毕业设计我帮你

板坯连铸弧形结晶器总体设计
1  研究意义及现状
1.1  研究意义
     随着人们对环境、能源和资源理念的提高，以近终形、短流程、低消耗和高生产率为技术特征的板坯连铸连轧技术得到冶金界的高度重视，其应用势头之迅猛远远超过上世纪60年代普通连铸技术诞生时的推广速度。结晶器质量的好坏和寿命的长短直接关系到炼钢的经济效益和钢坯的质量，因此研究结晶器并提高其寿命具有很大价值。连铸事业迅速发展，至1995年全国的连铸机已有267套，其中弧形连铸机占大多数。而弧形连铸机的机型较多，圆弧半径的种类也多，有的公司先后出现了弧形半径差异不大且机型相类似的不同铸机，有的还生产相同规格的铸坯。这就需要准备规格相同而弧形半径差异不大的不同结晶器铜板。众所周知，结晶器是连铸机最关键的部件，被称之为连铸机的心脏，结晶器铜板则又是结晶器中最关键的部件。
    结晶器是连铸机的核心部件。由中间包水口流出的高温钢水进入结晶器的同时, 必须进行强制冷却, 经过结晶器铜壁导出大量热量, 逐渐沿结晶器内壁形成初生的坯壳, 坯壳逐渐增厚和收缩, 企图离开结晶器内壁, 由于坯壳较薄, 在壳内部高温钢水静压力作用下仍紧贴结晶器内壁。但在继续冷却向下运动过程中, 坯壳进一步增厚, 坯壳收缩力增加, 直到坯壳收缩力大于钢水静压力时, 坯壳开始脱离结晶器内壁, 形成气隙, 这时热阻急剧增加。随着热流散失减慢, 铸坯温度将逐渐回升, 坯壳强度和刚度也将下降, 坯壳热应力增加, 随着坯壳继续向下运动, 钢水静压力增加, 当钢水静压力大于坯壳热应力, 坯壳和铜壁再次接触, 又形成坯壳与铜壁接触传热, 热流急剧增加, 坯壳温度又下降, 坯壳增厚, 坯壳收缩力增加, 当坯壳收缩力再次大于钢水静压力时, 坯壳又脱离结晶器内壁, 又形成气隙。因此, 结晶器内坯壳与铜壁间接触是断续的, 坯壳向铜壁面传递的热流也是动态的。坯壳表面温度又开始下降, 继而又回升反复的过程。
 因此设计出优良的结晶器直接关系到炼钢的经济效益和钢坯的质量，研究结晶器并提高其寿命具有很大价值和意义。
1.2  国内外研究现状
1.2.1  国外连铸技术的发展
    早在19世纪中期H.贝塞麦就提出连续浇铸液态金属的设想。随后还有其他人对此项技术进行过研究。由于当时科学水平的限制，未能用于工业生产。直到1933年，现代连铸的奠基人—S.容汉斯提出并发展了结晶器振动装置之后，才奠定了连铸在工业上应用的基础。从20世纪30年代开始，连铸已成功地用于有色金属生产。二次世界大战后，前苏联、美、英、奥地利相继建成一批半工业性的试验设备，进行连铸钢的研究。1950年，容汉斯和曼内斯曼公司合作，建成世界上第一台能浇铸5t钢水的连铸机。
    20世纪60年代。连铸进入稳步发展时期。在机型方面，60年代初出现了立弯式连铸机。特别是在1963～1964年间，曼内斯曼公司相继建成了方坯和板坯弧形连铸机，并很快就成为了发展连铸的主要机型，对连铸的推广应用起了很大的作用。在改善铸坯质量方面，这个时期已研制成功了保护渣浇铸、侵入式水口和注流保护等新技术，这为连铸的发展创造咯条件。此外，这时氧气转炉已用于钢铁生产，原有的模铸工艺已不能满足炼钢的需要，这也促进了连铸的发展。1956年后，连铸发展速度显著增快。至20世纪60年代末，全世界连铸已达200余台，年生产铸坯能力达4000万t以上，连铸比达5.6％。
    20世纪70年代世纪范围的两次能源危机促进了连铸技术大发展，连铸进入了迅猛发展时期。到1980年连铸坯产量已逾2亿t，相当于1970年的8倍，连铸比上升为25.8％。连铸生产技术围绕提高连铸生产率、改善连铸坯质量、降低连铸坯能耗这几个中心课题，已有长足的进展，先后出现了结晶器在线调宽、带升降装置的钢包回转台、多点矫直、压缩浇铸、气水冷却、电磁搅拌、无氧化浇铸、中间包冶金、上装引锭杆等一系列新技术、新设备。与此同时，增大连铸坯断面，提高拉速，增加流数，涌现出了一批月产量在25万t以上的大型板坯连铸机和一大批全连铸车间。
    20世纪80年代，连铸进入完全成熟的全盛时期。世界连铸比由1981年的33.8％上升到1990年的64.1％。连铸技术的进步主要表现在对铸坯质量设计和质量控制方面达到了一个新水平。从一系列冶金现象的研究，到生产工艺、操作水平和装备水平的不断提高和完善，总结出了完整的对铸坯质量控制和管理的技术，并逐步实现了连铸坯的热送和直接轧制。在薄板坯连铸和薄带钢连铸的研究和开发方面也取得了新的进展。20世纪90年代以来，近终形连铸受到了世界各国的普遍关注，近终形薄板坯连铸（铸坯厚度为40～80mm）与连铸相结合，形成了紧凑式短流程，其发展速度之快，非人们所料及，除德国西马克公司开发的紧凑式连铸连轧工艺技术（CSP）和德马克公司开发的在线带钢生产工艺技术（ISP）已日趋成熟外，奥钢联开发的CONROLL工艺技术、意大利达涅利公司开发的FTSRQ技术、美国蒂森公司和韩国三星重工业公司共同开发的TSP技术也陆续被采用，并相互渗透，迅速发展。
1.2.2  我国连铸技术的发展
