CN117505790A - 一种兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机设计方法；包括以下步骤：步骤1，确定连铸机的机型，选全弧形连铸机；步骤2，确定连铸机的半径，该半径为最大圆坯直径或厚度的20‑40倍；步骤3，确定连铸机流数；步骤4，确定连铸机的拉速，连铸机的设计拉速为0.2‑2m/min；步骤5，确定连铸机的流间距；步骤6，关键设备的选型设计；步骤7，连铸机浇铸断面选择及机型布置。本发明所涉及的设计方法布置下来整体一台连铸机可以满足生产板坯、大圆坯、小方圆坯的需求。设备布置紧凑，换断面生产的时候需要的更换件也比较少，大大降低了生产成本。能够适应多品种、多规格的市场化需求。

Description

一种兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机设计方法

技术领域

本发明涉及连铸机领域；尤其涉及一种兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机设计方法。

背景技术

连铸生产，根据铸坯规格一般可分为：方坯连铸机、圆坯连铸机、板坯连铸机，部分铸机可以实现方圆坯生产。由于铸坯规格的不同，连铸机的机型差异也比较大，很难实现一台铸机同时具备生产圆坯、板坯、矩形坯的功能。

不同机型的连铸机只能生产固定坯型的铸坯，如果想要生产不同坯型，就需要新设计连铸机满足生产需求。这样对于生产来说就增加了投资，增加了能耗。

连铸机设计是一个非常复杂的系统工程，为了实现一台连铸机兼容生产圆坯、厚板坯、矩形坯，连铸机以下参数必须结合需要生产的断面、钢种综合考虑，连铸机的机型，连铸机的半径，连铸机流数，连铸机的拉速，连铸机的流间距，连铸机关键设备的选型设计诸如振动、结晶器、拉矫机，连铸机关键参数。为了满足连铸生产对于铸坯断面、钢种多样化的需求，就需要一台连铸机能够满足生产不同的断面如圆坯、板坯、矩形坯。

发明内容

本发明的目的是提供了一种兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机设计方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机设计方法，

兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机设计方法，包括以下步骤：

步骤1，确定连铸机的机型，选全弧形连铸机；连铸机一般有立式连铸机、直弧形连铸机、全弧形连铸机、水平连铸机；立式连铸机生产的铸坯内部质量好，但是连铸机高度大，对于厂房和设备投资要求都比较高；水平连铸机成材率低、产能低，产品质量存在问题，在钢铁生产中一直边缘化；直弧形和全弧形连铸机比较而言，直弧形连铸机对于厂房高度和设备投资都比全弧形铸机要高。因此，综合考虑一台铸机实现兼容圆坯、板坯、矩形坯，铸机机型选用全弧形连铸，这样在满足基本生产的需求下，可以降低投资。

步骤2，确定连铸机的半径，该半径为最大圆坯直径的20倍；铸机半径的确定主要取决于对铸坯质量的要求及铸坯的断面尺寸，大弧形半径有利于结晶器内夹杂物和气泡的上浮，改善内弧皮下气泡及非金属夹杂物的富集，同时增加铸坯凝固末端的钢水静压力，有利于钢水的补缩，改善铸坯的内部质量。

连铸机主半径的选择要同时能够满足圆坯、板坯、矩形坯生产需求。连铸机的主半径只和铸坯的厚度有关，主要是考虑铸坯在矫直过程中的应变。半径太小铸坯矫直的时候容易产生矫直裂纹，半径太大，厂房高度高，投资高。对于板坯而言，一般取铸坯厚度25-40倍的铸坯厚度，对于矩形坯特钢而言，连铸机的半径取厚度的40倍以上。对于圆坯而言，小圆坯可以取铸机半径的30倍左右，大圆坯取铸坯直径的20倍左右。

结合以上连铸机半径的选取原则，如果铸机生产的圆坯最大直径大于矩形坯和板坯的最大厚度，这样选取的连铸机的半径，生产矩形坯和板坯而言铸机半径是没有问题，矫直应变也会在许用范围之内。

