唐鋼連鑄教材

1、連鑄設(shè)備4. 結(jié)晶器及其振動機構(gòu)4.1 結(jié)晶器4.1.1結(jié)晶器內(nèi)坯殼的形成連鑄結(jié)晶器是個典型熱交換器。當(dāng)高溫鋼水澆鑄到結(jié)晶器中便受到不斷的強制冷卻，開始連續(xù)導(dǎo)出生成坯殼所必須放出的熱量。1）結(jié)晶器的傳熱在連續(xù)澆注過程中，由鋼水冷卻凝固所釋放出來的熱量，主要由以下三部分組成：把過熱的鋼水冷卻到液相線溫度所放出來的熱量，每鋼水下降1放出的熱量，隨其化學(xué)成份的不同而略有差異，其平均值為0.84KJ。在液相線凝固時所放出的熱量，也因成份的不同而略有差異，其平均值為13.2KJ/。凝固的坯殼自結(jié)晶溫度下降到計算時溫度所放出的熱量。每坯殼下降1所放的熱量平均為0.03KJ。鋼的液相線溫度（T液）取決于鋼水

2、中合金和伴生元素的含量，可由下列經(jīng)驗公式計算：T液=1537-88×C%+8×Si%+5×Mn%+30×P%+20×S%+5×Cu%+4×Ni%+2×Mo%+2×V%+1.5×Cr%對于普碳鋼，只代入上式中的C%，Si%及Mn%三個主要元素的百分?jǐn)?shù)即可，而對于其它的微量元素，再減去2-3，即可作為其大致的液相線溫度。以上三部分傳出的熱量，在鋼的連續(xù)過程中，是通過結(jié)晶器傳出熱量的主要部分，約傳全部熱量的30%。2）傳熱與坯殼形成 總體來看，傳熱沿結(jié)晶器高度是逐漸下降的。在彎月面下約150-200處

3、區(qū)域傳出的熱量最大。結(jié)晶器內(nèi)高于液相線溫度的鋼水，通過不斷的強制冷卻沿結(jié)晶器內(nèi)壁生成初生坯殼。以后隨著凝固坯殼的增長到一定厚度時坯殼開始收縮，首先在結(jié)晶器角部形成氣隙，然后向中部擴展。此時，初生坯殼尚較小。在高溫鋼水靜壓力作用下坯殼又貼向結(jié)晶器內(nèi)壁（圖4-1），使氣隙消失，當(dāng)坯殼厚度增長到能抵抗鋼水靜壓力時，重又形成氣隙，此后結(jié)晶器傳出的熱量明顯下降。結(jié)晶器傳熱形成坯殼后，出結(jié)晶器下口。 1結(jié)晶器 2鋼液面 3凝固收縮 4膨脹 5坯殼 圖4-1坯殼形成示意圖3)傳熱主要途徑 結(jié)晶器傳熱主要通過兩個方向進行，即水平方向傳熱和垂直方向傳熱。垂直方向傳熱包括結(jié)晶器內(nèi)鋼液表面對流與輻射散熱和鑄坯向二冷

4、區(qū)方向熱傳導(dǎo)。經(jīng)研究表明，從垂直方向傳出的熱量是很少的，僅占總散熱量的3-6%。水平方向傳熱主要是通過幾層導(dǎo)熱能力差別較大的介質(zhì)進行的。即由鋼液到坯殼，坯殼到結(jié)晶器銅板，以及銅板到冷卻水之間的傳熱。如圖4-2所示。在水平方向鋼水沿結(jié)晶器壁傳給冷卻水的熱量為：Q= （Ta-Tw）F （KJ/h）式中：-總導(dǎo)熱系數(shù)，KJ/m2.h.； Ta-鋼水溫度，； Tw-冷卻水溫度，； F-結(jié)晶器有效傳熱面積，m2 圖4-2a-熱阻模型 b-熱阻的計算值圖4-2 結(jié)晶器內(nèi)的熱阻在初生坯殼與結(jié)晶器緊密接觸時， 可表示為： 在坯殼與結(jié)晶器壁形成氣隙區(qū)時 可表示為： 式中：-有氣隙區(qū)時結(jié)晶器內(nèi)壁的總導(dǎo)熱系數(shù) -坯

5、殼厚度，m；b-氣隙區(qū)的厚度，m；-有氣隙區(qū)時結(jié)晶器內(nèi)壁總導(dǎo)熱系數(shù) s0- 氣隙區(qū)的厚度，m; 1、2、3-分別為坯殼、內(nèi)壁、氣隙的導(dǎo)熱系數(shù)，KJ/m.h.； 1、2、3、4-分別為坯殼對內(nèi)壁、內(nèi)壁對冷卻水，坯殼對氣隙，氣隙對內(nèi)壁的導(dǎo)熱系數(shù)，KJ/.h.。實際上通過測定值來計算結(jié)晶器導(dǎo)出熱量是很困難的。為便于應(yīng)用結(jié)晶器導(dǎo)熱能力常用平均熱流方法表示：冷卻水帶走的熱量： Q=qc(Q2Q1)平均熱流： （J/m2.S） 單位重量導(dǎo)出的熱量： （KJ/KS）式中：q-冷卻水水流量，m3/s； c-水的比熱，J/； Q2-出水溫度，； Q1-進水溫度，； S-結(jié)晶器有效傳熱面積； W.D-結(jié)晶器寬度，

