（物料管理）物料平衡与热平衡计算
第一章物料平衡与热平衡计算
物料平衡和热平衡计算是氧气顶吹转炉冶炼工艺设计的一项基本的计算，它
是建立在物质和能量不灭定律的基础上的。它以转炉作为考察对象，根据装入转
炉内或参与炼钢过程的全部物料数据和炼钢过程的全部产物数据，如图 1-1-1所
示的收入项数据和支出项数据，来进行物料的重量和热平衡计算。通过计算，可
以定量地掌握冶炼工重要参数，做到“胸中有数”。对指导生产和分析研究改进
冶炼工艺，设计转炉炼钢车间等均有其重要意义。由于转炉炼钢过程是一个十分
复杂的物理化学过程，很显然，要求进行精确的计算较为困难，特别是热平衡，
只能是近似计算，但它仍然有十分重要的指导意义。
物料平衡和热平衡计算，一般可分为两面种方案。第一种方案是为了设计转炉及
其氧枪设备以及相应的转炉炼钢车间而进行的计算，通常侧重于理论计算，特别
是新设计转炉而无实际炉型可以参考的情况下；另一种方案是为了校核和改善已
投产的转炉冶炼工艺参数及其设备参数或者采用新工艺新技术等，而由实测数据
进行的计算，后者侧重于实测。本计算是采用第一种方案。
目前，我国顶吹转炉所采用的生铁基本上为低磷的（～%）和中磷
的（～%）两种，对这两种不同含磷量生铁的冶炼工艺制度也不相同。
因此，下面以 50吨转炉为例，分别就低磷生铁和高磷生铁两种情况，进行物料
平衡和热平衡计算。
原始数据
铁水成分及温度
表 1-1-1
成分 C Si Mn P S 温度℃
% 1250
原材料成分
表 1-1-2原 材
料成分
%
种类
CaO SiO2 MgO Al2O3 S P CaF2 FeO Fe2O3 H2O C 烧碱 合计
石灰
8
6
矿石
7
28.
8
萤石
9
5
0
轻烧
白云石 4 6 4 1
镁质炉
衬
0
5
0
表
2-1-1铁水成分与温度
成分 C Si Mn P S 温度℃
% 1300
转炉冶炼钢种常为普通碳素钢和低合金钢，在此以要求冶炼 BD3钢考虑，其成分见
表 2-1-3
成分（中限） C Si Mn P S
% ～ ～ ～
平均比热
表
1-1-4
项目
固态平均比热
千卡/公斤·度
熔化潜热
千卡/公斤
液态或气态平均比
热
千卡/公斤·度
生铁
钢
炉渣
烟尘
矿石
炉气
CO
CO2
SO2
O2
N2
H2O
52
65
50
50
冷却剂
用废钢作冷却剂，其成份与冶炼钢种成份的中限相同。(见表
1-1-3)
反应热效应
虽然炉内化学反应，实际上是在炉料温度和炉内上部气相温度之
间的任一温度发生的，但反应热效应通常仍采用 25℃作为参考温度，
值得指出的是，反应热还与组分在铁水中存在形态有关，至今对参与
化学反应有关的实际组成物还有不同的看法。但是，比较常用的反应
热数据见表 1-1-5。
表
1-1-5
放出热（千卡）
每公斤元素或化合物
反应
每公斤
分子 千卡 元素或化合
物
C(Fe3C)+O2=CO
C(Fe3C)+O2=CO2
Si(Fe3Si)+O2=SiO2
2P(Fe3P)+O2=P2O5
Mn+O2=MnO
﹡+O2=
Fe+O2=FeO
2Fe+O2=Fe2O3
3Fe+2O2=Fe3O4
C
C
Si
P
Mn
Fe
Fe
Fe
Fe
2CaO+SiO2=2CaO·SiO2
4CaO+P2O5=4CaO·P2O5
FeO+SiO2=FeO·SiO2
MnO+SiO2=MnO·SiO2
SiO2
P2O5
FeO
MnO
﹡通常近似认为是 Fe+O2=FeO
其它数据的选取（根据国内同类转炉的实测数据选取）
1．渣中铁珠量为渣量的 5%～8%，本设计取 8%。
2．金属中碳的氧化假定为：80%～90%的碳氧化成 CO，20%～10%的碳
氧化成 CO2。
3．喷溅铁损为铁水量的 %～%，本设计取 %。
4．取炉气平均温度 1450℃，炉气中自由氧含量为 %，烟尘量铁珠
量的 %，其中 FeO=77%，Fe2O3=20%。
5．氧气成分为 %O2，%N2。
6．炉衬侵蚀量为铁水量的 %。
物料平衡计算
根据铁水成份，渣料质量以及冶炼钢种，采用单渣不留渣操作，
通常首先以 100公斤铁水为计算基础，然后再折算成 100公斤金属料。
炉渣量及其成份的计算
炉渣来自金属中元素的氧化产物，渣料以及炉衬侵蚀等。
1．铁水中各元素氧化量(见表 2-2-1)
表
1-2-1
成份重量
项目（公斤）
C Si Mn P S
铁水
终点钢水
氧化量
痕迹
终点钢水成份是根据同类转炉冶炼钢种的实际数据选取，其中：
[C]：应根据冶炼钢种含碳量的中限和预估计的脱氧剂的增碳量
（~）之差来确定终点钢水含碳量，取 %。
[Si]：在碱性转炉炼钢法中，铁水中的硅几乎全部被氧化，随同加入
的其它材料带入的 SiO2一起进入炉渣中，故终点钢水硅的含量为
痕迹。
[Mn]：终点钢水残锰量，一般为铁水中锰含量的 30%～40%，取 30%。
[P]：采用低磷铁水操作，铁水中磷约 85～95%进入炉渣，在此取铁水
中
磷的 90%进入炉渣，10%留在钢中。同时要考虑钢包中回磷的因素。
[S]：氧气转炉内去硫率不高，一般在 30～50%的范围，取 40%。
2．各元素氧化量、耗氧量及其氧化产物量见表 1-2-2。
表
1-2-2
元素 反应及其产物
元素氧化量
（公斤）
耗氧量
（公斤）
氧化产物量
（公斤）
备注
C
C
Si
Mn
P
S
S
Fe
Fe
[C]+{O2}={CO}
[C]+{O2}={CO2}
[Si]+{O2}=(SiO2)
[Mn]+{O2}=(MnO)
2[P]+{O2}=(P2O5)
[S]+{O2}={SO2}
[S]+(CaO)=(CaS)
+[O]
[Fe]+{O2}=(FeO)
2[Fe]+{O2}=(Fe2O
3)
×90%=3.
690
×10%=0.
410
0.
850
0.
406
0.
135
×=
=
1.
056
0.
475
×=
×=
×=
×=
×=
×=
×(-)=
5
×=
×=
×=
×=
×=
×=
×=
×=
×=﹡
1.
358
0.