步骤3，确定连铸机流数，连铸机流数计算如式(1)：

式(1)中：

G——转炉平均出钢量，t

T——钢包浇注时间，min

a、b——方坯边长，m

vc——平均浇铸拉速，m/min

ρ——连铸坯比重，7800kg/m³

为了满足炉机匹配，保证炼钢连铸节奏合理，一般铸机生产板坯连铸采用双流即可满足需求，对于大断面矩形坯而言，需要3-6流同时生产才能满足工艺需求。对于大圆坯2流即可满足生产需求，对于小圆坯和小方坯而言，需要4流才可以满足生产。需要根据计划生产的钢种合理选择连铸机的流数。

步骤4，确定连铸机的拉速，连铸机的设计拉速为0.2-2m/min；

根据结晶器出口坯壳厚度对拉速的限制、铸坯矫直表面应变、矫直点两相区变形率及冶金长度对拉速的限制、铸坯表面质量、内部质量、炉机匹配、结合国内外同类铸机，选择合理的拉速区间。综合考虑浇铸圆坯、板坯、方坯生产实际拉速的需求，最终确定扇形段、拉矫机、辊道的速度。速度区间0.2-2m/min的选择需要兼顾考虑不同断面的需求，最大限度的涵盖大部分断面的主要速度区间；拉速区间的选择要综合考虑连铸机的机长，连铸机的机型和半径一旦确定，对应的连铸机的机长范围大致就确定了。机长又决定了连铸机总体布置中最关键的参数。

步骤5，确定连铸机的流间距，连铸机的流数确定以后，根据每一流生产的铸坯最大的宽度，确定每一流的设备最大外形，然后留出流间检修空间，确定连铸机的流间距；对于多流连铸机，流间距大的时候方便流间检修，但是流间距大了以后中间包长度增加，中间包车长度负载都会加大。合理流间距的选择关于连铸机总体布局和整体投资。

步骤6，关键设备的选型设计

(1)振动：振动型式为内外弧双单元振动的型式，水路为自动接通，即结晶器振动放置在振动大梁上，结晶器振动和大梁之间水路实现自动接通；结晶器放在结晶器振动上面以后水路也可以自动接通。由于兼容的断面非常多，换断面的时候结晶器必须换掉，因此水路自动接通非常关键。可以实现高效更换断面。

对于直弧形板坯连铸机，一般采用左右侧双单元体布置的振动型式，对于小方圆坯而言，振动可以采用布置于内弧或者外弧的液压振动。对于要求同时满足生产方坯、圆坯、板坯的铸机而言，两流之间是没有空间放置振动单元体的。所以只能采用布置于内外弧方向的一对单元体。每一流一对单元体，内外弧单元体可以通过两侧振动墙上伸出的牛腿上面固定的大梁支撑。这样每个流的风格也统一，检修维护也方便。因此，对于兼方容坯、圆坯、板坯的铸机而言，振动型式为内外弧双单元振动的型式，水路为自动接通，即结晶器振动放置在振动大梁上，结晶器振动和大梁之间水路实现自动接通。

(2)结晶器：结晶器分为一个共用过渡框架和结晶器本体部分组成；生产不同断面时，过渡框架放置在振动单元体上面，只需要更换结晶器本体部分，这样更换结晶器的时间也会缩短，节约了生产准备时间。同时也减小了更换件的成本。

结晶器振动型式确定了以后就是确定结晶器的大的结构型式。对于板坯结晶器而言，如果浇铸的厚度和宽度跨度范围比较大，必须要考虑结晶器的调宽。如果在线空间紧张，至少要能够实现结晶器离线调宽的功能需求。更换厚度的时候可以考虑更换结晶器的窄边插入件。实现板坯更换断面。

