常規(guī)板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器技術(shù)

1、常規(guī)板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器技術(shù)結(jié)晶器是連鑄機(jī)中的鑄坯成型設(shè)備，是連鑄機(jī)的核心設(shè)備之一。苴作用是將連續(xù)不斷地注入 其內(nèi)腔的鋼液通過水冷銅壁強(qiáng)制冷卻，導(dǎo)出鋼液的熱量，使之逐漸凝固成為具有所要求的斷 而形狀和一定坯殼厚度的鑄坯,并使這種芯部仍為液相的鑄坯連續(xù)不斷地從結(jié)晶器下口拉出, 為其在以后的二冷區(qū)域內(nèi)完全凝固創(chuàng)造條件。在鋼水注入結(jié)晶器逐漸形成一立厚度坯殼的凝 固過程中，結(jié)晶器一直承受著鋼水靜壓力、摩擦力、鋼水熱量的傳遞等諸多因素引起的的影 響，使結(jié)晶器同時(shí)處于機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的綜合作用之下，工作條件極為惡劣，在此惡劣條件 下結(jié)晶器長(zhǎng)時(shí)間地工作，苴使用狀況宜接關(guān)系到連鑄機(jī)的性能,并與鑄坯的質(zhì)量與產(chǎn)量密切

2、 相關(guān)。因此，除了規(guī)范生產(chǎn)操作、選擇合適的保護(hù)渣和避免機(jī)械損傷外，合理的設(shè)計(jì)是保證 鑄坯質(zhì)量、減小溢漏率、提髙其使用壽命的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。板坯連鑄機(jī)一般采用四壁組合式(亦稱板式)結(jié)晶器，也有一個(gè)結(jié)晶器澆多流鑄坯的 插裝式結(jié)構(gòu)。4結(jié)晶器主要參數(shù)的確定A1結(jié)晶器長(zhǎng)度H丄結(jié)晶器長(zhǎng)度主要根據(jù)結(jié)晶器出口的坯殼最小厚度確左。若坯殼過薄，鑄坯就會(huì)出現(xiàn)鼓肚變形，對(duì)于板坯連鑄機(jī)，要求坯殼厚度大于結(jié)晶器長(zhǎng)度也可按下式進(jìn)行核 算:皿H = (6/K)2Vc+S I +S2 (mm)皿式中6結(jié)晶器出口處坯殼的最小厚度，mmaK凝固系數(shù),一般取K二1822mm/mi nO. 5aV c拉速,mm/minS1結(jié)晶器銅板頂而至

3、液而的距離，多取Sl= 1 00 mnzS2安全余量，S二5 0100 mm對(duì)常規(guī)板坯連鑄機(jī)可參考下述經(jīng)驗(yàn):皿當(dāng)澆鑄速度£2. Om/mi n時(shí)，結(jié)晶器長(zhǎng)度可采用90 09 50mm。血當(dāng)澆鑄速度2. 03. Om/min時(shí)，結(jié)晶器長(zhǎng)度可采用950" 1 1 00mmo當(dāng)澆鑄速度M 3 . 0 m/rni n時(shí)，結(jié)晶器長(zhǎng)度可采用11001 200mm。血2結(jié)晶器銅板厚度盹銅板厚度的確左是依據(jù)熱量傳熱原理和高溫下的使用性能，具體說，與銅板材質(zhì)、鍍層、機(jī)械性能、拉速、冷卻水疑的大小和分布等有關(guān)。研究表明，拉速高， 銅板應(yīng)隨之減?。环粗?，拉速低，銅板應(yīng)隨之增厚。在考慮上述諸多因素

4、后，銅板的厚度可 由下式確定：h二hm+ m+ 各 m (mm) a式中hm銅板冷卻水槽深度，mmA m銅板加工余量，一般取厶皿二1 015mmq銅板最終的有效厚度，一般取«m= 1 0 m曄3結(jié)晶器內(nèi)腔最大寬度AmamAm ax 二1. 025 X B max(mmb式中 Bmax板坯最大名義寬度,mm4寬邊銅板最大寬度Cum a必C u m a x = Amax+ 2 h+ ( 1 001 50)(mm)a5 無(wú)輕壓卜時(shí),窄邊銅板上、下口尺寸Zs、ZxaZs=l. 025XD+2(mm)必Zx二 1 019XD+2(mm)a式中 D板坯需義厚度，mm如果考慮了凝固末端輕壓下，則應(yīng)

