毕业设计（论文）大方坯结晶器振动机构设计

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书内 蒙 古 科 技 大 学本科生毕业设计说明书（毕业论文） 题 目：大方坯结晶器振动机构设计 学生姓名： 学 号： 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机07-1班 指导教师： 提交日期：2011年6月61大方坯结晶器振动装置摘 要:本文对连铸技术及连铸机的国内外发展现状进行了综述，特别是对结晶器的工作原理及其振动技术做了详细的介绍。为了保证浇铸过程中铸坯不与结晶器粘接，并获得良好的铸坯表面质量，给连铸机配备一个良好的结晶器振动装置是至关重要的。在实际中一套良好的振动装置应具有避免使铸坯承受水平力和弯矩，而只产生轴向的拉力或压力的能力。本设计主要是针对结晶器振动装置中偏心轴的设计以及校核，涉及到得内容有对轴上零件、联轴器、电动机和减速器的选择，此外，对结晶器振动装置的日常维护、润滑系统的测定、结晶器振动装置在线振动状况的检测方法及板簧的设计以及进行了分析。 关键词: 连铸；结晶器；振动装置；偏心振动机构Bloom mold vibration deviceAbstract：This design began the status of continuous casting technology and continuous casting machines at home and abroad, as well as the principle of the mold and mold vibration technology also are introduced in the paper. a good Mold vibration device is crucial for the continuous casting machine, it can not only guarantee the slab casting process and mold bonding but also get a good slab surface quality, a good vibration device should not be subjected to horizontal force and bending slab Moment, only provides the axial pulling force or pressure. The system is mainly aimed mold eccentric shaft vibration device in the design and verification, the choice of shaft and coupling parts, motor, and gear selection. Also briefly describes the final mold vibration device maintenance in their daily work, Determination of the lubrication system; mold-line vibration of vibration device detection method, and the leaf spring design and analysis. Key words: Continuous Casting; Mold; Vibration device; Eccentric Bodies目 录摘 要IAbstract.II第一章 绪 论11.1 世界连铸生产概况11.1.1 连铸设备的发展11.1.2 连铸设备的结构21.1.3 国外板坯连铸机的技术改进21.1.4 薄坯薄带连铸设备的开发31.1.5 目前新研制的几种连铸机41.2 国内连铸的发展51.2.1 传统连铸技术的发展71.2.2 薄板坯连铸技术的发展121.2.3 中等厚度板坯连铸技术发展181.2.4 薄带连铸技术发展201.2.5 与国外的差距和比较22第二章 结晶器的概述及基本参数242.1结晶器正弦振动规律及振动参数242.2正弦振动工艺参数的确定27第三章 结晶器振动装置分析313.1 结晶器四偏心振动机构原理313.2相关数据313.3传动功率计算及传动比的分配323.3.1传动功率的计算323.3.2电动机的选择333.3.3 