结晶器设计计算修订稿

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结晶器断面尺寸及锥度设计

结晶器断面尺寸及锥度设计

虑 钢 水 凝 固 以及 从 高 温 铸 坯 到 冷 态 铸 坯 的 热 收 缩 ,同时要 考 虑不 同规 格 铸坯 在矫 直 时产 生 的矫 直 变 形( 图 1。对 于有 液 芯压 下或 轻压 下 时还 要 见 ) 考 虑铸 坯 的压下量 。 结 晶器 断 面 尺寸在 设 计 时按 照经 验公 式来 确 定 ,在铸 机生 产 中根据 钢 厂 的生产 使 用经 验 可作 适 当调整 。结 晶器 的断 面尺 寸宽 边和 窄边 分别 按
结晶器的锥度是结晶器的冷却效果和铸坯质量的影响因素因此在结晶器的设计中要充分考虑各技术参数对连铸机生产的不同影响正确合理地确定结晶器断面尺寸结晶器长度和结晶器锥度只有这样才能保证结晶器使用性能保证结晶器正常运行保证连铸机安全可靠的生产
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20 0 8年 第 3期 ( 1 3期 ) 总 2
结 晶器断面尺寸及锥度设计
程 志 刚
(. 1一重集团大连设计研究院T程师 ,辽宁 大连 16 0 ) 6 0 1
摘要 :结晶器是连铸机 中一个非常关键 的设备 ,结 晶器的断面尺寸和锥度是结晶器设计 中最重要 的参 数。它直接影响结晶器的结构尺寸 、铸坯 的形状和铸坯质量 ,甚至直接影响铸机能否顺利生产。 关键词 :连铸机 ;结晶器 ;断面尺寸 ;锥度设计
K e r :c ntn u a tr m o l ; r s -s c in ld me so tpe e in y wo ds o i uo se se ; u d c o s e to a i n in; a rd sg
在连 铸机 生产 中 ,结 晶器 起着 至 关重 要 的作
1 结 晶器 断面尺寸 的确定
结 晶器 的 断面 尺寸 对于 板 坯连 铸机 来说 是 指

连铸管式结晶器的优化设计、制造与使用

连铸管式结晶器的优化设计、制造与使用

根据有关报导,我国粗钢产量2006年达41878万吨; 2005年达3.49亿吨,连铸比约为96.71%,(行业连铸比为 97.70%),年产连铸坯33788万吨;而其中板(扁)坯连铸机和薄板坯连铸连轧机的年产能占总年产能的41.20%,方坯、圆坯、矩形坯约占50%;同比2005年,2006年钢铁业有较快的发展;预测, 2007年我国粗钢产量将达到4.66亿吨~4.85亿吨。

随着近年来国内钢铁市场及连铸行业的蓬勃发展,结晶器制造业也迅速形成了一定的规模。

根据不完全统计,国内从事结晶器制造或修复的大小厂家约在50家以上,技术水平及加工能力参差不齐。

结晶器作为连铸机上最重要的部件而被称为连铸机的心脏,对连铸坯质量有重要的影响。

为了更好地满足用户的生产需要,我们就方坯连铸结晶器设计、制造、使用及维护等方面的一些问题,与业内同行进行探讨。

铜管的设计和制造1 标准的规定与执行现在我们执行的结晶器铜管标准如下:·《JB/T 9047——1999 弧形方坯连铸机结晶器铜管》,国家机械工业局于1999-06-28发布, 2000-01-01实施。

该标准是对于1990年1月11日首次发布的《ZB H93 002——89弧形方坯连铸机结晶器铜管》的修订。

修订时仅对原标准作了编辑性修改,主要技术内容没有变化。

该标准实施时间已久,急需补充、修改和完善。

·《YB/T 4141——2005连铸圆坯结晶器铜管技术条件》中华人民共和国国家发展和改革委员会于2005-11-28发布, 2006-06-01实施。

·《Q/SCJ4.01-2001方坯结晶器验收标准》作为首钢长白结晶器有限责任公司的企业标准于2001-02-20 发布,2001-03-01实施。

该标准符合YB/T072-1995《方坯结晶器技术条件》和YB/T036.11-92 冶金设备制造与通用技术条件要求。

值得注意的是,在国内钢铁企业中,连铸机种类繁多、千差万别,结晶器及铜管作为非标设备,虽然国家对于方坯和圆坯等先后制订了相关标准,但难以适应生产形势的发展,在这方面,希望相关设计单位及制造厂认识到应有的责任,共同努力作到产品规范统一。