6、厚度，m； V-拉速，m/min； Y-鋼水密度，/m3。索維奇測定了在靜止水冷銅管結(jié)晶器的熱流，澆鑄40s時得到的結(jié)果可用正式表示： =2688-355t （KW/m2）將此式用于連鑄結(jié)晶器時，時間t內(nèi)可用拉速V（m/min）和結(jié)晶器的長度L（m）來代替。積分上式可得出平均熱流。4）影響結(jié)晶器傳熱的因素主要從下面幾個方面作簡要說明：從上述結(jié)晶器傳熱機理和圖4-2結(jié)晶器內(nèi)的熱阻分析知，各部分熱阻在總熱阻中所占百分比如下： 坯殼 26% 坯殼與結(jié)晶器壁的氣隙 71% 結(jié)晶器銅壁 1% 結(jié)晶器銅壁與冷卻水 2%氣隙的熱阻占系統(tǒng)總熱阻的70%以上，可見氣隙對熱交換，對結(jié)晶器內(nèi)鋼水的凝固起決定性作用。

7、因此，改善結(jié)晶器傳熱主要是減少氣隙熱阻。結(jié)晶器長度。上前普遍采用700m長的結(jié)晶器，為了提高拉速、增加坯殼厚度，有人主張采用900mm長更為合適。結(jié)晶器太長時下部易形成氣隙，對結(jié)晶器傳熱不利。結(jié)晶器錐度為了減少氣隙對傳熱的影響，提高結(jié)晶器傳熱的效果，增加坯殼凝固厚度，結(jié)晶器應(yīng)有適當(dāng)?shù)腻F度。結(jié)晶器上口空腔尺寸為冷態(tài)時鑄坯斷面尺寸加上鋼水凝固的收縮量，結(jié)晶器內(nèi)腔斷面設(shè)計成沿整個高度帶有一定的錐，使其與坯殼冷卻收縮相適應(yīng)，減少氣隙。板坯結(jié)晶器錐度一般取1%左右。方坯結(jié)晶器0.6-0.9%/m。根據(jù)鑄坯凝固定律，坯殼收縮的特點，現(xiàn)在一些公司已將結(jié)晶器錐度做成拋物線形式或做成雙錐度。結(jié)晶器壁厚銅的熱阻小

8、，對傳熱影響不大，方坯結(jié)晶器銅壁厚一般取10-14mm；板坯結(jié)晶器銅板厚度通常取大于20mm以上。操作技術(shù)當(dāng)增大拉速時結(jié)晶器導(dǎo)出的平均熱流也增加。而結(jié)晶器內(nèi)單位鋼水重量導(dǎo)出的熱量卻減少了，這也使坯殼厚度變小了，因而操作時應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)睦魉俣龋▍⒁妶D4-3）。圖4-3澆注鋼水溫度理論計算指出，在拉速和其它工藝條件一定時，過熱度每增加10，出結(jié)晶器下口坯殼厚度就減少30%。所以操作時要高溫慢拉，低溫快澆。結(jié)晶器潤滑結(jié)晶器內(nèi)鋼水凝固生成坯殼，進而收縮產(chǎn)生氣隙，增加了熱阻，傳熱減慢。由于使用保護渣澆注，通過結(jié)晶器振動，把熔融的渣帶入鑄坯與結(jié)晶器壁的氣隙處，形成均勻的渣膜，改善傳熱。而在使用油作潤滑劑時

9、，油膜在高溫下裂化分解為CH化合物的氣體充滿氣隙，同樣改善傳熱，見圖4-4。結(jié)晶器冷卻水其冷卻水的流速一般應(yīng)控制在6-10m/s，過大的水流速度，對改善結(jié)晶器的傳熱效果不明顯。如水流速從6m/s增加到12m/s，其熱量反增加3%。但冷卻水流的阻力增加了4倍，反而流速偏小，易在水縫中產(chǎn)生間斷沸騰，局部傳熱不均，易產(chǎn)生粘結(jié)，嚴(yán)重時漏鋼。冷卻水的溫度要選擇適當(dāng)，出水溫度不宜過低，水中懸浮物的含量與水質(zhì)的硬度以低些為好，以減少水垢的生成，它對結(jié)晶器傳熱很有影響。4.1.2 結(jié)晶器的型式和構(gòu)造結(jié)晶器是連鑄機中的關(guān)鍵部件，為滿足工藝要求，一個設(shè)計合理，選材合適的結(jié)晶器應(yīng)具備以下性能：（1）具有良好的導(dǎo)熱性

10、、耐磨性和導(dǎo)磁性；（2）具有足夠的抗熱疲勞強度、剛度和硬度；（3）具有良好的結(jié)構(gòu)剛性和工藝性，易于制造、拆裝、調(diào)整；（4）力求質(zhì)量輕些，以減少振動時的慣性力。經(jīng)過長期研究實踐可以得出，結(jié)晶器的型式，按連鑄拉坯方向、結(jié)晶器內(nèi)壁斷面形狀，主要有直結(jié)晶器和弧形結(jié)晶器兩種型式。生產(chǎn)中都有較多應(yīng)用各有其優(yōu)點。按結(jié)晶器的構(gòu)造，總體結(jié)構(gòu)分，無論是直形還是弧形的結(jié)晶器，均可分為正體式、管式和組合式三種結(jié)晶器。只是正體式結(jié)晶器由于耗銅多，成本高，現(xiàn)在一般都不在使用，而管式和組合式的結(jié)晶器都廣為應(yīng)用。管式結(jié)晶器多應(yīng)用于方坯連鑄機中，而可調(diào)組合式結(jié)晶器常用于矩形坯或板坯連鑄機上。1）管式結(jié)晶器管式結(jié)晶器有直結(jié)晶器和

