48t鋼錠模設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù).doc

龍成鋼鐵集團(tuán)公司48/43噸大鋼錠設(shè)計(jì)說明書遼寧科技大學(xué)冶金工程技術(shù)中心2008-5-20龍成鋼鐵集團(tuán)公司48/43噸大鋼錠設(shè)計(jì)一 項(xiàng)目概況和設(shè)計(jì)要求龍成鋼鐵集團(tuán)為了生產(chǎn)特殊鋼種、特厚、特重鋼板，擬開發(fā)45-50噸特大鋼錠?，F(xiàn)廠冶煉、澆鑄、加熱、軋制的基本條件如下：1. 轉(zhuǎn)爐、LF、RH工稱容量100噸，可以保證生產(chǎn)純凈鋼和特種鋼的需要。2. 鋼錠采用坑鑄或車鑄，鑄錠、整脫模現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地滿足鑄錠要求（年產(chǎn)量約100萬噸）。3. 鋼錠采用均熱爐或車底式室狀爐加熱，均熱爐爐膛尺寸8x3.9x4.9米，采用高爐、轉(zhuǎn)爐混合煤氣加熱。4. 均熱跨間鉗式吊車噸位，主鉤45噸，副鉤50噸，主鉤升起最大高度10米，夾鉗開度2200/800mm。5. 受錠、運(yùn)錠輥道寬2500mm，軋機(jī)前后輥道寬3800mm。6. 軋機(jī)高壓水除鱗箱內(nèi)腔高1300mm，水壓25MPa。7. 軋機(jī)前立輥開度3800/1200mm，最大軋制力700噸，電機(jī)功率2x1500kW。8. 軋機(jī)前后延伸輥道間距800mm。9. 厚板軋機(jī)工作輥直徑1120/1020mm，輥身長(zhǎng)3800mm，支撐輥直徑2200/2000mm，輥身長(zhǎng)3700mm，軋機(jī)最大開口度1100mm，電機(jī)功率2x7000kW，最大軋制力8000噸，轉(zhuǎn)速0-40-90rpm。10. 四輥軋機(jī)和立輥軋機(jī)間距4800mm，不形成連軋。11. 精整吊車噸位15+15噸，橋式雙鉤電磁掛梁吊車。12. 11輥矯直機(jī)，矯直鋼板厚6-120mm，鋼板長(zhǎng)度4000-42000mm，最大矯直力3500噸。13. 液壓鍘刀式雙邊剪，剪切鋼板厚6-50mm。14. 預(yù)留超聲波探傷裝置。15. 熱處理設(shè)備：輥底式?；癄t，輥底式淬火爐各一座，外部機(jī)械化爐8座，車底式加熱爐3座。16. 粗軋機(jī)和精軋機(jī)間距120.26米，精軋機(jī)與矯直機(jī)間距108.55米。17. 生產(chǎn)鋼板規(guī)格：厚6-400；寬1500-3600；長(zhǎng)3000-18000mm，單重：Max. 45噸。設(shè)計(jì)要求為：1 錠重45-50噸，一爐兩錠，出鋼量按100噸計(jì)算。2 鋼錠調(diào)整范圍5.0噸。3 適應(yīng)鋼種為：普碳鋼、低合金高強(qiáng)度鋼、模具鋼、高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼。4 鋼板厚度100-400mm，寬3000-3600mm。5 超聲波探傷合格率：III級(jí)90%（厚度在220mm以下）。6 成材率73%。二 錠重設(shè)計(jì)和錠型計(jì)算1 設(shè)計(jì)方案1) 對(duì)于特大扁鋼錠，國(guó)內(nèi)外有兩種錠型。