常規(guī)板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器技術(shù)

9/9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。其作用是將連續(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面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)晶器逐漸形成一定厚度坯殼的凝固過程中,結(jié)晶器一直承受著鋼水靜壓力、摩檫力、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)晶器長時間地工作，其使用狀況直接關(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)計是保證鑄坯質(zhì)量、減小溢漏率、提高其使用壽命的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

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板坯連鑄機(jī)一般采用四壁組合式（亦稱板式）結(jié)晶器，也有一個結(jié)晶器澆多流鑄坯的插裝式結(jié)構(gòu)。??

結(jié)晶器主要參數(shù)的確定?

1結(jié)晶器長度H?

結(jié)晶器長度主要根據(jù)結(jié)晶器出口的坯殼最小厚度確定。若坯殼過薄，鑄坯就會出現(xiàn)鼓肚變形，對于板坯連鑄機(jī),要求坯殼厚度大于10～1５ｍｍ。結(jié)晶器長度也可按下式進(jìn)行核算：??

H=(δ/K)2Vｃ+S1+Ｓ２

(ｍm）?

式中

δ——結(jié)晶器出口處坯殼的最小厚度，mm?

K-—凝固系數(shù)，一般取K=18～22mm／miｎ0．5

Vｃ——拉速，mm/min?

Ｓ1——結(jié)晶器銅板頂面至液面的距離,多取S１=１00mm

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S2——安全余量，Ｓ=５0～１0０mm??

對常規(guī)板坯連鑄機(jī)可參考下述經(jīng)驗(yàn):

當(dāng)澆鑄速度≤2.0m/mｉn時，結(jié)晶器長度可采用９0０～950ｍm。

當(dāng)澆鑄速度2.0~3。0m/min時,結(jié)晶器長度可采用9５０～1100mｍ。?

當(dāng)澆鑄速度≥3.0m/min時,結(jié)晶器長度可采用１100～1２0０mm.??

2結(jié)晶器銅板厚度h

銅板厚度的確定是依據(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、冷卻水量的大小和分布等有關(guān)。研究表明，拉速高，銅板應(yīng)隨之減薄;反之,拉速低,銅板應(yīng)隨之增厚.在考慮上述諸多因素后，銅板的厚度可由下式確定：??

h=ｈm+Δm+δm

（mm)?

式中

hm——銅板冷卻水槽深度，mm??

Δm—-銅板加工余量，一般取Δm=10~15ｍm??

δm——銅板最終的有效厚度，一般取δm=1０mｍ?

3結(jié)晶器內(nèi)腔最大寬度Amax?

Ａmax=１.025×Ｂｍax

(mm)??

式中

Bmax——板坯最大名義寬度,mm??

4寬邊銅板最大寬度Cｕmaｘ

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Ｃumax=Amax+2h+（10０~1５0）

（mm)

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5無輕壓下時，窄邊銅板上、下口尺寸Zs、Zx

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Zs=1。02５×D+2

(ｍｍ)??

Zx=１。01９×D+2

(mm）?

式中

D——板坯名義厚度，mm

如果考慮了凝固末端輕壓下，則應(yīng)再增加3～4ｍｍ。另外，有的用戶還要求按照自己的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定，這時須尊重用戶意見。?

6單邊調(diào)寬行程Sｄ

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Sd=(Amax—Bｍin）/２+(3０～5０)

（mm)

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式中

Bｍin—-為板坯最小名義寬度，mｍ.?

７當(dāng)用戶無特殊要求時,生產(chǎn)當(dāng)中結(jié)晶器下、上口尺寸Ax、As的確定??

Ax=（1。010～1。012)×B

（mm）??

As=Ａx×(１+Δ×Ｈ）

（mm）?

式中

Ｂ——板坯名義寬度，ｍm?

Δ-—結(jié)晶器錐度，一般取0．９%／m左右

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H--結(jié)晶器長度，m?

圖1為結(jié)晶器上、下口尺寸示意圖。

圖1

結(jié)晶器上下口尺寸

8結(jié)晶器夾緊力的計算??

每個結(jié)晶器有4組夾緊彈簧，上方兩組,下方兩組，其夾緊力為：

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FS1=1．5×ΣPA

FＳ2＝１。5×ΣPB

式中

ＦS1—-結(jié)晶器上口每個夾緊裝置的夾緊力,mｍ

FＳ2—-結(jié)晶器下口每個夾緊裝置的夾緊力，ｍｍ??

ΣPＡ—-鋼水靜壓力和內(nèi)弧水箱移動所產(chǎn)生的摩擦力在上方的作用力,ｋN

ΣPＡ-—鋼水靜壓力和內(nèi)弧水箱移動所產(chǎn)生的摩擦力在下方的作用力，ｋN??

夾緊裝置結(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)窄時的推力?

結(jié)晶器推力計算時，可參考《板坯連鑄機(jī)設(shè)計與計算》一書,主要考慮下列因素:??

（1）鑄坯變窄時的推力。

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（2）結(jié)晶器窄邊鋼水靜壓力。

(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。?