分配传动比34第四章 减速器的选择354.1规定的工作不同时，进行修正计算35第五章 联轴器的选用365.1联轴器的选用365.1.1联轴器类型的选择365.1.2联轴器的选用计算36第六章 偏心轴的设计 结晶器四偏心振动 机构386.1偏心轴的设计计算386.1.1求输入轴上的功率 转速 和转矩386.1.2求作用在轴上的力386.1.3确定轴的最小直径396.1.4联轴器的选择396.2轴的结构设计396.3轴上零件的周向定位416.4求轴上的载荷426.5按弯扭合成应力校核该轴的强度436.6精确校核轴的疲劳强度44第七章 板簧的设计487.1板簧的材料选择487.2板簧的结构设计487.3连杆的网格划分497.4边界约束和结果分析49第八章 结晶器连杆的分析508.1连杆的有限元分析508.2对连杆进行有限元网格划分51第九章 结晶器润滑与维护529.1结晶器振动机构的润滑529.2更换弹簧板的步骤529.3振动台水平度测量方法53第十章 结晶器振动装置在线振动状况的检测方法5410.1分币检测法5410.2一碗水检测法5410.3百分表检测54结束语56参考文献57第一章 绪 论1.1 世界连铸生产概况 连铸技术是从50年代发展起来的，由于它比传统的模铸技术有更高的经济效益，因而从70年代开始就得到了迅速发展，成为炼钢和轧钢工艺之间不可缺少的组成环节 进人80年代以来，连铸技术又逐步进入更高的发展阶段，如开发了薄板坯连铸技术直接热装热送至热轧成材技术等， 实现从铁钢材的生产顺序重新组合，形成连续作业体系 这项技术的发展将给钢铁行业带来深刻技术变革。在世界钢产量中，1964年世界连铸钢坯产量300万吨，连铸比不到1。I973年上升到6420万吨，1O年增长了20倍。70年代来发展更快，尽管世界钢铁工业不景气，但连铸技术仍在迅速发展，1985年连铸钢坯产量达313亿吨，连铸比为49.4，1986年在世界钢产量下降的情况下，连铸钢坯为3.74亿吨，连铸比为5231987年连铸坯产量达4.04亿吨，连铸比达548。近年来连铸比正以每年3的速度递增。 世界利用连铸技术生产钢坯的国家主要为日本、 西德、意大利、法国、英国 、美国、苏联等，这些国家的连铸钢坯产量约占世界的70，而其中又以日本居首位。1987年日本连铸钢坯产量为9191万吨。连铸比为世界第一，占97。1.1.1 连铸设备的发展 由于生产连铸钢坯的连铸设备其工艺性极强。因而为配合近几年来连铸生产工的迅速发展设备也相应得到发展，并且日趋完善。连铸设备试验研究工作开始于本世纪40年代，到了1986年为止，可正式生产连铸钢坯的连铸机台数已达到1300多台 就世界连铸设备的设计、制造情况来看，目前已形成了几大主要派系和集团，列举如下：（1） 慷卡斯特体系 以瑞士的康卡斯特公司为主它主要包括西德施罗曼西马克公司日本住友重机公司等该体系是世界上最大的连铸专业设备设计和制造公司。（2） 曼内斯曼德马克体系 它主要由西德曼内斯曼，德马克公司和日本的日立造船公司组成，是仅次于康卡斯特体的世界第二大连铸设备设计、制造集团体系。（3）由奥钢联(奥地利钢铁联盟)和日本石川岛播磨重工业公司组成的体系，该体系的技术在日本应用很少。（4）由苏联的USSRVO Machinexpo与日本神户制钢组成的体系后来神户制钢又发展了苏联的技术。1.1.2 连铸设备的结构连铸机的机型有立式、立弯式、弧型、 弧型多点矫直式超低头型。其弧型机约为63。因为它与其主机型相比其生产效率高、生产品种多、质量好，且占用厂房及投资费用少、操作修理费用低等综台经济指标高。其主要结构：（1）钢水处理设备（2）连铸机奉体设备主要包括：钢包及其支承设备(如钢包车或钢包回转台等)；中间罐及其支承设备(如中间罐车和中问罐回转台)；结晶器及其振动装置；二次冷却装量和拉坯矫直机(有时称为铸坯导向装置)；引锭及其存放装置；铸坯切割装置及部分运输设备。（3）铸坯冷却精整设备：它包括从运输辊道以后至向轧钢车间输送合格铸坯之间的所有设备。如铸坯冷却设备、检查清理设备、堆垛 横移设备、二次切割设备、打标识符号设备(如打印机或喷印机)以及供连铸坯热装和直接轧制用的隔热保温设备。除此之外还有其它辅助设备1.1.3 国外板坯连铸机的技术改进钢包回转台：其作用是接受浇铸跨的钢水，旋转180。到,连铸的浇铸位置进行连续浇铸，其动作是旋转、定位、称量、升降、事故处理。近年来新建的大型板坯连铸机上均采用各种不同结构的钢包回旋台。如可以将盛钢桶分别放置在一个或两个单独驱动的转臂上；使多炉连浇更加方便，还可以将吊车解放出来，而不影响现有车间的其它工作。