水平炉结晶器

2009年度科技计划项目

节能型水平连铸炉结晶器的研发

可行性研究报告

芜湖众源金属带箔有限公司

二○一〇年

目 录

一、项目概述 ................................... 3 二、立项的背景和意义 ........................... 3 三、研究内容 ................................... 5 四、预期目标 ................................... 9 五、年度分阶段计划安排 ......................... 9 六、研究人员 .................................. 10 七、经费概算 .................................. 11 八、项目的风险分析 ............................ 12

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一、项目概述

《节能型水平连铸炉结晶器的研发》项目是结合国际国内先进水平连铸的技术上进行开发的。本产品是一种新型的节能型水平连铸炉结晶器。该产品的出现，适应了当今有色精炼产业节能降耗、提高效率、提高质量的要求。本公司从设计到制造重新设计了模具，解决冷却不合理的问题，提高日均产量，降低生产电耗，同时对水连铸炉结晶器进行改造增大装坯容量，同时对工艺进行优化，删除滚剪机裁剪铜坯工段，节约时间，节约电能，增加产能，创造很好的经济效益。

二、立项的背景和意义

2.1立项的背景

水平连铸炉结晶器由钢板框架组成、冷却器、石墨模、耐火材料等组成。普通的结晶器冷却方式和模具设计不合理，模具使用寿命短，维修过程长，占用了无效的时间，降低了时效产量。

水平连铸是国际上70 年代后期发展起来的新技术,它与常规的立式和弧形连铸相比有许多优点.水平连铸机的设备比弧形连铸机轻高度低，适合于小冶炼厂的技术改造。

由于水平连铸的结晶器成水平布置,钢水在结晶器内的静压力低避免了铸坯鼓肚,水平连铸的中间罐和结晶器之间是密封连接的有效地防止了钢流二次氧化;铸坯清洁度高其夹杂含量一般仅为弧形坯的1/8-1/16,故铸坯质量好,利于浇含易氧化元素的合金钢等钢种和小断面优质钢坯铸坯;水平连铸不需矫直,所以可浇注弧形连铸机不能浇注的裂纹敏感的特殊钢 种。

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水平连铸机几乎可以连铸所有的各种金属合金。目前发展水平连铸机的三大关键技术:即分离环、结晶器和拉坯机构已得到解决,影响水平连铸坯质量的拉程冷隔缺陷和夹杂物聚集在上表面附近的问题,中心疏松、中心偏析等这些缺陷与立式、弧形连铸机相比并不严重。现有的技术措施（中间包加热控制钢水温度、结晶器及二冷段电磁搅拌、结晶器及二冷段的控制冷却技术等）已能减轻这些缺陷对水平铸坯的危害。为此水平连铸机很早就受到了国内有关方面的重视。国内已有许多连铸机生产圆管坯、方坯、矩形坯等。水平连铸机继立式立弯式和弧形连铸机 之后即将成为第四代连铸机而广泛发展起来，因此有资料称它是连铸机的未来。

铜及铜合金线材作为重要的基础材料和功能材料广泛应用于电子电讯、仪器仪表、日用电器、五金、机器制造、汽车、计算机和信息网络工程、电力、灯饰、装饰等国民经济的各个领域。铜合金型线材的主要品种有：拉链用黄铜扁线、条帽铅黄铜线、圆珠笔芯线、眼镜丝、接插件用黄铜线与青铜线、气体保护焊丝、铜磷焊丝、青铜焊丝等，广泛应用于IT产业、汽车、文教、机械、电子电气、服辅、五金、装饰、航空、交通等诸多领域。

铜合金线材的市场需求量一直保持平稳、快速的增长，据统计，1998年至2002年的五年间增幅达达到15%以上，预计未来五至十年，增长速度大致保持在10-12%之间。线切割用黄铜线的直径为φ1.2左右。我国电火花机床产量达到4000余台，线切割机床目前保有量大约在6～8万台，线切割电极用铜合金线的年消耗量在1.5～ 2.5亿米左右，年需求H65黄铜线材10000吨，今后仍将以10～12%的发展速度增长。

随着我国有色精炼行业的发展，对水平连铸炉结晶器的需求量上升，而我们在高端节能型水平连铸炉结晶器的研制上仍有欠缺与空白。

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远远不能完全满足国内有色精炼行业对节能减排的需求。因此，“十一五”期间铜材加工行业的重点工作就是展开研发，增强自主研发能力，不断提升产品档次，减少能耗，降低排放，为提高重大装备国产化率做出贡献。

芜湖众源金属带箔有限公司根据市场需求，结合国家产业政策，组织人员研制开发水平连铸炉结晶器，以满足高有色精炼行业对节能减排的需求。 2.2立项的意义

A、项目的研发符合我国有色精炼行业发展要求

有色精炼工艺，在我国属于能源消耗高、浪费大的行业，其主原因在于粗放型的增长方式。要大幅度提高能源利用效率，必须从根本上改变单纯依靠外延发展，忽视挖潜改造的粗放型发展模式，走科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化道路，努力实现经济持续发展、社会全面进步、资源永续利用、环境不断改善和生态良性循环的协调统一。