1０結(jié)晶器下口與引錠頭之間的間隙

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4～9mm

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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4～5mm??

結(jié)晶器的優(yōu)化問題

1結(jié)晶器銅板材質(zhì)?

結(jié)晶器銅板設(shè)計是結(jié)晶器設(shè)計的最重要環(huán)節(jié)。銅板的導(dǎo)熱效果及壽命主要與銅板的材質(zhì)、熱面鍍層、結(jié)晶器冷卻水水量、結(jié)晶器與足輥及二次冷卻區(qū)的對弧精度有關(guān),除此之外，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計顯得更為重要。

結(jié)晶器銅板母材推薦采用CuCｒZr合金，也可采用CuAｇ合金，在一臺結(jié)晶器上兩種材質(zhì)也可一起采用,易磨損的窄面銅板采用CｕCrZｒ材質(zhì),相對不易磨損的寬面銅板采用CuＡg材質(zhì).

銅板厚度一般取4０~50mm。?

銅板鍍層采用Ni-Cｒ、Ni－Ｆｅ、Nｉ-Ｃo、Cｏ—Ni等。

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銅板每次刨修量1。5mm。

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銅板水槽分布

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)計包括水槽的寬度、深度、數(shù)量分布及銅板固定螺栓的布置等。其要點(diǎn)是設(shè)置合適的冷卻水流量與流速，并考慮結(jié)晶器冷卻的均勻性。

設(shè)計時螺栓直徑在Ｍ16~M20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，并采用長短結(jié)合的水槽深度，即布置在銅板固定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面溫度差,使結(jié)晶器熱量傳遞及形成的坯殼更為均勻，如圖2所示:

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圖2

不同尺寸的水槽深度??

表1是國外某鋼廠常規(guī)板坯連鑄機(jī)高拉速時結(jié)晶器銅板主要參數(shù)。

銅板材質(zhì)Cu-Cr－Ｚr銅板厚度35～4０mm，表面溫度小于３50℃水槽寬度5mm水槽間距２0mm33ｍｍ（螺栓近旁)水槽深度1５ｍm2１ｍｍ（螺栓近旁）水速大于9．０ｍ/mｉn（彎月面處）??

為了減小窄面銅板邊緣的熱面溫度，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為角部傾斜水槽及通水孔示意圖。

圖3

角部傾斜水槽及通水孔

3銅板冷卻水量與水流速

冷卻水量以澆鑄速度為依據(jù),按照板坯斷面周邊長度取2．0~２。8?/min/mm。冷卻水壓力1．0MPa左右，根據(jù)結(jié)晶器水路結(jié)構(gòu)和壓力損失大小，必要時窄面水的控制回路增設(shè)0．2ＭPａ的增壓泵。

對于常規(guī)板坯連鑄機(jī)，冷卻水流速應(yīng)控制在６～10m/ｓ之間。?

對于中薄板坯連鑄機(jī),冷卻水流速應(yīng)控制在1０~1３m／ｓ之間。?

4窄邊和寬邊的熱流比?設(shè)計時應(yīng)注意,結(jié)晶器窄邊和寬邊的熱流比一般在0。8～0.９時,鑄坯不易出現(xiàn)裂紋。??

５液面處銅板溫度分布?

結(jié)晶器液面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△T≤10℃,以利于坯殼的均勻形成。?

6沿結(jié)晶器長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，否則會影響銅板頂部與鋼液面接觸部位的冷卻效果，可取R=３0～１00mｍ.

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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Ｏ型密封條密封，這時密封槽不能按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，Ｏ型密封條直徑選定后，所選的密封槽應(yīng)比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的小.這還不夠,必要時，采用雙密封條密封。

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8銅板外形

在生產(chǎn)使用中，因?yàn)榻Y(jié)晶器長時間熱負(fù)荷工作,夾緊裝置松動或窄邊漂移，也可能由于設(shè)備加工及安裝等原因，使窄面銅板的工作狀態(tài)出現(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。??

優(yōu)化方案一，圖5為解決窄邊漂移的優(yōu)化方案示意圖。改變窄邊銅板斷面形狀,如圖5（b)所示.其原理是相對減薄窄邊銅板的厚度，從而減小角部間隙。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.

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圖5

窄邊偏移方案優(yōu)化?

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)有一定厚度,所以對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寬度，從而減小角部間隙。

9水路

結(jié)晶器的設(shè)計應(yīng)保證其安裝在振動裝置上后,水路能夠自動接通，對中簡單,固定和更換便捷.

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板坯寬度較寬時,結(jié)晶器每個寬面冷卻水回路可由一個變?yōu)閮蓚€。此時，其水箱的結(jié)構(gòu)必須保證有足夠的剛度。?

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)。?

結(jié)晶器水箱上部必須設(shè)置放氣閥并設(shè)計滲水槽,而下部設(shè)置放水孔.??

10足輥

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根據(jù)澆鑄速度和板坯斷面尺寸,結(jié)晶器寬面足輥可設(shè)置1～3對,窄面足輥可設(shè)置２～5對.