冲间罐：为稳定浇注，促进夹杂物上浮，提高铸坯内部质量、中间罐容量增大，罐内液面增高，并设置挡照墙。结晶器：结器器是决定连铸和铸坯断面形状和形成铸坯初期凝壳的重要设备。目前多采用长度为90095Omm的结晶器。二冷装置、拉坯矫直机及引锭装置：二冷段支导部分第一段采用密排小辊径央辊或密排小辊径分段辊采用收缩辊缝与辊缝检测装置及气 、水雾化喷嘴。拉坯矫直采用三点或四点多次弯曲矫直新工艺，在矫直点处采用压缩状态下的铸坯矫直。引锭装置采用上装引锭扦或下装刚性弧形引锭秆等。目前，世界上最宽的板坯连铸机是联邦德国Hoesch钢铁公司的一台带有中间罐转动系统的现代化大型连铸机。板坯宽度达2720mm，此单流连铸机生产能力接近200万吨每年。1.1.4 薄坯薄带连铸设备的开发 能够从钢水直接得到接近最终产品尺寸和质量的钢材是人们多年来为之努力的目标。薄板坯和带钢连铸不仅简化生产过程，降低了设备和操作的费用而且随着铸坯厚度的减薄，可利用其快速凝固效果创造新材质。其连铸得到的铸坯厚度为2O50mm。 从60年代开始薄板坯连铸已在有色金属工业中使用。1973年石油能源危机后成为国外研制的 重要课题。特别是日本、美国和西欧等国的钢铁公司和研究单位，投入了大量的人力、物力，竞相开发薄板连铸机。目前开发的机型有：（1）薄板坯连铸机：可分为双带倾斜式薄板坯连铸机；水平双带薄板坯连铸机；敞开水平式薄板坯连铸机；采用固定式结晶器的薄板坯连铸机。（2）薄带连铸机可分为双辊式薄带连铸机；单辊薄带连铸机。目前薄板坯及带钢连铸技术在国外仍处于研制、试驻、试生产或小批量生产阶段。1986年， 联邦德国SMS公司成功地用嘲定式结晶器和通常的方法生产出406O1200-1600mm的薄扳坯，铸速达5 6mmin。质量达到设计要求。 日本各公司对薄坯连铸技术的开发多采用移动式结品器，如住友金属的Hazelett式双带结晶器，川崎制铁的水平及立式双带结构 日本钢管及神钢的水平履带式结构等，现仍处于试验性生产阶段。但据最新报导，川崎制铁与日 立合作在千叶钢厂的试验连铸机上， 用10分钟成功地浇注了厚10mm，宽800mm的薄板坯， 在高温下直接卷成1 216吨钢卷，并在该厂2号热连轧机直接轧制，再冷轧成薄带钢。检验结果表明，其机械性能与用传统方法生产的无差别。该连铸帆采用 立式双带式结晶器。 美国的薄坯连铸技术目前已取得了实用化进展，已经停止用移动式结晶器进行开发工作。美国加利福尼亚州的铸钢工程公司又在试验装置中用水平连铸薄板坯取得成功，其规格为15150mm，铸速25mrain，钢种包括镇静钢及高、低碳钢。1.1.5 目前新研制的几种连铸机近年来新开发并已用于生产的连铸机有以下几种：旋转式(或称离心式)连铸机：它是一种 立式装置的铸机主体，从切割装置以上一部分围绕其垂直轴线作旋转运动，由于旋转所产生的离心作用能使初凝坯壳与 结晶器壁有较好的接触，改善了传热条件同时又能使浮在钢液面上的夹杂物及钢渣聚集在中心，便于捞出所以能浇出质量较好的圆坯，其缺点是设备比较复杂。水平连铸机：水平连铸机的主要优点是设备高度低，主要设备不超过65mm弧形机组一般在10m左右。它是在中间罐上装设水平方向的结晶器进行浇铸拉坯装置可间断地或周期地进行拉坯由于钢液静压力低，没有拉坯鼓肚现象，也产生矫直改进，其内部偏析少， 因而产品质量好。超低头板坯连铸机：它是将小半径R=3.0-8.0 m 多点矫直(或连续矫直)的弧型连铸机的设计思想与现代化扳坯连铸机的设备技术相结合的一种连铸机型它的设备高度低，钢水静压头低等为特点，适于在低矮厂房内布置，该机型与纯净钢水的生产技术相结合，能生产达到热送直接轧制质量要求的无缺陷铸坯。此外还有超薄板坯连铸机等。连铸设备采用的新技术主要有：(1) 吹氩台金微调或喷粉技术及装置；(2) 钢包中间罐以驶中 罐一结晶器之间的保护浇铸；(3) 大容量深中间罐；(4) 采用几种不同的结晶器材料,包括内壁为含银铜板，内壁镀三层材料和内壁为镀铬铜板三种。其目的都是为挺高结晶器使用寿命，防止铸坯在结晶器内产生裂纹；5自动控制结晶器内钢液面；6结晶器在线调宽；7高频率小振幅的振动装置；8气-水雾化冷却；9小辊距分段辊式的铸坯诱导装10电磁搅拌装置；11多点矫直；12测定辊间距离装置；l3机内外保温装置；14在线切瘤清除装装置；15交流调压调频控制；l6压缩铸造；17计算机控制系统及自动控制技术。