水平连铸结晶器

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

品种钢优特钢连铸结晶器及二次冷却

1 为什么圆坯结晶器铜管比方坯结晶器铜管抗变形能力差?

众所周知，方坯结晶器铜管与规格相当的圆坯结晶器铜管由形状决定了强度的不同，方坯结晶器铜管强度比圆坯结晶器铜管强度大，因此抗热变形能力不同。常规的设计标准，铜管壁厚方坯取铸坯名义尺寸的8％～10％；例如：150方结晶器铜管壁厚为12～15mm，而圆坯结晶器铜管同样取8％～10％，因为圆坯结晶器铜管容易变形，为此，大连大山结晶器有限公司在设计圆坯结晶器铜管时，壁厚取铸坯名义尺寸的9％～11％，提高了结晶器铜管的强度。 2 为什么整体矩形坯宽窄面比按常规设计不能超出1：27

因为管状的整体矩形坯，如果宽窄面比值大于两倍以上，制造难度比较大，拉钢故障比较多，为此一般情况下，宽窄面比不大于两倍。如果需要大于两倍的，大连大山结晶器有限公司采取如下措施：宽窄面的锥度比合理分布，宽面锥度取0.4％～0.7％，窄面取0.9％～1.2％，采取多环拉制成型，解决生产和使用中存在的问题。

3 为什么结晶器铜镀铬层有时会不耐磨，甚至铬层全部脱落而变成粉末状?

这是因为结晶器铜管母材和镀层之间存在电位差，存放时间长了的结晶器铜管从镀铬层微裂纹中进行电流释放，造成镀

品种钢优特钢连铸结晶器及二次冷却

1 为什么圆坯结晶器铜管比方坯结晶器铜管抗变形能力差?

众所周知，方坯结晶器铜管与规格相当的圆坯结晶器铜管由形状决定了强度的不同，方坯结晶器铜管强度比圆坯结晶器铜管强度大，因此抗热变形能力不同。常规的设计标准，铜管壁厚方坯取铸坯名义尺寸的8％～10％；例如：150方结晶器铜管壁厚为12～15mm，而圆坯结晶器铜管同样取8％～10％，因为圆坯结晶器铜管容易变形，为此，大连大山结晶器有限公司在设计圆坯结晶器铜管时，壁厚取铸坯名义尺寸的9％～11％，提高了结晶器铜管的强度。 2 为什么整体矩形坯宽窄面比按常规设计不能超出1：27

因为管状的整体矩形坯，如果宽窄面比值大于两倍以上，制造难度比较大，拉钢故障比较多，为此一般情况下，宽窄面比不大于两倍。如果需要大于两倍的，大连大山结晶器有限公司采取如下措施：宽窄面的锥度比合理分布，宽面锥度取0.4％～0.7％，窄面取0.9％～1.2％，采取多环拉制成型，解决生产和使用中存在的问题。

3 为什么结晶器铜镀铬层有时会不耐磨，甚至铬层全部脱落而变成粉末状?

这是因为结晶器铜管母材和镀层之间存在电位差，存放时间长了的结晶器铜管从镀铬层微裂纹中进行电流释放，造成镀

品种钢优特钢连铸结晶器及二次冷却

1 为什么圆坯结晶器铜管比方坯结晶器铜管抗变形能力差?

众所周知，方坯结晶器铜管与规格相当的圆坯结晶器铜管由形状决定了强度的不同，方坯结晶器铜管强度比圆坯结晶器铜管强度大，因此抗热变形能力不同。常规的设计标准，铜管壁厚方坯取铸坯名义尺寸的8％～10％；例如：150方结晶器铜管壁厚为12～15mm，而圆坯结晶器铜管同样取8％～10％，因为圆坯结晶器铜管容易变形，为此，大连大山结晶器有限公司在设计圆坯结晶器铜管时，壁厚取铸坯名义尺寸的9％～11％，提高了结晶器铜管的强度。 2 为什么整体矩形坯宽窄面比按常规设计不能超出1：27

因为管状的整体矩形坯，如果宽窄面比值大于两倍以上，制造难度比较大，拉钢故障比较多，为此一般情况下，宽窄面比不大于两倍。如果需要大于两倍的，大连大山结晶器有限公司采取如下措施：宽窄面的锥度比合理分布，宽面锥度取0.4％～0.7％，窄面取0.9％～1.2％，采取多环拉制成型，解决生产和使用中存在的问题。

3 为什么结晶器铜镀铬层有时会不耐磨，甚至铬层全部脱落而变成粉末状?

