回转台、事故回转驱动装置、称重系统、大包盖操作装置、回转锁定5装置和大包滑动水口液压操作系统。大包回转台的主要功能是将大包才能感装载位置运送到浇注位置，回转半径为5500mm，回转台承载能力为2³200t,回转速度为1r/min,设有电气滑环和旋转接头，用于传送电能和介质（供给升降液压缸和滑动水口的水已二醇、氩气、压缩空气），能实现正、反向各360°无限地转动。大包回转台能够移动两个装满的大包，并向连铸机连续地输送钢水。在正常情况下，大包回转台的转动由电动-机械系统实现，电机通过行星齿轮箱和锥齿轮来传递运动，电机配有编码器，以调整转速，实现回转臂的精确定位。电机输出轴上设有1气动抱闸系统，以便回转臂停在合适的位置上。在事故情况下可以用副驱动即气动驱动，来实现回转台的转动。在任何时刻，均可实现从一种状态向另一种状态的转换，甚至在大包回转台正在转动时也可以。装满钢水的大包由天车吊运到回转台的双叉臂上，然后转动到浇铸位置。设备的布局设计时就考虑到，当中间包液面处于最高位置时，大包、中间包车和中间包之间不会发生任何干涉。1.1.2中间包车中间包车为半门式结构，主要组成为：行走系统、升降系统、水口对中机构、称重系统、塞棒液压控制机构、侵入式水口的事故闸板液压机构、连续测温系统机械手和大包长水口机械臂。中间包车升降机构由电动-机械螺旋千斤顶实现升降，有接近开关实现控制，升降行程为600mm，升降速度最大为30mm/s。通过编码器实现对中间包位置和速度进行控制，能使侵入式水口自动地上下移动，均衡弯月面处的水口侵蚀，提高侵入式水口的寿命。中间包行走驱动系统，主要由2个带变频器和编码器的电机、2个正交轴齿轮减速机和4个车轮（其中两个带驱动）组成。中间包车负载能力为80t，最小行走速度为2m/min，最大行走速度为20m/min，可实现紧急制动和紧急事故行走。通过液压装置实现中间包位置的横向调整和水口对中，通过流量分配器保持液压缸同步运动，调整行程为+75/-75mm。通过传动拖链向电机供电，传递流体和电信号。称重系统主要由4个带放大器和空冷的称重单元组成，侵入式水口事故滑动闸板用于紧急切断中间包流出的钢水，切断速度为300mm/s。带液压缸、伺服阀和位置传感器的液压驱动机构，用来驱动塞棒，可手动也可自动，垂直行程手动为140mm，自动时为100mm，最大速度大于100mm/s，塞棒液压控制机构和结晶器液位检测系统形成闭环控制，通过PID调节稳定控制结晶器液面。连续测温系统机械手把持连续测温探头，用于浇注过程中中间包钢水温度连续测量。大包长水口机械臂夹持大包长水口，带氩气封闭，机械臂可以实现旋转、水平移动和升降动作，升降由气动驱动，以保证大包长水口和大包滑动水口的准6确严密啮合及更换水口。1.1.3中间包烘烤装置每个中间包烘烤装置烧嘴数量为3个。最高预热温度为1200±100℃，所用燃料为转炉煤气。烘烤时间为90min,燃料消耗为1800m3/h,采用自动点火，PLC自动控制温度，加热曲线（可编程）存于PLC中，盖上的热电偶提供反馈。水口烘烤装置为负压抽风式，一个文式管由气动产生负压，通过水口将中间包内的热量吸入烘烤炉，能把中间包水口预热到合适的温度。1.1.4二冷室及风机二冷室位于浇铸平台下。包括一个封闭室和一套蒸汽排出装置，连铸平台和其下镀锌钢板制成的二冷室墙组成大型整体封闭室，用来容纳从浇铸平台到拉矫装置末端的水和蒸汽。蒸汽排出系统包括2台离心风机用来排出二冷室的蒸汽。1.1.5结晶器H2（highspeed,highquality）漏斗型结晶器主要包括：两个漏斗型宽面铜板、两个多锥度窄面铜板、铜板背板、足辊、在线调宽装置。结晶器支撑框架是焊接钢结构，安装在振动台上，结晶器冷却水自动进行连接，结晶器水套和振动台接水板通过O型密封圈进行密封。冷却水的连接方式和对中销的设计，可以实现快速更换结晶器。结晶器的固定面和松动面通过拉杆连接，带有弹簧的拉杆可以保证一套液压缸实现宽面打开。铜板和背板设计成快速更换的结构，以实现磨损铜板的快速更换。铜板材质为铜银合金，宽面铜板表面镀Ni，铜板长度1200mm,结晶器冷却方式为在铜板上钻孔通水冷却。结晶器预留安装电磁制动（EMBR）的空间。足辊区冷却构成二次冷却的1、2、3环路。结晶器的作用和基本组成:结晶器是连铸机的心脏，中间包内的钢水注入到结晶器后，在结晶器内初步骤固成具有一定外形的铸坯，生成一定厚度的坯壳，并被连续地从结晶器下口拉出，进入二冷区。结晶器的主要作用：(1)在尽可能高的拉速下，保证出结晶器时形成足够厚度的坯壳，以抵抗钢水静压力而不拉漏。(2)保证结晶器周边坯壳厚度均匀稳定地生长。(3)结晶器内的钢水——渣相——坯壳——铜板之间的相互作用，对铸坯表面质量有决定性的影响。7上述第(1)个作用决定了铸机的生产率，而第(2)、(3)个作用决定了铸坯的表面质量。结晶器的基本组成:结晶器宽边安装有六个液压缸用来打开和关闭结晶器铜板。其中固定侧有两个液压缸，由单向阀和压力开关进行控制。松动侧有四个液压缸，由带有压力传感器的单向阀和比例进行控制。当掉电和液压失效时有一个蓄能器进行结晶器的事故关闭。松动策顶部的压力为120bar，底部的压力为140bar。当进行结晶器在线调节时松动侧的压力将减小以阻止铜板表面刮伤。当松动侧的压力降为63bar时自动尾出。窄边的主要功能是进行结晶器宽度和锥度的调节