目前采用计算机多级管理控制及数据传输等来控制连铸机的运转，它已担负起对设备的监控 提高可靠性，井对工艺生产过程进行控制，如二次冷却及板坯切割等都实现了最佳控制以及对铸坯质最进行判定等。1.2 国内连铸的发展统计数字显示，2002年我国连铸比为93.7%，2003年上半年全国连铸比达到94.65%，已超过了世界8970%平均连铸比的水平；我国连铸比已达到发达国家的水平，连铸比将要达到饱和状态。 我国连铸机的数量如表1所示（统计到2002年12月）：与工业发达国家相比，我国连铸机的台数最多；现有连铸机年生产能力可达29亿t，实际连铸机产能还大有潜力。采用了高拉速、高作业率、高连铸炉数、高质量的连铸技术，40%50%小方坯连铸机进行了高效化改造，流产量达到1520万t/a，710天连浇生产，铸坯无清理率达95%以上，做到了产量与质量的统一和炉机匹配统一。全球已建成54流连铸连轧生产线，年生产能力为5500万t；我国已建和在建13流生产线，年生产能力达到1400万t（见表2），占全球总产量的1/4；中国CSP钢产量（1050万t）与美国CSP产量（1000万t）相当。表1 国内连铸机统计机型 台数/台 流数/流 年产能/万t说明 小方坯 2117838983.50150mm150mm方、矩坯 2187819902150mm150mm板坯 911208383板方兼用者按板坯计 薄板坯 10101262薄板坯连铸连轧 圆坯 2052511.25以生产圆坯为主者按圆坯 异型坯 1363 合计 551174929204.75有几家方案未确定者（如广东、福建等）尚未计入 表2 我国薄板坯连铸连轧生产装备一览企业 炼钢炉 连铸机 板坯尺寸/mm年设计能力/万t轧机 最终产品尺寸/mm均热炉 投产日期 珠钢 150t电炉 1流立弯型CSP509501350806机架CSP1.27辊底炉191.8m1998.11邯钢 100t转炉 1流立弯型CSP5070980156012316机架CSP1.2辊底炉191.8m1999.12包钢 210t转炉 2流立弯型CSP7090016802006机架CSP1.2辊底炉200.8m2，摆动联接 2001.4唐钢 150t转炉 1流直弧型TSR9070、65850168012025机架达涅利/三菱 0.86辊底炉187.8m2002.12马钢 100t转炉 2流立弯型CSP9070、6590016002207机架CSP0.88辊底炉270m2，摆动联接 2003.12涟源 90t转炉 1流立弯型CSP70、6590016001307机架CSP0.812.7辊底炉291.8m2004.4本钢 1流直弧型FTSR90858501750150 2005.51.2.1 传统连铸技术的发展(1) 提高连铸机产量方面主要是从提高连铸机拉速和提高连铸机作业率两方面着手。连铸机拉速的提高受出结晶器坯壳厚度、液相穴长度（冶金长度）、二次冷却强度等因素的限制。要针对连铸机的不同情况，对连铸机进行高效化改造。小方坯连铸机高效化改造的核心就是提高拉速。拉速提高后，为了保证出结晶器坯壳不漏钢，其核心技术就是优化结晶器锥度，开发新型结晶器，包括：Concast的凸模结晶器（CONVEX MOLD）；Danieli自适应结晶器（DANAM）；VAI的钻石结晶器（DIAMOLD）；Paul Wurth的多锥度结晶器。虽然结晶器名称不相同，但其实质就是使结晶器锥度与坯壳收缩相一致，不致于产生气隙而减慢传热，影响坯壳均匀性生长。目前，国际上小方坯铸机拉速达到的水平见图1和表3。图1 方坯尺寸与拉速关系表3 小方坯铸机拉速名 称 断面/mmmm拉速/m.min-1结晶器型式 德马克 1301304.0-4.3抛物线 康卡斯特 150150 3.5凸型 丹尼立 130130 4.3自适应 VAI115115 5.1钻石 155155 2.9钻石 小方坯铸机拉速的提高，表现为单流产量的提高。从世界连铸发展的历程看，20世纪70、80、90年代连铸机的单流年产量分别为56、810、1516万t。我国钢材生产结构是长型材较多，板材比较低（约40%），反映在连铸机建设上是中小型钢厂建设小方坯连铸机较多。据统计，我国共建小方坯连铸机280台978流，年产量近6000万t，平均单流年产量约为6万t。与国外比较，连铸机生产率还较低。为提高连铸机生产率，从20世纪90年代以来，我国对旧有小方坯连铸机进行了高效化改造，如120mm120mm方坯拉速由2.0m/min提高到3.04.0m/min，150mm150mm方坯拉速由1.5m/min提高到2.53.0m/min。