方坯连铸机

连续铸钢——方坯篇一、钢的浇注钢的浇注有钢锭模浇注（模铸）、连续铸钢（连铸）、压力浇注、真空浇注。常用的有模铸和连铸。1、连铸机分类常见的几类连铸机的特点比较表铸机类型特点立式1）铸坯做垂直直线运动，不受强制性弯曲变形力作用；2）铸坯冷却均匀，非金属夹杂物上浮条件良好，钢的成分和夹杂偏析较少；3）小断面铸坯中心容易产生二次缩孔；4）机身高20~30m以上，厂房高度大，一次性投资多立弯式1）铸坯由拉坯机拉出结晶器后，被顶弯装置弯成弧形，然后再在水平位置上加以矫直；2）保持了立式连铸机在垂直方向上进行浇注和冷凝的特点；3）设备总高度有所降低弧形1）采用弧形结晶器，在结晶器内形成弧形铸坯；2）使用弧形二次冷却装置，在水平切点处矫直铸坯；3）铸机高度大大降低，但是铸机的弧形部件加工、制造、安装、调试、维修困难；4）铸坯在弧形不对称的状态下冷却不均匀椭圆式1）弧形结晶可倾斜安装，用逐渐增大圆弧半径的方法进行矫直，铸坯可沿水平方向拉出；2）铸坯不需要进行大量的弯曲和矫直，钢液的静压小，铸坯的鼓肚缺陷减少；3）夹杂上浮的机会减少，铸机机身高度大大降低水平式1）结晶器水平安装，铸坯无弯曲矫直变形，夹杂分离困难；2）以间歇式拉坯代替结晶器振动，铸坯容易产生深的波纹；3）不需要修建特殊的厂房，设备费用便宜，维修方便2、连铸的优越性a、简化生产工序，缩短工艺流程b、提高综合成材率c、降低能耗e、易于实现机械自动化f、扩大钢种，提高产品质量二、弧形连铸机的几个重要参数•台数：凡是共用一个钢包同时浇注一流或多流铸坯的一套连铸设备，称为一台连铸机。•机数：具有独立的传动系统和工作系统，当其他组出事故时仍照常工作的一组设备称为一个机组。一台连铸机可由一机或多多机组成。•流数：每台连铸机所能同时浇注铸坯的总根数称为连铸机流数。•圆弧半径：铸机的圆弧半径R指铸坯外弧曲率半径，单位是m。它是确定弧形连铸机总高度的重要参数，也标志所能浇注铸坯厚度范围。•铸坯断面尺寸规格小方坯：70mm×70mm~200mm×200mm大方坯：200mm×200mm~450mm×450mm矩形坯：150mm×100mm~400mm×560mm板坯：150mm×600mm~300mm×2640mm圆坯：∮80mm~450mm三、连铸机的工艺参数根据铸坯的断面尺寸参考最终成材断面与铸坯断面的压缩比，同时根据炼钢能力确定连铸工艺参数。1、拉坯速度：可用经验公式来选取。1.1用铸坯断面确定拉速Vc=KL/F式中L—铸坯断面周长，mm；F—铸坯断面面积，mm2；K—断面形状速度系数，m·mm/min。1.2用铸坯的宽厚比确定拉坯速度铸坯的厚度对拉坯速度速度影响最大，由于板坯的宽厚比较大，所以可采用以下经验公式确定拉速：Vc=f/D式中D—铸坯厚度，mm；f—系数，m·mm/m21.3最大拉坯速度限制拉坯速度的因素主要是铸坯出结晶器下口坯壳的安全厚度（最小坯壳厚度）。对于小断面铸坯壳安全厚度为8~10mm；大断面铸坯坯壳安全厚度不小于15mm。根据凝固定律：δ=K凝或δ=K凝ttttCvL式中K凝—凝固系数，mm/min1/2；铸坯综合凝固系数K凝为24~30mm/min1/2。为保险起见，板坯K凝取值较小，碳素钢K凝取28mm/min1/2，弱钢冷却钢种K凝取24~25mm/min1/2。最大拉坯速度：Vmax=（Km/δmin）2Lm式中Vmax—最大拉坯速度，m/min；Lm—结晶器有效长度，mm；Km—结晶器内钢液凝固系数，mm/min1/2；结晶器凝固系数可用经验公式Km=37.5/D0.11估算。δmin—最大坯壳厚度，mm。