连铸结晶器流场优化方案

连铸结晶器流场优化方案

浸入式水口优化方案1(初步)1 1#、2#机1.1 1#机1500×200断面1#机1500×200断面目前存在的问题:两侧窄面翻腾严重,初步推断为上升流股发达导致;质量方面,近期铸坯易发生角部横裂纹缺陷;以往出现过表面纵裂纹。

1.1.1 优化方案(1):水口其它的原设计尺寸不变,两侧出口改为如图1型状。

更改后,侧孔截面积为4474mm2。

1082,82433020015°1185780R 10图1改动说明:按1500×200断面正常拉速1.3m/min 算得通钢量小于原侧孔的理论最优值,因此将两侧孔面积进行相应缩小。

使用情况预测:该断面的正常浇注状态下,结晶器两侧窄面可能仍会存在翻腾现象,因为该方案只增加了钢水在两出口处的平均流速,一定曾度的削弱了上回流股的强度;而要进一步削弱上回流股强度,应采用方案(2)的优化形式。

水口其它的原设计尺寸不变,两侧同方案(1)改动,并且中孔底部改为上凸型,水口浸入深度按照原设计无改变,图2。

1082,82435920015°1185780R 10图2方案(2)除了对两侧孔开口方式进行修改外,还将水口中孔底部改为上凸型,进一步抑制上回流股强度,该方案可有效减轻结晶器两侧窄面液面翻腾现象。

至于陕西炉业王工的“中孔改为扁形”建议无法实现,因为要保证中孔面积一致会导致扁形内径部分水口壁变薄,而这部分在可以发挥作用的前提下,是无法避开渣线位置的,因此根据以往渣线侵蚀情况,若将内径改为“上圆下扁”型状,水口很可能会在渣线位置被蚀漏造成在窜钢或卷渣事故。

1.1.3 建议为达到效果,应直接采用方案(2)进行试验。

1.2 2#机1700×250,2000×250断面目前存在的问题:长时间观察结晶器液面可以发现,在对中良好的前提下,水口两侧的周期性偏流现象较为严重,窄面翻腾亦较为严重;质量方面,近期含微合金钢种易产生角部横裂纹。

钢铁冶炼中的连铸结晶器设计分析

钢铁冶炼中的连铸结晶器设计分析

钢铁冶炼中的连铸结晶器设计分析钢铁工业是世界上最重要的基础工业之一,而连铸结晶器作为钢铁冶炼中的重要工艺设备,在钢铁生产中起着至关重要的作用。

它是将钢水连续铸造成铸坯的装备,也被称为CCM(Continuous Casting Machine )。

在连铸过程中,结晶器是影响铸坯质量和生产效率的重要因素之一。

本文将对钢铁冶炼中连铸结晶器的设计分析进行探讨。

一、连铸结晶器的功能及结构连铸结晶器是用于生产钢铁板材,构造为铸件钢水进入结晶器后,在结晶器内先通过液态状况(即铸造生长过程,在结晶器内生长晶核,从而使废钢液态状况成为铸块的过程),然后在结晶器出口处形成固态状况。

由此长出的铸坯被拉拔出结晶器,进入辊道机,经过各种工艺制成板材。

连铸结晶器主要由上零件、下零件、水冷夹套等部分组成。

其中,上零件通常包括喷嘴、芯棒、雾化器等部分,是铸坯形状的决定因素;下零件通常包括结晶器底板、结晶器壁板等部分,能够起到硬质支撑作用;水冷夹套则被用来控制结晶器的温度,保证连铸过程中的均匀性及稳定性。