目前，我国不少钢厂的小方坯连铸机经过高效化改造后，单流年产量已达到1520万t的国际水平。板坯连铸机拉速的水平如表4所示。目前板坯厚度为200250mm的拉速在1.62.0m/min左右，单流年产量达到200万t。如果说提高拉速是小方坯连铸机高效化的核心，那么板坯连铸机高效化的核心就是提高连铸机作业率。这是因为板坯连铸机的拉速受炉机匹配条件及铸机本身冶金长度的限制不可能有较大的变化，以及由于过高拉速所造成的漏钢危害，对板坯连铸机的影响远远高于小方坯连铸机。从原则上讲，连铸机提高拉速措施有：结晶器优化技术；结晶器液面波动检测控制技术；结晶器振动技术；结晶器保护渣技术；铸坯出结晶器后的支掌技术；二冷强化冷却技术；铸坯矫直技术；过程自动化控制技术。拉速提高了，铸坯内部疏松、偏析缺陷加重，夹杂物增加。高拉速与高质量是相互矛盾的，因此应根据钢种和产品用途，采取相应的技术措施，把高拉速和高质量的矛盾统一起来，以获得最佳经济效益。 20世纪连铸机世界平均水平指标如表5所示。由表5可知，连铸机的作业率和浇注率逐年提高，但是我国连铸机作业率行业内差距较大。据统计，我国连铸机平均作业率2000年为63%，2001年为64.8%，2002年为63.8%，与世界平均水平差距较大。国外有不少钢厂板坯连铸机拉速不高，而单流产量却很高，如美国的A.K.Ashland钢厂的板坯铸机，浇240mm11601750mm板坯，工作拉速为1.78m/min，单流年产量达到220万t，连铸机有钢作业率为98%。这说明对板坯连铸机高效化改造核心不是提高拉速，而是要设法提高铸机作业率以提高连铸机的生产率。表4 高效板坯连铸技术经济指标厂家 板坯尺寸/mmmm拉速/m.min-1作业率/%漏钢率/%年产量/万t 日本住友公司鹿岛厂3号板坯连铸机 2701450 2.090300日本钢管公司福山厂5号连铸机 2207001650 2.593300美国阿姆科公司阿什兰厂连铸机 2409651727 2.0900.05200美国国家钢铁公司格拉尼特厂连铸机 2209002040 1.659085200中国上海宝山钢铁公司1号、2号连铸机 2102509001930 1.480230美国钢铁公司蒙瓦利厂连铸机 2102507001050 2.09090230.40.60(2) 提高连铸机作业率的技术方面a) 长时间浇注多炉连浇技术：异钢种多炉连浇；快速更换长水口；在线调宽；结晶器在线快速调厚度（只需2530min）；在线更换结晶器（小方坯）；中间包热循环使用技术；防止浸入式水口堵塞技术。b) 长时间浇注连铸机设备长寿命技术：长寿命结晶器，每次镀层的浇钢量为2030万t；长寿命的扇形段,上部扇形段每次维修的浇钢量100万t,下部扇形段每次维修的浇钢量300400万t。c) 防漏钢的稳定化操作技术：结晶器防漏钢预报系统；结晶器漏钢报警系统；结晶器热状态运行检测系统。d) 缩短非浇注时间维护操作技术：上装引锭杆；扇形段自动调宽和调厚技术；铸机设备的快速更换技术；采用各种自动检测装置；连铸机设备自动控制水平。提高板坯连铸机设备坚固性、可靠性和自动化水平，达到长时间的无故障在线作业，是提高板坯连铸机作业率水平的关键。(3) 提高连铸坯质量技术方面连铸坯的质量概念包括：铸坯洁净度（钢中非金属夹杂物数量，类型，尺寸，分布，形态）；铸坯表面缺陷（纵裂纹，横裂纹，星形裂纹，夹渣）；铸坯内部缺陷（中间裂纹，角部裂纹，中心线裂纹，疏松，缩孔，偏析）。连铸坯质量控制战略是：铸坯洁净度决定于钢水进入结晶器之前的各工序；铸坯表面质量决定于钢水在结晶器的凝固过程；铸坯内部质量决定于钢水在二冷区的凝固过程。(4) 提高连铸坯洁净度技术方面a) 连铸坯洁净度评价包括：钢总氧量TO；钢中微观夹杂物（50m）；钢中大颗粒夹杂物量（50m）。不同产品对钢中洁净度要求如表6所示。b) 连铸坯洁净度是一个系统工程。就连铸过程而言，要得到洁净的连铸坯，其任务是： 炉外精炼获得的“干净”钢水，在连铸过程中不再污染；连铸过程中应创造条件在中间包和结晶器中使夹杂物进一步上浮去除。连铸过程钢水再污染，主要决定于钢水二次氧化、钢水与环境（空气、渣、包衬）相互作用、钢水流动的稳定性、钢渣乳化卷渣。c) 连铸过程控制钢洁净度对策：保护浇注；中间包冶金技术，钢水流动控制；中间包材质碱性化（碱性复盖剂，碱性包衬）；中间包电磁离心分离技术；中间包热循环操作技术；中间包的稳定浇注技术；防止下渣和卷渣技术；结晶器流动控制技术；结晶器EMBR技术。