11、弧形結(jié)晶器兩種形式。但近年研究和實踐證明，方坯連鑄，特別是小方坯連鑄由于拉坯速度高，鋼水中非金屬夾雜物來不及上浮。因此，弧形方坯連鑄機多采用弧形管式結(jié)晶器?；⌒喂苁浇Y(jié)晶器的技術(shù)要求，除具備上述結(jié)晶器的性能外，還應(yīng)考慮結(jié)晶器的錐度幾何形狀的合理性；窄水縫使銅管傳熱效率高，使銅管外表面散熱均勻；銅管的裝配、密封應(yīng)安全可靠，便于維修。圖4-5是弧形管式結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)簡圖。它由內(nèi)水套、銅管外水套、給水管、排水管、水環(huán)噴淋架、足輥等部分組成。有的還裝有用于液面控制的放射源發(fā)射和接收裝置以及電磁攪拌裝置。結(jié)晶器冷卻水以0.39-0.59Mpa的工作壓力從給水管進入下水室，以6-10m/s的流速流經(jīng)水縫，進入

12、上水室，從排水管排出。結(jié)晶器的內(nèi)腔是加工硬化的銅管。這種帶有倒錐度的結(jié)晶器銅管，在國外大都用爆炸成型的工藝來制造。我國某異形鋼管廠發(fā)展了用特制模具冷撥的工藝生產(chǎn)出這種弧形銅管。所用的材質(zhì)為磷脫氧銅及紫銅，銅壁厚10-12mm，硬度在HB80-90之間，銅管的內(nèi)腔鍍了一層0.06-0.08mm的鉻?；⌒喂苁浇Y(jié)晶器銅管的固定方式。分為兩端卡緊銅管和一端卡緊銅管兩種結(jié)構(gòu)形式。兩端卡緊銅管結(jié)構(gòu)形式見圖4-6，結(jié)晶器的核心是成型銅管，它的內(nèi)部斷面形狀與鑄坯斷面相同，澆鑄時鋼水注水注入銅管，冷卻凝固成殼，從銅管下口被拉出實現(xiàn)連續(xù)鑄鋼。這種兩端卡緊銅管結(jié)構(gòu)形式的結(jié)晶器主要特點是銅管4是經(jīng)上、下法蘭壓緊的，并

13、有O型密封圈密封。當(dāng)銅管受熱膨脹時，推動上、下法蘭加大距離。這種情況要保證水套仍不漏水，則在上法蘭5的外圓與外水套間設(shè) 圖4-6 圖4-71潤滑法蘭 2 O型圈 3銅管 4卡板 5壓緊法蘭 6導(dǎo)流中套 7排水腔 8進水腔 9 O型圈圖4-7 一端卡緊銅管結(jié)晶器計有滑動配合，并且在配合面加O型圈1密封，同時用壓緊彈簧6拉緊，以免上法蘭被水套內(nèi)水壓力推開，同時彈簧還可承受銅管受熱膨脹時產(chǎn)生的壓縮力，保證密封，防止銅管變形。一端卡緊銅管式結(jié)晶器結(jié)構(gòu)形式見圖4-7。銅管上端經(jīng)壓緊法蘭5壓緊，并以O(shè)形圈2密封，銅管下端不頂緊并允許受熱后自由膨脹，為保證結(jié)晶器下端不漏水，采用側(cè)面密封9。銅管上端開有槽并經(jīng)

14、卡板4卡牢。這兩種銅管固定方法，目前都有應(yīng)用。兩端卡緊銅管的管式結(jié)晶器銅管固定可靠，密封的結(jié)構(gòu)也簡單可靠，但總的結(jié)構(gòu)則較復(fù)雜。2）組合式結(jié)晶器在大型連鑄機，特別是在板坯連鑄機上，組合式結(jié)晶器獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。在結(jié)晶器設(shè)計上已從初期固定式結(jié)晶器發(fā)展到在線可調(diào)組合式結(jié)晶器。近年來，其功能已達到在澆鑄中可調(diào)整結(jié)晶器寬度的水平。圖4-8是帶水冷格柵的組合式弧形結(jié)晶器。它同一般組合式結(jié)晶器一樣，都是由四塊復(fù)合壁板組裝而成。每塊復(fù)合板都是由銅板作內(nèi)壁和由鋼板制作的支承板作為外殼，通過雙頭螺栓固定的。 圖4-8雙頭螺栓加墊，用密封圈密封。鋼板外側(cè)溝槽處與銅板形成冷卻水縫。組合結(jié)晶器是采用寬面壁板，通過

15、四條螺栓壓緊窄面壁板組裝而成。調(diào)寬是經(jīng)液壓松開的方式，打開寬邊，通過螺旋傳動，帶動窄邊壁板實現(xiàn)的。目前，有采用電動搖控的方式來自動調(diào)整結(jié)晶器寬度，并配備有連續(xù)錐度測量系統(tǒng)，從而保證調(diào)寬時的錐度。對于弧形結(jié)晶器來說，寬面的銅板與鋼外殼的配合可以是平面也可以是弧面。為了便于加工和安裝，一般采用平面配合，采用永平面配合時鋼板上的水槽也加工成直形的。但銅板厚度不均圖4-9勻。如果復(fù)合板的結(jié)合面是弧形配合時，銅板的厚度均勻，然而加工制造比較復(fù)雜。為了更好地支承剛出結(jié)晶器下口只有很薄坯殼的鑄坯，又能防止結(jié)晶器下口額外磨損，通常緊接結(jié)晶器下口安裝冷卻格柵或足輥。實踐中發(fā)現(xiàn)，鑄坯在運行中與格柵形成滑動摩擦，增