窄面足輥的對數(shù)≥2時，輥?zhàn)虞S承座除有墊片組調(diào)整輥?zhàn)痈叨韧?，背面?yīng)增加彈簧支撐，以提高窄面足輥支撐板坯的實(shí)際效果。根據(jù)鋼水靜壓力確定彈簧力的大小。

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足輥噴淋架及噴嘴處于連鑄機(jī)最易漏鋼的部位，設(shè)計中必須考慮安裝、拆卸的方便性。

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足輥軸承座立板與二冷噴嘴的相互位置應(yīng)事先精確設(shè)計，避免干涉。??

設(shè)計中要注意解決好噴嘴布置與分段足輥中間支撐軸承座容易相互干涉的問題。?高拉速時結(jié)晶器下方可采用格柵支承結(jié)構(gòu)。

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11調(diào)寬

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)寬可以用電動機(jī)、液壓馬達(dá)、液壓缸等驅(qū)動。冷態(tài)調(diào)寬時，也可以用手動。熱態(tài)調(diào)寬的機(jī)械設(shè)計速度一般為０~12０mｍ/min。??

澆注不同厚度板坯時,結(jié)晶器外弧線是一個不能變更的基準(zhǔn)線，調(diào)寬裝置應(yīng)能夠適應(yīng)厚度的變化,必要時沿板坯厚度方向移動位置。?熱態(tài)調(diào)寬時,可采用軟夾緊。夾緊裝置在結(jié)晶器中的位置應(yīng)保證鋼水靜壓力的作用中心位于上下夾緊裝置之間。??

按照不同的驅(qū)動源，調(diào)寬裝置可分為電動（液壓馬達(dá)）式和液壓缸式，液壓缸式調(diào)寬裝置由于結(jié)構(gòu)簡單而成為目前的發(fā)展方向。??

12窄面漂移??

窄面漂移是一個生產(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)計問題?

（1）結(jié)晶器蓋板設(shè)計時,大蓋板固定，小蓋板活動。大蓋板考慮液面檢測裝置的安裝或放置位置，大小蓋板既要考慮結(jié)晶器振動時互不發(fā)生干涉,又要考慮相互間的密封性,防止蒸汽逸出。??

（2）結(jié)晶器本體設(shè)計時,可考慮自帶支撐，而支撐柱子的長度，應(yīng)大于設(shè)備最低限，但不能和彎曲段發(fā)生干涉。

（3）為了保護(hù)環(huán)境，設(shè)置結(jié)晶器排煙裝置。?

14結(jié)晶器維修

(1）結(jié)晶器是一個易損更換件，設(shè)有專門的維修場地.設(shè)計時,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。?

(2)漏鋼后，如果需要將結(jié)晶器＋彎曲段＋事故坯同時吊離連鑄生產(chǎn)線時，結(jié)晶器底部和彎曲段頂部應(yīng)考慮相互導(dǎo)向和支撐點(diǎn).?

結(jié)晶器的測量??

１結(jié)晶器寬度方向上、下口尺寸偏差δ≤0.25mm，如圖６所示。

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圖6

圖7

圖８?

２組合式結(jié)晶器寬面銅板和窄面銅板之間的接觸間隙δ３≤０.3ｍｍ，如圖７所示。

3組合式結(jié)晶器４塊銅板頂面高度差≤0．2mm。

4結(jié)晶器寬度方向上、下口兩側(cè)錐度偏差之和δ4+δ4′≤0．25mｍ,如圖８所示。

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5結(jié)晶器矩形偏差，即矩形斷面的對角線之差≤１。0mm。

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6結(jié)晶器漏鋼預(yù)報裝置的誤報率≤１5%。??

７結(jié)晶器液面控制精度誤差≤±3.0mｍ(99%的澆鑄時間內(nèi))。

與結(jié)晶器有關(guān)的技術(shù)與設(shè)備

1結(jié)晶器漏鋼預(yù)報裝置與熱成像

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)晶器液面穩(wěn)定外，漏鋼預(yù)報裝置用于預(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溫、振波分析和摩擦阻力三種方法，其中熱電偶測溫方法的準(zhǔn)確性相對較高,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)報技術(shù)。

利用漏鋼預(yù)報系統(tǒng)熱電偶檢測到的溫度,將溫度分布以圖像的形式直觀地顯示出來即熱成像.這一措施也是漏鋼預(yù)報系統(tǒng)的完善和補(bǔ)充。?

2結(jié)晶器銅板溫度控制系統(tǒng)

德國西馬克/德馬克(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面處的“熱面”(與鋼水接觸的一面)溫度。其原理是收集中間罐的加熱溫度，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)水量和出口水溫將特定鋼種液面處的銅板熱面溫度控制成理論上的恒定值。對于不同鋼種，將液面處的銅板熱面溫度控制在270℃～３49℃,熱流密度在2。8～2。９6MＷ/m2,結(jié)晶器水溫差在8。9~１１．4℃。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)定生產(chǎn)操作，并使結(jié)晶器銅板的熱面溫度遠(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)。?

3結(jié)晶器電磁鋼流控制技術(shù)?