连铸机组中间包强度分析
连铸方坯中间包寿命提升措施及应用
连铸方坯中间包寿命提升措施及应用发布时间：2021-11-24T00:33:15.248Z 来源：《防护工程》2021年24期作者：刘晓彬[导读] 所谓连铸，具体指的就是连续铸钢，在炼钢工业中占据关键性地位。
而炼钢厂连铸生产中，铸坯质量会对其生产与发展带来直接影响，因而需强调连铸的作用。
其中，连铸方坯中间包的结构在增强连铸工艺稳定性、铸坯质量提升方面的作用十分关键，因而中间包实际使用寿命对其作用发挥的影响也不容小觑。
研究中，重点分析连铸方坯中间包使用期间因多种因素影响所致中间包使用寿命过短的问题，并以南京钢铁股份有限公司炼钢厂为例试用改进方案，使中间包使用寿命得以提升，以充分发挥其功能与价值。
刘晓彬南京钢铁股份有限公司江苏南京 210000摘要：所谓连铸，具体指的就是连续铸钢，在炼钢工业中占据关键性地位。
而炼钢厂连铸生产中，铸坯质量会对其生产与发展带来直接影响，因而需强调连铸的作用。
其中，连铸方坯中间包的结构在增强连铸工艺稳定性、铸坯质量提升方面的作用十分关键，因而中间包实际使用寿命对其作用发挥的影响也不容小觑。
研究中，重点分析连铸方坯中间包使用期间因多种因素影响所致中间包使用寿命过短的问题，并以南京钢铁股份有限公司炼钢厂为例试用改进方案，使中间包使用寿命得以提升，以充分发挥其功能与价值。
关键词：连铸方坯中间包；寿命；提升措施；应用中间包可储存钢水，保证钢流的稳定性并实现钢水分流，使钢水温度更均匀，并使其中所夹杂非金属物被去除。
近年来，基于炼钢连铸新技术发展，优化钢水收得率并缩减连铸炼钢成本，有效延长中间包使用寿命十分关键。
连铸中间包浇钢期间，导致中间包无法满足预期使用寿命的原因主要体现在冲击区及对面部位、配套快换上水口对不耐钢水的侵蚀与冲刷承受力度不足，最终使其提前下线。
这样一来，必然会对炼钢进度产生影响，同样不利于钢坯浇铸质量的提升，吨钢耐材消耗量也会显著增加，企业成本与劳动力需求随之增多，对节能降耗的影响较大。
连铸工艺之中间包
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中间包水口
中间包滑动水口： 中间包采用滑动水口，虽然 有安全可靠，利用实现自动 控制的优点 • 中间包浸入式水口
• 1.中间包滑动水口的认识： • 中间包浸入式水口就是把中间包水口
加长，插入到结晶器钢液面以下一定 的深度，把浇注流密度封起来。 • 2.中间包浸入式水的作用： • 中间包浸入式水口隔绝了注流与空气 的接触，防止注流冲击到钢液面引起 飞飞溅，杜绝二次氧化。
氩，防止水口堵塞 • 3.可以多次使用，减少耐火材
料消耗。
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中间包的烘烤
• 中间包的作用： • 对中间包进行烘烤，可
提高中间包内的耐火衬 温度；去除其中的水分， 可减少中间包内钢水的 温降和热损耗。 • 中间包的烘烤介质： • 燃料介质：燃油类和燃 气类。 • 助燃介质：压缩空气、 鼓风气和氧气等。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.中间包的作用
• 稳定钢流，减少钢流对结晶 器中初生坯壳的冲刷。
• 储存钢水，并保证钢水温度 均匀。
• 使非金属夹杂物和钢液分离， 上浮。
• 在多流连铸机上，中间包把 钢水分配给各个结晶器，起 到分流作用。
• 在更换钢包时能起间接作用， 从而保证多炉连铸的正常进 行。
2.中间的重要参数及构造
• 重要参数
• 中间包的长：
至中间包上口之间应留 100~200mm的距离。
• 中间包长度主要取决于中间包的水 口位置距离，单流连铸机的中间包
• 经验公式： • V中间包=20%~40%V钢包
