《年产200万吨CSP薄板坯连铸连轧工艺设计》.docx
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1、年产200万吨CSP薄板坯连铸连轧工艺设计目 录第一章概论31. 1研究的意义31.2国内外的开展3第二章 工艺方案72. 1工艺设计72. 2生产规格92. 3工艺设备组成102. 4连铸机组成104. 1漏斗形结晶器101. 4. 2 结晶器振动装置 134. 3垂直导向段162. 4. 4拉坯弯曲装置164. 5 拉矫机 162. 5辐底式均热炉182. 5.1炉辑运行参数192. 5. 2温度变化规律192. 5. 3辐底式均热炉基本技术参数202. 6热连轧机的选型21第三章主要特点及分析与组织 性能比233.1 主要特征及分析233.2 CSP与传统工艺的比拟23结论25参考文献2
2、62. 3工艺设备组成CSP由连铸机、辐底均热炉和热连轧三局部组成。CSP生产线主要包括两台 连铸机、两台下辐隧道均热炉、一台立辐轧机、7台四辐cvC精轧机组、轧机冷 却系统、卷取机和卷材输送系统,生产线布置如图3所示:轧机FI-F7层流冷却丽 信取机k图3CSP装置布置示意图2. 4连铸机组成CSP由连铸机、轧辐均热炉和热轧三局部组成。CSP生产线主要由两台连 铸机、两台辐底隧道加热炉、一台立磨机、七机架四辐式cvC精轧机、轧机冷 却系统、卷取机和盘管输送系统组成。2.4. 1漏斗形结晶器CSP连铸机结晶器的核心,壳牌和喷嘴之间,为了防止结晶器和喷嘴形成梯形, 保证在结晶器宽度等于渣膜的厚度
3、,CSP结晶器被设计成漏斗形状的外壳收缩成 正比,这种特殊的形状可以自由凝固壳的模具出口压力,确保顺行铸造。钢液在 结晶器内的流动和传热以及凝固壳的收缩变形对薄板坯的外表质量影响很大。 由于铜板呈漏斗状,模具内的绿色壳体不仅承受热变形,还承受机械变形。如 果模具漏斗的形状与钢水的凝固收缩不匹配,就会产生较大的应力和应变,导 致钢坯外表经常出现纵向裂纹,成为影响产品质量的重要因素。CSP连铸工艺及 结晶器的选择主要特点见表2o表2连铸工艺采用的结晶器基本特征CSP坯厚5070机型立弯式结晶器漏斗结晶器:上口 170mm长1100mm漏铸坯支撑冷却弧形半径冶金长度是否液芯压下拉坯速度2.4. 1.
4、1漏斗形结晶器的形状铸坯支撑冷却弧形半径冶金长度是否液芯压下拉坯速度2.4. 1.1漏斗形结晶器的形状斗 700mm结晶器下采用格栅4个垂直扇形段进入弧形弯曲段水冷、气-水顶弯半径3-3. 2569. 7未采用-采用46最大6图4漏斗结晶器不意用于CSP工艺的漏斗模具。它在上喷嘴的每一侧上具有平行局部,具有宽边 缘,然后该边缘与弧形连接以在宽板之间形成垂直锥形漏斗区域。漏斗形状保 持在一定高度,并为浸入式喷嘴提供足够的空间。漏斗区域外的两侧仍然是平 行的,两侧之间的距离是板坯厚度。漏斗模具的形状满足浸入式喷嘴插入,保 护渣熔化和板坯厚度的要求。漏斗模的理想形状是使壳体之间的两相区域的弯 曲变形
5、率最小化,使壳体的固液界面的实际变形率小于变形过程中的临界应变 率。裂缝。基于上述要求,漏斗形结晶器必须确保厚度过渡区的弯曲设计准确, 并且拉伸速度尽可能稳定。如图4所示:2. 4.1. 2结晶器的漏斗形局部基本条件1)晶器的漏斗形局部应能允许浸人式水口擂入结晶器的钢液约200nlm二左 右,此时水口外廓与结晶器内壁应保持一定间距。这是决定漏斗形局部几何尺 寸的首要因素。2)结晶器宽边(沿液面线)展开长度的缩小率应等于或小于钢液的凝固收缩 率。设4为宽边在液面线处的展开长度:为宽边的直线长度;以为宽边的长度缩小率%为钢液的凝固收缩率。那么:的=宁。该式说明了这种结晶器适合于连铸宽板坯,因为越大