对于方圆坯结晶器，由于更换断面的时候必须更换结晶器，为了节约成本，结晶器设计成组合式：共用过渡框架和结晶器本体部分组成。

(3)拉矫机：拉矫机为有夹钳式、牌坊式、联排式拉矫机；根据连铸机是否有轻压下情况选择；拉矫机选型的时候要注意连铸机是否有轻压下的需求，如果有轻压下的需求，拉矫机的刚度要足够大，一般采用牌坊式的；如果浇铸帘线钢钢等特殊钢，采用联排式拉矫机，可以减小辊间距，轻压下效果更好；拉矫机的选型主要看连铸机生产的钢种需求；

拉矫机的关键参数主要有：拉矫机的辊子直径、辊身长度，拉矫机油缸直径和油缸行程；辊子直径取决于浇铸铸坯的厚度，辊身长度取决于浇铸断面的宽度；油缸行程取决于浇铸断面的厚度跨度范围；油缸直径取决于浇铸断面的厚度以及浇铸钢种的高温物性参数；为了满足兼容圆坯、板坯、方坯生产，拉矫机的关键参数必须将所要生产的坯型、钢种都能兼顾。

步骤7，连铸机浇铸断面选择及机型布置

连铸机关键参数确定以后，考虑连铸机的总体布置、检修维护，操作便捷性；

对于板坯生产，选择两个流板坯机型，将两流的板坯机型布置在连铸机的两边；这两个流设计的同时要考虑满足板坯生产的需求，配备板坯生产需要的板坯扇形段，板坯扇形段驱动装置、更换导轨、更换吊具。辊身长度长的出坯辊道，出坯辊道要辊子中间开槽，能够满足圆坯生产。另外这两流要考虑能够生产矩形坯和圆坯，必须配备足够数量的拉矫机，满足送引锭和连铸生产拉坯的需求。

边流板坯生产，通过板坯导轨和吊具更换上适应板坯生产的板坯扇形段和结晶器。生产方圆坯的时更换方圆坯生产用的扇形段和结晶器，这样既能够满足生产需求，同时大大降低生产成本。

小方圆坯生产时，由于拉速比较高，需要的流数比较多，在利用边流的同时，在中间布置2-4流满足小方圆坯生产的连铸设备。

本发明具有以下优点：

本发明所涉及的设计方法布置下来整体一台连铸机可以满足生产板坯、大圆坯、小方圆坯的需求。设备布置紧凑，换断面生产的时候需要的更换件也比较少，大大降低了生产成本。能够适应多品种、多规格的市场化需求。

附图说明

图1是本发明所涉及的兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机设计关键参数确定方法示意图；

图2是本发明所涉及的兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机边流板坯、大圆坯、小方坯立面图；

图3是本发明所涉及的兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机中间流小方圆坯立面图；

图4是本发明所涉及的兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机平面图；

附图标注：1为浇钢区域设备，2为铸板坯的1流铸流诱导设备，3为浇铸小圆或者小方坯用铸流诱导设备，4为铸坯出坯系。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。应当指出的是，以下的实施实例只是对本发明的进一步说明，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。

实施例

本实施例涉及一种兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机设计方法，见图1所示，包括以下步骤：

步骤1，确定连铸机的机型，选全弧形连铸机；连铸机一般有立式连铸机、直弧形连铸机、全弧形连铸机、水平连铸机；立式连铸机生产的铸坯内部质量好，但是连铸机高度大，对于厂房和设备投资要求都比较高；水平连铸机成材率低、产能低，产品质量存在问题，在钢铁生产中一直边缘化；直弧形和全弧形连铸机比较而言，直弧形连铸机对于厂房高度和设备投资都比全弧形铸机要高。因此，综合考虑一台铸机实现兼容圆坯、板坯、矩形坯，铸机机型选用全弧形连铸，这样在满足基本生产的需求下，可以降低投资。

步骤2，确定连铸机的半径，该半径为最大圆坯直径的20倍；铸机半径的确定主要取决于对铸坯质量的要求及铸坯的断面尺寸，大弧形半径有利于结晶器内夹杂物和气泡的上浮，改善内弧皮下气泡及非金属夹杂物的富集，同时增加铸坯凝固末端的钢水静压力，有利于钢水的补缩，改善铸坯的内部质量。