16、大拉坯阻力，同時，冷卻效果也不理想。近年來，新建的板坯連鑄機都采用小輥徑足輥形式。這樣，坯殼和足輥之間為滾動摩擦且冷卻效果也好?；⌒谓Y(jié)晶器在導(dǎo)熱性能方面不如直結(jié)晶器，且非金屬夾雜物上浮時，易在內(nèi)弧側(cè)1/4處集聚，影響鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。所以，目前新建大型板坯連鑄機多采用直結(jié)晶器。圖4-9是帶足輥組合式直結(jié)晶器，這臺結(jié)晶器是在太鋼二鋼廠R8m直弧形連鑄機上使用的，銅板厚55mm，材質(zhì)為含銀鍍銅板，含銀在0.08%-0.1%，鍍鉻0.2mm。 圖4-10 該結(jié)晶器是可調(diào)寬的，調(diào)整機構(gòu)由寬邊液壓夾緊松開裝置與窄邊調(diào)寬機構(gòu)組成。詳見圖4-10、4-11。液壓夾緊松開裝置如圖4-10。液壓夾緊松開裝置是通過絲

17、桿3的螺母使寬邊固定側(cè)銅板的支承板和液壓缸的缸體5固定。這時寬邊銅板靠彈簧夾緊窄邊銅板，寬窄邊夾緊時縫隙為0.3mm。需要拆卸時，液壓缸進油，壓力達16Mpa，壓縮缸內(nèi)彈簧使活動側(cè)板向外移動。窄邊被松開，此時方可拆卸或移動窄邊調(diào)寬。 圖4-11圖4-11是移動窄邊調(diào)寬機構(gòu)。窄邊調(diào)寬機構(gòu)在需要調(diào)寬時，旋轉(zhuǎn)手輪6通過傘齒輪、蝸桿、蝸輪和螺旋傳動使窄邊銅板向外或向內(nèi)運動達到調(diào)寬的目的。當(dāng)調(diào)錐度時，電磁離合器5打開，轉(zhuǎn)動手輪6向外調(diào)窄邊銅板。從圖4-9中可以看出，這臺結(jié)晶器下口裝有足輥而不是格柵，三對足輥的作用主要是支承初生坯殼，改善水冷條件。為了實現(xiàn)這一目的，輥間距必須要小，以防止鑄坯在鋼水靜壓力作

18、用下產(chǎn)生鼓肚變形?？s小輥間距的唯一辦法就是采用小輥徑。這里采用100的側(cè)導(dǎo)輥。側(cè)導(dǎo)輥在澆鋼時起支承坯殼側(cè)面和導(dǎo)向作用。同時在送引錠時，起對中作用。4.1.3 結(jié)晶器的尺寸參數(shù)結(jié)晶器的斷面尺寸及長度 結(jié)晶器的斷面尺寸。結(jié)晶器的斷面尺寸應(yīng)根據(jù)冷連鑄坯的公稱斷面尺寸確定。但由于連鑄坯在冷卻凝固過程中逐漸收縮以及矯直時都將引起半成品鑄坯的變形。為此，要求結(jié)晶器的斷面尺寸應(yīng)當(dāng)比連鑄坯斷面公稱尺寸大一些，通常約大1%-3%左右。結(jié)晶器的長度。確定結(jié)晶器的長度，主要的根據(jù)是鑄坯出結(jié)晶器時坯殼要有一定的厚度。若坯殼厚度較小，鑄坯就容易出現(xiàn)鼓肚，甚至漏鋼。根據(jù)實踐，結(jié)晶器的長度應(yīng)保證鑄坯出結(jié)晶器下時的坯殼厚度大

19、于或等于10-25mm。通常，生產(chǎn)小斷面鑄坯時可取下限，而生產(chǎn)大斷面鑄坯時則應(yīng)取上限。結(jié)晶器長度Lm；考慮到澆鑄操作時，結(jié)晶器內(nèi)鋼液面的波動，通常在鋼液面與結(jié)晶器頂部之間要留出80-120mm的空位。故結(jié)晶器的實際長度Lm應(yīng)為： Lm=Lm+（80-120）mm盡管如此，結(jié)晶器的長度在世界各國還很不一致?？悼ㄋ固卦O(shè)計的結(jié)晶器長度為300-700mm，我國使用的結(jié)晶器長度為600-800mm，而原蘇聯(lián)一般采用的結(jié)晶器長度為1200-1500mm。由于實行高拉速澆鑄，結(jié)晶器還需要適當(dāng)加長，但過長既延緩鑄坯的進一步凝固。設(shè)計一般取700-900mm之間。結(jié)晶器的內(nèi)壁厚度在穩(wěn)定的澆鐃條件下，從實測知，

20、銅壁內(nèi)的應(yīng)力值小，平均為95kg/c，當(dāng)銅壁結(jié)構(gòu)設(shè)計比較合理時，銅壁厚度不取決于熱應(yīng)力，主要考慮能有效的利用其厚度和提高使用壽命。（1）斷面結(jié)晶器銅壁最小厚度3-5毫米。實際上，小方坯弧形管式結(jié)晶器為10-12毫米。留有磨損余量。板坯銅板表面到水槽邊最小為10mm，實際上考慮水槽深度，修磨余量，新銅板一般為55-60mm厚。結(jié)晶器的倒錐度如前述，鋼水在結(jié)晶器中冷卻生成坯殼。由于冷卻坯殼收縮，在坯殼與銅壁之間形成氣隙。為了減少氣隙，提高結(jié)晶器的導(dǎo)熱性能，加速坯殼生長，結(jié)晶器要有倒錐度。一般結(jié)晶器下口比結(jié)晶器上略小。倒錐度為：式中：-結(jié)晶器倒錐度 L1-結(jié)晶器上口尺寸（mm） L2-結(jié)晶器下口尺寸