长度取决于钢包水口位置与中间包 • 夹杂物上浮时间为8~10分钟
水口位置之间的距离，多流连铸机
则与连铸机的流数、水口间距有关。
• 宿舍长：许文昆
连铸工艺、设备-05中间包冶金
§5—3 中间包流动形态控制
敞开浇注双流中间包流动模式如图：
一.钢液在中间包内的流动形态： A.击穿流 从钢包注入中间包内的钢液，在中间包内没有停留
而直接到达浇注水口流入结晶器。 B.活塞流（层状流） 钢液进入中间包依次向前推进。 C.混返流 钢液进入中间包后立刻与其它部分钢液混合。 D.死区（停滞区） 钢液流动速度很低，与其它区域的钢液的交混慢。
缩短夹杂物上浮距离，有利于渣子吸收； C.封闭钢包注流冲击区的紊流，防止表面卷渣（挡
墙）。 挡墙和坝的位置和尺寸，应结合实际中间包采用
水模型试验来决定，然后在生产中应用。
挡墙和坝的流动模型：
四.中间包卷渣
1.钢包敞开浇注时中间包流动特点
⑴沿钢渣界面有剪切力作用把渣子卷入内部；
⑵注流冲击力引起液体表面波浪运动。尤其 当液位降低时（如200mm），这种剪切力和 波浪造成的卷渣更为严重。
1.增加钢水在中间包平均停留时间，使夹杂物有足 够的时间上浮。为此，中间包向大容量方向发展；
大容量中间包具有以下优点：
A.延长钢水在包内停留时间，有利于夹杂物上浮 提高钢水的纯净度，利于生产洁净钢。
B.钢水的储存量增多了，更换钢包可以不减拉速， 有利于保持连浇，并能改善换钢包过渡铸坯质量。
C.大容量中间包更适用于高拉速铸机，能保持钢 水在包内停留时间。
一.中间包钢水温度稳定性控制对策 1.最大能量损失原则： 即每炉高温出钢→钢包站调温（如加废钢）
→中间包目标温度值； 2.优化能量损失原则： 即严格按温度损失决定出钢温度，在钢包
站不降温不加热以达到中间包目标温度值； 3.最小能量损失原则： 按预定温度出钢，在钢包或中间包补充能
连铸连轧生产：中间包及中间包车
2.3.2 中间包车
1 中间包车的作用 中间包车是中间包的运载设备，设置在连铸浇注平台上，一 般每台连铸机配备两台中间包车，用一备一。在浇注前将烘烤 好的中间包运至结晶器上方并对准浇注位置，浇注完毕或发生 事故时，将中间包从结晶器上方运走。生产工艺要求中间包小 车具有横移、升降调节和称量功能。
2.3.1中间包
1中间包的主要参数 （4）中间包宽度：与中间包的容量、高度和长度有关。 （5）中间包内壁斜度：内壁斜度为10％～20％。 （6）中间包水口直径：根据最大拉速所需要钢流量来确定。水口 直径可由下式计算确定：
（7）水口间距：即为结晶器间的中心距，一般为了便于操作，至 少应为600～800mm。
3 中间包车的结构 中间包的升降机构有电动和液压驱动两种，升降速度约 30mm/s。两侧升降一定要同步，应设有自锁定位功能，并且中 间包车的前后左右四个液压油缸位置要处于同一水平面，否则 容易引起浸入式水口在结晶器内倾斜，从而影响结晶器内的流 场。中间包车升降动作应该与钢包回转台的高低位具有联锁保 护，即当钢包回转台处于低位时，中间包车严禁提升，防止与 钢包或钢包回转台碰撞。
1—中间包；2—中间包车；3—溢流槽 半门型中间包车
2.3.2 中间包车
3 中间包车的结构 中间包小车的结构由车架走行机构、升降机构、对中装置及 称量装置等组成。
中间包车行走机构一般是两侧单独驱动，并设有自动停车定 位装置。行走速度设有快速和慢速两档，快速档用于中间包车 的快速移动，速度10～20m/min；而慢速主要用于中间包车在浇 注位时浸入式水口的对中，所以速度较慢，只有1～2m/min。如 表所示，快速档速度为20m/min，慢速档速度只有1.2m/min。
近期连铸中间包塌料问题分析及改进后使用情况报告
近期中间包使用报告2014年11月份至2015年1月份连续出现多个连铸烘烤后中间包冲击区有裂纹甚至塌料现象，影响现场生产运行，运转车间结合承包厂家科英公司技术人员在胥厂长指导下制定措施进行改进，现将改进后中包使用情况汇报如下：1、存在问题中间包主要是挡渣墙与冲击区连接部位拐角处，经连铸烘烤过程中或烘烤后开浇前发现有局部脱落现象。