6、,的就越小、越容易满 足l/n的条件。3)钢水在漏斗形截面形成的凝固壳的弯曲(矫直)应力应在从向下运动(铸 件)到平行截面的过渡区尽量减小。有效的方法来满足这个条件是漏斗形的弧R 局部必须改变从上到下从某个值(板)的宽度有关,这从漏斗形区域过渡到并行 区域可以不断扩大,和凝固壳的曲率连续,均匀改变在铸造过程中,直到弧消失, 变成了一条直线。只有当模具漏斗形状满足上述三种基本条件时,才能正常进 行连铸,才能防止几何形状对坯料造成的外表和内部缺陷。2. 4. 1.3参数的分析1)结晶器铜管反向锥形。为了适应凝固过程中板坯的收缩并减小板坯外表 与模具壁之间的间隙,模具的铜管加工成倒锥形,倒锥形尺寸根
7、据变化而变化。 根据不同的工艺要求。2)模具铜管和密封。坯料结晶器通常是铜管组件,具有单一密封和通用结 构。从生产实践来看,这种形式有两个缺点:第一,模具的上部铜管有长的无 水局部,冷却效果差,上口易变形或燃烧;二,铜管密封圈的老化或铜管顶部的 变形很容易导致模具冷却水进入铜管铸腔,导致泄漏和停止浇注。3)结晶器中的水套定位装置。在原设计中,模具中的水套在上下口的每个 外表上有两个支撑点,每个支撑点的直径和高度分别为6mm和4nini。每个水套中 有16个这样的支撑点。4)结晶器水缝间隙与内水套。调整结晶器水缝间隙的尺寸主要是为了保证 结晶器冷却水的流速。5)结晶器软水水质。对结晶器软水的要求
8、是:固体 W10mg/L总盐含量W 400mg /L最大盐含量:硫酸盐W 150mg /L,氯化物WlOOmg /L总硬度(以CaC03计)W 10mg /LPH 值:7. 59.5如果冷却水的质量不能满足这一要求,特别是如果总硬度不能满足上述 要求,那么结晶器铜管外壁会发生沉积,从而降低了铜管的热通量密度,加剧铜 管传热不平衡,导致铸坯质量缺陷,影响结晶器寿命。2. 4. 2结晶器振动装置在连铸设备中,模具振动装置是关键设备之一。近年来,液压振动技术由 于其在线可调幅度,频率和振动波形而被越来越多的制造商采用。通过模具的 振动,在铸造过程中,板坯不会与模具的铜壁粘合,并且板坯的外表质量会更
9、好。2. 4. 2.1结晶器振动装置组成结晶器振动装置主要由4局部组成:结晶器支撑台、运动部件、滚动元件 和振动液压缸,其结构如图5所不:晶器支撑台晶器支撑台滚动单元液压缸图5结晶器振动装置振动装置的底座固定在地基上,振动平台用于支撑结晶器。振动驱动装置使振 动平台通过液压缸上下振动,引导装置引导振动平台限制振动平台的振动。电 动机的一端安装在底座上,另一端安装在振动器上,用于结晶器,回水和脚辐 中的水。振动液压缸安装在模具支撑架上,每个气缸都配有一套伺服阀,可实 现快速动态响应。2. 4. 2. 2振动参数的选择及应用与结晶器振动有关的振动参数主要有:振幅和频率是决定模具运动的振动 参数,称
10、为模具振动的基本参数。此外,振动参数与“负滑移”有关,如负滑 移率NS、负滑脱时间tn,由于这些负滑移参数与铸造坯料的脱模和质量直接 相关,因此它们被称为工艺参数。1)负滑脱时间与振幅和频率的关系。结晶器振动时,只有当结晶器振动速 度吃大于拉坯速度V时才出现负滑动负滑脱是指在一个振动周期内,结晶器向下 的运动速度比铸坯向下的运动速度(拉速)要快的时间。式中:九一负滑脱时间;匕一拉坯速度;了 一振动频率;h振幅;从公式可以得出结论:当振动频率/较低时,振幅和张力的变化对负滑移 有很大影响,振动频率的波动也对负滑动时间有很大影响。但是,当振动频 率增加到一定值时,振幅,拉伸速度和振动频率的变化对负