21、（mm） Lm-結(jié)晶器長度根據(jù)實踐，一般方坯管式結(jié)晶器的倒錐度，依據(jù)鋼種不同，取0.4-0.9%/M，對于板坯一般可取1%/M左右。對于小斷面的結(jié)晶器可不要倒錐度。近年來，方坯管式弧形結(jié)晶器錐度由單錐度，向雙錐度和多錐度發(fā)展，有的合金鋼方坯連鑄機甚至使用拋物線形式的錐度。這是根據(jù)鑄坯凝固定律，坯殼厚度的增長與凝固時間的平方根成正比的關(guān)系進行設(shè)計的。4.2 結(jié)晶器振動機構(gòu)4.2.1 結(jié)晶器振動的目的結(jié)晶器作往復(fù)運動，可防止初生成的坯殼和結(jié)晶器壁發(fā)生粘結(jié)。圖4-12表示坯殼在固定結(jié)晶器內(nèi)被拉破的過程。在故障情況下，如潤滑不良，坯殼在A處被粘結(jié)在結(jié)晶器壁上，而X處斷面坯殼的抗粒強度又小于A段的粘結(jié)力

22、和摩擦力，則在拉坯力的作用下，X處的坯殼將被拉斷。A段粘在結(jié)晶器內(nèi)不動，B段則繼續(xù)往下運行。此時鋼水將充填在A、B兩段之間結(jié)成一段新的坯殼，把A、B兩段連接起來。如果新坯殼的連接強度足夠克服A段的粘結(jié)力和摩擦力，A段便被拉下，坯殼斷裂處便告愈合，拉坯將繼續(xù)進行。但是，在固定式結(jié)晶器中，由于在新坯殼的生產(chǎn)過程中，B段是在不斷往下運動的，而且初生成的坯殼是較弱的。因此，實際上A、B兩段是無法牢固地連接起來，這樣 圖4-12 固定結(jié)晶器坯殼拉斷過程a粘結(jié)發(fā)生 b 坯殼拉斷c V振V拉（坯殼重新連接） d V振=V拉（坯殼連接情況）圖4-13坯殼被拉斷和重新連接示意圖斷裂現(xiàn)象不斷加劇，直到B段被拉出結(jié)

23、晶器時，便將發(fā)生漏鋼事故。（圖4-12C）圖4-13，表示在振動式結(jié)晶器中，鑄坯坯殼被拉斷又重新焊合的過程。當(dāng)結(jié)晶器與坯殼發(fā)生粘結(jié)時，圖4-13a，此時如果結(jié)晶器正處處在上升，則會把裂口拉大；如果結(jié)晶器正處在下降，而且下降速度同拉坯速度相等，鑄坯坯殼斷裂處同結(jié)晶器，有一段相對靜止時間，也有利于斷裂焊合，如果下降速度大于拉坯速度，坯殼斷裂處就會受到壓縮并且焊合，同時結(jié)晶器壁還以粘連產(chǎn)生一個向上的脫模力，有利于消除粘連。根據(jù)實驗，坯殼裂口處與結(jié)晶器壁只要0.5秒-1秒的相對靜止時間，裂口處就能牢固的焊合。這就是我們采取結(jié)晶器振動的基本思想。4.2.2 結(jié)晶器振動方式結(jié)晶器振動裝置的技術(shù)要求是：1）

24、有效地防止坯殼與結(jié)晶器壁的粘結(jié)，并且使鑄坯有良好的表面質(zhì)量。 2）應(yīng)盡可能有一個接近理論軌跡的運動，振動速度的轉(zhuǎn)變應(yīng)緩和，不應(yīng)產(chǎn)生過大的加速度，以免造成沖擊振動和擺動。3）設(shè)備的制造、安裝和維護要方便，運行可靠。根據(jù)以上對結(jié)晶器振動的幾點主要技術(shù)要求，按結(jié)晶器振動運動速度的變化規(guī)律，常見結(jié)晶器振動方法有以下幾種：同步振動同步振動的特性曲線如圖4-14曲線1所示。圖中V是拉坯速度，VO結(jié)晶器運動速度，令V2為結(jié)晶器下降速度，V1為結(jié)晶器上升速度。同步振動時，V2=V，V1=3V。為了實現(xiàn)嚴(yán)格的同步運動，結(jié)晶器振動同拉矯機必須要連鎖。這種振動方式的缺點是上升和下降的拐點處，加速度非常大。振動機構(gòu)產(chǎn)

25、生很大的慣性力。負(fù)滑脫式振動負(fù)滑脫式振動是同步振動方式的改進形式，它的速度變化規(guī)律如圖4-14，曲線2所示。它的特點是結(jié)晶器下降速度稍大于拉坯速度，即：V2=V（1+）式中-為負(fù)滑脫率。結(jié)晶器下降速度與拉坯速度度之間的負(fù)滑脫率，目前取=5-10%。結(jié)晶器振動采用這種振動方式，它的優(yōu)點是，有可能使坯殼產(chǎn)生壓應(yīng)力，促進斷裂坯殼焊后，而且有利于脫模。但這種方式，仍然要求振動頻率與拉速實現(xiàn)嚴(yán)格的同步聯(lián)鎖。速度變化大，凸輪機構(gòu)設(shè)計、制造復(fù)雜。因此，近年來很少應(yīng)用。正弦式振動當(dāng)結(jié)晶器的運動速度是按正弦規(guī)律變化時，這種振動稱為正弦式振動。如圖4-14曲線3所示。它的振動方式優(yōu)點是：（1）在運動中仍有一小段負(fù)