分析原因：a、可能是拔出包胎过程磕碰造成干式料内部裂纹，b由于包胎润滑效果差，拔出包胎过程带动干式料导致松动，c挡渣墙模板拆卸过程中带动干式料松动，d中间包吊运过程中，或者天车吊盖包盖过程磕碰。
e其它原因紧邻干式料的包盖粘渣明显低于干式料，天车吊运过程中容易磕碰2、改进措施2.1挡墙与冲击区之间拐角部位增加一层涂抹料，厚度约10mm，自挡墙直到冲击区小面1/2处，起到牢固作用，避免冲击区部位干式料脱落；2.2挡墙模板使用前涂抹一层石墨粉，起到润滑作用，避免中间包烘烤完毕后，下模板过程中造成干式料裂纹；2.3中间包包胎使用前增加一层石墨粉，即涂抹两次。
增加润滑效果，避免拔出包胎过程中造成干式料裂纹；2.4拔出包胎过程中三修班派人监护，避免拔出胞胎磕碰造成干式料裂纹或者塌料。
2.5连铸备包后观察包盖有无磕碰干式料。
2.6打结永久层之前必须保证包壳透气孔通透。
3、改进后中间包使用情况3.1连铸1#机中间包改进前改进后使用后使用前使用后3.2连铸2#机刚打结完毕（拔出包胎后）各部位未见明显裂纹使用前 使用后增加的巩固层使用前使用后3.3连铸3#机中间包使用前使用后3.4包壳透气孔清理中间包永久层打结之前安排人员清理包壳透气孔。
透气孔直径：12-15mm,钻头10mm。
4、小结通过近期中间包使用情况来看，采取的措施能够起到防止中间包冲击区部位塌料效果，今后必须继续坚持做好中间包打结过程监护工作，坚持按照验证有效的措施进行检查监督，杜绝中包塌料事故再次发生，保证中间包正常使用。
连铸机组中间包强度分析
５ ０
现
代 冶 金
第 ３ 卷 ８
１ ４ 计 算 结 果 ．
１ ４ １ 在 工作 状 态 下 的 计 算 结 果 ．．
在 工作 状态 下 的竖直方 向上 的位移 分 布如 图 ２ 所 示 ， 大位 移 为 ０ ３ ６７ＩＩ 。在 工 作 状 态 下 的 最 ． ２ Ｉ＿ ］Ｄ Ｍｉｅ ｓｓ应力 分 布 如 图 ３所 示 ， 大应 力 出现 在 平 板 最
Ｍｉ ｓ 力 分 布 如 图 ６所示 ， 大应 力 出现 在 吊耳 ｓ 应 ｅ 最 （ ２ ４ 上 ， 为６ ． ６ＭＰ 。 ２ ６ 的最 大应力 为 １５ ） 值 １ １ ａ 件１ ４ 上
２ 材 料 力 学 计 算 法分 析
首 先建 立 ２个 数 学模 型 ， 即截面 一 和截 面 二 受 力 模 型 （ 图 ８所示 ） 如 。截 面一 的板 比较 厚 、 惯性 距
第 ３ ８卷第 ２ 期
２１ ０ ０年 ４月
现 代 冶 金
Ｍ ｏ ｅ ｎ Ｍ ｅ ａｌ ｒ ｙ ｄｒ ｔ ｌｕ ｇ
Ｖ ｏ ．３ Ｎ Ｏ． １ ８ ２
Ａｕｇ． ０１ ２ ０
连 铸 机 组 中 间 包 强 度 分 析
董 春 光
（ 州宝 菱 重 工机 械有 限 公 司 ，江 苏 常 州 ２３ １ ） 常 １ ０ ９
摘 要 ： 过 计 算 机 有 限 元 法 和 材 料 力 学 计 算 法 ， 中 间 包 强 度进 行 了分 析 。 通 对
关 键 词 ：连 铸 机 ； 中间 包 ； 强度 计 算 中 图 分 类 号 ：ＴＧ２ ３ ６ ３ ．
耐 火 材料 和其 它 设 备 的 重 量 以 自重 的方 式 施 加 载
１ ２ 材 料 参 数 ．
矩形坯连铸机中间包穿包事故分析与改造
２ ． ３ 事故 原 因分析
图 ２ 改 造 前 的 中 间 包设 计 图
图 ３ 改造后的中间包设计 图
３ ． ２ 方 案 论证
把 以上方案 和 中冶南方 的设 计人 员交 流后 。建
体 重量 增加 ０ ． ３ ｔ ，中间罐 总重 量会增 加 ２ ． １ ｔ 。② 中 间罐 冲击 区扩 容后 ，造成 中间罐 重心 向溢 流 Ｖ Ｉ 方向 偏移 。因中间罐端部耳 轴的位置不 能进行相应调 整 ， 造 成 中间罐端 部耳轴 受力 不均衡 。同时 ，吊具在 吊