连铸机主半径的选择要同时能够满足圆坯、板坯、矩形坯生产需求。连铸机的主半径只和铸坯的厚度有关，主要是考虑铸坯在矫直过程中的应变。半径太小铸坯矫直的时候容易产生矫直裂纹，半径太大，厂房高度高，投资高。对于板坯而言，一般取铸坯厚度25-40倍的铸坯厚度，对于矩形坯特钢而言，连铸机的半径取厚度的40倍以上。对于圆坯而言，小圆坯可以取铸机半径的30倍左右，大圆坯取铸坯直径的20倍左右。

结合以上连铸机半径的选取原则，如果铸机生产的圆坯最大直径大于矩形坯和板坯的最大厚度，这样选取的连铸机的半径，生产矩形坯和板坯而言铸机半径是没有问题，矫直应变也会在许用范围之内。

步骤3，确定连铸机流数，连铸机流数计算如式(1)：

式(1)中：

G——转炉平均出钢量，t

T——钢包浇注时间，min

a、b——方坯边长，m

vc——平均浇铸拉速，m/min

ρ——连铸坯比重，7800kg/m³

为了满足炉机匹配，保证炼钢连铸节奏合理，一般铸机生产板坯连铸采用双流即可满足需求，对于大断面矩形坯而言，可能需要3-4流同时生产才能满足工艺需求。对于大圆坯2流即可满足生产需求，对于小圆坯和小方坯而言，需要4流才可以满足生产。需要根据计划生产的钢种合理选择连铸机的流数。

步骤4，确定连铸机的拉速，连铸机的设计拉速为0.2-2m/min；

根据结晶器出口坯壳厚度对拉速的限制、铸坯矫直表面应变、矫直点两相区变形率及冶金长度对拉速的限制、铸坯表面质量、内部质量、炉机匹配、结合国内外同类铸机，选择合理的拉速区间。综合考虑浇铸圆坯、板坯、方坯生产实际拉速的需求，最终确定扇形段、拉矫机、辊道的速度。这个速度区间0.2-2m/min的选择需要兼顾考虑不同断面的需求，最大限度的涵盖大部分断面的主要速度区间；拉速区间的选择要综合考虑连铸机的机长，连铸机的机型和半径一旦确定，对应的连铸机的机长范围大致就确定了。机长又决定了连铸机总体布置中最关键的参数。

步骤5，确定连铸机的流间距，连铸机的流数确定以后，根据每一流生产的铸坯最大的宽度，确定每一流的设备最大外形，然后留出流间检修空间，确定连铸机的流间距；对于多流连铸机，流间距大的时候方便流间检修，但是流间距大了以后中间包长度增加，中间包车长度负载都会加大。合理流间距的选择关于连铸机总体布局和整体投资。

步骤6，关键设备的选型设计

(1)振动：振动型式为内外弧双单元振动的型式，水路为自动接通，即结晶器振动放置在振动大梁上，结晶器振动和大梁之间水路实现自动接通；结晶器放在结晶器振动上面以后水路也可以自动接通。由于兼容的断面非常多，换断面的时候结晶器必须换掉，因此水路自动接通非常关键。可以实现高效更换断面。

对于直弧形板坯连铸机，一般采用左右侧双单元体布置的振动型式，对于小方圆坯而言，振动可以采用布置于内弧或者外弧的液压振动。对于要求同时满足生产方坯、圆坯、板坯的铸机而言，两流之间是没有空间放置振动单元体的。所以只能采用布置于内外弧方向的一对单元体。每一流一对单元体，内外弧单元体可以通过两侧振动墙上伸出的牛腿上面固定的大梁支撑。这样每个流的风格也统一，检修维护也方便。因此，对于兼方容坯、圆坯、板坯的铸机而言，振动型式为内外弧双单元振动的型式，水路为自动接通，即结晶器振动放置在振动大梁上，结晶器振动和大梁之间水路实现自动接通。