679
假定气化硫率占总
去硫率的。表
示还原出的氧量，消
耗 CaO量为
×=
见表 2-2-8
见表 2-2-8
﹡指生成的 CaS量
3．造渣剂成分及数量
50吨氧气转炉加入造渣剂数量，是根据国内同类转炉有关数据选取：
1)矿石加入量及成分
矿石加入量为 公斤／100公斤铁水，其成分及重量见表 1-2-3
表 1-2-3
成分 重量(公斤)
Fe2O3
FeO
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
﹡S
H2O
×%＝
×%＝
×%＝
×%＝
×%＝
×%＝
×%＝
×%＝
共计
﹡S以［S］＋(CaO)＝(CaO)＋[O]的形式反应，其中生成 CaS量为
×＝公斤，消耗 CaO量为 ×＝公斤，生成微量氧为 ×＝
公斤。
2)萤石加入量及成分
萤石加入量为 公斤／100公斤铁水，其成分及重量见表 2-2-4
表
1-2-4
成分 重量(公斤)
CaF2
SiO2
Al2O3
MgO
﹡P
﹡﹡S
H2O
×%＝
×%＝
×%＝
×%＝
×%＝
×%＝
×%＝
共计
﹡P以 2[P]+{O2}=（P2O5）的形式进行反应，其中生成 P2O5量为 ×=公
斤，消耗氧量为 ×=公斤。
﹡﹡S微量，忽略之。
3）炉衬侵蚀量为 公斤/100公斤铁水，其成分及重量见表 1-2-5
表 1-2-5
成分 重量(公斤)
CaO
MgO
SiO2
Al2O3
C
×%＝
×%＝
×%＝
×%＝
×%＝
共计
被浸蚀的炉衬中碳的氧化，同金属中碳的氧化成 CO，CO2的比例相同，即：
×90%×=公斤
×10%×=公斤
其消耗氧气量为：×=公斤 ×=公斤
共消耗氧气量为 +=公斤
4）生白云石加入量及成份
为了提高转炉炉衬寿命，在加入石灰造渣的同时，添加一部分白云作造渣剂，
其目的是提高炉渣中 MgO的含量。初期渣中（MgO）含量增高，使炉渣的熔点和
粘度明显降低，减缓或阻碍石灰颗粒表面的硅酸二钙层（2CaO·SiO2）的形成，从
而加速石灰的熔解。同时，能减少初期渣中的（FeO）含量或者中和一部分氧化
铁，因此降低了炉渣的有效氧化能力。这样就使得焦油白云石炉衬中碳的氧化作
用减慢，有利于提高炉衬浸蚀能力。另外，提高炉渣中的（MgO）含量，降低了
炉渣对炉衬的浸蚀能力，在吹炼后期随着炉渣碱度的提高，其粘度相应提高，使
得炉壁容易挂渣，从而保护避免受浸蚀，也有利于提高炉衬寿命。生产实践表明，
渣中（MgO）含量为 6～8%时，其效果较好。为此，必须保证渣中（MgO）含量在
6～8%之间来计算白云石加入量。经试算后取生白云石加入量为 ～
斤铁水，本设计取 ，其成份及重量见表 1-2-6
表 1-2-6
成分 重量(公斤)
CaO
MgO
SiO2
Al2O3
烧碱
×%＝
×%＝
×%＝
×%＝
×%＝
共计
烧减是指生白云石（MgCO3·CaCO3）分解后而生产的 CO2气体。
5）炉渣碱度和石灰加入量
取终渣碱度 R==～取
首先计算由上述造渣剂以及铁水中各元素氧化产物而进入炉渣中的 SiO2和
CaO的重量，然后再计算石灰加入量。
渣中已存在的∑(SiO2)量=铁水中 Si氧化生成的 SiO2量+炉衬带入的 SiO2量
+矿石带入的 SiO2量+萤石带入的 SiO2量+白云石带入的 SiO2量
=++++=公斤。
渣中已存在的∑(CaO)量=白云石带入的 CaO量+炉衬带入的 CaO量+矿石带入
的 CaO量 -铁 水 中 S成 渣 消 耗 的 CaO量 -矿 石 中 S成 渣 消 耗 的 CaO量
=++=公斤。
石灰加入量==
==公斤
加入石灰所代入的各成份及重量见表 1-2-7。
表 1-2-7
成分 重量(公斤)
CaO
MgO
SiO2
Al2O3
﹡S
烧碱
×%＝
×%＝
×%＝
×%＝
×%＝
×%＝
共计
﹡S以[S]+（CaO）=（CaS）+[O]的形式反应，其中生成（CaS）量为
×=，生成氧量为 ×=公斤；消耗（CaO）量为 ×=
公斤。
烧减是指未烧透的 CaCO3经受热分解所产生的 CO2气体量。
6）终点氧化铁的确定
终渣中氧化铁的含量与钢水的终点含碳量和终渣的碱度有关，根据生产实践
数据，终点钢水含碳量为 %和终渣碱度为 时，终渣中（Fe2O3）=5%和
（FeO）=10%。
7）终渣量及其成份
表 1-2-8中不计（FeO）和（Fe2O3）在内的炉渣重量为：
(CaO+MgO+SiO2+P2O5+MnO+Al2O3+CaF2+CaS)
=+++++++
=公斤
已知渣中氧化铁量为 15%，则渣中其它成份之和为 100%－15%=85%
故炉渣总重量为=公斤由此可知：
（FeO）的重量=×10%=公斤，其中铁重=×=公斤（Fe2O3）
的重量=×5%=公斤，其中铁重量=×=公斤
将（FeO）和（Fe2O3）的值分别填入表 2-3-2中。终渣量及其成份见表 1-2-8。
表
1-2-8
成份 氧化产物量
(公斤)
石灰
(公斤)
矿石
(公斤)
轻烧白云石
(公斤)
炉衬
(公斤)
萤石
(公斤)
合计
(公斤)
%
CaO
MgO
SiO2
P2O5
MnO
Al2O3
CaF2
CaS
FeO
﹡
﹡
Fe2O3 ﹡﹡
总计
﹡=石灰中 CaO含量—石灰中 S自耗 CaO重量=－=
﹡和﹡﹡是元素铁被氧化成氧化亚铁和三氧化二铁的重量。
矿石、烟尘中的铁及重量
假定矿石中∑（FeO）全部被还原成铁，则：
矿石带入铁量=×(%×+%×)=公斤
烟尘带走铁量=×(77%×+20%×)=公斤
矿石代入的氧量=×(%×+%×)=公斤
烟尘消耗氧量=×(77%×+20%×)=公斤
炉气成份及重量
表 1-2-9
成份 重量(公斤) 体积，米 3 %（体积）
CO
CO2
SO2
O2
N2
H2O
﹡
﹡﹡
×=
×=
×=
﹡
﹡﹡
×=
共计
表 1-2-9中各项的计算如下；
CO的重量=铁水中的 C被氧化成 CO的重量+炉衬中的 C被氧化成 CO的重量
=+=公斤
CO2的重量=铁水中的 C被氧化成 CO2的重量+炉衬中的 C被氧化成 CO2的重量+白
云石烧减的重量+石灰烧减的
=+++=公斤
SO2的重量=铁水中的 S气化而产生的氧化物重量=公斤
H2O汽的重量=矿石代入的水分全部汽化的重量+萤石代入的水分全部汽化的重量
=+=公斤
﹡和﹡﹡分别是自由氧和氮气的重量和体积，它是由表 1-2-9中炉气的其它
成份反算出来的，即已知氧气成份为 %O2，%N2和炉气中自由氧体积比为
%，求自由氧和氮气的体积和重量，其求法如下：
设炉气总体积为 X米 3，则
X=元素氧化生成的气体体积和水蒸汽的体积+自由氧体积+氮气体积，即：
X=++++%X+×(%)
=+%X+(+%X)
整理得：X==米 3
故炉气中自由氧体积=×%=米 3
自由氧重量=×=公斤
炉气中氮气体积=+%×=米 3
炉气中氮气重量=×=公斤
﹡﹡﹡括号内的数据参看下面氧气消耗项目。
氧气消耗量计算
消耗和代入氧气的项目为：
为元素氧化耗氧重量 公斤
烟尘中铁氧化耗氧重量 公斤
炉衬中碳氧化耗氧重量 公斤
萤石中磷氧化耗氧重量 公斤
炉气中自由氧重量 公斤
炉气中氮气重量 公斤
矿石分解代入及其中硫把氧化钙还原出的氧的重量为：
×(%××+%×)+=公斤
石灰中硫把氧化钙还原出的氧重量 公斤
故氧气实际消耗重量为：
+++++=公斤
换算成体积=×=标米 3/100公斤铁水
或 标米 3/吨铁水.