矩 形坯 连 铸 机 中 间包 穿包 事 故 分 析 与 改造
张映 海 官业 豹
（ 设 备能 源部）
摘 要 文章针对炼铜厂连铸机 中间包在生产使用过程 中发生的两次 穿包事故进行原 因分析 ，找 出了穿包的
原 因 是 中 间 包冲 击 区空 间过 小 ， 并针 对 性 的提 出 了时 中击 区 扩 容 的 方 案 并 进 行 试 验 论 证 ，使 得 这 一 严 重影 响 炼 钢 厂 连 铸 机 生 产 的设 备 问题 得 到 了解 夹
议 ：① 中间罐 冲击 区扩容后 ，正 常工作 液 面钢 水容
量 增加 １ ． ４ ｔ ，耐 火材 料重 量增 加 ０ ． ４ ｔ ，中间罐钢 本
运过 程 中受 力不均 衡 ，尤 其是 吊运重 罐 时 ．存 ｌ 在 不
罐 车上部 件发生 干涉 问题 ，在不影 响使 用 的情况 下 对平 台进 行了改造 处理 ，对影 响 中间包 车运 行 的区 域进行 了割 除和筑 台加 吲 ；经 过设 备专 业技 术 人员
关键词 矩形坯 连铸机 中间包 冲击区
１ 前 言
ｆ ｆ 问包的连浇炉数 ，避免 了事故的发／
二机二流板坯连铸中间包流场的实验研究
坐
∑ｃＡ ｔ
：
ｃ ￡ ｄ （） ｆ
（） ２
原型相 似 比取 ０ ５ 而对 于 动力 相似 ， 要求 模 型 ．； 则 和原型 中流 体 的 雷 诺 准 数 和付 鲁 德 准 数 分 别 相
等， 由于模 型和原 型 中的流体处 于第 二 自模 化 区 ，
由平 均停 留时间和表 观停 留时间 可以得到 以 下 反应 中间包流 场性 质 的几个 物 理量 ， 即死 区体 积、 活塞 区体 积 、 合 区体 积 。 混
型。通过 水模 实验研 究表 明 ， 中间 包设 置稳 流 器后 死 区体 积 平 均减 少 了 １ ％ ， 水在 中间 包 ２ 钢
内的最短停 留时间平均提 高 了 ３ 。稳流 器的增 设减 轻 了注流 区钢 水对 水 口区的干扰 ， 少 ０Ｓ 减 了水 口区的临界卷渣 高度 ， 增加 了注流 区的临界卷渣 高度 。拉速 、 包长水 口插入 深度及挡 但 钢
墙 的结构均影 响 临界 卷渣 高度 。在 浇注 大断面的铸坯 时 ， 尤其 要 注意 中间 包水 口处的卷渣 。
关 键词 ： 中间 包； 型 ； 场 ； 模 流 卷渣 高度
Ｅｘｐ ｒｍ ｅ ｔＲｅ ｅ ｒ ｈ ｏｎ Ｆｌ ｗ ｅｄ ｏ ｅ ｉ ｎ ｓ ａ ｃ ｏ Ｆｉｌ ｆＴｗｏ ２－ ｔ ａ ｄ ｌ ｂ Ｃｏｎ ｉ ｏ ｓｉ ｇ Ｔｕ ｉｈ Ｓｒ ｎ Ｓａ ｔｎｕ ｕｓ Ｃａ ｔｎ ｎｄ ｓ
量纲停 留时 问 、 峰值无 量纲 时 间 ； 、 Ｖ Ｑ分别 为 中间
（） ６
ｃ
包体 积 、 流体 的体 积 流量 。
１ ２ 实验 方案 ．
上 中 无 纲 间 ＝） 式 为 量 时 （ 毒；
为 小 最无
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连铸机组中间包强度分析
董春光
(常州宝菱重工机械有限公司,江苏常州 213019)
摘要:通过计算机有限元法和材料力学计算法,对中间包强度进行了分析。
关键词:连铸机;中间包;强度计算
中图分类号:T G233.6
引 言
中间包是连铸机组重要设备,工况条件差、负载大,设计和制造过程中需要重点关注强度薄弱之处。
本文采用材料力学计算和计算机有限元两种方法对典型性中间包进行了强度分析。
1 计算机有限元法
1.1 几何模型的建立
用三维绘图软件INVENT OR建立了中间包的三维模型,然后将三维模型导入有限元软件ABA QUS中进行分析。
模型中假设焊缝完好并等强度过渡,忽略了对结构强度影响很小的部件和零件中的倒角。
1.2 材料参数
材料参数如表1所示。