(2)结晶器：结晶器分为一个共用过渡框架和结晶器本体部分组成；生产不同断面时，过渡框架放置在振动单元体上面，只需要更换结晶器本体部分，这样更换结晶器的时间也会缩短，节约了生产准备时间。同时也减小了更换件的成本。

结晶器振动型式确定了以后就是确定结晶器的大的结构型式。对于板坯结晶器而言，如果浇铸的厚度和宽度跨度范围比较大，必须要考虑结晶器的调宽。如果在线空间紧张，至少要能够实现结晶器离线调宽的功能需求。更换厚度的时候可以考虑更换结晶器的窄边插入件。实现板坯更换断面。

对于方圆坯结晶器，由于更换断面的时候必须更换结晶器，为了节约成本，结晶器设计成组合式：共用过渡框架和结晶器本体部分组成。

(3)拉矫机：拉矫机为有夹钳式、牌坊式、联排式拉矫机；根据连铸机是否有轻压下情况选择；拉矫机选型的时候要注意连铸机是否有轻压下的需求，如果有轻压下的需求，拉矫机的刚度要足够大，一般采用牌坊式的；如果浇铸帘线钢钢等特殊钢，采用联排式拉矫机，可以减小辊间距，轻压下效果更好；拉矫机的选型主要看连铸机生产的钢种需求；

拉矫机的关键参数主要有：拉矫机的辊子直径、辊身长度，拉矫机油缸直径和油缸行程；辊子直径取决于浇铸铸坯的厚度，辊身长度取决于浇铸断面的宽度；油缸行程取决于浇铸断面的厚度跨度范围；油缸直径取决于浇铸断面的厚度以及浇铸钢种的高温物性参数；为了满足兼容圆坯、板坯、方坯生产，拉矫机的关键参数必须将所要生产的坯型、钢种都能兼顾。

步骤7，连铸机浇铸断面选择及机型布置

连铸机关键参数确定以后，考虑连铸机的总体布置、检修维护，操作便捷性；

对于板坯生产，选择两个流板坯机型，将两流的板坯机型布置在连铸机的两边；这两个流设计的同时要考虑满足板坯生产的需求，配备板坯生产需要的板坯扇形段，板坯扇形段驱动装置、更换导轨、更换吊具。辊身长度长的出坯辊道，出坯辊道要辊子中间开槽，能够满足圆坯生产。另外这两流要考虑能够生产矩形坯和圆坯，必须配备足够数量的拉矫机，满足送引锭和连铸生产拉坯的需求。

边流板坯生产，通过板坯导轨和吊具更换上适应板坯生产的板坯扇形段和结晶器。生产方圆坯的时更换方圆坯生产用的扇形段和结晶器，这样既能够满足生产需求，同时大大降低生产成本。

小方圆坯生产时，由于拉速比较高，需要的流数比较多，在利用边流的同时，在中间布置2-4流满足小方圆坯生产的连铸设备。

附图2是应用本发明提供的设计的兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机边流布置的铸机的立面图，主要可以满足大圆坯、厚板坯、矩形坯、小方圆坯的生产需求。图2中的浇钢区域设备1主要的功能是承接来自炼钢跨的钢水，将钢水分配至各流连铸设备。图2中的浇铸板坯的1流铸流诱导设备2主要功能是实现液态钢水凝固成板坯形状。为了生产不同的断面，可以更换不同的铸坯诱导设备。

铸机采用全弧形，半径按照所生产最大断面圆坯直径的20倍选取，流数按照2流，结晶器采用过渡框架加结晶器本体配置。配置板坯扇形段和拉矫机，板坯扇形段可以满足生产板坯的需求，生产大圆坯和小方圆坯的时候通过吊具和导轨更换在线的扇形段，安装方圆坯生产用的扇形段。