5、再增加另外，有的用戶還要求按照自己的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定，這時(shí)須尊重用戶意見。皿6單邊調(diào)寬行程Sd必S d =( Amax B min)/2+ (305 0)(mm)a式中 Bmin為板坯最小名義寬度，mm.亠7當(dāng)用戶無(wú)特殊要求時(shí),生產(chǎn)當(dāng)中結(jié)晶器下、上口尺寸Ax、As的確左加Ax=(l. 0 10-1. (M2)XB (mm)AAs= AxX (1+A X H) (mm)A式中 B板坯名義寬度，mmA 一一結(jié)晶器錐度，一般取0. 9%/m左右亠H結(jié)晶器長(zhǎng)度，m圖1為結(jié)晶器上、下口尺寸示意圖。A圖1 結(jié)晶器上下口尺寸血8結(jié)晶器夾緊力的計(jì)算山每個(gè)結(jié)晶器有4組夾緊彈簧，上方兩組，下方兩組，其夾緊力為：FS

6、1 =1. 5 X WPAmFS2二 1 5X SPB必式中FS1結(jié)晶器上口每個(gè)夾緊裝置的夾緊力,mmFS2結(jié)晶器下口每個(gè)夾緊裝置的夾緊力,mm工PA鋼水靜壓力和內(nèi)弧水箱移動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦力在上方的作用力，kWSPA鋼水靜壓力和內(nèi)弧水箱移動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦力在下方的作用力,kNa夾緊裝垃結(jié)構(gòu)形式可采用彈簧夾緊、液壓缸松開的方式，也可采用全液壓夾緊方式。9熱態(tài)板坯由寬調(diào)窄時(shí)的推力結(jié)晶器推力訃算時(shí),可參考板坯連鑄機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算一書，主要考慮下列因素：(1)鑄坯變窄時(shí)的推力。亠(2)結(jié)晶器窄邊鋼水靜壓力。z(3)寬窄邊銅板因彈簧夾緊引起的摩擦力。(4)沿鑄造方向窄邊和鑄坯之間的摩擦阻力。a10結(jié)晶器下口與引

7、錠頭之間的間隙卻引錠進(jìn)入結(jié)晶器后，結(jié)晶器下口寬度與引錠頭寬度之間的間隙為49mm引錠進(jìn)入結(jié)晶器后，結(jié)晶器下口厚度與引錠頭厚度之間的間隙為4皿結(jié)晶器的優(yōu)化問題1山結(jié)晶器銅板材質(zhì)a結(jié)晶器銅板設(shè)計(jì)是結(jié)晶器設(shè)計(jì)的最重要環(huán)泯銅板的導(dǎo)熱效果及壽命主要與銅板的 材質(zhì)、熱而鍍層、結(jié)晶器冷卻水水量、結(jié)晶器與足轆及二次冷卻區(qū)的對(duì)弧精度有關(guān)，除此之 外,合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯得更為重要。必結(jié)晶器銅板母材推薦采用CuCrZr合金，也可采用CuAg合金，在一臺(tái)結(jié)晶器上兩 種材質(zhì)也可一起采用，易磨損的窄而銅板采用CuCrZr材質(zhì)，相對(duì)不易磨損的寬面銅板采 用Cu A g材質(zhì)銅板厚度一般取40SOmnua銅板鍍層采用Ni-Cr、

8、Ni-Fe、Ni -Co. CoNi等。皿銅板每次刨修量1.5mm。皿結(jié)晶器銅板的最小有效使用厚度(銅板表面至水槽底部)10mm。2亠銅板水槽分布介結(jié)晶器銅板水槽的分布和傳熱密切相關(guān),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括水槽的寬度、深度、數(shù)量分 布及銅板固定螺栓的布宜等。其要點(diǎn)是設(shè)宜合適的冷卻水流疑與流速，并考慮結(jié)晶器冷卻的 均勻性。a設(shè)計(jì)時(shí)螺栓直徑在M16H20之間選取，螺栓間距應(yīng)盡可能小，盡量減小固定螺栓近旁的水槽間距，并采用長(zhǎng)短結(jié)合的水槽深度，即布置在銅板固爼螺栓近旁的水槽可適當(dāng)深一 些，這樣可有效降低固定螺栓處的銅板熱而溫度差，使結(jié)晶器熱量傳遞及形成的坯殼更為均 勻，如圖2所示：站圖2不同尺寸的水槽深度表1是