11、滑动时间影响不大, 负滑动时间趋于相同。2)结晶器振动参数对铸坯质量的影响。由结晶器振动在铸坯外表形成的横 向痕迹称为振痕,减小振痕深度,且在负滑脱期间,结晶器相对坯壳下移动距离等于 甚至大于正弦振动时的下移距离,从而保证对坯壳的压合效果。4)非正弦振动的应用。非正弦振动可看作由正弦振动演变而来,对于其波 形的非对称性,通过下式加以定义:As = %/xlOO式中:As 非对称性/%。tu一个振动周期内上行程时间/s。tt个振动周期总时间/s。5)固有频率的计算。结晶器振动装置振动模型可以简化为双弹簧的形式, 其主振型包括上下垂直振动和左右偏摆振动。P = J K + =2 + ( + ( +
12、 ( + (0.J灯;+;叼/K就式中:6为上下垂直振动的固有频率;尸2为左右偏摆振动的固有频率;m为振动部件的质量;为板弹簧到振动件质心的距离;为两侧补偿器到振动件质心的距离;Ic 为振动部件相对中心线的惯性矩;通过两式可确定此种振动装置的固有频率,从而根据使用频率设计此种结晶器 振动装置。2. 4. 3垂直导向段坯料的总垂直引导高度为6890mm (坯料的二次冷却区的总长度)。它分为 三个局部。第一局部由高度为435 m2的网格板和8对两段式滚筒组成,总高度 为1620mm。第二和第三段是可以互换的。每个局部由10对高度为1540mm的分 离辐组成。二次冷却通过喷水冷却。2. 4. 4拉坯
13、弯曲装置该装置由两对拉伸辐和一个弯曲辐和三对液压缸组成。在倾倒之前弯曲辐 总是处于垂直位置,并且只有当主轴头在浇注开始后向下通过辑位置时,自动 驱动系统才启动辐的驱动液压缸以使铸坯弯曲到半径。它是一个3米长的弧形, 起着弓的作用。在3米半径的弧上有两个自由滚子和一个支架,在下罗拉上安 装一个定位仪,以确定在正常生产中铸坯是否以3米的弧度运行。2. 4. 5拉矫机连铸连轧生产线中的摆动剪切机是在自动定时剪切生产线上形成板坯的剪 切装置,它们位于张力矫直机和加热炉之间。长期使用后会发生腐蚀和变形, 需要定期修复。摆动剪刀的结构原理如图6所示。摆动剪刀通过集电环电动机 驱动飞轮。在切割顶刀的过程中通
14、过位于齿轮箱后面的偏心轴使用液压离合器, 将底部刀向上。两把刀放在摆动剪刀框架上。切割后,使用弹性制动器停止偏 心轴。旋转数字刻度盘用于测量偏心轴的位置。14图6摆剪结构原理图2. 4. 6刚性引锭杆引锭杆连铸生产系统是保证连铸铸起一个非常成功的重要组成局部,它包 括假头,引锭杆本体,引锭杆传输和指导设备和引锭杆的存储设备,如在连铸机 引锭杆作为演员的关键部件开始扔起着非常重要的作用,是马钢CSP生产线引进 国际先进水平的薄板坯连铸连轧生产线,CSP连铸机是弯曲型连铸机引锭杆的垂 直结构,正常生产过程中引锭杆存储在铸造机。2. 4. 6.1引锭杆的作用在浇注之前,驱动轴夹紧辐在液压缸的作用下与
15、相对的辐一起作用在主轴杆 的上部,使得主轴杆从底部等待位置向上移动,并且夹紧辐输送压紧辐的压力。 主轴杆穿过板坯导向器,直到上部等待位置。在此期间,结晶器翻开,主轴杆 穿过结晶器到达顶部,并且在结晶器上的400mm安装位置,别离杆安装在引导 杆上。然后,将其移回结晶器中的倾倒位置。在浇注之前,主轴头充当结晶器 的“活底”以阻塞结晶器的下口,并且钢水在引线的开始处固化。浇注后,驱 动夹具进给辐驱动主轴杆和热坯在夹紧力的作用下向下移动时,引锭杆头和过 渡区顶部的铸坯热弯曲中心线,顶部弯曲(可以调节两个液压缸)按下热板铸造 方向,并使热板和引锭杆别离、适当的设备将弯曲板矫直设备过来,从顶部和把 它下
16、一步摆剪,在导杆头的热板,引锭杆的下部的等待,结束引锭杆的铸坯启动 过程,如铸坯结束后进入下一个铸坯开始准备。2. 5辑底式均热炉辐底式均热炉是连铸机与轧机连接的工艺设备。其作用是对连铸坯进行加 热和浸出,使连铸坯具有均匀的温度,适用于轧机不同的轧制要求,同时起到 一定的作用。生产节奏调整及缓冲效果。均热炉采用多辐输送技术。各辐道由 独立的辐道电机和变频器驱动,同一板坯输送炉辑道可在控制下同步运行。避 免炉辐对铸坯下外表的摩擦,保证外表质量;优化两板间距控制,增加预留量。 因此,炉辑控制是保证生产线高效生产和产品质量的重要设备之一。辑底式均 热炉主要有三大功能:1,板坯的加热和浸泡功能,连续接