二、连铸结晶器设计分析1. 结晶器形状结晶器的形状是直接影响铸坯外形的关键因素,对于连铸生产来说,形状应该均匀,能够保持稳定的流动。

根据结晶器的形状不同,连铸结晶器可分为恒形、变形和弯形三种类型。

其中,恒形结晶器一般是采用椭圆形或圆形结构,无法适应精密产品的生产;变形结晶器适用于不同的产品,但其结构较为复杂;弯形结晶器为当前应用较为广泛的结构,因为其结构简单、适用性强。

2. 水冷结构在连铸生产过程中,由于高温状态和高速上下铸造的影响,结晶器壁面容易出现过热的现象,因此需要引入冷却水来降低壁面温度,以保证铸坯质量。

水冷结构主要包括结晶器壁面、底部和顶部。

其中,结晶器壁面使用内侧水冷夹套或内部金属套管,底部使用底部夹套进行冷却,顶部采用上喷雾式冷却,以达到均匀冷却效果。

3. 喷嘴设备喷嘴作为连铸结晶器结构的关键之一,其设计应当综合考虑稳定性、均匀性、流速和流量等因素。

板坯连铸机结晶器振动液压装置的设计及计算

板坯连铸机结晶器振动液压装置的设计及计算

板坯连铸机结晶器振动液压装置的设计及计算文章介绍了某型不锈钢板坯连铸机组结晶器振动液压装置的设计计算过程。

计算系统所需流量,配置核心液压元件型号规格,对循环冷却系统进行了精确计算。

标签:连铸结晶器;振动;液压引言结晶器是板坯连铸机组的核心设备,而结晶器振动装置又是结晶器设备重要装置之一。

当结晶器上下振动时,钢水液面与结晶器壁面相对位置也随之改变。

其目的在于防止坯材在凝固过程中与结晶器铜壁发生粘连而出现拉漏、拉裂事故,同时有利于脱坯,改善坯壳与结晶器壁的润滑性等[1]。

结晶器液压振动因其能在线调整振动参数,近期有广泛的发展和推广。

文章即围绕国内某型板坯连铸机组的结晶器液压振动装置,对其进行分析计算和设计。

1 系统原理连铸机的结晶器液壓振动装置由两个液压缸推动整个机架做垂直方向上的非正弦曲线。

非正弦曲线运动的周期、振幅与正弦曲线其实是一致的,只是在半周期内由两条周期不同的正弦曲线(全周期为T,上升段周期为T+,下降为T-)拼接而成。

定义非对称系数C=T+/T,当C=0.5,曲线即为对称的正弦曲线;当0.5≤C≤1,比如C=0.6,则T+=0.6T,T-=0.4T,使得结晶器上振时间长,而下振时间短。

实际生产中C值大于0.5,一般在0.5~0.6。

振动装置由两部分组成:液压站和振动执行器。

液压站向振动执行器提供油。

振动执行器包括缸旁伺服阀和振动液压缸。

2 工作泵流量计算及选择工作泵的选择取决于液压缸运动所需的流量,因此先计算各个工况下所需流量。

(1)对称正弦运动(C=0.5)时,振动所需的平均供油流量振动液压缸参数为Φ125/Φ90。

单个液压缸的最大振幅Am为6.5mm,最大频率160次/min,在1/4个周期内,其平均速度Vp=Am/(T/4)=69(mm/s)。

此速度下单缸塞腔供油平均流量为51L/min。

两个液压缸同时工作则需要102L/min,取效率系数0.8,得127 L/min。

(2)对称正弦运动(C=0.5)时,振动所需的最大供油流量正弦振动的速度为最大速度Vmax为Am 2πf,此速度下单缸最大供油流量80.19L/min,两个液压缸同时工作则需要160.3 L/min。