9、國(guó)外某鋼廠常規(guī)板坯連鑄機(jī)髙拉速時(shí)結(jié)晶器銅板主要參數(shù)。a銅板材質(zhì)CuCr Zr銅板厚度3540mm,表面溫度小于35O°C水槽寬度5mm水槽間距20mm3 3mm（螺栓近旁）水槽深度1 5mm21mm （螺栓近旁）水速大于9. Om/min （彎月而處）2為了減小窄而銅板邊緣的熱而溫度，可以采取在銅板邊緣增加傾斜水槽或者增加角部通水孔，圖3為角部?jī)A斜水槽及通水孔示意圖。a圖3 角部?jī)A斜水槽及通水孔3銅板冷卻水量與水流速冷卻水疑以澆鑄速度為依據(jù)，按照板坯斷而周邊長(zhǎng)度取2. 02. 81 min/mm.冷卻水 壓力1. OMP a左右，根據(jù)結(jié)晶器水路結(jié)構(gòu)和壓力損失大小，必要時(shí)窄而水的控制回

10、路增設(shè) 0.2MPa的增壓泵。對(duì)于常規(guī)板坯連鑄機(jī)，冷卻水流速應(yīng)控制在610m/s之間。對(duì)于中薄板坯連鑄機(jī)，冷卻水流速應(yīng)控制在1 0 13m/s之間。4窄邊和寬邊的熱流比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，結(jié)晶器窄邊和寬邊的熱流比一般在0. 80.9時(shí),鑄坯不易出現(xiàn)裂紋。a5液面處銅板溫度分布結(jié)晶器液而處銅板溫度沿水平方向的分布，應(yīng)盡可能做到高低溫度差A(yù)TW 1 04C, 以利于坯殼的均勻形成。血6沿結(jié)晶器長(zhǎng)度方向水槽的過渡圓弧如圖4所示，過渡圓弧的半徑不要選的過大，否則會(huì)影響銅板頂部與鋼液面接觸部位 的冷卻效果，可取R二30'1 0 0mm。圖4 水槽的過渡圓弧7銅板與水箱的密封銅板和水箱一般采用耐熱橡膠0

11、型密封條密封，這時(shí)密封槽不能按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，0型 密封條宜徑選左后，所選的密封槽應(yīng)比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)左的小。這還不夠，必要時(shí)，采用雙密封條密 封。a 8銅板外形皿 在生產(chǎn)使用中，因?yàn)榻Y(jié)晶器長(zhǎng)時(shí)間熱負(fù)荷工作，夾緊裝苣 松動(dòng)或窄邊漂移，也可能由于設(shè)備加工及安裝等原因，使窄而銅板的工作狀態(tài)岀現(xiàn)偏斜，如 圖5(a)所示，偏斜后出現(xiàn)了間隙a。如果a值過大，角部熱阻增大，不利于該處坯殼的形成，容易造成漏鋼，同時(shí)鋼水容 易進(jìn)入角部間隙凝結(jié)，造成掛鋼。優(yōu)化窄邊銅板的外形可以改善這種狀況。丄 優(yōu)化方案一，圖5為解決窄邊漂移的優(yōu)化方案示意圖。改變窄邊銅板斷而形狀，如 圖5 (b)所示。其原理是相對(duì)減薄窄邊銅板的厚度，從而減小角