附图3是应用本发明提供的设计的兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机中间流布置的铸机的立面图，主要可以满足小圆坯、矩形坯、小方圆坯的生产需求。图中1代表的是浇钢区域设备，其主要的功能是承接来自炼钢跨的钢水，将钢水分配至各流连铸设备。图3中浇铸小圆或者小方坯用铸流诱导设备3主要功能是实现液态钢水凝固成方坯或者圆坯形状。为了生产不同的断面，可以更换不同的铸坯诱导设备。

铸机采用全弧形，半径按照所生产最大断面圆坯直径的20倍选取，流数按照2流，结晶器采用过渡框架加结晶器本体配置。配置方圆坯活动段、扇形段和拉矫机，可以实现生产小方圆坯、矩形坯生产需求。

附图4是应用本发明提供的设计的兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机平面图，两边两流主要结构按照板坯设计兼容生产大方圆坯、小方圆坯、矩形坯。中间按照方坯结构设计，可以实现生产小方圆坯、矩形坯生产需求。图4中浇铸板坯的1流铸流诱导设备2主要功能是实现液态钢水凝固成板坯形状。图4中浇铸小圆或者小方坯用铸流诱导设备3主要功能是实现液态钢水凝固成方坯或者圆坯形状。图4中铸坯出坯系统4能够实现将各流生产的不同形状、断面的铸坯输送到后部，实现铸坯切断下线功能。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质。

Claims (4)

1.一种兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机设计方法，包括以下步骤：

步骤1，确定连铸机的机型，选全弧形连铸机；

步骤2，确定连铸机的半径，该半径为最大圆坯直径或厚度的20-40倍；

步骤3，确定连铸机流数，连铸机流数计算如式(1)：

式(1)中：

G——转炉平均出钢量，t

T——钢包浇注时间，min

a、b——方坯边长，m

vc——平均浇铸拉速，m/min

ρ——连铸坯比重，7800kg/m³；

步骤4，确定连铸机的拉速，连铸机的设计拉速为0.2-2m/min；

步骤5，确定连铸机的流间距，根据浇铸断面确定；连铸机的流数确定以后，根据每一流生产的铸坯最大的宽度，确定每一流的设备最大外形，然后留出流间检修空间，确定连铸机的流间距；

步骤6，关键设备的选型设计

(1)振动：振动型式为内外弧双单元振动的型式，水路为自动接通，即结晶器振动放置在振动大梁上，结晶器振动和大梁之间水路实现自动接通；

(2)结晶器：结晶器分为一个共用过渡框架和结晶器本体部分组成；

(3)拉矫机：拉矫机为有夹钳式、牌坊式、联排式拉矫机；根据连铸机是否有轻压下情况选择；

步骤7，连铸机浇铸断面选择及机型布置

对于板坯生产，选择两个流板坯机型，将两流的板坯机型布置在连铸机的两边；辊身长度长的出坯辊道，出坯辊道要辊子中间开槽；

边流板坯生产，通过板坯导轨和吊具更换上适应板坯生产的板坯扇形段和结晶器。生产方圆坯的时更换方圆坯生产用的扇形段和结晶器；

小方圆坯生产时，在中间布置2-4流满足小方圆坯生产的连铸设备。

2.如权利要求1所述的兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机设计方法，其特征在于，步骤1中，所述连铸机包括：立式连铸机、直弧形连铸机、全弧形连铸机、水平连铸机。

3.如权利要求1所述的兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机设计方法，其特征在于，步骤2中，所述连铸机的半径根据板坯、矩形坯、圆坯的类型选取；

板坯，半径为铸坯厚度25-40倍；矩形坯，连铸机的半径为铸坯厚度的40倍以上；圆坯，小圆坯取铸机半径的30倍左右，大圆坯取铸坯直径的20倍左右。

4.如权利要求1所述的兼容圆坯、厚板坯、矩形坯多功能连铸机设计方法，其特征在于，步骤3中，所述连铸机流数为3-6流；一般铸机生产板坯连铸为双流；大断面矩形坯，连铸机流数为3-4流；大圆坯为2流；小圆坯和小方坯为4流。