26、滑脫作用，有利脫模。（2）振動是正弦曲線，加速度必須按正弦變化，過渡點比較平穩(wěn)、沖擊力小。（3）由于加速度小，可以采取小振幅高頻率振動，有利于改善鑄坯表面質(zhì)量。（4）采用曲柄連桿機構(gòu)，易加工制造和維修。（5）結(jié)晶器與鑄坯之間沒有嚴(yán)格的速度關(guān)系。因而，不必采用拉矯機與振動機構(gòu)的嚴(yán)格連鎖。非正弦振動如圖4-15所示，是指結(jié)晶器在振動時，其負(fù)滑動量必須在與正弦振動有相同值的前提下，使結(jié)晶器上升具有比下降時間為長的正弦振動波形。非正弦振動，可以保證在高速澆注條件下，有良好的潤滑最小的摩擦阻力。達到提高鑄機拉速的目的。圖4-14 圖4-15結(jié)晶器非正選振動曲線4.2.3 結(jié)晶器振動機構(gòu)的類型結(jié)晶器振動機

27、構(gòu)的類型有導(dǎo)軌型、長臂星、差動齒輪星、斷臂形四連桿和四偏心振動機構(gòu)。近年來，振動機構(gòu)多采用短臂四連桿和四偏心振動機構(gòu)。本文對這兩種振動類型的原理和應(yīng)用加以介紹。短臂四連桿型這是一種結(jié)構(gòu)簡單的仿弧振動機構(gòu)。在方坯和板坯連鑄機上得到普遍采用。目前有外弧河內(nèi)弧短臂四連桿兩種類型。兩種振動類型原理相同，見圖4-16。當(dāng)振動臂處于中點位置時，兩臂的延長應(yīng)交于連鑄機弧形的圓心上，該點也是四連桿運動的瞬時中心；四連桿的兩個固定點和兩振動點在兩個同心圓弧上，如圖4-16所示：AE、BF、CG、DH為以O(shè)為圓心的同心圓弧線；而ABCD和EFGH為以O(shè)為圓心的徑向線；mn為弧形連鑄機的基準(zhǔn)弧。當(dāng)設(shè)計外弧四連桿振動

28、機構(gòu)時，則取CD、GH為兩個振動臂，反之則取AB、EF為內(nèi)弧四連桿振動臂。這樣就能得到比較精確的弧形運動軌跡。圖4-16 短臂型四連桿振動機構(gòu)原理圖四偏心振動機構(gòu)這種振動機構(gòu)是近幾年才出現(xiàn)的一種新型振動機構(gòu)，具有簡單，運動軌跡準(zhǔn)確的優(yōu)點。其設(shè)計原理常見圖4-17。 圖4-17 四偏心振動機構(gòu)原理圖 圖中Om=R為基準(zhǔn)弧半徑，Am=a，mC=b為結(jié)構(gòu)要求，AmC為振動臺，當(dāng)振動動臺以O(shè)點為轉(zhuǎn)爐中心作弧形振動時，則A、m、C諸點的位移，與該點到轉(zhuǎn)動中心的距離成正比。則： 設(shè)：AB=e1 mn=e CD=e2 BO=R-a DO=R+b no=R，則： 這就是四偏心振動原理，當(dāng)確定R、e及a、b時，

29、則可求出： 從以上兩式可以求出要求的偏心距。當(dāng)e1=e2時，結(jié)晶器振動軌跡為直線，這就是直結(jié)晶器四偏心振動原理。太鋼二鋼廠1#、2#板坯連鑄機結(jié)晶器振動就采用了這種原理。4.2.4 結(jié)晶器振動機構(gòu)介紹短臂四連桿振動機構(gòu)圖4-18為內(nèi)弧短臂四連桿振動機構(gòu)，這種機構(gòu)仿弧運動好，運動軌跡準(zhǔn)確，短臂四連桿弧形軌跡與理論軌跡最大誤差為±0.02mm。振動機構(gòu)由傳動機構(gòu)、連桿、振動臂、彈簧板、振動臺架組成。振動臂與連桿相連，另一端與臺架相連，定向臂用彈簧鋼板導(dǎo)向。 B-1 振動臺架， B-2 振動臂B-3 軸承座， B-4 連桿B-5 軸承套桿， B-6傳動底座B-7、8傳動底架， B-9 彈簧

30、板圖4-18內(nèi)弧短臂四連桿振動機構(gòu)驅(qū)動裝置：交流變頻電機經(jīng)彈性柱銷聯(lián)軸器傳動減速器，帶動偏心軸及連桿、振動臺架。振動頻率可以通過交流變頻系統(tǒng)按不同的澆注斷面進行調(diào)節(jié)。振幅是通過偏心輪由人工調(diào)節(jié)偏心軸互的角度改變偏心距實現(xiàn)的。振動臺架：振動臺架用于放置結(jié)晶器使其振動。振動臺為焊接結(jié)構(gòu)。臺架上有用于固定結(jié)晶器的螺栓孔和用于箱體冷卻的自由接水板。結(jié)晶器的定位由振動臺上的導(dǎo)向板及鍵來保證。導(dǎo)向臂用彈簧鋼板9來代替，顯然在振幅小時是一種較好的選擇，結(jié)晶器振動不易偏罷，導(dǎo)向好。這種振動機構(gòu)適用于方坯，板坯連鑄機。四偏心振動機構(gòu) A）弧形結(jié)晶器四偏心振動機構(gòu)是曼內(nèi)斯曼七十年代發(fā)展的。見圖4-19四偏心振動機