12、部間隙。窄邊銅板斷面形狀 改變后的工作狀態(tài)如圖5(c)所示,很明顯，優(yōu)化后的角部間隙b值要小于a值。0(0)(d)圖5 窄邊偏移方案優(yōu)化a優(yōu)化方案二,改變窄邊銅板寬度方向的幾何外形，如圖5(d)所示。結(jié)晶器上口不接觸鋼水，下口坯殼已經(jīng)有一左厚度，所以對(duì)窄邊銅板的上部和下部可以進(jìn)行小量修正，以減小 窄邊銅板的相對(duì)寬度，從而減小角部間隙。亠9水路必結(jié)晶器的設(shè)計(jì)應(yīng)保證英安裝在振動(dòng)裝置上后，水路能夠自動(dòng)接通，對(duì)中簡(jiǎn)單，固立和更換便捷。板坯寬度較寬時(shí),結(jié)晶器每個(gè)寬而冷卻水回路可由一個(gè)變?yōu)閮蓚€(gè)。此時(shí)，英水箱的結(jié) 構(gòu)必須保證有足夠的剛度。皿結(jié)晶器水各回路的流量調(diào)節(jié)閥必須設(shè)置在回水側(cè)。加結(jié)晶器水箱上部必須設(shè)置

13、放氣閥并設(shè)計(jì)滲水槽，而下部設(shè)置放水孔。站10足轆根據(jù)澆鑄速度和板坯斷面尺寸，結(jié)晶器寬而足轆可設(shè)巻13對(duì)，窄而足轆可設(shè)宜 25對(duì)。站窄而足轆的對(duì)數(shù)豪2時(shí)，粧子軸承座除有墊片組調(diào)整轆子高度外，背而應(yīng)增加彈簧支撐，以提髙窄而足餛支撐板坯的實(shí)際效果。根據(jù)鋼水靜壓力確世彈簧力的大小。 a足餛噴淋架及噴嘴處于連鑄機(jī)最易漏鋼的部位，設(shè)計(jì)中必須考慮安裝、拆卸的方便性。皿足餛軸承座立板與二冷噴嘴的相互位置應(yīng)事先精確設(shè)計(jì)，避免干涉。設(shè)訃中要注意解決好噴嘴布置與分段足餛中間支撐軸承座容易相互干涉的問題。 高拉速時(shí)結(jié)晶器下方可采用格柵支承結(jié)構(gòu)。亠11調(diào)寬皿結(jié)晶器調(diào)寬可分為熱態(tài)和冷態(tài)兩大類，熱連軋機(jī)要求熱送的板坯具有按

14、照周期輸送板坯寬度的特點(diǎn)，則結(jié)晶器可采用澆鑄過程中的熱態(tài)調(diào)寬。其它軋機(jī)無(wú)變 換板坯寬度的要求,則結(jié)晶器可考慮冷態(tài)調(diào)寬。調(diào)寬可以用電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)、液壓缸等驅(qū) 動(dòng)。冷態(tài)調(diào)寬時(shí)，也可以用手動(dòng)。熱態(tài)調(diào)寬的機(jī)械設(shè)計(jì)速度一般為0120mm/mi n。亠 澆注不同厚度板坯時(shí)，結(jié)晶器外弧線是一個(gè)不能變更的基準(zhǔn)線，調(diào)寬裝巻應(yīng)能夠適 應(yīng)厚度的變化，必要時(shí)沿板坯厚度方向移動(dòng)位置。介熱態(tài)調(diào)寬時(shí)，可采用軟夾緊。夾緊裝置在 結(jié)晶器中的位宜應(yīng)保證鋼水靜壓力的作用中心位于上下夾緊裝苣之間。a按照不同的驅(qū)動(dòng)源，調(diào)寬裝置可分為電動(dòng)（液壓馬達(dá)）式和液壓缸式，液壓缸式調(diào)寬裝宜由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而成為目前的發(fā)展方向。12窄面漂移a窄面漂移

15、是一個(gè)生產(chǎn)鑄造過程當(dāng)中十分頭疼的問題,必須十分重視解決。13其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題（1）結(jié)晶器蓋板設(shè)計(jì)時(shí)，大蓋板固肚，小蓋板活動(dòng)。大蓋板考慮液而檢測(cè)裝置的安裝 或放程位置，大小蓋板既要考慮結(jié)晶器振動(dòng)時(shí)互不發(fā)生干涉，又要考慮相互間的密封性，防 止蒸汽逸出。必（2）結(jié)晶器本體設(shè)計(jì)時(shí)，可考慮自帶支撐，而支撐柱子的長(zhǎng)度,應(yīng)大于設(shè)備最低限,但不能和彎曲段發(fā)生干涉。皿（3）為了保護(hù)環(huán)境，設(shè)宜結(jié)晶器排煙裝置。a14結(jié)晶器維修站（1）結(jié)晶器是一個(gè)易損更換件，設(shè)有專門的維修場(chǎng)地。設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)晶器的起吊、運(yùn)輸、維修和安裝的方便性應(yīng)充分考慮。a（2）漏鋼后，如果需要將結(jié)晶器+彎曲段+事故坯同時(shí)吊禽連鑄生產(chǎn)線時(shí)，結(jié)晶器底 部