吨钢耗氧量，即供氧强度在 55-65m3/t则计算合理。
钢水量计算
吹损包括下列组成项目：
化学损失（元素氧化）量 公斤
烟尘中铁损失量 公斤
渣中铁珠损失量 ×8%=公斤
喷溅铁损失量 公斤
但是，矿石代入铁量 公斤
故钢水重量为 100-(+++)+=公斤
即钢水收得率为 %
物料平衡表（以 100公斤铁水为基础）
表 1-2-10
收入项 支出项
项目 重量（公斤） % 项目 重量（公斤） %
铁水
石灰
矿石
萤石
白云石
炉衬
氧气
钢水
炉渣
炉气
烟尘
铁珠
喷溅
总计 总计
计算误差=×100%
=×100%
=%≤±%则合格
热平衡计算
热收入项
1．铁水物理热(为了简化计算，取冷料入炉温度均为 25℃.)
铁水熔点:=1536-(×100+×8+×5+×30+×25)-7
=1089℃
式中 100、8、5、30、25分别为 C、Si、Mn、P、S元素增加 1%含量降低铁水熔点
值；7为气体O2、H2、N共降低铁水熔点值；1536℃为纯铁熔点，取铁水温度为1250℃，
则：
铁水物理热=100×[×(1089-25)+52+×1250-1089]
=27360千卡
2．铁水中各元素氧化放热及成渣热
×=千卡
×=千卡
×=千卡
×=千卡
×=千卡
×=千卡
×=千卡
P2O54CaO·×=千卡
SiO22CaO·×=千卡
共计 千卡
3.烟尘氧化放热
×(77%××+20%××)=千卡
则热收入总量为：27360++=千卡
注：对于炉衬中的 C和萤石中的 P，其氧化放热甚少，故忽略之。
热支出项
1．钢水物理热
钢水熔点:
=1536-(×65+×5+×30+×25)-7=1517℃
式中 65、5、30、25分别为钢中元素 C、Mn、P、S增加 1%时钢水熔点的降低
值。℃
确定出钢温度：
（1）钢水过热度，镇静钢一般在 70～90℃，取 70℃
（2）镇静温度降，按 1～3℃/分钟计，镇静时间为 7～9分，故其温度降为 21℃
（3）出钢温度降，一般在 40～50℃,取 50℃.
故出钢温度=钢水熔点+过热度+镇静温度降+出钢温度降
=1517+70+21+50=1658℃
则钢水物理热=×[×(1517-25)+65+×(1658-1517)]
=千卡
2．炉渣物理热
取终点炉渣温度与钢水温度相同，即 1658℃
故炉渣物理热=×[×(1658-25)+50]=千卡
3．矿石分解吸热:1×(%××+%××)
=千卡
4．烟尘物理热:×[×(1450-25)+50]=千卡
5．炉气物理热:(×+)×1450=
6．渣中铁珠物理热:
×[×(1517-25)+65+×(1658-1517)]=
7．喷溅金属物理热:
1×[×(1517-25)+65+×(1658-1517)]=千卡
8．白云石分解吸热:
取生白云石中的 CaCO3在 1183K分解，MgCO3在 750K分解，经过计算，生白
云石的分解热效应为生 340千卡/公斤生白云石，故 3公斤生白云石分解吸热为 3
×340=1020千卡
上述各项热支出量为:
+++++++1020
=千卡
9．剩余热量:
吹炼过程转炉热辐射、对流、传导、传热以及冷却等带走的热量，与炉容量
小，操作等因素有关，一般为总收入热量的 3～8%，本计算取 5%，故热损失为
×5%=千卡
则剩余热量为 =千卡
10．废钢加入量:
1公斤废钢吸收热量为:
1×[×(1517-25)+65+×1658-1517]=千卡
则可加入的废钢量为：=公斤即废钢比为:×100%=%
11.热平衡表表 1-3-1
收入项 支出项
项目
热量
（千卡）
%
项目
热量
（千卡）
%
铁水物理热 钢水物理热
元素氧化放热
和成渣热
炉渣物理热
其中 C 矿石分解热
Si 烟尘物理热
Mn 炉气物理热
P 铁珠物理热
Fe 喷溅物理热 3424
P2O5 白云石分解热 1020
SiO2 其它热损失
烟尘氧化热 废钢物理热
共计 共计
热效率=×100%
=×100%=<%则合格。
加入废钢和脱氧剂后的物料平衡
加入废钢后的物料平衡
1．废钢中各元素应被氧化量，见表 2-4-1。
表 1-4-1
成份%
数值
C Si Mn P S
废钢成份取同一冶炼
钢种中限
终点钢水
废钢中各元素应被氧化量
痕迹
2．公斤废钢各元素氧化量，进入钢中的量，耗氧量及氧化产物量见表
1-4-2。
把表 1-4-3内的金属料（铁水+废钢）换算以 100 公斤金属料为基础，得
到重新整理加入废钢后的物料平衡。
3．加入废钢后物料平衡，见表 1-4-4。
计算误差=×100%=%
表
1-4-2
项目
反应
废钢中各元素
氧化量（公斤）
废钢进入钢
中量（公斤）
耗氧量
（公斤）
氧化产物量
（公斤）
备注
CCO ×%×90%= ×= ×=
CCO2 ×%×10%= ×= ×=
SiSiO2 ×%= ×= ×=
MnMnO ×%= ×= ×=
PP2O5 ×%= ×= ×=
SSO2 ×%×= ×= ×
=
SCaS ×%×= ×-= ×
=
生成物 CO,CO2均进入炉气
中，其和为 +
=
生成物 SiO2、、MnO、P2O5、、、、、
CaS均进入炉渣中，其和为
+++
5=
SO2量极微，忽略之
共计
=
废钢中 C同铁水中 C氧化成 CO、CO2的比例相同
把表 1-2-10和表 1-4-2有关项目合并整理为表 1-4-3
表 1-4-3
收入项 支出项
项目 重量（公斤） 项目
铁水
废钢
石灰
矿石
萤石
白云石
炉衬
氧气
+=
钢水
炉渣
炉气
烟尘
铁珠
喷溅
重量（公斤）
+=
+=
+=
总计 总计
表 1-4-4
收入项 支出项
项目 重量（公斤） % 项目 重量（公斤） %
铁水
废钢
石灰
矿石
萤石
钢水
炉渣
炉气
烟尘
铁珠
白云石
炉衬
氧气
喷溅
总计 总计
脱氧后的物料平衡
1．冶炼 BD3钢选用锰铁和硅铁脱氧，其成份如表 4-2-5
表 1-4-5
成份%
合金
C Si Mn P S Fe 备注
锰铁 牌号 n3
硅铁 / S175
2.计算锰铁、硅铁加入量
根据国内同类转炉冶炼 BD3钢种的有关数据选取：
锰铁：Mn的收得率为 75%，Si的收得率为 70%,C的收得率为 90%，其中 10%的 C
被氧化成 CO2.
硅铁：Mn的收得率为 80%，Si收得率为 75%.