2、圆弧半径用经验公式确定基本圆弧半径，也是连铸机最小圆弧半径：R≥cD式中R—连铸机圆弧半径；D—铸坯厚度；c—系数，一般中小型铸坯取30~40；大型板坯及合金钢，取40以上。国外，普通钢种取33~35，优质钢取42~45。3、液相深度液相深度L液是指铸坯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。液相深度是确定连铸机二次冷却区长度的重要参数；对于弧形连铸机来说，液相深度也是确定圆弧半径的主要参数，它直接影响铸机的总长度和总高度。L液=Vct式中L液—连铸坯液相深度，m；Vc—拉坯速度，m/min；t—铸坯完全凝固所需要的时间，min。铸坯厚度D与完全凝固时间t之间的关系由下式表示：D=2K凝故：t=D2/4K2凝得出液相深度与拉坯速度的关系式：L液=Vct224凝KD液相深度与铸坯厚度、拉坯速度和冷却速度有关。铸坯越厚，拉速越快，液相深度就越长，连铸机也越长。在一定范围内，增加冷却强度，有助于缩短液相深度。但对一些合金钢来说，增加冷却强度是不允许的，4、冶金长度根据最大铸坯厚度、最大拉速确定的液相深度L冶。冶金长度是连铸机的重要结构参数，决定着连铸机的生产能力，也决定了铸机半径或高度，从而对二次冷却区及矫直区结构乃至铸坯的质量都会产生重要影响。L冶=5、铸机长度铸机长度L机是从结晶液面到最后一对拉矫辊之间的实际长度。这个长度应该是冶金长度的1.1~1.2倍。L机=（1.1~1.2）L冶max22max4vKD凝6、流数的选择连铸机的流数可按下式确定：式中n—1台连铸机浇注的流数；G—钢包容量，t；Vc—平均拉坯速度，m/min；ρ—连铸坯密度，t/m2；t—允许浇注时间，min。tFvGncρ钢包内最大允许浇注时间可用下式计算：tmax=（lgG-0.2）f/0.3式中tmax—最大允许浇注时间，min；G—钢包容量，t；f—质量系数；取决于钢包所允许的温度损失，一般钢种取10，要求低的钢种取16。三、方坯连铸机主要设备1、平台上设备1.1钢包回转台钢包回转台是现代连铸中应用最普遍的运载和承托钢包进行浇注的设备，通常设置于钢水接受跨与浇注跨柱列线之间。钢包回转台能够在转臂上同时承放两个钢包，一个用于浇注，另一个处于待浇状态。浇注前用钢水接受跨内的吊车将装满钢水的钢包放在回转台上，通过回转台回转使钢包停在中间包上方供应钢水。浇注完的空包则通过回转台回转运回到钢水接受跨。从而实现钢液的异跨运输。回转台可以减少换包时间，有利于实现多炉连浇，对连铸生产过程的干扰少，占地面积小。钢包回转台主要有直臂式和双臂式两类。1.2中间包中间包也叫做中包、中间罐。中间包是位于钢包与结晶器之间用于钢液浇注的过渡装置，其主要作用是：（1）中间包可减少钢液静压力，稳定注流；（2）中间包有利于夹杂物上浮，净化钢液；（3）在多流连铸机上，中间包将钢液分配给每个结晶器；（4）在多炉连浇时，中间包贮存一定量的钢液，更换钢包时不会停浇；（5）根据连铸对钢质量要求，也可将部分炉外精炼手段移到中间包内实施，即中间包冶金。可见，中间包有减压、稳流、去渣、贮钢、分流和中间包冶金等重要作用。1.3中间包车中间包车是用来支承、运输、更换中间包的设备；车的结构要有利于浇注、捞渣和烧氧等操作；同时还应具有横移、升降调节和称量功能。设置在连铸浇注平台上，一般每台连铸机配备两台中间包车，互为备用，当一台浇注时，另一台处于加热烘烤位置。利于快速更换中间包，提高连铸机作业率。中间包车的形式有门型、半门型和悬挂型。2、冶金区2.1结晶器结晶器是一个水冷的钢锭模，是连铸机的核心部件，称之为连铸设备的心脏。结晶器的作用：钢液在结晶器内冷却、初步凝固成型，且均匀形成具有一定厚度的坯壳。