板坯连铸机结晶器设计要点分析

板坯连铸机结晶器设计要点分析
为了生产出合格的铸坯,结晶器在设计过程中应满足 以下基本要求:
结构紧凑,安装调整方便,能满足快速更换要求。 整体结 构 刚 性 好,在 机 械 应 力 和 热 应 力 作 用 下 变 形小。 铜板镀层应具有良好的传热能力和耐磨性能,合理的 水缝和螺 栓 布 置,能 满 足 较 高 的 过 钢 量 和 铸 坯 质 量 的 要求。 2. 1 结晶器长度和锥度的确定 影响板坯连铸结晶器的长度主要因素有结晶器出口 的最小坯壳厚度、浇铸速度和冷却能力等。长度 L 可按下 列公式粗略计算:
通过一 系 列 的 验 算,为 回 转 窑 的 改 造 提 供 了 理 论 依据。
关键词 结晶器 板坯连铸机 设计要点
Design Essentials Analysis about Slab Mould of Continuous Casting Machine
Shi Haiyang
( Capital Engineering & Research Incorporation Limited,Beijing 100176)
图 1 结晶器铜板温度计算结果 冷却水量超过一定值后对冷却效果影响不大。图 1 为某 钢厂结晶器铜板温度的计算结果,对比水槽深度 11、15 和 水槽深度 13、17,可以知道采用水槽深度 11、15 的铜板表 面温度梯度更小,分布更均匀。
结晶器锥度是影响铸坯质量的一个重要因素,不合适 的锥度会引起铸坯窄面鼓肚或凹陷,严重时会引起角部纵 裂及三角区裂纹。根据不同钢种、不同拉速的连铸机需要 设定不同的锥度,才能生产出质量合格的铸坯。 3. 3 足辊和窄面导向装置
理宽窄面铜板间的杂质; 浇注中改变宽度规格时可将宽边
业出版社,1990
铜板张开特定小的间隙,在保证不漏钢的前提下改变了铸 [2]邹俊苏. 连铸结晶器铜板温度场数值模拟研究. 钢铁,

科技成果——连铸结晶器设计及工艺参数优化

科技成果——连铸结晶器设计及工艺参数优化

科技成果——连铸结晶器设计及工艺参数优化技术开发单位华北理工大学
所属领域新材料
成果简介
结晶器是连铸机的心脏,钢液通过结晶器不断的振动、脱模完成初始凝固,形成坯壳。

而结晶器的冷却能力、结构设计和相关工艺参数不仅影响铸坯的表面质量,严重时还会引起各种形式的漏钢事故。

本项目基于数值模拟和在线监测,从结晶器铜板(管)的冷却结构设计、针对钢种的结晶器锥度优化以及结晶器振动参数优化等方面系统的改善钢液在结晶器内的凝固条件,全面提升铸坯表面质量。

关键技术
1、结晶器冷却结构设计
采用数值模拟的方法设计和优化结晶器铜板(管)的镀层材质和结构、使用周期内合理的铜板厚度以及背部冷却水槽(缝),针对性的优化结晶器冷却条件。