两种脱氧剂含有的 P、S、Fe均全部进入钢中。
故锰铁加入量=×=公斤
硅铁加入量=×(+﹡)公斤=公斤
是锰铁中硅进入钢中所占的重量百分数。
是锰铁中各元素进入钢中的总重量。以上两者均见表 4-2-6。
3．脱氧剂中各元素的计算
﹡和﹡﹡的数据见表 4-2-8。
﹡公斤为脱氧剂总脱氧量。终点钢水含氧量，是根据终点钢水含
[C]=%，查 C-O平衡曲线，得终点钢水含[O]=%，其重量为 %×
=公斤。此含氧量远不能满足脱氧剂的耗氧量，其差值是由于出钢时
钢水二次氧化所获得的氧。
4．脱氧后的钢水成份
把表 1-2-1和表 1-4-6中有关元素进入钢中的项目合并起来，故得脱氧后的
钢水成份（见表 1-4-7）
表
1-4-
6
产物 元素进入钢中
合
金
成份
元素烧损量
（公斤）
耗氧量
（公斤）
成渣量 成炉气量 重量（公斤） 重量百分数%
SiSiO2 ×70%×
(1-75%)=
×
=
×
=
×70%×75%
=
×100%
=%
MnMnO ××
(1-80%)=
×
=
×
=
×%×80%
=
×100%
=%
P ×%
=
微量不计
硅
铁
总计
S ×%
=
微量不计
Fe ×%
=
合计
产物 元素进入钢中
合
金
成份
元素烧损量
（公斤）
耗氧量
（公斤）
成渣量 成炉气量 重量（公斤） 重量百分数%
CCO2 ×%×
(1-90%)=
×
=
×
=
×%×90%
=
×100%
=%锰
铁 SiSiO2 ×%×
(1-70%)=
×
=
×
=
×%×70%
=
×100%
=%
MnMnO ×75%×
(1-75%)=
×
=
×
=
×75%×75%
=
×100%
=%
P
×%= ×100%
=%
S ×%= 微量不计
Fe ×=
合计
表 1-4-7
成份 C Si Mn P S
%
+
+
+
+
+
5．脱氧后的物料平衡见下表
表 1-4-8
收入项 支出项
项目 重量（公
斤）
% 项目 重量（公斤） %
铁水
废钢
石灰
矿石
萤石
白云石
炉衬
锰铁
硅铁
钢水
炉渣
炉气
烟尘
铁珠
喷溅
+
=
+
=
(+)
(+)
总计 总计
计算误差=×100%
=%≤%则合格。
表
39
第二章 连铸机的总体设计及有关参数的确定
一、 连铸机的总体设计
（一） 设计原则
从系统工程的观点出发，建立“总体设计”的感念。
稳定性原则——保持连铸过程的稳定性，应该成为连铸设计的优先考虑
原则。
前后匹配衔接的原则——连铸和炼钢炉必须匹配，与热轧机必须衔接。
凝固传热是连铸的工艺理论基础，而钢坯力学则是连铸机设计的理论基
础，应建立和完善连铸机工程设计的技术理论基础和体系。
板坯连铸机设计的核心技术——铸流设计和辊列设计。
三性原则——可靠性，维修性和经济性是连铸机设计的基本思想，设备
的通用性互换性及标准化始终是设备设计和图形要遵循的基本原则。
（二） 铸机机型方案的选择
1. 铸机的类型：立式铸机、立弯式铸机、弧形铸机、椭圆形铸机、水
平式铸机。
2. 铸机特点：
A. 立式铸机
优点：（1）占地面积小；（2）夹杂物容易上浮；
（3）无弯曲，内部裂纹小；（4）铸坯冷却均匀；
（5）结构简单；
缺点：（1）钢水静压力大，铸坯易产生鼓肚；（2）基建费用高；
40
（3）不适于高拉速，生产率低；（4）铸坯定尺有限；
（5）切割很难，只能生产小方坯；
B.立弯式铸机
优点：（1）夹杂物容易上浮；（2）机身高度降低，节省投资；
（3）水平方向出坯，加长机身容易；（4）可以实现高拉速；
缺点：（1）铸坯一次弯曲，一次矫直内部裂纹增多；
（2）不适和大断面铸坯；
C.弧形铸机
优点：（1）高度低；（2）钢水静压力小，鼓肚小；
（3）加长机身容易，提高拉速；
缺点：（1）夹杂物聚集，在内弧侧；（2）铸坯冷却不均匀；
（3）设备复杂；
D.椭圆形铸机
优点：（1）高度低；（2）钢水静压力小，维修方便；
（3）投资可比弧形连铸机约低 20%~30%；
缺点：（1）夹杂物不易上浮；（2）设备安装、对中不方便；
E.水平式铸机
优点：（1）设备高度最低，投资省，建设首速度快，适合中、小电炉
钢厂技术改造；
（2）钢水无二次养活纯净度高，中间包与结晶器密不可分，铸坯内部
质量得到改善；
41
（3）钢水在水平位置凝固成型，不受弯曲矫直作用，有利防止生产裂
纹，适合于特殊钢和高合计钢的浇注；
（4）设备维护简单，处理事故方便；
（5）不加保护渣；
缺点：（1）中间包与结晶器的连接的分离环的材质寿命及成本很贵；
（2）结晶器的涂层与润滑困难；
（3）拉坯时结晶器不振动；
（三）铸机机型选择的依据
1.根据产品大纲中的铸坯断面规格范围，选择铸机机型的范围。
2.根据钢种性质特点，确定铸机为主的钢种（普通钢、特殊钢）。
3.根据生产规模大小，作业率高低，质量控制的水平等确定机型的装备
水平和设备造型的合理性。
4.研究和解决采用本机型中碰到的技术关键问题，如采用弧形结晶器多
点矫直，还是直结晶器多点弯曲多点矫直。
5.根据用户提出的特殊条件和要求选择采用的机型，如厂房高度的限制，
要求低高度的铸机。
（四）铸机与后步轧机的衔接配合
1.连铸和后步轧机的衔接配合的最终目标就是实现直接轧制或者称为
连铸连轧—CC—DR。
—DR工艺的实质是：连铸要生产高温无缺陷铸坯，热坯无需清理，
中间加热，就直接进行轧制，则要求把转炉（LD）—连铸（CC）—热
42
连轧（HOT）组成一条稳定保持高生产效率，高产品质量，高金属收得
率，低能耗，短流程，高度连续化，自动化的生产流程线。
二、连铸机升级的依据条件
（一）生产任务
本设计的任务是年产 600万吨合格铸坯的连铸车间
（二）炼钢炉的参数
1.炼钢车间年产钢谁水量：G=G/η（万吨）
η：从钢水到合格铸坯的收得率（95%~98%）由物料平衡计算所得取
96%；
G：年产铸坯量；设计任务（年产量万吨）
G==（万吨）
2.转炉冶炼周期：（30~35min）取 32min；
3.转炉年作业天数：取 365-（55~65）=300天
4.转炉公称容量=
==772（吨）
5.转炉座数：“三吹三”方式；
6.每座转炉公称容量为：772/3≈280（吨）
（三）铸坯的断面尺寸
铸坯断面尺寸规格是确定连铸机机型和功能的设计依据。铸坯断面尺寸
受冶炼设备的容量、轧机组成、轧材产品规格和产品质量等因素的制约。
三、铸坯断面选择原则
43
1.要根据轧材需要的压缩比确定，不同的产品质量要求不同的压缩比。
2.连铸机生产能力和炼钢能力合理匹配，在设计中连铸机的生产能力和
炼钢能力必须合理匹配，以便充分发挥设备的生产能力。
3.根据轧机组成、轧材品种和规格来确定，连铸坯是作为轧钢的原料，
因此连铸坯的断必须跟轧机组成、轧材品种和规格来确定。
4.要适合连铸工艺要求，采用侵入式水口浇注，板坯的厚度应在 120mm
以上。
一般来说，铸坯断面尺寸越大，浇注顺利并容易保证质量；断面尺寸越
小，对投资及轧制操候选作费用减少越有利，应寻求保证铸坯质量的最
小断面。本设计根据热连轧厂的轧机是 3300mm的，故：
铸坯断面选为：（120~350）×（1200~2500）mm
即：厚 320mm、330mm、350mm；宽：2500mm长:9000mm
（一） 浇注速度的确定
根据铸坯厚度选取注速的经验公式：Uc=1/D×fm/min
f:（300~350）取 350；
D：铸坯的厚度（取 2~3厚度）取 320mm、350mm；
∴Uc=1/320×350=
(二)铸机的最大拉坯速度和极限速度
最大拉坯速度=m/min
结晶器内的凝固速度 Km=20mm/min
铸坯出结晶器下口时安全的凝结厚度：板坯 10~15mm，本设计取 12mm
44
结晶器有效长度 Lm：（700~900mm）取 900mm；
∴=
（三）、铸机的冶金长度
铸坯的液芯长度又称液相穴深度，是指铸坯从结晶器钢液面开始到铸坯
中心液相完全凝固点的长度称铸坯的液芯长度。连铸坯液芯长度是确定
弧形连铸机的圆弧半径和二冷区长度的一个重要参数。铸坯的液芯长度
与铸坯的厚度、拉速和冷却强度有关。铸坯越厚，拉速越快，液芯长度
就越大。液芯长度与冷却强度（喷水量）也有关，增加冷却强度有助于
缩短液芯长度，但是冷却强度变化对液芯长度影响幅度小。冶金长度是
连铸机的重要结构参数，冶金长度决定连铸机的生产能力，冶金长度一
定，这台连铸机最大生产能力就限定了。在设计连铸机时，应考虑连铸
机可能达到的最大拉速，二区还应考虑投产后，由于连铸技术的继续发
展，进一步提高拉速的可能性。根据最大拉速计算出来的液芯长度，就
是连铸机的冶金长度。
本设计铸机的冶金长度 Lc=
D:铸坯的最大厚度，取 350mm
K:板坯凝固系数（35~36）取 36
Lc=m
(四)铸机长度
在确定了某台连铸机所能浇注铸坯的最大液芯长度之后，便可依据矫直
方案，计算出这台连铸机的机身长度 L，通常取为 L=（）Lc.