结晶器采用冷却水冷却，通常称为一次冷却。结晶器的要求：凝固过程是在坯壳与结晶器壁连续、相对运动下进行的。为此，结晶器应具有良好的导热性和刚性，不易变形；重量要轻，以减少振动时的惯性力；内表面耐磨性要好，以提高寿命；结晶器结构要简单，便于制造和维护。结晶器的结构有管式结晶器和组合式结晶器两种。结晶器的重要参数：倒锥度。钢液在结晶器内冷却凝固生成坯壳，进而收缩脱离结晶器壁，产生气隙。因而导热性能大大降低，由此造成铸坯的冷却不均匀；为了减小气隙，加速坯壳生长，结晶器的下口要比上口断面略小，称结晶器倒锥度。倒锥度过小则气隙较大，可能导致铸坯变形、纵裂等缺陷；倒锥度太大又会增加拉坯阻力，引起横裂甚至坯壳断裂。2.2结晶器振动结晶器的振动装置用于支承结晶器，并使其上下往复振动以防止坯壳与结晶器粘结而被拉裂；且有利于保护渣在结晶器壁的渗透，保证结晶器充分润滑和顺利脱模。目前结晶器的振动主要有正弦振动和非正弦振动两种方式。连铸机振动机构有短臂四连杆式振动机构、四偏心轮振动机构和差动液压振动机构。2.3二次冷却系统坯壳出结晶器之后进入二次冷却装置受到的冷却称为二次冷却，二次冷却系统装置又称为二次冷却段或二次冷却区，简称二冷区。2.3.1小方坯机二次冷却装置小方坯铸坯断面小，在出结晶器时已形成足够厚度的坯壳，一般情况下，不会发生变形现象。因此很多小方坯连铸机的二次冷却装置较简单，通常只在弧形段的上半部喷水冷却铸坯，下半段不喷水。在整个弧形段少设或者不设夹棍。2.3.2大方坯连铸机二次冷却装置大方坯铸坯较厚，出结晶器下口后铸坯有可能发生鼓肚现象，其二次冷却装置分为两部分。上部四周均采用密排夹辊支撑，喷水冷却；二冷区的下部铸坯坯壳强度足够时，可像小方坯连铸机下部那样不设夹辊。2.4拉矫机拉矫机作用：（1）在浇铸过程中能克服结晶器和二次冷却装置的阻力，顺利地把铸坯拉出并矫直。（2）能调节拉速以适应不同工艺要求，如改变钢种、断面等。对采用调整拉速来进行结晶器液面自动控制的拉坯系统应能实现闭环控制；（3）能实现完全凝固或带液相铸坯的矫直，并保证矫直过程中不影响铸坯质量；（4）在满足工艺要求的条件下，结构应简单，便于安装调整钢在600~1200℃时的力学性能钢种强度/MPa温度/℃600650700750800850900950100010501100A3δbδs17013012992100749458845274486639543044253722321945δbδs303212241176171140120761156590617755634551354227352220Crδbδs2701582181561521201158795649560865266445234442634213Cr13δbδs91761339578514438从表中可见当铸坯温度从950~1000℃（矫直温度）下降到600℃时其δs将会增加2~4倍。拉矫机的形式：2.5引锭杆引锭杆是结晶器的“活底”开浇前用它堵住结晶器下口，浇注开始后，结晶器内的钢液与引锭杆凝结在一起，通过拉矫机的牵引，铸坯随引锭杆连续地从结晶器下口拉出，直到铸坯通过拉矫机，与引锭杆脱钩为止，引锭装置完成任务，铸机进入正常拉坯状态。引锭杆运至存放处，留待下次浇注时使用。引锭杆有挠性和刚性两种结构。挠性引锭杆一般制成链式结构，链式引锭杆又有长节距和短节距之分。刚性引锭杆实际上是一根带钩头的实心弧形钢棒，适应于小方坯连铸机。引锭杆存放装置：上装式和下装式。3、辊道输送装置切割前辊道、切割区辊道、运输辊道、冷床区辊道、升降挡板、固定挡板4、出坯设备翻钢机、移钢机、翻转冷床、推钢机、拉钢机、铸坯存放台架