表6 高级钢材对洁净度的要求产品分类 钢种 代表规格 产品材质特性要求 清洁度要求薄板 DI罐 低碳铝镇静钢 0.20.3mm飞边裂纹 TO2010-6,D20m 深冲钢 超低碳铝镇静钢 0.20.6mm超深冲，非时效性表面线状缺陷 C2010-6，N2010-6,TO2010-6，D100m 荫罩钢 低碳铝镇静钢 0.10.2mm防止图像侵蚀 D100m,低硫化 导架结构材 13%Cr0.150.25mm打眼加工时的裂纹 D100m 42Ni D5m， N5010-6中厚板 管线钢 X5270级低合金钢 1040mm氢引起的裂纹 夹杂物形态控制 低硫化，S1010-6低温用钢 9%Ni1040mm低温脆化 P0.003%,S0.001%抗层状撕裂钢 结构高强钢 1040mm层状撕裂 低磷化、低硫化 无缝管 座圈材 轴承钢 50300mm转动疲劳寿命 TO1010-6, Ti2010-6净化管 不锈钢 10 mm电解浸蚀时的 表面光洁度 TO2010-6, N5010-6， D5m 棒材 轴承 轴承钢 3065 mm转动疲劳特性 TO1010-6, Ti1510-6 D15m 渗碳钢 SCM432、420 疲劳特性、加工性 TO1510-6，P0.005%线材 轮胎钢丝 SWRH72、82B0.10.4 mm冷拔断裂 非塑性夹杂D20m 弹簧钢 SWRSSi-Cr钢 1.610 mm 0.10.15 mm疲劳特性、 残余应变性 非塑性夹杂D 2天 产品覆盖面/% 5070100 (4)薄板坯连铸凝固特点凝固速度快，液芯长度短厚板坯、薄板坯、薄带坯的凝固特点如表10所示。传统厚板坯完全凝固需10min以上，而薄板坯仅需1min左右，因此厚板坯液芯长度一般为2025m，而薄板坯液芯长度仅为56m。液芯长度短，减轻了设备重量，铸机结构简化，这是一个很重要的优点。薄板坯散热面积增加约4倍，拉速快约5倍，使铸坯表面温度更高进入精轧机组，有利于减小轧制变形抗力。薄板坯纵向温度均恒，铸坯横向表面温度高且中心和边部温差小，不会产生质点（如AlN）沉淀，不需再加热到高温溶解AlN，仅需均热就可直接轧制有利节能。这是薄板坯快速凝固的一个很大优点。铸坯热履程平稳，铸坯表面温度高且分布均匀 铸坯凝固冷却参数比较见表11。表10 不同类型连铸凝固特点项 目 厚板坯 薄板坯 薄带坯 尺度/mm150300207024拉速/m.min-11.02.5463090完全凝固时间t/s600601050.5表11 铸坯冷却参数比较铸坯尺寸/mmmm 比表面/m2.t-1冷却速度/.s-1凝固终点温度/ 25015001.50.1590010005015005.32.011501200 铸坯内部结构致密，偏析小250mm1500mm铸坯，晶粒尺寸60m；50mm1500mm铸坯，晶粒尺寸40m。 铸坯表面质量控制难度加大厚板坯、薄板坯、薄带其表面积/体积（单位长度）分别为0.2250.263、1.031.06、1015。表面积/体积比增加，在相同钢水洁净度条件下，夹杂物易集中在铸坯皮下，影响冷轧板的表面质量。因此，对薄板坯连铸来说，提高钢水洁净度更为重要。 铸坯比表面积大，温度高，FeO皮严重，高压水除鳞不干净，影响薄板表面质量。为此，在薄板坯连铸/连轧生产线上设置2或3处高压水除鳞装置。结晶器空间小，拉速高，流动强度大，容易卷渣。为此定义： 流动强度浇注速度/铸坯厚度（相同浇注速率）计算得，厚板坯：0.014t/min.mm；薄板坯：0.055t/min.mm。由此可知，在相同浇注速率条件下，薄板坯结晶器内流动强度比厚板坯要大4倍，容易把保护渣卷入凝固壳。为此，在结晶器内采用电磁制动技术（EMBR）以提高铸坯内部质量对薄板坯连铸来说尤为重要。(5)薄板坯连铸工艺设备特点除继承厚板坯连铸的成熟技术外，还开发了适合于薄板坯连铸的新技术：漏斗状结晶器（核心技术）；薄壁式浸入式水口；带液芯铸轧技术；高拉速保护渣；结晶器非正弦液压振动。不同薄板坯连铸工艺技术特点如表12所示。 (6)薄板坯连铸生产中的几个问题目前与薄板坯连铸/连轧生产线配置的炼钢炉有转炉流程和电炉流程两种，而我国是以转炉流程为主。