31、構(gòu)。它由偏心輪及連桿、彈簧板、振動臺和蝸輪減速機以及直流馬達組成。它利用兩對偏心距不同的偏心輪使連桿機構(gòu)產(chǎn)生結(jié)晶器的弧線運動，用兩條板式彈簧實現(xiàn)結(jié)晶器運動的弧線導(dǎo)向。選擇合適的彈簧長度可以使運動軌跡誤差不大于0.02mm。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點是運動平穩(wěn)、壽命長、有利于采用小振幅高頻率的振動進行澆鑄。B）另一種四偏心機構(gòu)是應(yīng)用在直弧形連鑄機上的。振 1偏心輪、連桿；2彈簧板動機構(gòu)見圖4-20。它由雙偏心 3鑄坯對弧 4振動臺、蝸輪等軸、直流馬達、減速器、振動 5 6直流電機臺組成。導(dǎo)向采用彈簧鋼板或 圖 4-19偏心（弧形）振動機構(gòu)奧鋼聯(lián)設(shè)計的導(dǎo)向裝置。振動臺垂直升降運動。雙偏心軸上裝有無級調(diào)振幅機構(gòu)，

32、調(diào)節(jié)范圍為 ±8毫米， 頻率40-250 次/分。 這種振動機構(gòu)是弧形四偏心振動機構(gòu)當(dāng)偏心已相等時，結(jié)晶器振動即可實現(xiàn)上下垂直振動的原理設(shè)計而成。太鋼二鋼廠板坯連鑄機振動機構(gòu)就是采用這種原理設(shè)計的。 圖4-20直弧形連鑄機，四偏心振動機構(gòu) 4.2.5 結(jié)晶器振動的運動參數(shù)結(jié)晶器振動的參數(shù)主要是振幅和振頻。結(jié)晶器完成一次上下振動的時間算為周期。結(jié)晶器每分鐘振動次數(shù)稱為頻率。結(jié)晶器振動頻率一般是隨著拉坯速度的改變而改變的。拉速快振頻隨之增高。結(jié)晶器振動時離開平穩(wěn)位置最遠(yuǎn)的距離稱為結(jié)晶器的振幅。研究表明，結(jié)晶器振幅大，鑄坯表面振痕深表面質(zhì)量下降，嚴(yán)重時出現(xiàn)橫裂紋?，F(xiàn)場一般采用小振幅高頻率。

33、結(jié)晶器的振動頻率和周期之間的關(guān)系可用下式表示： f=60/T式中：f-結(jié)晶器的振動頻率 （次/分） T-結(jié)晶器的振動周期 （秒）5 二冷區(qū)鑄坯導(dǎo)向裝置二次冷卻區(qū)通常是指結(jié)晶器以下到拉矯機以前的區(qū)域，二次冷卻裝置是連鑄機的重要組成部分。它對鑄坯質(zhì)量的好壞有著關(guān)鍵性的影響。因此，它的工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計對鑄機性能起著至關(guān)重要的作用。5.1 二冷裝置的作用與工藝要求從結(jié)晶器里出來的鑄坯雖已成型，但坯殼一般只有10-30mm厚。坯厚在鋼水靜壓力作用下，產(chǎn)生很大的鼓肚力。它使坯殼有可能產(chǎn)生各種變形，甚至出現(xiàn)裂紋和漏鋼。特別是大方坯和板坯更為嚴(yán)重。設(shè)置二冷裝置的目的，就是對鑄坯通過強制而均勻的冷卻，促使坯殼迅速

34、凝固，預(yù)防坯殼變形超過極限，控制產(chǎn)生裂紋和發(fā)生漏鋼；同時支承和導(dǎo)向鑄坯和引錠桿；在直弧形連鑄機中，二冷裝置還須要把直坯彎曲成弧形坯，進入弧形段；在上裝引錠桿的連鑄機中，還需在二冷區(qū)里設(shè)置驅(qū)動輥，以驅(qū)動引錠桿實現(xiàn)拉坯；對于多半徑弧形連鑄機，它又起到將弧形坯分段矯直的作用。二次冷卻裝置包括機架，支承導(dǎo)向輥，噴水水咀組成。輥子有內(nèi)冷和外冷兩種形式。二冷室多為房式結(jié)構(gòu)，設(shè)有蒸氣排出風(fēng)機管道。設(shè)計二冷區(qū)的一般要求是：次冷卻區(qū)的輥列設(shè)計必須充分滿足生產(chǎn)操作和工藝要求。為了保證鑄坯的質(zhì)量，支承導(dǎo)向部件的結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)要合理、先進。機械構(gòu)件剛性要好，長期在高溫惡劣環(huán)境下工作不變形，基礎(chǔ)要牢固。二冷裝置要保證有

35、良好的調(diào)正性能，對弧要簡便、準(zhǔn)確。應(yīng)盡量采用離線檢修和整體更換，易于安裝和事故處理。冷卻水系統(tǒng)，即要保證有足夠的冷卻強度，又要保證水質(zhì)。水咀要滿足工藝要求。二冷裝置必須有良好的設(shè)備冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)。5.2 二次冷卻區(qū)的傳熱從連鑄過程的熱平穩(wěn)可知，自結(jié)晶器下口拉出來的鑄坯還沒有完全凝固，只形成一個厚度還較小的坯殼（10-20mm），中心還是高溫液體，形成一個很長的液相穴。為使坯殼繼續(xù)凝固，從結(jié)晶器出口到拉矯機之間的長度上設(shè)置了噴水冷卻系統(tǒng)，對鑄坯表面進行強制冷卻，使坯殼在較短時間內(nèi)完全凝固。鑄坯在二冷區(qū)冷卻的要求如下：- 冷卻效率要高，以加速熱量的傳遞；- 合適的噴水量，使鑄坯表面溫度和應(yīng)力分