45
本设计的铸机长度 L=×=
（五）铸机的弧形半径
铸机弧形半径大，铸机高度增加，导致钢水静压力大，铸坯鼓肚变形量
增大，并增大设备投资。反之，铸机弧形半径小，则矫直变形率增大。
因此，座机弧形半径大小应针对不同的铸坯断面，浇注的钢种等因素，
选择最佳的半径。其值大小可根据经验或理论计算来确定。
一点矫直时的Ro：按照铸坯在850℃被矫直时不致产生矫直变形裂纹为
原则。
铸坯矫直的变形率：ε=DRo×100%.不生产矫直的裂纹，使ε≤，Ro≥D
——铸坯表面允许的延伸率，=~%
∴Ro≈40DD：铸坯厚度 350mm
∴Ro=40×350=14m
第三章铸机生产能力及其有关参数的确定
一、铸机的生产能力
进入80年代，连铸机及其工艺技术基本成熟，生产能力不断提高；优质
高效连铸机很多，国外如日本新日铁的大分厂，国内如武钢二炼钢、宝
钢、韶关钢厂等都实现了全连铸，并大在超过设计产量。影响连铸机产
量的主要因素有：浇注速度、连浇速度、流速、断面尺寸、作业率等。
设备和铸坯断面一定时，连铸机产量主要取决于作业率和拉速。当然，
操作和管理水平对连铸机的产量也十分重要的影响。
二、铸机生产能力的参数设计
46
（一）确定每包钢水的浇注时间
1.最大浇注时间：
Tm=×fmin
式中：QO:钢包容量（最大出钢量+渣量+富余）=320吨
f:质量系数(8~12)取10
∴Tm×10=76min
2.每包钢水浇注时间：
单炉浇注时间与铸坯断面和拉速等因素有关。
t=min
式中：q=r·B·D·Uct/min·流
r:钢水比重，取；
B·D:铸坯断面面积（取最小断面）；
Uc:拉速；
n：流数；
∴q=×××=
t=
(二)铸机流数的确定与校核：
n=
GD:年浇钢水量万吨；
fD:平均漏钢率（%~%）取%；
K：合格铸坯收得率96%；
47
Dy:铸机年产作业天数：365-65=300天；
ap:铸机年作业率（80%~90%）取80%；
n=
n=
第四章连铸机机型及有关参数的确定
一、连铸机机型的确定原则
在同等钢水质量、投资、产量及合格率的条件下，对生产同一规格和形
状的铸坯进行比较。应依所浇注钢种不同，综合考虑优质、高产和节约
的要求，选择合适的机型。浇注普碳钢和特殊钢时，都可选用弧形连铸
机。
二、连铸机机型的确定
弧形板坯连铸机基本特征是:从位于最上面的结晶器及紧相连的二次冷
却只导装置到拉矫机等一整套设备均匀配置在同一半径的圆弧（约占
1/4圆弧长）生产线上。在连铸生产中，铸坯要在完全凝固后才进入拉
矫机，受到矫直辊施加的外力来矫直。
（一）
该机型具有如下优点
1.机身高度低，仅为立式铸机高度的1/3，由此带来的一系列优越性，
对设备和维护，检修以及事故处理等都比较方便。钢水的静压较小，因
而大大减少因鼓肚
引起铸坯的内裂和偏析。
48
2.在克服立弯式连铸机缺点的同时，保持了发扬其水平出坯的特长，定
尺长度不在受限制为实现高速浇注创造了良好的条件。
（二）它的主要缺点；
1.鉴于钢水完全是在1/4圆弧中进行冷却您股的，其中夹杂物上浮自然
会受阻碍，又很容易向内弧富集，会造成夹杂物偏析。
2.整个连铸机占地面积比立式铸机大。
3.连铸机中，凡与弧形有关设备的加工制造以及弧形段的安装、找正均
比较麻烦。所以本设计选用三台一机两流的弧形板坯连铸机。
三、弧形板坯连铸机的有关参数
1.浇注周期Tcc
Tcc=Z×tm+tp=+tp
Z:连浇炉数5~12炉取8炉；
q:单流的铸造能力
tp:每次浇注后的间隙准备时间40~50min本设计取40min。
Tcc=Z×tm+tp=+tp=+50=241min
2.铸机小时产量Gcc:
Gcc===638t
3.铸机年产量：
Ty:年工作时间（365-65）=300天；
Ap:铸机年作业率80%；
η：从钢水到合格铸坯的收得率96%
49
G=Gcc×ty×ap×η=638×××300×24=353×104
三台连铸机的年产量是：353x3=1059万吨
4.连浇炉数的校核法：
Tm=；Tp=40min;1/2*Go=万吨
完成预定产量所需的连浇炉数Z：
Z===4（炉）
即：只要连浇4炉就可以满足年产1000万吨产量的要求，所以本设计合
理。
第五章连铸设备的选择与确定
连续铸钢生产所有的设备，实际上包括在连铸作业线上的一整套机械设
备。概括起来分为主体设备，工艺性设备以及自动控制与仪表等四大部
分。
主体设备主要包括有：浇注造设备—钢包承运设备，中间罐及中间罐小
车或旋台，结晶器及其振动装置；二次冷却支承导向装置（若在弧形连
铸造机上采用直结晶器，还无原则设顶弯装置）；拉坯矫直设备—拉
坯机，矫直机，脱锭，引锭杆及期存放装置；铸坯切断设备—火焰切
割机与机械剪切机；支毛刺与标记装置—喷印活打印机等。
辅助设备主要包括有：出坯及精整设备—辊道，拉钢机，翻钢机，火焰
清理机，冷订设备等。
工艺性准备主要包括有：中间罐烘烤装置，吹氩装置，脱气装置，保护
渣供与结晶器润滑装置，供水与水处理系统设备等。
50
自动控制与检测仪表主要有：结晶器液面的测量与显示系统，过程控制
与管理计算机，测温，测重，测长，测压等仪表系统。
从上述可知，连铸设备实际是一个大型而精密的机组。连续铸钢设备必
须适应高温钢水由液态变成液一固态，又变成固态的全过程，其间进行
比较复杂的物理与化学变化，显然，连续铸钢具有连续性强，工艺难度
大和工作条件差等特点，因此，生产工艺对机械设备提出了较高的要求，
主要有：设备应具有足够抗高热的疲劳强度和刚度，制造和安装精度要
高，易于维护和快速更换，要有充分的冷却和良好的润滑等。
一、钢包回转台
（一） 钢包回转台的确定
钢包回转台结构分单臂回转台和双臂回转台两种。本设计取双臂回转台，
其结构简单，维修方便，制造成本低，在板坯连铸上应用比较广泛。板
坯连铸机采用封闭系统浇注，为此钢包和中间包之间使用长水口装置，
所以要求回转台具有使钢包升降的功能。钢包架上有称重装置，可以随
时显示钢水时不时及根据称重确定钢包浇注结束。为使钢包保温，减少
钢水散热，防止热钢包对厂房柱子及横梁的危害，对大钢包加保温盖装
置。
（二） 钢包回转台的作用
钢包回转台通常设置在转炉出钢跨和连铸跨之间，工作时将钢包从钢水
接受跨通过回转臂转到连铸的浇注位置并支承钢包进行浇铸。浇完的钢
包将从连铸跨返回到钢水接受跨。同时回转臂的另一端将盛满钢水的钢
51
包又转到浇铸位置进行浇铸，实现多炉连浇，换包只需转半周，时间可
缩短到40-50S。这磁，在换包时，可不降低拉速。通常事故包放在接受
跨回转台受包位置下部，便于接受事故钢水。
（三） 回转台主要参数的选择
1.承载能力