2、结晶器锥度优化
基于应力遗传算法,针对大类钢种优化其结晶器铜板(管)的锥度,并建立相应的结晶器管理制度。

3、结晶器振动参数设计及优化
以提升铸坯表面质量、改善振痕为目的,针对不同的钢种和坯型,设计合理的正弦振动或非振弦振动参数。

经济效果
铸坯质量方面:在防止漏钢的基础上,通过冷却工艺优化和振动优化,有效改善铸坯的表面质量,减轻振痕。

经济效益方面:通过对结晶器铜板(管)结构、镀层、锥度等方面进行设计和优化,成倍提高结晶器的使用寿命,降低运行成本。

管理效益方面:通过建立结晶器管理制度,提升设备能效的同时,改善现场的设备管理能力。

实施条件
钢铁企业,具备一定生产能力。

项目成熟度
利润级:开始盈利且利润超过总投入的10%
合作方式合作开发。

60t电渣炉结晶器冷却水流速计算-设计优化和重熔不锈钢的应用

60t电渣炉结晶器冷却水流速计算-设计优化和重熔不锈钢的应用
结 晶器 参数 见表 1。 结 晶器 的热 交换 可 由式 (1)计 算 :
积 ;o t-结 晶器 的散 热 系数 ;t 一与结 晶 器壁 接 触 的 钢 锭 表 面的平 均温度 ;t .冷却 水 的平均 温度 。 1.1 结 晶器壁 表 面积 与冷却 强度 的关 系
从公式(1)可知 ,结 晶器 的冷却强度 与其工作 壁 的有效 面积 成 正 比。但 是 针 对 某 一 产 品规 格 而 言 ,钢锭 的尺 寸 是 一 定 的 ,结 晶 器 的尺 寸 也 是 一 定 的 ,因此结 晶器 工 作 壁 的 有效 面积 是 一定 的 。所 以 此项 可 以认 为 是定值 。 1.2 结 晶器 的散热 系数 与冷却 强度 的关 系
关键词 60 t锭电渣重熔 大型结晶器 冷却水流速 奥 氏体不锈钢
Cooling W ater Flow Rate Calculation-Design Optim ization of 60 t ESR Furnace M old and Application for Rem elting Austenite Stainless Steel
结 晶器 的 散热 系 数 与冷 却 强度 成 正 比,散 热 系 数 的倒数 为热 阻 ,所 以结 晶器 的冷 却 强 度 与热 阻成 反 比 。结 晶器 的热 阻可 由式 (2)计算 :
Q=S·ot ·(t1一t2)
(1)
式 中 :Q.结 晶器 的冷却 强度 ;S.结 晶器 壁 的有效 面
M aterial Index 60 t ESR Ingot.Large。Scale Mold,Cooling W ater Flow Rate. Austenite Stainless Steel
电渣 重熔 钢锭直 径 超 过 1 500 mm 时 ,如何 保 证 电渣 锭 的 内部 质量 成 为 了重 熔 工 艺 的 核 心 问题 … 。 影 响 钢锭凝 固质 量 的因 素较多 ,如材 料本 身性 质 、钢 锭 尺 寸 、冶 炼 电制 度 、冷 却 水 流 速 等 _2 J。对 于大 型 电渣 炉而 言 ,随着钢锭 直径 增大 ,冷却 水 的水冷 效 果 显得 更加 重要 ,影 响水 冷 效果 的各 因素 中 ,水 流速 是 至关重要的一项 ,高 的水流速可以瞬时带走足够多 的热量 ,有 利 于 钢 锭 的结 晶 ,但 过 高 的 水 流 速 不 仅 增 大 电渣 炉供 水系 统投 资 ,而 且还会 增 加 电耗 。 1 结 晶器 冷却 强度影 响 因素及 水流 速计 算
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结晶器设计计算
WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
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)} ()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,×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)()
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/(3600v)=×103mm3
结晶器的冷却系统
为使结晶器壁有较高的导热系数,在铜壁与冷却水之间不能产生水垢
和沉淀物。

由于结晶器的热负荷很高,接触结晶器壁的冷却水有时会达到汽化的温度。

为了防止出现水垢,水必须经过软化处理或脱盐处理[9]。

结晶器内冷却水的流量,一般按断面周长长度每毫米每毫米计算。

经过净化及软处理的水一般都是循环使用。

采用封闭式供水系统。

充分利用回水系压有利于节能。

3.5.1 结晶器的倒锥度
钢水在结晶器内凝固是因坯壳收缩形成气隙,通常是将结晶器作成倒锥度,后者定义为:
△ =(S
上—S下)/S上×L ()式中:△:结晶器的倒锥度 %/m;
S
上,S下:结晶器的上边口,下边口长;
L:结晶器长度。