一種為上小下大，鋼錠模內(nèi)插用來調(diào)整澆高的絕熱板，下部帶凹型底盤的鋼錠；另一種為上大下小，頭部戴保溫帽，下部為弧形實(shí)底的錠型，二者均采用下鑄法。前者的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)錠重比較方便，模錠比和模耗較小，但由于錠型上小下大，內(nèi)部容易產(chǎn)生二次縮孔和嚴(yán)重疏松，故一般只適用于普碳鋼和對(duì)超聲波探傷無要求的鋼種和產(chǎn)品。后者內(nèi)部質(zhì)量較好，但模錠比較大，模耗較高。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，要生產(chǎn)特殊產(chǎn)品，對(duì)超聲波探傷有較高要求，故選擇上大下小戴保溫帽的錠型。2) 根據(jù)轉(zhuǎn)爐、LF爐、RH精煉爐公稱容量100噸，考慮留有鑄余1.5噸，下鑄湯道損失0.5噸，實(shí)際澆鋼量為98噸，一爐鑄2只錠，每只實(shí)際重量為49噸。采用錠模加墊圈的方法，可調(diào)整錠重為45噸，此時(shí)出鋼量為92噸。3) 特大型鋼錠由于比表面積小，凝固時(shí)間長(zhǎng)，故樹枝狀晶比較粗大，鋼錠的中心偏析亦比小鋼錠嚴(yán)重，對(duì)由于鋼中氫析出造成的“白點(diǎn)”也比較敏感，鋼錠大面表面產(chǎn)生裂紋的機(jī)率也增加。為了克服上述困難，本設(shè)計(jì)采用以下方案：A. 在可能的情況下增加寬厚比，增大比表面積，縮短凝固距離，以減少中心偏析和疏松。B. 采用波浪邊的設(shè)計(jì)，增加比表面積，加快冷卻速度增加表層細(xì)晶堅(jiān)殼帶厚度，防止裂紋產(chǎn)生。C. 采用鋼錠本體厚度方向上的較大錐度和足夠的帽容比，以保證鋼錠本體的充分補(bǔ)縮，防止二次縮孔和中心疏松產(chǎn)生。D. 采用鋼錠大面預(yù)起拱和小面梅花形凸形，底部大面較大圓弧半徑，小面較小圓弧半徑的方法控制軋件變形，提高成材率。4) 特大型鋼錠由于錠身厚度大，變形難以深透，由于多道次積累表面變形的結(jié)果，造成“雙鼓”、“魚尾”、“軋凹”，使切頭、切尾、切邊比小錠多，保證質(zhì)量的壓縮比也比小錠大，故設(shè)計(jì)中采用較大壓下量軋制，而且要用立輥控制軋件變形，使變形盡快深透。5) 由于寬厚板不僅要求縱向性能，也要求寬向性能，有的還要求Z向性能，本次設(shè)計(jì)中除用定向凝固鋼錠保證Z向性能外，對(duì)普通扁鋼錠的寬度設(shè)計(jì)上考慮了一定量的寬展比（1.3-1.5）。6) 本設(shè)計(jì)鋼錠厚度受到厚板軋機(jī)開口度1100mm的限制，最大厚度為1100mm，考慮到超聲波探傷要求的最小壓縮比為5.0，則所軋鋼板厚度最厚為220mm（無超聲波探傷要求的板厚不在此例）。7) 本設(shè)計(jì)鋼錠寬度受均熱爐夾鉗開度（2200mm）和鋼錠輸入輥道寬度（為2500mm）限制，最大寬度2300mm（夾鉗夾鋼錠保溫帽部）。8) 為保證鋼錠內(nèi)部質(zhì)量，考慮到鋼水的液態(tài)收縮和凝固體積收縮之和為4%，保溫帽的有效利用率為30%，故帽部容積占鋼錠總?cè)莘e的13.3%。如錠重為49噸，則鋼錠本體重為42.48噸，帽部重量為6.52噸；如錠重為45噸，則本體重39.01噸，帽部重量為5.99噸。9) 本設(shè)計(jì)鋼錠高度受鋼水靜壓力產(chǎn)生裂紋的限制，包括保溫帽澆高在內(nèi)的鋼錠總高被限制在3200mm以內(nèi)。