17、收铸机生产的高温板 坯,加热浸泡后及时供应质量要求的薄板坯;2它是一个缓冲功能。当轧机正常 生产并用工作辑代替,或下游设备不能暂时轧制板坯时,辐底炉仍可在一定时间内接受板坯,并调整缓冲效果,即“刚性”铸造机和辐底炉的“柔性”缓冲 连杆加在轧机之间,使连铸和轧制过程顺利进行。这是实现薄板坯连铸连轧, 稳定生产的关键;3,调整生产节奏,连铸机板坯拉拔速度为2. 06. 0m / min, 炉辐速度在265 m / min之间,可有效调整铸机和轧机的生产节奏。2. 5. 1炉辐运行参数炉辐线速度:065 m/min (设计);260 m/min(工作)全炉摆动速度:4. 5 m/min每根炉辐用一台
18、2 kW变频马达传动,每一台变频马达配一台变频器,以 实现炉内辐道灵活分组控制。2. 5. 2温度变化规律炉膛内换热机理复杂,为计算研究,对此进行了如下假设(1 )同一断面炉气温度分布均匀;(2 )由于板坯在炉内运行速度快,炉辑绝热性能良好,故忽略炉辐对板坯传热的影响;(3)忽略氧化铁皮对板坯传热的影响。(4)忽略板坯长度方向导热,只考虑板坯厚度和宽度方向的传热。因此,得到板坯在均热炉内传热的二维数学模型。(1)dt d / 勺 dt、。%、pc- = (A) + (Z-) dr d% dx dy dy式(1)中,为钢坯的密度,kg/m c为钢坯的质量热容,J/(kg,K); X 为钢坯导热系
19、数,w / (m K) ; 土为钢坯的温度,; 7为加热时间,So 对于钢坯炉内加热过程,入炉温度可认为钢坯断面上各点温度相同。(2)那么初始条件是:,(- y) lr=o= t。边界条件为钢坯上外表:CSP (CompaCtStripProduetion)是由 Schlemann-Siemag 集团开发的紧凑型 热带工艺。它具有工艺流程短,生产简单灵活,成品质量好,本钱低的优点。 它在全球范围内竞争激烈。薄板坯连铸和连续轧制技术是20世纪80年代末和90年代初成功开发的一 项新技术。与传统工艺相比,钢水可以通过连续铸造和轧制铸造成5070mm的 薄板坯。CSP工艺是生产热轧薄板的短工艺过程。
20、从钢水到轧制带的传统工艺 流程已经改变。该工艺流程短,生产工艺简单,缩短生产周期(从钢水到轧制 带钢);可以大大节省能源;提高成品率;减少建设投资;近年来,多达25套薄 板坯连铸连轧生产线已投产或正在建设中;总生产能力约4万吨;在一定条件 下,它对传统工艺形成了强大的挑战。早在上世纪80年代中期,国外一些薄板 坯连铸连轧生产厂家就根据自己的试验研究成果,开发了不同类型的薄板坯连 铸连轧工艺。其中包括德国SMS公司开发的CSP、德国公司开发的ISP、奥地利 钢铁联盟开发的CON-ROLLs意大利Danieli开发的TSR住友金属开发的QSP 和美国LTV公司。y=h (3)钢坯下外表:(4)钢坯
21、左侧绝热面:%钢坯右侧外表:(5)Aoxx=m/2 q。(6)式(2)式(6)中,q U, q L分别为钢坯上下外表辐射热流密度,J / ( m二6百1+7加(1%)-% + 中加(1一%)炉2 +%(1- J?)式(7)式(8)中,/为体系的总黑度;丸为钢坯外表对流换热系数,W /(m2 K);为炉气黑度;%为钢坯黑度;,为炉壁对钢坯外表的角 系数。 5. 3辐底式均热炉基本技术参数辑底式均热炉布置:两条瓶底式均热炉作业线(A, B),采用摆动式摆渡; 双线间距26 m; A线共用段预留感应加热系统。加热钢种:低碳钢(LC)、超低碳钢(ULC/ELC)、中碳钢(HC)、低合金 高强度结构钢(
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