表12 不同薄板坯连铸工艺技术基本特征 CSPISPFSTRCONROLLQSP坯厚/mm5070607590(100)/70408090/70708075125100/8090/70机型 立弯式 直弧 直弧 直弧 直弧 结晶器 漏斗结晶器 上口170mm 长1100mm 漏斗700mm平板式直结晶器全弧直弧小漏斗 H2结晶器 上口180mm 长1200mm 全长漏斗 平板式直结晶器 长900mm平板式直结晶器（多锥度）长950mm铸坯支撑 结晶器下采用格栅，24个垂直扇形段进入弧形弯曲段 多点弯曲矫直密排分节辊扇形段，无拉矫机，大压下轧机 结晶器下78对带凸度密排分节辊，多点弯曲矫直扇形段密排分布辊 渐进弯曲矫直密排分节辊扇形段 多点弯曲矫直密排分节辊扇形段 冷却 水冷，气水 气水 气水 气水 气水 弧形半径/m3.03.556553.5冶金长度/m6.09.711.015.115511.2、15.7是否液芯 压下 未采用 采用 采用 动态软压下 无 采用 未采用 拉坯速度/m.min-146 Max.63.55.0 Max.5.56.03.55.5 Max.5.56.03.03.53.55.0 Max.5.05.5 注：表中铸坯厚度系指结晶器出口处的厚度，采用液芯压下后连铸机的厚度将减薄1020mm。(7) 钢中残余元素控制对于电炉薄板坯连铸连轧流程来说，主要是控制钢中残余元素的含量。不同薄板产品所允许的最大残余元素值（Emax=Cu+Ni+Cr+Mo+Sn)：饮料罐板材为0.18%；深冲板材为0.26%；低碳板材为0.30%；普通板材为0.315%。残余元素对超低碳钢（ULC）产品质量的影响如表13所示。表13 残余元素对超低碳钢质量的影响 (%)品级 CuNiCrSn总量 板坯 半成品 热轧卷 A0.090.040.050.0080.188000B0.110.040.050.0280.228243C0.180.080.170.0300.460244 注：0无缺陷；2轻微缺陷；3较重缺陷；4严重缺陷。可见，对以废钢为主炉料的电炉钢厂，采用薄板坯连铸/连轧生产优质薄板，必须在原料条件上下功夫：废钢分类管理，选用优质废钢；废钢加海绵铁；废钢加铁水（30%50%）。转炉薄板坯连铸/连轧流程，以铁水为主要原料，但使用品质不良的社会废钢也应有所限制，不应超过13%。(8) 精炼工艺优化控制包括：无渣或少渣出钢；钢水中Ca/Als和Ca/S比控制；钙处理后的软搅拌。铸机拉速5070mm厚板坯的理论拉速可达8m/min，但Nucor Berkeleg厂认为拉速大于6m/min会导致热轧板卷质量恶化。工作拉速以45m/min为宜。但有的工厂(如美国Gallatin厂)逐步提高低碳钢拉速，由设计速度5.5m/min提高到6.7m/min。(9) 连铸薄板坯厚度薄板坯连铸发展有四个重要变化：不再追求愈薄愈好，对于年产250万t双流CSP工厂一般以70mm厚度为宜，也可以选择90mm厚度；铸机垂直段加长到8mm以上；板坯宽度1560mm以上；初轧加精轧机组。(10) 连铸坯温度动态二冷控制获得恒定的薄板坯表面温度；薄板坯进入加热炉时的温度尽可能高一些，有的厂可达到1075；铸坯入炉温度高，轧制板形质量愈好，轧制规格愈薄，也能有效降低加热炉能耗。(11) 结晶器电磁制动技术EMBR应用薄板坯拉速比厚板坯高，在结晶器弯月面区钢水流动强度则大34倍，极易造成凝固坯壳卷渣。结晶器使用EMBR效果：板坯表面纵裂减少；弯月面平稳，波动小，热轧板卷卷渣缺陷减少了90%，冷轧板表面缺陷减少；造成的废品损失由2.5美元/t减少到0.5美分/t；结晶器铜板使用寿命率提高了1倍。(12) 液芯软压下（LCR）和动态软压下（DSR）技术应用结晶器带液芯软压下是在铸机上部还是延伸到整个液芯长度上，根据冶金质量和钢种而定。有的厂不采用LCR技术。采用LCR可减轻中心疏松和中心偏析，有利于细化枝晶，可适当增加坯厚，有利于改善铸坯表面质量，还可供给较薄板坯，轧制薄规格产品，节省后续轧制，增加生产灵活性。(13) 生产钢种不断扩大生产钢种包括：低中高碳钢（C0.10%, Mn0.45%; C0.20%, Mn1.0%；C0.60%, Mn0.45%）、包晶钢、不锈钢（C0.10%，Cr13%；Cr17%,Ni8%）、硅钢(C0.22% Si1.2%)、管线钢 (HSLAC0.22% Mn1.8% Nb/V/Ti)、合金结构钢、微合金钢。(14) 生产产品规格不断扩大从薄板坯连铸/连轧问世以来，热轧板坯产品的开发紧跟市场需求。产品开发主要分为三类：（1）对表面质量要求不高的B级产品。如焊管、建筑用材等。这类产品生产成本较低，原材料要求不严，需求量大，利润可观。（2）对表面质量要求较高的A级中档产品。这类产品主要为经酸洗交货的热轧卷，深加工用料或供冷轧用料。（3）对于表面质量要求很高的AA级高档冷轧薄板（0.230.25mm），主要为DQ级别，用于家电、仪表、汽车内板等，但生产DDQ、EDDQ级别冷轧深冲板（如汽车外面板），其难度是：电炉流程钢中Cu高、N高；无真空处理设备，不能生产超低碳钢；拉速快，结晶器钢水搅动大，易产生卷渣，影响冷轧板表面质量。