回转太在浇铸过程中有很不相同的承载状况：刚开始浇铸时，通常只有
浇铸侧承运满包钢水；换包时，在回转台的两侧都有钢包，只有一侧是
空钢包，另一侧则是满包，紧值得注意的是两侧转臂上均承运满包钢水。
本设计时，按两端均匀有钢水的情况进行考虑。本设计载重=3*120=360t
2.回转速度
回转速度的确定，主要应以这台连铸机能满足多炉连浇为准，通常，允
许的回转时间一般约为,能回转180度即可，这样回转速度通常为
1r/min。但起、制动时应平稳无冲击，以防钢水溢出。事故转速为
3.回转半径
通常回转台是配置在两跨之间，回转半径一般是根据钢包的起吊条件来
确定。这里所指的回转半径是钢包浇口中心到回转中心的半径，而不是
回转台结构的最大回转半径。本设计回转半径取。
（四） 钢包回转台的特点
优点：（1）能迅速准确接收钢包；
（2）能迅速更换钢包，满足多炉连浇的邀请，1分钟之内换完；
52
（3）设有钢流保护和称重装置；
（4）发生事故时，能迅速旋转到安全位；
（5）占地浇注平台小，不影响其他设备；
缺点：（1）旋转半径限制；（2）工作精度不高；
二、中间包的设计
中间罐是钢包与结晶器间的一个中间容器。中间罐的作用是减压、稳流、
除渣、储钢分流和实行中间包冶金。在易于制造的前提下，力求散热面
积小，保温性能好，外形简单；其水口的大小与配置应满足铸坯断面、
流数和连铸机布置形式的要求，便于浇铸操作，清罐和砌砖；具有在长
期高温作业下的结构稳定性。对中间包的要求；（1）散热面积要小，
保温性要好；（2）结构简单，便于砌砖、清渣，倾翻浇注操作；（3）
水口布置要符合铸坯断面的要求；（4）结构要有一定高温强度；
（一）中间包的容量确定
1. 方法一：中间包容量主要根据铸坯断面大小、流数和拉
坯速度以及换包操作所需要的时间来确定。
Gm=×U×P×t×N=×××××2×2=取80t中间包
2. 式中：
F：铸坯断面积2m；
U:拉速
P:钢水密度
T：更换钢包时间2min;
53
N:流数2流。
3. 方法二：中间包的容量一般为大包容量的20%~40%,本设
计25%即320×25%=80t中间包，溢流取90t
(二)中间包的形状
中间包的外形：中间包应能均匀地将钢水分配到每个水口，并有利于钢
和渣的分离；尽量减少散热损失；利于操作，拆修方便。采用T型中间
包，在钢包主流冲击点与中间包
1. 体间设挡墙，避免水口周围出现旋窝，可防止夹杂物、
渣或耐火材料颗粒的进入结晶器。所以本设计采取T型中间包。
2. 中间包的内形：中间包水口中心线与侧壁的距离对铸坯
质量的影响是中间包内钢水深度愈深，水口中心线与侧壁距离愈大，卷
渣少，夹渣废品愈低，一般选定水口中心线距包衬内壁距离为大于等于
400-600mm。
（三）中间包的内腔尺寸
中间包内腔主要参数：高度、长度、角度和宽度。
（四）中间包高度的确定
中间包内为保证夹杂物充分上浮，钢液在中间包内最佳停留时间约
8~10min。
H=h1+hmax+h5=h1+(Hp+h4)+h5=200+1000+100=1300mm
式中：
Hp:确保浇注液位700-1000本设计取900mm
54
Hmax:最大液面深=Hp+h4=900+100=1000mm
H1:耐火材料层厚度，本设计取200mm
H5:钢液面距包口距离，100-200本设计取100
中间包内高=（Hp+H4）+h5=1000+100=1100mm
(五)中间包长度的确定
长度方向尺寸确定的基准是中间包水口位置，当水口距各部位的尺寸确
定后，长度即可确定。
L2=（n-1）L2+(L1+L4)*2=(2-1)*6000+(600+200)*2=7600mm
式中：
L1：水口距耐火墙的距离400-600mm本设计取500mm
L2：流间距，本设计取6100mm
L4：耐火材料层厚度200-300mm本设计取200mm
包口尺寸为：L1=L2+2Htga3=7600+2*1300*tg11°=8016mm
a3:中间包端倾角9°~12°本设计取11°
（六）中间包宽度的确定
当高度、长度和角度尺寸确定后，宽度尺寸基本上是根据存放钢水量的
多少来确定的。
V中包=G/p=90/=
S面积=1/2H（L1+L2）=1/×(8+)=
下口宽度=V中包/S面积=
tgQ=y/Hy=tgQ*H=tg11°×1100=187mm
55
上口宽度=下口宽度+y=1380+2×187=1754mm
三、据以上计算确定的是中间包内腔尺寸，可以满足下列条件
1. 创造了钢水稳定流动的条件，造成了渣子浮的条件，保
证了渣子上浮的时间；
2. 减少了钢水对端墙处耐火材料的提前冲冲蚀；
3. 保证了正常浇注的缓冲时间；
4. 提高了钢液深度，缩小钢水散热面积；
5. 在中间包一定钢液面下停浇，提高了尾坯质量；
6. 由于钢液深度的提高，在保证一定储钢量情况，可以减
少中间包的宽度，使浇钢结束时，包内剩余残钢量减少，提高钢水收得
率。
（一） 中间包的水口直径
中间包的水口直径是根据连铸机的最大拉速来确定的，以保证连铸机在
最拉速时所需的钢水量。水口直径过小不仅会限制连铸机拉速，而且也
容易冻结水口。合适的水口直径选择，还要经过生产实践的检验在作调
整。
d===103mm
式中：d：水口直径；
G:最大拉速时的钢流量G=p·F·U=××××60t/min;
h：中间包内液面深度900mm
(二)中间包使用的确定
56
1.昼夜出钢炉数：24×60/冶炼周期×2座=24×60/30×2=96炉；
2.中间包使用寿命为4炉；
3.中间包使用包次为96炉/4炉=23次
（三）中间包车
中间包车通常由车体、走行机构、横向微调机构、升降机构和称重装置
所组成。
四、结晶器的设计
连铸的结晶器是个典型热交换器。结晶器传热主要通过两个方向进行。
即水平方向传热和垂直方向传热。
（一）结晶器型式选择
结晶器是连铸机中的关键部件，为满足工艺要求，一个设计合理，选材
合适的结晶器应具备以下性能：
1. 具有两号的导热性、耐磨性和导磁性。
2. 具有足够的抗热疲劳强度，刚度和硬度。
3. 具有良好的结构钢性和工艺性，易于制造，拆装和调整。
4. 力求质量轻些，以减少振动时的惯性力。
而可调组合式结晶器常用于板坯连铸机上。在大型连铸机，特别是在板
坯连铸机上，组合式结晶器获得了越来越广泛的应用。带水冷格栅的组
合式结晶器。它同一般组合式结晶器一样，都是由四块复合壁板。组装
而成的。它是采用宽面壁板，通过四支螺杆压紧窄面壁板，在经液压松
开的方式，使窄壁板的调整以末级螺旋传动得以实现。采用电动遥控的
57
方式来自动调整结晶器的宽度，并配备有连续锥度测量系统，以保证调
宽时的锥度。所以本设计选取带水冷格栅的可调组合式结晶器。