    我国是研究和应用连铸技术较早的国家之一，早在20世纪50年代就已经开始探索性的工作。1957～1959年间先后建成三台立式连铸机。1964年在重钢三厂建成一台断面为180mm×1500mm的板坯弧形连铸机，这是世界上工业应用最早的弧形连铸机之一。随后处于停滞状态。到1978年全国用于生产的连铸机共有21台，连铸坯年产量122.70万t，连铸比为3.5％。
  改革开放以来，为学习国外先进的技术和经验，加速我国连铸技术的发展，从20世纪70年代末一些企业引进了一批连铸技术和设备。例如 1978年和1979年，武钢二炼钢从联邦德国引进但流弧形板坯连铸机3台，在消化国外技术的基础上，围绕设备、操作、品种开发、管理等方面进行了大量的开发与完善工作，于1985年实现了全连铸生产，产量突破了设计能力。首钢在1987年和1988年相继从瑞士康卡斯特公司引进了两台八流小方坯连铸机，宝钢、武钢、太钢、和鞍钢等大型的钢铁企业也从国外引进了先进的板坯连铸机，这些连铸技术和设备的引进都促进了我国连铸的发展。
最近几年，也是我国连铸技术迅速发展的时期。利用以高质量铸坯为基础、高拉速为核心，实现高连浇率、高作业率的高效连铸技术，对现有连铸机的技术改造取得了很大的进展，采用国产技术的第一台高效板坯连铸机已在攀钢投产。至2003年底，我国在高效连铸机累计已达75％以上，目前新建的连铸机一般也均为高效或较高效连铸机，而且我国在高效连铸技术小方坯领域已跻身世界先进行列。除此之外，邯钢、珠江钢厂、包钢、唐钢、马钢、涟源钢厂引进了近终行薄板坯连铸连轧生产线。马钢三炼钢的异形坯（H型钢）连铸机投产后，创造了巨大的经济效益。据统计，到2004年初，我国在生产的连铸机累计已超过550台，连铸比达96％，大部分钢铁企业实现了全连铸。
目前，我国钢铁工业正处于兴旺时期，连铸技术的设计、制造、工艺和管理都积累了丰富的经验，新世纪必然是我国连铸高速发展的时代。
1.2.3  我国连铸存在的主要问题
目前我国连铸技术与国外相比，主要存在以下几个问题。
   （1）达产率低
达产率低的原因如下：
1）缺乏系统工程的概念：连铸是一个系统工程。如果连铸机建设前，对炼钢、轧钢和其他相关系统的改造和配套设施的建设，没有引起足够的重视，往往造成钢水的温度、质量不符合工艺要求，铸坯断面与轧机不能完全配套，达不到优质高产的要求。
2）缺乏科学管理意识和手段：有的钢铁企业既缺少计算机管理系统，企业管理人员的科学管理意识又不强，仍按模铸生产时“以炼钢为中心”的传统观念组织连铸生产，因此往往因钢水条件不符合连铸生产的要求造成生产中断，或发生生产计划的安排与铸机的生产不协调的情况。
3）部分连铸机的综合生产能力低：部分连铸机的综合生产能力低于设计能力的15％左右，因而直接影响了连铸机能力的发挥。
4）设备本身存在的问题：国产铸机制造较粗糙，配套的直流控制系统，仪表、液压、气动件的质量不稳定，寿命短；而引进的二手设备多为国外60、70年代的，设备陈旧，技术落后，工艺不配套，备件困难等，导致铸机达产率仅为10～20％。
5）设备管理和维修问题：大部分企业没有实行以点检为基础的全员设备管理制度，企业操作、维修和检修三大规程不够健全，管理维修人员数量少，文化技术素质低。
6）备品、备件供应不充分：进口铸机备件供应不充分主要因为铸机自许多国家引进，机型复杂，随机备件很少，又缺少图纸资料，有时无法转化。
   （2）板坯连铸技术落后
    板坯连铸技术落后，这是我国连铸技术落后的一个重要原因，建设大板坯连铸机可带动连铸技术的发展和连铸设备制造技术的发展，还可迅速提高连铸比。
   （3）特殊钢连铸技术落后
    工业先进国家的特殊钢连铸比均在60％以上。80年代后期我国陆续从国外引进一批弧形和水平特殊钢连铸机，1989年底共建成特殊钢连铸机11台，年产铸坯能力约113.5万t。但1989年的达产率仅20％，连铸比也比较低。
1.2.4  连铸铸钢的优越性
    与传统的模铸相比，连铸有以下几个方面的优越性。
    （1） 简化了生产工序，缩短了工艺流程。连铸工艺省去了脱模、整模、钢锭均热、初轧开坯等工序。由此基建投资可节约40％，占地面积减少30％，劳动力节省约70％。
    （2） 提高了金属收得率。采用模铸工艺，从钢水至铸坯的切头切尾损失达10％～20％，而连铸的的切头切尾损失达1％～2％，故可提高金属收得率，带来的经济效益是相当可观的。
    （3） 降低了能源的消耗。采用连铸省掉了均热炉的再加工工序，可是能量消耗减少1/2～1/4。
    （4） 生产过程机械化、自动化程度提高。在炼钢生产过程中，模铸是一项劳动强度大、劳动环境恶劣的工序。尤其是对氧气转炉炼钢的发展而言，模铸已成为提高生产率的限制环节。采用连铸后，由于设备和操作水平的提高及采用全程计算机控制和管理，劳动环境得到了根本性的改善。连铸操作自动化和智能化已成为现实。
    （5） 连铸钢种扩大，产品质量日益提高。目前几乎所有的钢种都可以用连铸生产。连铸的钢种已扩大到包括超纯净钢（IF钢）、高牌号硅钢、不锈钢、Z向钢、管线钢、重轨、硬线、工具钢以及合金钢等500多个。