B、项目的研发是企业发展的需要，同时符合国家科技研发方向

随着我国有色精炼行业的迅猛发展，对水平连铸设备的的质量和效率以及节能效果更加严格和迫切，为此，企业必须具备很强的产品开发能力、快速应变能力、综合配套能力和丰富的项目管理经验。公司以现代装备工业理论为指导，充分利用现有资源，采用新型节能型结晶器和、改进冷却工艺，年节约用煤约1273.8吨。

C、项目符合《国家重点支持的高新技术领域》（六）新能源及节能技术 4高效节能技术

本项目通过对水连铸炉结晶器进行改造，同时增大装坯容量，同时对工艺进行优化，删除滚剪机裁剪铜坯工段，节约时间，节约电能，增

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加产能。

三、研究内容

3.1技术难点

水平连铸使用的有芯工频感应熔化炉具有加热速度快、热效率高、金属烧损少、熔化质量容易控制、操作方便、劳动条件好投资少、操作方便，特别是在熔炼和连续浇铸成型时金属液面与空气接触少，氧化几率小，便于控制铸坯的氧含量等优点，是众多有色金属企业熔铜设备的首选炉型之一。广泛用于水平连铸熔化紫铜。水平连铸炉体采用有芯工频感应加热炉和保温炉构成，熔化炉连续长期作业，每次筑炉费用大，烘炉周期长，因此如何保证捣打炉衬的强度，确保耐火材料的烧结组织，并实现一次性启炉成功，有效提高炉龄，是增加企业经济效益有重要作用。

3.2研究重点与开发内容

(1)结晶器的结构与正确设计。结晶器是连铸的核心部件，水平连铸中结晶器铜套进口处受金属液静压大，及拉坯特殊型式引起液流呈漩涡运动，因而使凝固传热密度高度集中于结晶器前端，它又是多种特殊材质在高温下工作的组合体，热胀设计比较复杂。

本公司设计的新结晶器在上冲体的下端有螺孔，通过双头连接螺栓与上冲头螺纹连接；在模套的锥孔中装有凹模，凹模的圆周上带有螺旋槽，槽中放置电加热元件，加热元件通过模套的通孔与外电路连接；在料垫的底部有螺孔，与装在尾座上的打料杆连接；上冲体顶端则与上托板键连接。该模具可调性好，实现了冲头与凹模的互换，同时还改善了毛坯铜管的终锻环境，提高了生产效率和成品率。

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(2)结晶器铜套金属液入口初生态坯壳形成处受到中间包内静压力的作用，而且由于拉坯的振荡动作引起此处形成剧烈的漩涡运动，因而热传导主要集中在铜套前端，在距分离环200mm长度内，热传导量占了结晶器总传热量70～80％。因此，水平连铸结晶器采用多段多级式比较合适，即前段采用铍铜套，后段采用石墨套；前段倒锥度较大，后段倒锥度较小。由于石墨有自润滑性能，铍铜套一般均小于 200mm，所以拉坯阻力较小。

前段铍铜套的热流密度平均为1.5～1.6MW/m2，在分离环附近可达3.7～4.4MW /m2，而石墨套只有0.7MW/m2。

水平连铸结晶器平均凝固系数较弧形铸机要大，水平连铸结晶器后段石墨套较长，铸坯出结晶器后 坯壳较厚(大约12～15mm)，铸坯表面温度1300℃左右，所以铸坯出结晶器后不需要再继续喷水。这样不但铸坯冷却均匀、质量高，而且简化了连铸二次冷却喷淋系统及其相应的水处理装置

(3)中间包与结晶器密封联接——分离环，此联接部位既要“密封”，实现“密封浇铸”，又要作为凝固的起点“人工液面”。如只采用一般的耐火材料进行密封，容易被金属液侵蚀形成“倒喇叭口”而无法拉出铸坯。此部分材质既要经受得起高温冲击，还要容易加工，才能使它与结晶器铜套严密配合。

(4)拉坯方式及其驱动。由于中间包与结晶器联成一体，一般采用铸坯振荡方式，即铸坯作拉一 停一推一停或拉一推一拉一推的动作，使铸坯向前运动。一般每分钟100～200次，反推量的精度要控制到0.1mm。拉坯方式及其驱动，直接影响铸坯质量与连铸工艺正常进行。