10) 為保證鋼錠內(nèi)部補(bǔ)縮通道暢通，液相穴前沿呈V型，取鋼錠大面錐度為4%，為提高成材率，保證鋼錠平面矩形化，取鋼錠小面錐度1%。11) 為防止鋼錠大面縱裂，增加堅(jiān)殼帶厚度，鋼錠大面中部做成波浪形，波高10mm，弦長(zhǎng)100mm，周期間隔200mm。鋼錠由于采用縱-橫-縱軋，上述波浪不會(huì)造成折疊。12) 經(jīng)計(jì)算，49噸鋼錠高度達(dá)到3300mm，超出了裂紋生成極限，故將錠重調(diào)整為48/43噸。進(jìn)行重新設(shè)計(jì)、計(jì)算，最終錠型詳見圖紙。其中鋼錠本體上口厚1100mm，下口厚900mm，上口寬2300mm，下口寬2250mm，本體高2760mm，鋼錠下部大面圓弧半徑R=300mm，小面圓弧半徑r=100mm，大面錐度4.07%，小面錐度1.04%，大面起拱高度40/20mm，拱頂寬1400/1350mm，小面梅花形高120/100mm，圓弧半徑60/70/80mm，反向圓弧半徑200/250mm，大面波浪高10mm，寬100mm，R130mm，保溫帽澆高450mm，鋼錠全高3210mm。本體寬厚比2.275，鋼錠高厚比3.21，均在合理范圍內(nèi)。鋼錠墊圈厚度265mm，可調(diào)整鋼水重量5噸。鋼錠帽內(nèi)部襯50mm厚PS絕熱板，為防止懸掛拉裂，帽殼寬、厚各向內(nèi)收縮20mm。2 鋼錠重量計(jì)算（取液態(tài)鋼水比重=7.16t/m3）1） 鋼錠本體重量A） 本體中央梯形臺(tái)一塊B） 大面梯形片2塊C） 小面梅花形2塊（按類似弓形計(jì)算）D） 模底中間矩形塊一塊E） 模底大面兩側(cè)1/4圓柱二個(gè)F） 模底小面兩側(cè)類似梯形片二個(gè)G） 模底四個(gè)角部H） 本體澆鑄重量之和G本=41.69 t 合乎設(shè)計(jì)公差要求。2） 鋼錠帽部重量鋼錠帽部四周為防止懸掛拉裂，帽殼比本體向內(nèi)收縮20mm，每邊襯以50mm厚的PS絕熱板，剩余為帽部容積。A） 帽部中心矩形塊一塊B） 帽部大面梯形塊二個(gè)C） 帽部小面弓形塊二個(gè)D） 帽部總重G帽=6.43 t （要求為6.384 t）合乎設(shè)計(jì)要求。3） 48噸鋼錠實(shí)際重量 G錠=41.69+6.43=48.12 t實(shí)際帽容比13.3%。3 墊圈尺寸確定墊圈為調(diào)整鋼錠重量用，錠重調(diào)整范圍為5噸。43噸鋼錠按帽容比13%計(jì)算，本體重37.41噸，帽部重5.59噸。1） 與48噸錠本體重之差為41.69-37.41=4.28噸2） 模上口內(nèi)腔截面積為F=2.24 m23） 墊圈調(diào)整高度為，取為265mm。4） 保溫帽部?jī)?nèi)腔截面積為F=1.99 m25） 帽部澆高為，取為400mm。6） 43噸鋼錠最后參數(shù)為鋼錠上口寬2294 mm，上口厚1078.5 mm，鋼錠下口寬2250 mm，下口厚900 mm，本體高2760-265=2495 mm，鋼錠下部大面圓弧半徑R=300 mm，小面圓弧半徑r=100 mm，鋼錠大面錐度4.07%，鋼錠小面錐度1.04%，鋼錠小面梅花形高117.8/100 mm，圓弧半徑60/70/80 mm，反面圓弧半徑200/250 mm，鋼錠大面起拱，拱高37.8/20mm，拱頂寬1397/1350 mm，鋼錠大面波浪高10 mm，寬100 mm，R130 mm，帽部澆高400 mm，鋼錠全高2905 mm，鋼錠帽容比13%，鋼錠寬厚比2.298，高厚比2.937。