倒锥度取值不能太小,也不能太大。

过小则作用不大,过大则增大了拉坯阻力,甚至卡钢而不能出坯[9]。

高碳钢的收缩量大,所以须用较大的倒锥度[7]。

高速拉坯时,应采用较小的倒锥度。

在此设计中,倒锥度可取%/m,为了不致产生太大的拉坯阻力。

实际的倒锥度略小于上述值,约为。

3.5.2 结晶器冷却水量的计算
单位时间内通过结晶器冷却水缝(水槽)的水量对结晶器钢水热量传递和坯壳凝固有重要的参数影响。

结晶器冷切水量计算方法有:
结晶器热平衡法
假定结晶器钢水热量全部由冷却水带走,则结晶器钢水凝固放出的热量与冷却水带走的相等,即:
Q=W×C×△Q ()
则 W=Q/(△Q)
式中: Q:结晶器内的钢水凝固放出热量,2218kj/min; W:结晶器全部水量,L/min;
C:水的比热容,kg×℃;
△Q:结晶器进出水量温度差6℃
即 W=Q/(△Q)=2468L/min
(1)从保证水缝内冷却水流速>6m/s来求结晶器水量得:
W1:36×S×V/10000(m3/h)()式中: S:水缝面积,×103m m2
W1:冷却水量,m3/h;
V:冷却水流速,8m/s。

即; W=Q/(△Q)=2468L/min=48.1m3/h=801L/min。

结晶器的重要参数
针对小方坯连铸机,结晶器设计为弧形结晶器,因为拉坯速度较高,结晶器的长度定为900毫米。

结晶器的材质查阅有关资料后,我们考虑到结晶器的热疲劳寿命,决定采用铜铬合金(含)。

3.6.1 结晶器的构造
结晶器的结构如图所示,其内管为冷拔异性无缝钢管。

外面套有刚制外壳,钢管与铜套之间有约7毫米的缝隙通以冷却水,即冷却水缝。

钢管与铜套制成弧形。

铜管的上口通过法兰用螺钉固定在钢制外壳上。

如图4-4所示,铜管的下口一般为自由端,允许热胀冷缩;但上下口都必须密封,防止漏水。

结晶器外套是圆桶形的。

外套中部有底脚板,将结晶器固定在振动框加上。

结晶器铜板壁厚为10-15毫米磨损后可加工修复。

但最薄不能小于3-6毫米。

考虑到铸坯的热胀冷缩,在铜壁的角度应有一定的圆角过滤。

3.6.2 结晶器的断面尺寸
冷态铸坯的断面尺寸称为公称尺寸,结晶器的断面尺寸应根据公称尺寸(120×120mm)来定。

结晶器的内腔断面尺寸比铸坯尺寸略大些。

通常是根据经验公式来确定结晶器断面尺寸。

我们考虑以下公式,确定了方坯结晶器内腔尺寸厚度和宽度尺寸:
D
=(1+%)Do=(1+%)×120=123 ()
f
=(1+%)Bo=(1+%)×120=123 ()
B
f
管式结晶器内腔应有合适的圆角半径。

铸坯断面120*120mm2,参考有关公式,圆角半径为8毫米。

3.6.3 结晶器长度
确定结晶器长度的主要依据是出结晶器下口时的坯壳厚度。

若坯壳过薄。

铸坯就会出现鼓肚现象,甚至拉漏。

对于120×120mm方坯而言,出结晶器时铸坯坯壳厚度为8-10mm,根据现在大多数钢厂铸机的新倾向。

结晶器长度确定为
900mm。

目的是与高速拉相配合。

理论计算标明,结晶器热量的50%是上部导出的结晶器下部只是起支撑作用,因而过长的结晶器无益于坯壳的增厚,所以没有必要选用过长的结晶器。

结晶器长度因而决定用900mm。

3.6.4 水缝面积
结晶器水缝总面积通常根据下式计算:
Q结=360FV/1000 ()则 F=10000Q结/36V
式中 Q:结晶器的耗水量,3m/h;
F:水缝总面积,2mm;
V:水缝内冷却水的流速,m/s。

方坯结晶器水流速确定为6m/s。

结晶器冷却水量也是根据经验,按结晶器周边长度计算。

对于本次设计的小方坯连铸机结晶器而言,周边供水量约为-3.0Lmin·mm。

冷却水进水压力为,结晶器进出水温度为3-8度。

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