36、布均勻；- 鑄坯表面溫度回升不超過100-150；- 保證鑄坯有良好的表面和內(nèi)部質(zhì)量。當(dāng)其它工藝條件相同時，二冷強度增加，拉速就可以相應(yīng)增大，這就意味著連鑄機生產(chǎn)率的提高。二冷對鑄坯質(zhì)量有重要影響，冷卻不當(dāng)會造成鑄坯表面裂紋和內(nèi)部裂紋。5.2.1 二冷區(qū)熱平穩(wěn)在二冷區(qū)噴到高溫鑄坯表面的冷卻水帶走大部分熱量。這種噴水冷卻與噴水速度、水的分布和水滴大小有關(guān)。一部分水轉(zhuǎn)化成蒸汽，以汽化熱形式帶走熱量。根據(jù)計算，噴水量的10-15%轉(zhuǎn)化成蒸汽。這種傳熱的方式與冷卻水的流量、水壓、水溫有關(guān)。鑄坯在二冷區(qū)要帶走209-293KJ/的熱量才能完全凝固。鑄坯液芯部分的熱量通過坯殼的傳導(dǎo)傳到表面，液芯溫度逐漸下

37、降，兩相區(qū)的溫度梯度逐漸減少。在二冷區(qū)，噴水水滴打到鑄坯表面把熱量帶走，鑄坯表面溫度突然下降，使坯殼表面與中心形成較大的溫度梯度，這種溫度梯度是鑄坯熱傳導(dǎo)的動力。圖5-1表示鑄坯在二冷區(qū)的各種傳熱方式。從圖中可以看出，在二冷區(qū)鑄坯傳熱有以下幾種方式：鑄坯向空氣中輻射、支承輥與鑄坯表面接觸傳熱、水滴打到鑄坯表面水蒸發(fā)傳熱。以及冷卻水在鑄坯表面被加熱帶走的熱量等。上述各種傳熱方式帶走熱量的比例，由于連鑄機類型和工藝操作條件的不同可能有較大差別。根據(jù)實踐，板坯在二冷區(qū)傳熱的比例估計為：鑄坯表面輻射為25%輥子與鑄坯表面接觸傳導(dǎo)熱量17%噴淋水蒸發(fā)帶走熱量33%冷卻水加熱帶走熱量為25%。方坯在二冷區(qū)

38、傳熱主要是通過冷卻 圖5-1 鑄坯冷卻的各水帶走熱量，約占總熱量的64%以上。 種傳熱方式影響二冷區(qū)傳熱的因素：在設(shè)備和工藝條件一定時，鑄坯輻射傳熱和支承輥傳導(dǎo)傳熱基本變化不大，主要是噴淋水滴與鑄坯表面之間的熱交換起作用。因此，要提高二冷區(qū)熱傳導(dǎo)效率，就必須對噴水滴與鑄坯表面的熱交換進行研究。這是一個復(fù)雜的傳熱過程，它受到噴淋水的狀態(tài)（如水滴大小、速度噴射角、沖擊能量、冷卻水溫等）、鑄坯表面狀態(tài)（表面溫度、氧化鐵皮）等多種因素影響?？梢杂萌缦路匠虂砻枋鲞@一傳熱過程。 =h(Ts-Tw)式中：-熱流，KJ/C.S.C Ts-鑄坯表面溫度，由上式可知對傳熱有影響的因素除鑄坯表面溫度和冷卻水溫度外，

39、其它因素可歸結(jié)到傳熱系數(shù)上。因此，要提高二冷區(qū)冷卻效率，就要提高傳熱系數(shù)值。在連鑄工藝確定的條件下，了解噴霧水滴與高溫鑄坯表面的系數(shù)，是合理設(shè)計二冷制度的基礎(chǔ)。影響二冷區(qū)傳熱系數(shù)的因素有以下幾個方面：- 噴水量。傳熱系數(shù)與噴水量成正比，增加噴水量主要起到加大鑄坯內(nèi)部溫度梯度的作用。然而過大的冷卻強度，會使坯殼產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力，從而導(dǎo)致鑄坯表面或內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。合適的冷卻強度應(yīng)以鑄坯在凝固收縮時，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力不超過坯殼的強度極限為界限。二冷區(qū)的冷卻強度一般用“比水量”表示，單位為l/，即在單位時間內(nèi)冷卻水消耗量與通過二冷區(qū)鑄坯重量的比值。因鋼種、鑄坯尺寸和拉速等因素不同，比水量也不同，一般取0.5-1.5l/kg鋼。澆注不同鋼種時，比水量可參考表5-1。表5-1 不同鋼種的比水量鋼 種普碳鋼、低合金鋼中高碳鋼、合金鋼熱敏感性鋼種高 速 鋼比水量l/kg鋼1.0-2.00.6-0.80.4-0.60.1-0.3- 水流密度。水流密度是指鑄坯在單位時間內(nèi)單位面積上所接受的冷卻水量，傳熱系數(shù)與水流密度之間的關(guān)系以經(jīng)驗公式表示：h=A·Wn式中：h-傳熱系數(shù) KW/.S. A,n