（二）结晶器材质的选择
结晶器的材质实际上指的是结晶器内壁铜板的材质。由于连铸工艺特殊
性，高温钢水与结晶器内壁铜板直接接触，因此它的材质必须是导热系
数大、膨胀系数小、较而不变形。经过长期实践证明，比较接近要求的
是铜或铜基合金。由于铜的耐磨性差，为提高使用寿命，通常在铜板上
镀层铬。
铜合金是在纯铜中掺入铬、锆、银、锑、猛等元素来改善铜墙铁壁的强
度。以提高结晶器寿命。所以本设计结晶器的材质选用铜合金。
（三）结晶器断面尺寸的确定
结晶器断面尺寸是根据铸坯在冷态下的公称尺寸并考虑钢液凝固和温
降引起的收缩量而加以确定的。铸坯在拉矫过程中造成的压缩和宽展，
对铸坯尺寸少量影响也应予考虑。
五、结晶器的倒锥度
（一）结晶器的概念及意义
钢水在结晶器中冷却生成坯壳，进而收缩脱离结晶器壁。为了减少气隙，
提高结晶器的导热能力，加速坯壳的生长，在设计结晶器时，通常将结
晶器下口断面制成比上口断面略小，称为结晶器的倒锥度。若结晶器倒
锥度过小，可能导致铸坯菱变、纵向凹陷及纵向裂纹等缺陷；若倒锥度
过大，虽然结晶器的导出热量增加，但是拉坯阻力随之增大，可能出现
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横裂纹，甚至使坯壳拉断；最佳结晶器倒锥度主要决定于拉速、断面尺
寸和含碳量。
本设计的结晶器的倒锥度取%/m
（二）结晶器宽边
∵倒锥度=（1-1）/Hm*100%=(B-B)/900*100%=%
∴（B-B）=9
又∵B=（1+~%）Bo=(1+%)Bo==×2500=2550mm
∴B=B-9=2550-9=2541mm
式中：
B：结晶器上口宽度，mm；B=结晶器下口宽度，mm；Bo：铸坯公称宽度，
mm。
（三）结晶器窄边
D=（1+%）Do+2=(1+)×350+2=取357mm
D=D-1=357-1=356m
式中：
D：结晶器下口厚度，mm；D：结晶器下口厚度，mm；
Do：铸坯公称厚度，250mm。
（四）结晶器长度
结晶器长度的确定，应能保证铸坯在出结晶器下口时，具有足够坯壳厚
度，以防生产漏钢的危险。结晶器长度主要取决于浇注速度、铸坯出结
晶器最小坯壳厚度和结晶器的冷却强度等。
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本设计选取结晶器的长度为900mm
校核：设坯壳出结晶器出口处的坯壳厚度为Xmm
X===23×=
式中：
K：凝固系数取23；
Le:结晶器有效长度，距上口100mm，900-100=800mm；
板坯结晶器的出口坯壳厚度在10~12mm之间，所以本设计取结晶器的长
度合格。
（五）结晶器的水缝面积
F=Q·S/V=120×
式中：
Q：结晶器单位周长耗水量取120m/h·m;
S:结晶器周边长度：2×（2550+900+357+900）=×10；
V：冷却水流速取8m/s
(六)结晶器冷却水量
总量：Q=F·U=×10××3600=565m/h
式中：
U：水流速取
宽边的量：F=Q*S/V=120×2×(2550+900)×10/8×3600=29×10m
Q=FU=29×10××3600=
窄边的量：F=Q*S/V=120×2×(357+900)×10/8×3600=×10m
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Q=FU=×10××3600=
(七)结晶器的振动
结晶器的振动：就是指在振动的过程中结晶器运动速度随时间变化的规
律。
结晶器的振动方式的确定：实践说明，拉速越高，保护渣的耗量就越低
润滑效果也越差。尤其在结晶器钢液面附近发生漏钢的危险就越大，而
非正弦振动能提高液面下铸坯与结晶器间的润滑，所以本设计选取结晶
器的振动方式为非正弦振动。
六、二冷区的设计
带有液芯的铸坯从结晶器出来进入二冷区冷却，冷却水直接喷在铸坯上
进一步冷却和完全部凝固的任务。因此，铸坯质量和铸机生产率在很大
程度上决定于二次冷却强度、冷却水的分配与控制、冷却方式、二冷区
设备的水平。
（一）二冷强度的概念及其控制原则
二冷强度：单位质量的钢在二冷过程中的喷水量，单位L/kg钢
二冷强度的控制原则：铸坯在凝固时，由于热应力生产的内部裂纹，随
着比水量减少和喷水区的延长而减少，即在二冷区却采用弱冷却制度冷
却铸坯，使铸坯在二次冷却区保持高温运行，对减少中、高碳钢和合金
的内部裂纹是至关重要的。对于普通钢、低合金钢，冷却强度为
感性强的钢种可采用
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坯热送和直接轧制技术的出现，二冷普通倾向于弱冷，以提高铸坯的温
度。
（二）二冷区的水量及其分配
1. 二冷区的水量
二次冷却区的水量可按下式计算:
Q=WG=(+××)×638=319m/h
式中：
Q:二冷区水量，m/h；
W：二冷区比水量，W=+*
G：连铸机小时产量，t/h
2. 二冷区长度的确定
二冷区喷水总长度一般为冶金长度40%--65%本设计取50%。
∴L=Lc*50%=*50%=
3. 二冷区各段冷却水的分配
分配原则是：既要使铸坯散热快，又要防止铸坯在冷凝收缩时坯壳内外
差所产生的热应力超过坯壳的强度而产生裂纹。各段冷却水量的分配应
根据铸坯断面、钢种和拉坯速度等具体条件通过实践调整确定。
本设计对二冷区各段的长度分配如下：
足辊：；零段：；1~2段：；3~4段：；5~6段：
；
各段冷却水量：
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Q1=
Q2=
式中：
Q：二冷区的总冷却水量，319m/h；
Q1，Q2……分别为二冷区第一、二、……段的冷却水量；
11，12………分别为从结晶器液面到第一、二、……段冷却区中心点至
晶器下口的距离。
足辊的冷却水量：Q1=319/(=122m/h；
零段的冷却水量：Q2=319/(=69m/h；
1~2段的冷却水量：Q3=319/(=46m/h；
3~4段的冷却水量：Q4=319/(=4m/h；
5~6段的冷却水量：Q5=319/(=39m/h；
七、拉坯矫直设备
在各种连铸机中都必须有拉坯机，以便将引锭杆及与其凝结在一起的铸
坯连续出结晶器，然后经过二次冷却支撑导向装置使铸坯进入拉坯机，
铸坯出拉辊后便可脱锭（即将引锭杆与铸坯分开），本设计是弧形连铸
机，生产的产品是直铸坯，因此，当铸坯出拉坯机后还必须进行矫直，
由于在实际的弧形连铸机中，拉坯和矫直这两道工序常是在一个机组里
完成的，故称其为拉坯矫直机。