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3.3技术路线

1、更换结晶器前液位控制在28—30公分，抬炉前炉膛实际温度不能低于1170℃（液位检测以浮标为辅，钢钎测炉底砂为准）；

2、 停牵后停二次冷却水固定压板螺栓，拆二次冷却水管，锯断铸坯，抬炉前不允许关一次冷却水，抬到位松下压板固定螺栓方可关一次冷却阀拆冷却水管；

3、调整炉膛液位高低时，需专人负责支撑杆调节，调节过程不允许支撑杆偏离眼位，以防液压失灵滑落；

4、接结晶器水管操作工必须保证一、二次进水管不能混接，通水前需用环氧树脂板防护，以防水漏入石墨腔内；

5、 引锭头安装上、下固定螺栓必须保证均匀紧固，而且保证两端间隙相等，检查无误后烘烤半小时才可放炉（引锭头深入石墨模不能超10公分）；

6、拉铸前铸造工必须准备撬棍，以防引锭头脱落，用撬棍支撑铸坯拉出铜套外再用专用卡具连接引锭头与铸坯，防止引锭头与铸坯脱离起保护作用。

3.4组织方式

本公司从设计到制造重新设计了模具，冷却不合理的问题，提高日均产量，降低生产电耗，同时对水连铸炉结晶器进行改造增大装坯容量，同时对工艺进行优化，删除滚剪机裁剪铜坯工段，节约时间，节约电能，增加产能，设计每一个阶段进行设计评审，并对图样设计进行标准化审查，实现产品开发，市场反应速度快，制造快捷的优势。新产品的投放市场及对用户的回访，验证了我们产品的图样，技术文件基本上达到正

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确、完整、统一。

项目通过自主研发的自有技术，实行项目目标管理为核心的管理模式，本公司技术中心围绕总体技术要求，进一步完善了工艺方案，进一步提高了产品质量。同时，加强企业质量管理，对外购、外协加工件，我们实施抽检的进货检验，关键零件外协单位提供清晰准确的检验数据。对企业生产的零件，按工艺文件制造，质量检查人员对关键工序、特殊工序进行跟踪检测，严格执行工艺文件，保证了产品的质量。

四、预期目标

研制开发的水平连铸炉结晶器和其它同类型紫铜带相比，具有以下特点；

1、水平连铸炉结晶器改造前6条生产线月产量只能生产1170吨，结晶器技改按照模具从200MM增加到270MM，冷却水方式从二次冷却到一次性冷却，坯厚从90到120方式。改进后4条生产线就能达到6条生产线1170吨的要求，按照众源公司现有设备生产量，改进后产量提高，可以停用2条生产线就能满足后道生产，停2条线每月按时耗电计算，可以节电21.9万度。

在水平连铸结晶器改造的同时，配套的罩式炉退火对料架也相应的进行了改造，装坯容量从每炉只装4卷带坯到能装5卷带坯，每炉耗电200KW，按照现有公司生产量，每天能节约1台罩式炉的使用，每月能节约用电5.5万度。

在水平连铸炉没有改造前，带坯使用滚剪机裁剪铜坯，炉堂改造后，滚剪机不需要剪铜坯，滚剪机每天耗电1600度，每月能节约用电4.8万度。

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全年节约用电（21.9+5.5+4.8）*12=386万度，按1度电＝0.33KG煤核算，年节约用煤约1273.8吨。

五、年度分阶段计划安排

本项目的完成期限为2年，项目从2009年1月开始。项目具体主要节点安排如下：

开 始 2009年1月 2009年6月 2009年11月 2010年6月 2010年10月 结 束 2009年5月 2009年10月 2010年5月 2010年9月 2010年12月 设计 材料选择 工艺研究 试制 检测、鉴定

六、研究人员

项目由公司技术中心承担，项目成立10人的研发小组。研发研制人员名单如下：

序号 1 2 3 4 5 6 7 姓名 封全虎 吴平 陶俊兵 王京木 郭志超 周维兵 李万虎 工作分工 规划、决策 技术顾问 组织、协调 研究开发 研究开发 研究开发 研究开发 10

8 洪定朋 研究开发 9 张德兵 研究开发 10 胡加强 研究开发 项目试验试制阶段需生产作业人员配合实施。

七、经费概算

项目研制开发需投资600万元，其中：

项目资金概算表

单位：万元

设备费 材料费 设计费 燃料动力费 550 差旅费 会议费 国际合作与交流费 出版、文献、信息传播、知识产权事务费 劳务费 20 专家咨询费 管理费（折旧） 20 其他 10 支出合计 600 11

八、项目的风险分析

项目风险主要包括市场风险、资源风险、技术风险、资金风险、外部协作风险、社会风险和其它风险等。市场风险涉及需求量和原材料的波动，其分析如前；因本项目非资源性加工项目，因此，项目的资源风险较小；项目的主要技术来源于自主开发，风险较小；本项目的主要工程为设备工程，为常规性建设项目，风险较小；本项目的资金来源于企业自筹，企业自身融资和筹资能力较强，风险较小；项目的其它风险较小。

公司与国内外其他生产企业比较具有以下竞争优势： （1）具有得天独厚的产业资源的优势； （2）具有明显的成本优势； 因此实施本项目的风险较小。

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