三 錠模及保溫帽殼設(shè)計(jì)1. 鋼錠模設(shè)計(jì)1） 考慮到特大型鋼錠模受熱時(shí)間長(zhǎng)，熱應(yīng)力較大，錠模容易開裂，故采用高爐鐵水直接澆注鋼錠模，而不采用沖天爐鐵水，對(duì)鐵水要求控制S、P含量和澆鑄鑄模溫度。2） 鋼錠模化學(xué)成分參考如下：C：4.1-4.5%，Si：0.6-0.9%，Mn：0.6-0.8%，P0.10%，S：0.03% ，Ti：0.2%。 3） 鋼錠模大面壁厚取為錠厚的0.29倍為320mm。為緩和各部熱應(yīng)力，鋼錠?？诖竺妫盒∶妫恨D(zhuǎn)角厚度之比為1.067：1：0.95。小面壁厚300mm，轉(zhuǎn)角厚度為285mm。制造時(shí)各部公差要求均衡，要正皆正，要負(fù)皆負(fù)。4） 為緩和模壁縱向熱應(yīng)力，防止模內(nèi)壁受熱向模內(nèi)腔變形，模壁縱向距模底1700mm處加厚20/30mm，模底厚度為260mm。5） 模底眼直徑取為150/170mm，內(nèi)裝140/160mm反射水口磚，水口磚內(nèi)徑60/70mm。6） 為防止模口“開口效應(yīng)”和應(yīng)力集中，做成高400mm，厚30mm的圍帶，?？诖?5度坡角。鋼錠模全高為3020mm，?？谶€有高25mm的定位臺(tái)。7） 在錠模小面處，距頂、底450mm處設(shè)吊耳。考慮錠重48噸，加模重58噸，保溫帽重5噸，共121噸，吊耳直徑取為400mm，保證其剪切強(qiáng)度，防止斷耳。8） 模內(nèi)腔尺寸同錠型，其中大面起拱40/20mm，是為了防止模內(nèi)壁受熱向內(nèi)變形，造成模錠開裂，大面和小面模壁做成波浪形是為了增加錠模冷卻強(qiáng)度，增加表面細(xì)晶堅(jiān)殼帶厚度，防止鋼錠開裂。9） 錠模上部設(shè)調(diào)整錠重的墊圈，墊圈與錠模之間有凸凹定位臺(tái)，保證其對(duì)中，墊圈上部也有凸臺(tái)，保證保溫帽對(duì)中定位，墊圈上設(shè)兩個(gè)140mm的小吊耳。10） 錠模上要求制造廠家鑄上模號(hào)以便于管理。11） 錠模按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求保證尺寸公差和質(zhì)量，不得有裂紋、沙眼、凸包、飛翅等，模口、模底要求加工精度12.5，并保證平行度3。12） 錠模在制造后要進(jìn)行時(shí)效處理，以消除鑄造應(yīng)力。自然時(shí)效時(shí)間半年，人工時(shí)效工藝如下：以50/h速度升溫至550，保溫8h，然后隨爐冷卻至100出爐空冷。2. 保溫帽設(shè)計(jì)1） 保溫帽殼內(nèi)腔尺寸較?？诟鞣较蛳騼?nèi)收縮20mm，以防止帽座偏產(chǎn)生懸掛拉裂。帽口內(nèi)腔掛50mm厚的PS絕熱板，帽殼尺寸見圖紙。2） 根據(jù)保溫帽最大澆高450mm（48噸），最小澆高400mm（43噸），設(shè)計(jì)帽殼高度為510mm，留高60/110mm，做盛保護(hù)渣和碳化稻殼保溫用。3） 帽殼厚度取為100mm，上、下面設(shè)有100mm厚的頂板和加強(qiáng)筋，防止帽殼受熱變形。4） 帽殼上設(shè)兩個(gè)小吊耳150mm。