常規(guī)板坯連鑄機(jī)晶器專業(yè)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。其作用是將連續(xù)不斷地注入其內(nèi)腔的鋼液通過(guò)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(guò)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(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，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

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、提高其使用壽命的基礎(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)。結(jié)晶器主要參數(shù)的確定1結(jié)晶器長(zhǎng)度H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定。若坯殼過(guò)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 10 15mm。結(jié)晶器長(zhǎng)度也可按下式進(jìn)行核算：H=( /K)2Vc S1 S2(mm)式中 結(jié)晶器出口處坯殼的最小厚度，mmK 凝固系數(shù)，一般取K=18 22 mm/min0.5Vc 拉速， mm/minS1結(jié)晶器銅板頂面至液面的距離

3、，多取S1=100 mmS2安全余量，S=50 100 mm對(duì)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(shí)，結(jié)晶器長(zhǎng)度可采用900 950mm。當(dāng)澆鑄速度2.0 3.0m/min 時(shí)，結(jié)晶器長(zhǎng)度可采用950 1100mm。當(dāng)澆鑄速度 3.0m/min時(shí)，結(jié)晶器長(zhǎng)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(shuō)，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??；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+m+m(mm)式中hm銅板冷卻

4、水槽深度，mmm銅板加工余量，一般取m=10 15mm m銅板最終的有效厚度，一般取 m=10mm3結(jié)晶器內(nèi)腔最大寬度AmaxAmax=1.025×Bmax(mm)式中Bmax板坯最大名義寬度，mm4寬邊銅板最大寬度CumaxCumax=Amax+2h+(100 150)(mm)5無(wú)輕壓下時(shí)，窄邊銅板上、下口尺寸Zs、 ZxZs=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(shí)須尊重用戶意見(jiàn)。6單邊調(diào)寬行程SdSd=( Amax B

5、min)/2+(30 50)(mm)式中Bmin 為板坯最小名義寬度，mm。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 的確定Ax=(1.0101.012) ×B(mm)As= Ax×(1+×H)(mm)式中B 板坯名義寬度，mm結(jié)晶器錐度，一般取0.9%/m 左右H 結(jié)晶器長(zhǎng)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(jì)算每個(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：FS1=1.5× PAFS2=1.5× PB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

6、個(gè)夾緊裝置的夾緊力，mm 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，kN PA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，kN夾緊裝置結(jié)構(gòu)形式可采用彈簧夾緊、液壓缸松開(kāi)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)晶器推力計(jì)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。（ 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49mm引錠進(jìn)入結(jié)晶器后，結(jié)晶器下口厚度與引錠

7、頭厚度之間的間隙為45mm結(jié)晶器的優(yōu)化問(wèn)題1 結(jié)晶器銅板材質(zhì)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)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(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。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，易磨損的窄面銅板采用 CuCrZr 材質(zhì)，相對(duì)不易磨損的寬面銅板采用CuAg材質(zhì)。銅板厚度一般取4050mm。銅板鍍層采用Ni-Cr 、Ni-Fe 、Ni-Co 、 Co-Ni 等。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

8、）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(jì)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(jì)時(shí)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(zhǎng)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：圖 2不同尺寸的水槽深度表 1 是國(guó)外某鋼廠常規(guī)板坯連鑄機(jī)高拉速時(shí)結(jié)晶器銅板主要參數(shù)。銅板材質(zhì)Cu-Cr Zr銅板厚度3540mm，表面溫度小于 350

9、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?jī)A斜水槽及通水孔示意圖。圖3角部?jī)A斜水槽及通水孔3銅板冷卻水量與水流速壓力冷卻水量以澆鑄速度為依據(jù)，按照板坯斷面周邊長(zhǎng)度取 2.0 2.8 ?/min/mm。冷卻水 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(shí)窄面水的控制回路增設(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6 10m/s之間。對(duì)于中薄板坯連鑄機(jī)，冷卻水流速應(yīng)控制在1013m/

10、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0.8 0.9時(shí)，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 T10，以利于坯殼的均勻形成。6 沿結(jié)晶器長(zhǎng)度方向水槽的過(guò)渡圓弧如圖 4 所示，過(guò)渡圓弧的半徑不要選的過(guò)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=30 100mm。圖 4水槽的過(guò)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(shí)密封槽不能按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，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(shí)，采用雙密封條密封。8 銅板外形在生產(chǎn)使用中，因?yàn)榻Y(jié)