这是因为结晶器铜管母材和镀层之间存在电位差，存放时间长了的结晶器铜管从镀铬层微裂纹中进行电流释放，造成镀

品种钢优特钢连铸结晶器及二次冷却

30 在方坯连铸中。低、中、高碳钢对结晶器水量的控制有何要求?

结晶器冷却水量可根据经验按结晶器周边长度计算。对于方坯结晶器冷却水量可取结晶器周边每毫米长度供水2.0～3.0L/min。根据这一原则，可计算出不同断面方坯结晶器的供水量，见表8—1。

表8—1方坯结晶器的供水量

铸坯断面，mm 结晶器供水量，m3/h 150×150 72～108 120×120 90×90 57.6～86.4 43.2～64.8 对于凹陷比较敏感的低碳钢种，结晶器采用弱冷，冷却水量取下限；对于中、高碳钢种，结晶器采用强冷，冷却水量取上限。

31 在方坯连铸中。低、中、高碳钢对铜管锥度有何要求?

铸坯在结晶器内由于凝固过程的收缩，使铸坯脱离结晶器壁形成气隙，影响结晶器的导热性能和坯壳的生长。因此，在结晶器设计时，将结晶器制成下口断面比上口断面略小，形成倒锥度。要选择合适的结晶器倒锥度就必须对各钢种在高温状态下的收缩系数进行测定和研究。钢中碳含量对钢液凝固收缩的影响近似为线性关系，如表8—2所示。

表8—2碳含量对凝固收缩的影响 w(C)/％ 0.10 0.25 0.35 0.45 0.70 凝固收缩率％ 2.0 2.5

品种钢优特钢连铸结晶器及二次冷却

30 在方坯连铸中。低、中、高碳钢对结晶器水量的控制有何要求?

结晶器冷却水量可根据经验按结晶器周边长度计算。对于方坯结晶器冷却水量可取结晶器周边每毫米长度供水2.0～3.0L/min。根据这一原则，可计算出不同断面方坯结晶器的供水量，见表8—1。

表8—1方坯结晶器的供水量

铸坯断面，mm 结晶器供水量，m3/h 150×150 72～108 120×120 90×90 57.6～86.4 43.2～64.8 对于凹陷比较敏感的低碳钢种，结晶器采用弱冷，冷却水量取下限；对于中、高碳钢种，结晶器采用强冷，冷却水量取上限。

31 在方坯连铸中。低、中、高碳钢对铜管锥度有何要求?

铸坯在结晶器内由于凝固过程的收缩，使铸坯脱离结晶器壁形成气隙，影响结晶器的导热性能和坯壳的生长。因此，在结晶器设计时，将结晶器制成下口断面比上口断面略小，形成倒锥度。要选择合适的结晶器倒锥度就必须对各钢种在高温状态下的收缩系数进行测定和研究。钢中碳含量对钢液凝固收缩的影响近似为线性关系，如表8—2所示。

表8—2碳含量对凝固收缩的影响 w(C)/％ 0.10 0.25 0.35 0.45 0.70 凝固收缩率％ 2.0 2.5

高碳钢连铸结晶器和凝固末端组合电磁搅拌技术

一、方坯连铸电磁搅拌技术的基本知识

连铸是铸坯在强制冷却下在其运动过程中具有很长液相穴的凝固过程，它受钢水对流运动和传热两个基本物理现象所控制。液相穴内钢水对流运动对消除过热度、凝固组织和成份偏析有重大的影响。而钢水对流的驱动力来自注流的动能和外力，前者与浇注方式有关，后者则可以在液相穴的任何位置上外加电磁力即使用电磁搅拌，而后者的影响比前者强得多。

电磁搅拌的实质简单地说是借助在铸坯的液相穴内感生电磁力强化液相穴内钢水的运动。由此强化钢水的对流、传热和传质过程，从而控制铸坯的凝固过程，对改善铸坯质量起了重大的作用，成为连铸技术的重要一环。 1.1电磁搅拌的意义

连铸使用电磁搅拌技术的意义在于：

① 改善铸坯表面、皮下和内部质量，如：

●减少表面和皮下的气孔、针孔、夹杂物和表面裂纹； ●减少中心偏析、V形偏析； ●减少中心疏松、缩孔和内裂； ② 放宽连铸工艺条件，如： ●过热度；

●铸机对中要求； ??