5） 帽殼材質(zhì)與錠模相同，上、下表面為加工面，加工精度12.5。6） 帽殼內(nèi)腔由于安裝絕熱板，要求尺寸公差3mm，內(nèi)壁不得有凸包、飛翅、裂紋等缺陷。7） 為便于模、帽對(duì)中，墊圈及帽殼下表面邊部設(shè)有寬30mm，高30mm，深25mm的豁口以及對(duì)中標(biāo)記，便于人工撬杠撥正帽殼或墊圈。注：經(jīng)廠方研究，48噸錠采用整體鋼錠模，暫不加墊圈。故文中涉及套圈內(nèi)容暫不實(shí)施，可作以后參考，圖紙以整體48噸錠為準(zhǔn)。四 中心鑄管及底盤設(shè)計(jì)1 中心鑄管設(shè)計(jì)1） 考慮到48噸鋼錠模高3020mm，保溫帽高510mm，為了保證正常澆鑄必須有足夠的壓力高差，故取中心鑄管高度為3890mm。2） 由于中心鑄管很高，工人安裝中鑄管磚不便，故中鑄管做成兩截形式，中間以銷軸方式連接。3） 中鑄管材質(zhì)采用灰口鑄鐵，兩截中鑄管上均設(shè)有吊耳，直徑分別為120、150mm，其長(zhǎng)度以不妨礙掛鐵鍵為準(zhǔn)。4） 中鑄管底面為1200mm的重砣形以保證其穩(wěn)定性，底座平面與兩截中鑄管結(jié)合面為加工面，加工精度12.5，要求保證其平行度3。5） 中心鑄管內(nèi)徑為240/270mm，內(nèi)部套裝中心鑄管磚（外徑160mm，內(nèi)徑100mm）。磚的四周用灌沙方法固定，中鑄管最上方為喇叭口，內(nèi)裝高300mm外徑310/160mm的喇叭口磚。磚與中鑄管喇叭口之間的縫隙用沙子填埋、固定。6） 根據(jù)中心鑄管座磚高出底盤平面40mm，喇叭口磚高出中心鑄管50mm的條件，中鑄管磚選12個(gè)250mm長(zhǎng)的和3個(gè)200mm長(zhǎng)的磚。7） 中心鑄管內(nèi)腔不得有裂紋、砂眼、飛翅等缺陷。2 底盤設(shè)計(jì)1） 根據(jù)中心鑄管底座尺寸，鋼錠模底部尺寸，考慮到一個(gè)底盤鑄2只錠，采用鋼錠模橫放方式布置。底盤尺寸設(shè)計(jì)為長(zhǎng)4500mm，寬3200mm的矩形。2） 根據(jù)鋼錠加鋼錠模以及中心鑄管的總重約250噸，取底盤厚度為350mm。3） 根據(jù)中心鑄管座磚外形尺寸為290mm八角形的需要，底盤中部設(shè)尺寸為310/330mm的八角形凹槽，槽深配合八角座磚厚度130mm，設(shè)計(jì)為160mm，磚的四周空隙用砂子填埋。4） 根據(jù)內(nèi)徑60mm湯道磚外形120x120mm的要求，底盤湯道寬160/140mm，深140mm，縫隙用砂子填埋。5） 根據(jù)中心鑄管底座1200mm，中鑄管座磚外形尺寸290mm，鋼錠模底尺寸1420mm的要求，考慮到要壓住所有湯道縫，防止鑄中漏鋼，取湯道長(zhǎng)度為1500mm。其中放300mm長(zhǎng)的湯道磚2塊，250mm長(zhǎng)的1塊，220mm長(zhǎng)的1塊，200mm長(zhǎng)的上升孔尾磚1塊。鋼錠模與中心鑄管底座間有30mm的調(diào)節(jié)余地，尾磚后有80mm的調(diào)節(jié)余地，可用殘磚堵住。6） 為減輕底盤重量，底盤下部非湯道部分挖空，挖空處底盤厚度180mm，底盤材質(zhì)為灰口鑄鐵。7） 在底盤外側(cè)長(zhǎng)邊上，鑄4個(gè)220mm的吊耳，長(zhǎng)160mm。此時(shí)底盤要求鑄坑的寬度為3700mm。8） 底