（一）拉坯矫直机的要求
应具有足够的拉坯和矫直能力，以适应生产上可能出现的最大阻力，并
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应备有可靠的过载保护措施；
驱动系统应具有良好的调速性能，并能实现反转，拉坯速度一般应与结
晶器的振动速度实现连锁；
为了适应连续、高温的工作条件，设备应有足够的强度和钢度，并采用
有效的方法对设备本体进行冷却，以防止变形；
在结构上要能适应铸坯断面呢在一定范围内的变化，并允许不能矫直的
铸坯通过，以及在多机多流连铸机上对其结构的特殊要球；
在实行液芯弯坯或拉矫的工艺再配以上装引锭杆的新工艺时，实际上以
使传统的二冷支导装置与拉坯矫直设备能互相渗透，实质上以成为一个
整体，即二冷支导拉矫装置。
（二）拉矫机的选取一般拉矫机主要是指以三点一次矫直体系和少量
传动辊构成的拉矫机，它用于完全凝固铸坯的拉坯和矫直，所以本设计
选取一般拉矫机。
（三）引锭杆
引锭杆是连铸机必不可少的组成部分。浇注前，引锭杆的头部作为结晶
器的“活底”将其下口堵住，并用石棉绳塞好间隙。在引锭杆头上放些
废钢板、碎钢等，以使铸坯在引锭杆头既连接牢固又有利于脱锭。而引
锭杆的尾部则应夹在拉矫机中。开始浇注时，拉矫机将强制地从结晶器
中拉出引锭杆及与其连在一起的铸坯直至铸坯被矫直、脱掉引锭杆为止，
其后的拉坯将通过拉矫辊夹紧铸坯连续拉出。而引锭杆会被送离连铸生
产线存放、清理好已备在用。引锭杆是由引锭头、引锭杆本体及连接件
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等组成。
八、铸坯切割设备
脱锭后连铸坯须按用户或下部工序要求，将运动中的铸坯切成定尺或倍
尺长度。在连铸中所用的切割装置与冶金工业常见的切割设备基本一样。
工艺上的突出特点是必须在铸坯运动中实现切割，因此，切割设备必须
与连铸坯实行严格的同步运动。
（一）切割方式的确定
火焰切割的主要特点是：投资少、设备易于加工制造，切缝质量好且不
受铸坯温度和断面尺寸大小的限制，比较灵活，尤其是铸坯断面越大越
能体现其优越性；设备的外形尺寸较小，设备重量轻，尤其对我流连铸
机列为合适。所以本设计选取切割方式为火焰切割。
（二）火焰切割机的组成
火焰切割机由切割车、同步机构、割枪及割枪小车、侧面定位装置等组
成。
九、连铸的出坯系统
连铸机出坯系统的主要任务是将切成定尺或倍尺的铸坯去除毛刺，铸好
每炉钢的标记，以备存放或运往轧钢车间。
（一）辊道
在连铸车间，辊道是纵向运输铸坯的重要机械，是实现车间机械化必不
可少的运输设备，它被广泛地用于各种作业线上。当连铸坯出拉矫机最
后一对夹棍时，便进入辊道。接着进入切割辊道、去毛刺辊道、标记辊
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道，最后进入冷床，在堆垛。条件允许的，可在完成铸坯的标记后，直
接运送到轧钢车间均热或直接轧制。辊道的总长度，一般都比较长，设
备重量也比较大。它对连铸的顺利生产有不可低估的作用。因此，正确
合理地设计与维护辊道非常重要。本设计选取单独驱动辊道，其价格低
廉、减少投资在板坯连铸机上采用比较合适。
（二）去毛刺
在去毛刺之前，先用高压水喷射毛刺部位，使毛刺变脆。易于刮除，然
后用刀具强制刮削，最后为刮刀喷水进行冷却。
去毛刺装置是由夹紧机构、刀具装置、升降装置、移动装置及其同步机
构组成。
（三）连铸坯的标记装置
在连铸生产流程中，为了便于工序之间的铸坯搬运管理和质量管理等方
面的需要，在连铸坯适当的位置上必须标记上记号。这些记号代表着连
铸坯的去向、成分（炉次）、编号和质量情况等。
本设计采取喷涂式标记装置。它的喷印头是由7个涂料喷嘴成一字形排
列，喷印字型为7×5点阵。
第六章 连铸车间尺寸设计与车间布置
一、连铸机的尺寸确定
1. 连铸机尺寸的确定直接决定着连铸车间厂房的大小及
车间的布置情况等。
2. 连铸机的总长度的确定：L=R+L+L+L+L+L+L+L+L=
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3. 连铸机的总高度的确定：浇注平台标高的确定：G=Q+=
4. 吊车轨面标高：A=G+a+b+c+d+e+f+h+I=
5. 其中：（1）浇注平台标高G=；（2）结晶器顶面标高F=
（3）中间罐底面标高E=；（4）中间罐顶面标高D=12m；
（5）钢包低标高C=；（6）钢包上口标高B=15m
6.连铸车间的总长度：L=×13+2×6=
7.连铸车间的总宽度：B=+×5+=50m
8.连铸车间的总高度：H=吊车轨面标高+天车车身高度+电葫吊+厂房框
架高=30m
二、连铸车间的布置
由于生产工艺的要求连铸车间的设备与设备之间比较紧稠，二区设备较
多较复杂，其设备的维修、维护区也较多等原因，要求连铸车间的布置
一定要有序、合理、安全，给生产带来更大的方便。
（一）连铸车间的布置方式及其特点
连铸车间的布置方式主要以生产工序的顺序排列。
其特点：（1）缩短大包转期，提高生存率；
（2）给设备的维修、维护提供方便；
（3）安全生产
（二）连铸车间的组成
连铸车间是由精炼跨、钢水接收跨、钢水浇注跨、板坯切割跨、板坯精
整跨、板坯运输及临时存放跨、板坯横移及出坯跨七个跨组成。
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AB跨即精炼跨：尺寸：×；主要作业：为连铸踢狗合格的钢水；
主要设备布置：包括并列排列的4个处理位RH、AHF、Ar站、LF炉。
BC跨即钢水接收跨：尺寸：×；主要作业：运输钢水至浇注位；
主要设备布置：三台240t天车、渣罐及大包转臂。
CD跨即钢水浇注跨：尺寸：×；主要作业：使钢水结晶凝固成
要求尺寸大小的板坯；主要设备布置：三台板坯连铸机。
DE跨即我板坯切割跨：尺寸：×；主要作业：把板坯切成定尺
长度；主要设备布置：火焰切割机。
EF跨即板坯精整跨：尺寸：×；主要作业：精整板坯使之达到
要求；主要设备布置：去毛刺机、喷号打印机。
FG跨即横移及出坯系统：尺寸：×；主要作业：横移板坯易于
发送；主要设备布置：横移车。
（三）车间的物流情况
车间的物流情况布置要适宜各种原材料的运输、储存、称重和装入设备，
必须互不影响，并要与生产能力和生产周期相适应，尽可能的实现物流
有序。
成分含量/% C Si Mn P S
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类别
铁水设定值
终点钢水设定值 痕迹
氧化量值