2  设计的主要内容
2.1 设计内容：
（1） 弧形连铸机总体设计方案
（2） 弧形连铸机的主要参数计算
（3） 弧形结晶器相关参数的确定
（4） 结晶器窄面调宽机构的结构设计
（5） 结晶器窄面调宽机构传动系统设计
（6） 液压缸的选型
（7） 滑动螺旋传动的设计计算
2.2  主要技术设计参数
    结晶器高度900mm；振动频率20～200次/分；振幅为3、4、5、6mm(四种情况)；拉坯速度为0.25～2.5m/min；年实际工作天数266天/年；铸坯断面尺寸：宽度1600mm，厚度250mm；钢包重量270t；结晶器及快台部分自重25t；结晶器宽面、窄面调整速度2～20mm/min等。
2.3  拟采取的设计方法、技术路线
2.3.1  设计方法：
（1）依照相关书籍计算连铸机和结晶器相关参数。
（2）对有关机构、传动装置、夹紧装置进行合理的分析和设计。
（3）用AutoCAD或CAXA完成主要设计任务，绘制相关零件图和装配图。
2.3.2  技术路线：

了解设计题目，查阅资料对结晶器进行工艺分析

↓

制定工艺方案，对方案进行比较选出最佳方案

↓

粗略估算结晶器尺寸，确定连铸机机型以及相关参数

↓

弧形结晶器的设计包括结晶器调宽设计，夹紧装置设计

↓

查阅书籍，整理设计资料及准备相应论文，把各个零件图，开题报告和设计论文整理并装订成册，准备答辩

3  设计计划及预期进展
（1）第七周：完成总体工艺方案的分析和确定；
（2）第八周：完成基本计算和结晶器关键结构方案设计；
（3）第九～第十周：完成结晶器总体结构设计；
（4）第十一～第十二周：完成结晶器零件的详细设计；
（5）第十三～第十五周：编制结晶器零件制造工艺方案，撰写毕业设计说明书；
（6）第十六周：完成所有设计文档、资料的整理收尾工作，答辩。
 
4  参考文献