③ 扩大连铸钢种，如 ●沸腾钢； ●易切钢；

●轴承钢和滚珠钢； ??

1.2电磁搅拌的模式

根据电磁搅拌器在铸机冶金长度上的不同安装位置和组合方式，大致可分为以下几种模式，见图

结晶器-结晶器

用于结晶操作的设备。结晶器的类型很多，按溶液获得过饱和状态的方法可分蒸发结晶器和冷却结晶器；按流动方式可分母液循环结晶器和晶浆（即母液和晶体的混合物）循环结晶器；按操作方式可分连续结晶器和间歇结晶器。常用的结晶器有：

结晶槽 一种槽形容器，器壁设有夹套或器内装有蛇管，用以加热或冷却槽内溶液。结晶槽可用作蒸发结晶器或冷却结晶器。为提高晶体生产强度，可在槽内增设搅拌器。结晶槽可用于连续操作或间歇操作。间歇操作得到的晶体较大，但晶体易连成晶簇，夹带母液，影响产品纯度。这种结晶器结构简单，生产强度较低，适用于小批量产品（如化学试剂和生化试剂等）的生产。

强制循环蒸发结晶器 一种晶浆循环式连续结晶器（图1）。操作时,料液自循环管下部加入，与离开结晶室底部的晶浆混合后，由泵送往加热室。晶浆在加热室内升温（通常为2～6℃），但不发生蒸发。热晶浆进入结晶室后沸腾，使溶液达到过饱和状态，于是部分溶质沉积在悬浮晶粒表面上，使晶体长大。作为产品的晶浆从循环管上部排出。强制循环蒸发结晶器生产能力大，但产品的粒度分布较宽。 结晶器

DTB型蒸发结晶器 即导流筒-挡板蒸发结晶器，也是一种晶浆循环式结晶器（见彩图）。器下部接有淘析柱，

通过结晶器的热流量

通过结晶器放出热流，可用下列计算

Q=LEVP{C1（Te-Tl）+lf+cs（Ts-To）} （3.1） 式中：Q：结晶器钢水放出的热量，kj/min； L：结晶器横截面周长，4.012m； E：出结晶器坯壳厚度，0.012m； V：拉速，2.2m/min；

P：钢水密度，7.4×10⒊kj/kg·℃；

由此可得： Q=LEVP{C1（Te-Tl）+lf+cs（Ts-To）} =62218kj/min 结晶器水缝面积计算

结晶器的水缝面积与单位水流量（冷却强度）铸坯尺寸的大小以及冷却水流速有关，结晶器水缝面积可用下式计算：

F=QkS×106/（3600V） （mm2） （3.2） 式中：Qk：单位水流量m3/n·m，经验值取100-500m3/n·m；取100m3/n·m。 S：结晶器周边长度，4×120×103m； V：冷却水流速，取6-10m/s，实际取8m/s； 即结晶器水缝面积为：

F+QkS×106/

本科毕业设计(论文)

板坯连铸机结晶器设计

李小博

燕 山 大 学

2010 年 6月

本科毕业设计(论文)

板坯连铸机结晶器设计

学院（系）:里仁学院机械工程系 专 业: 机械电子工程 学生 姓名: 李小博 学 号: 061101011399 指导 教师: 牟德君 答辩 日期: 2010年6月

燕山大学毕业设计(论文)任务书

学院:燕山大学里仁学院 系级教学单位: 机械电子工程 学 学生 专 业 061101011399 李小博 机电-2 号 姓名 班 级 题目名称 1.理工类:工程设计 (√ )；工程技术实验研究型( )； 题 目 题目性质 理论研究型( )；计算机软件型( )；综合型( ) 2.管理类( )；3.外语类( )；4.艺术类( ) 题目类型 1.毕业设计( ) 2.论文(√ ) 题目来源 科研课题(