表1 材料参数
弹性模量/M Pa泊松比
壳体210×1030.3
耐火材料1040.2
1.3 载荷和边界条件
在计算模型中,中间罐装配钢结构重量为21.4t,耐火材料的重量为18t,中间罐钢水重量为85t,其它设备重量为1t。
其中,中间罐装配钢结构、耐火材料和其它设备的重量以自重的方式施加载荷,钢水的重量以静水压力方式施加到耐火材料上。
施加的载荷如图1
所示。
图1
中间罐的载荷施加
图2 工作状态下的竖直方向上的位移分布
中间罐有两种工况,存在两种支撑位置:(1)吊装时,中间罐装满钢水,吊具吊装四处吊耳(件1254);(2)工作过程中,四处平板(件1265)放置在中间罐车上。
在计算模型中,分别将四处吊耳和平板的上下方向(Z向)约束,为使结构静定,分别约束在同一侧的两处吊耳和平板的水平方向(X向)和横向(Y向)的位移。
第38卷第2期
2010年4月
现代冶金
M odern M etallurgy
Vo l.38 N o.2
Aug.2010
收稿日期:2010-01-12
作者简介:董春光(1974—),男,工程师。
电话:(0519)83258319
1.4 计算结果
1.4.1 在工作状态下的计算结果
在工作状态下的竖直方向上的位移分布如图2所示,最大位移为0.3267mm 。
在工作状态下的M ises 应力分布如图3所示,最大应力出现在平板(1265)上,值为50.65M Pa 。
除去1265后最大M ises 应力出现在件1246上,大小为36.52M Pa ,如图4所
示。
图3 工作状态下的M ises
应力分布
图4 工作状态的M ises 应力分布(除去1265)
1.4.2 在起吊状态下的计算结果
在起吊状态下的竖直方向上的位移分布如图5所示,最大位移为0.9156mm 。
在工作状态下的M ises 应力分布如图6所示,最大应力出现在吊耳(1254)上,值为61.16M Pa 。
件1246
上的最大应力为
图5
在起吊状态下的竖直方向上的位移分布
图6 在起吊状态下的M ises
应力分布
图7 在起吊状态下件1246的应力分布
20.81MPa ,为拉应力,出现在1246与吊耳焊接靠近吊沟的一侧,如图7所示。
1.5 结果分析
结果表明,两种工况下竖直方向的位移均小于1m m,结构的刚度足够;应力水平都没有超过许用应力,起吊和工作时,最大应力分别出现在吊耳和平板
上,其中需要重点关注起吊状态下的吊耳处,此时虽然吊耳和筋板(件1246)处的应力仅为20.81MPa ,但这个结果是依据焊缝等强度过渡的假设条件得出,焊缝实际应力情况最好手采用材料力学计算。
2 材料力学计算法分析
首先建立2个数学模型,即截面一和截面二受力模型(如图8所示)。
截面一的板比较厚、惯性距大,分析时可忽略;重点分析截面二处的焊缝,此处焊缝长度小、惯性距小(见附图9),是相对危险截面,按式(1)进行强度计算
=M /W
(1)
式中 为强度;M 为弯距,M =F ×L 2;W 为抗弯
截面系数,W =I /e 。
50
现 代 冶 金第38卷
图8 受力模型图(单位:mm)
由截面二焊缝惯性距I=61270000m m4,重心到相应边的距离e=104.38mm可得抗弯截面系数W=I/e=61270000/104.38=586990mm3;
弯距M=F×L2=6748378Nmm,则
1=M/W=6748378/586990=115N・mm2;
垂直力引起最大正应力 2=33N/m m2;
总拉应力 = 1+ 2=148N/mm2。
图9 截面一焊缝的惯性距(单位:mm)
3 结 论
从有限元分析和材料力学计算2种方法分析中间包强度薄弱环节,得出吊耳和筋板(件1246)焊缝处的应力值148N/mm2偏大,接近许用应力180 N/mm2,设计和制造过程需要严格控制。
51
第2期董春光:连铸机组中间包强度分析。