16、和彎曲段頂部應(yīng)考慮相互導(dǎo)向和支撐點(diǎn)。a結(jié)晶器的測(cè)量1結(jié)晶器寬度方向上、下口尺寸偏差6W0. 25mm,如圖6所示。bU5皿圖6圖7圖82組合式結(jié)晶器寬面銅板和窄面銅板之間的接觸間隙§3W0. 3mm,如圖7所示。 皿3組合式結(jié)晶器4塊銅板頂而高度差WO. 2mm。4結(jié)晶器寬度方向上、下口兩側(cè)錐度偏差之和§ 4 + 64'WO. 25mm,如圖8所示。 a5結(jié)晶器矩形偏差，即矩形斷面的對(duì)角線之差Wl.Omm。6結(jié)晶器漏鋼預(yù)報(bào)裝置的誤報(bào)率W 1 5%oa7結(jié)晶器液而控制精度誤差W±3. 0mm（9 9%的澆鑄時(shí)間內(nèi)）。a與結(jié)晶器有關(guān)的技術(shù)與設(shè)備a1結(jié)晶器漏鋼預(yù)

17、報(bào)裝置與熱成像解決粘結(jié)性漏鋼問題除了改善保護(hù)渣質(zhì)量并精心操作以確保拉速和結(jié)晶器液而穩(wěn)左 外，漏鋼預(yù)報(bào)裝置用于預(yù)先警告漏鋼的發(fā)生是較有效的措施。目前研究的方法主要是熱電偶測(cè)溫、振波分析和摩擦阻力三種方法，英中熱電偶測(cè) 溫方法的準(zhǔn)確性相對(duì)較高，在生產(chǎn)中應(yīng)用較為普遍。»寶鋼正在開發(fā)縱裂漏鋼預(yù)報(bào)技術(shù)。利用漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)熱電偶檢測(cè)到的溫度，將溫度分布以圖像的形式直觀地顯示出來(lái) 即熱成像。這一措施也是漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)的完善和補(bǔ)充。2結(jié)晶器銅板溫度控制系統(tǒng)徳國(guó)西馬克/徳馬克（SMS/DEMAG）公司開發(fā)了這一技術(shù)。結(jié)晶器銅板溫度控制主要 是控制液而處的“熱面”（與鋼水接觸的一面）溫度。其原理是收集中間罐

18、的加熱溫度，鋼 水溫度，拉坯速度，結(jié)晶器銅板材質(zhì)和厚度，結(jié)晶器進(jìn)、出水溫度，所澆注鋼種的凝固溫度 等參數(shù)，利用結(jié)晶器的進(jìn)水量和岀口水溫將特怎鋼種液而處的銅板熱面溫度控制成理論上的 恒泄值。對(duì)于不同鋼種，將液而處的銅板熱面溫度控制在2 7 0°C349°C,熱流密度在2. 8 2.96MW/H12,結(jié)晶器水溫差在8.91 1. 4 °C。這樣做的目的是為了避免縱向裂紋，減少因 保護(hù)渣熔化不良、流動(dòng)不均勻而引起的銅板和坯殼之間的粘結(jié)，從而提高板坯質(zhì)量，減少漏 鋼，穩(wěn)左生產(chǎn)操作,并使結(jié)晶器銅板的熱而溫度遠(yuǎn)離其再結(jié)晶溫度，減少銅板變形，提高銅板 使用壽命，同時(shí)還可以省去開澆保護(hù)渣。這一技術(shù)是連鑄機(jī)生產(chǎn)中的深層次技術(shù)。a3結(jié)晶器電磁鋼流控制技術(shù)a在低拉速時(shí)應(yīng)用的板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)是澆注高強(qiáng)度鋼時(shí)，鋼水中