薄板坯连铸/连轧为生产板材小于1.5mm甚至小于1.0mm热轧带钢取代冷轧产品提供了潜力。如：墨西哥的希尔萨厂已生产0.91mm超薄材，涟钢CSP专门生产0.8mm薄板材。 (15) 成材率成材率是反映企业技术与管理水平的综合指标，主要有：平均钢水成材率（钢水连铸坯）98.5%；平均铸坯成材率（铸坯热轧卷）97.4%；综合钢水成材率（钢水热轧卷）95.84%。1.2.3 中等厚度板坯连铸技术发展与厚板坯比较，中等厚度板坯足够“薄”，可省去粗轧机，与薄板坯比较也足够“厚”，有利于改善产品表面质量。中厚板坯连铸保持了传统厚板坯（200250mm）与薄板坯（5070mm）连铸的优点，又克服了薄板坯表面质量不良的缺点。中厚板连铸连轧既可生产热轧板卷，也可生产中厚板材。中等厚度连铸机生产线统计见表14。表14 中等厚度板坯生产线统计供应商/连铸机/轧机 公司/工厂 投产 时间 铸坯规格（mm） 生产线 设计年能力 /万t套 连铸机 炉卷轧机 SMS/Tippins英钢联 /塔斯克鲁萨 1996.10130（12202590） 卷：（525）（9142591） 板：（564）（12192590） 11190DEMAG/DEMAGIPSCO/Montpelier1997.11（127152）（12703050） 卷：（2.319）（12202348） 板：（4.850.8）（12203048） 111125VAI/DanieliIPSCO/Mobil2000末 152（15243125） 卷：（2.319）（15242525） 板：（4.850.8）（15243124） 111125Danieli /DanieliNUCOR/Hertford2000末 100、125、150（18003200） 板：（9.550.8）18293124） 卷：预留 111100ASP /conroll中国鞍钢 2000.7135（100150）900162011 100 Danieli韶钢 15016503250 2.52015002500111107SMS中国安钢 2005.415016003250 4.55016003250111110(1) 特宽中厚板坯连铸机Nucor steel的Hert ford钢厂生产流程： Consteel电炉LF超宽中厚板坯连铸机（127150mm17783124mm）加热炉四辊可逆式轧机中厚板（9.550mm18303125mm，长2.425.4m）。该流程特点：特宽中厚板坯（最大板坯宽度近3.2m）；在线可调的液压振动；漏斗状结晶器；扇行段多节辊；漏钢预报系统；自动加保护渣；二冷动态控制（气水冷却）；动态软压下（Soft Reduction）和液芯控制系统（Liquid Pool Control System）；在线装备电解低倍检验机（Electrolytic Macroetch Machine），评价薄坯内部质量；连铸连轧生产厚板，150mm厚板坯轧成50mm厚板材，压缩比为3，钢板性能合格；生产线上有水淬箱防止铸坯裂纹。(2) 生产热轧板卷中厚板坯连铸机。BHP公司的North Star厂生产流程：AC电炉LF连铸机（90mm9141524mm）切割除鳞加热炉除鳞2粗轧机（90mm30mm）隧道窑除鳞6机架精轧机（1.49.5mm9141524mm）层流冷却卷取该生产线的热轧板表面质量改进措施：结晶器厚度增大到90mm，卷渣减轻；结晶器采用EMBR；三次去鳞。已生产汽车内板、家电、仪器面板、汽车部件等。但目前尚不能生产汽车外面板。1.2.4 薄带连铸技术发展(1) 薄带连铸技术开发把钢水直接铸成带坯（10mm），不经热轧或稍经热轧作为成品或作为冷轧坯料生产薄带产品，这是连铸技术上的又一次革新。其优点是：简化工序；减少投资；节约能源；成品质量好；环保好。20世纪70年代开始，世界各国冶金工作者致力于研究薄带连铸技术，机型趋于多样化。但目前还是以双辊法为主要机型。(2) 薄带连铸技术工艺特点双辊法就是把钢水直接浇铸到由两个密封水冷旋转辊轮所围成的空间内，冷却辊带走钢水热量，随着辊子旋转而拉出凝固的薄带。其工艺特点：辊轮（结晶器）与凝固钢带之间无相对运动，无摩擦力；冷却速度快（102/s），凝固时间短（0.6s）；拉速快，3090m/min；冶金长度短，0.5m；不需保护渣；可生产25mm薄带。解决的技术关键：钢水液面稳定性；钢水保护