11、晶器長(zhǎng)時(shí)間熱負(fù)荷工作，夾緊裝置松動(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(guò)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。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(duì)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。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

12、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(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。9 水路結(jié)晶器的設(shè)計(jì)應(yīng)保證其安裝在振動(dòng)裝置上后，水路能夠自動(dòng)接通，對(duì)中簡(jiǎn)單，固定和更換便捷。板坯寬度較寬時(shí)，結(jié)晶器每個(gè)寬面冷卻水回路可由一個(gè)變?yōu)閮蓚€(gè)。此時(shí)，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(jì)滲水槽，而下部設(shè)置放水孔。10 足輥根據(jù)澆鑄速度和板坯斷面尺寸，結(jié)晶器寬面足輥可設(shè)置25 對(duì)。13 對(duì)，窄面足輥可設(shè)置窄面足輥的對(duì)數(shù)2 時(shí)，輥?zhàn)虞S承座除有墊片組調(diào)整輥?zhàn)痈叨韧?，背?/p>

13、應(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。足輥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。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(jì)，避免干涉。設(shè)計(jì)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(wèn)題。高拉速時(shí)結(jié)晶器下方可采用格柵支承結(jié)構(gòu)。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(guò)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)

14、速度一般為0 120mm/min。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)寬裝置應(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。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(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)寬裝置由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而成為目前的發(fā)展方向。12 窄面漂移窄面漂移是一個(gè)生產(chǎn)鑄造過(guò)程當(dāng)中十分頭疼的問(wèn)題，必須十分重視解決。13 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題（ 1）結(jié)晶器蓋板設(shè)計(jì)時(shí)，大蓋板固定，小蓋板活動(dòng)。大蓋板考慮液面檢測(cè)裝置的安裝或放置位置，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

15、相互間的密封性，防止蒸汽逸出。（ 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。（ 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(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。（ 2）漏鋼后，如果需要將結(jié)晶器彎曲段事故坯同時(shí)吊離連鑄生產(chǎn)線時(shí)，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(cè)量1 結(jié)晶器寬度方向上、下口尺寸偏差0.25mm，如圖6 所示。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 30.3mm，如圖 7所示。3組合式結(jié)晶器 4 塊

16、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 4+ 4 0.25mm，如圖 8所示。5結(jié)晶器矩形偏差，即矩形斷面的對(duì)角線之差1.0mm。6結(jié)晶器漏鋼預(yù)報(bào)裝置的誤報(bào)率 15%。7結(jié)晶器液面控制精度誤差± 3.0mm(99%的澆鑄時(shí)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(bào)裝置與熱成像解決粘結(jié)性漏鋼問(wèn)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(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，其中熱電偶測(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(kāi)發(fā)縱裂漏鋼預(yù)報(bào)技術(shù)。

17、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)德國(guó)西馬克 / 德馬克（ SMS/DEMAG）公司開(kāi)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(duì)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

18、.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(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)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(shí)還可以省去開(kāi)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)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)，鋼水中氣體和夾雜物能夠上浮，提高了液面的穩(wěn)定性，防止保護(hù)渣卷入，使結(jié)晶器中鋼水溫度均勻，從而使坯殼厚度均勻，減少縱裂。但也有人對(duì)這項(xiàng)技術(shù)持不同觀點(diǎn)，認(rèn)為結(jié)晶器電磁攪拌對(duì)板坯質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生影響。自 1982 年川崎制鐵水島廠5 號(hào)板連鑄機(jī)使用電磁制動(dòng)技術(shù)以來(lái)，ABB公司的電磁制動(dòng)器已經(jīng)在世界各地的板坯連鑄機(jī)上應(yīng)用了幾十臺(tái)。這種技術(shù)可以使鋼水沖擊深度減小，增加夾雜物上浮的機(jī)會(huì)，提高鋼水純潔度，大量減少厚板坯的內(nèi)部和皮下夾雜物，消除了保護(hù)渣被卷入的可能性，減少了漏鋼的危險(xiǎn)，也能夠有效地減少表面的橫向和縱向裂紋，削減液面上的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)波動(dòng)波形，增加液面溫度，結(jié)晶器窄面坯殼無(wú)再度熔化現(xiàn)象，更換鋼種時(shí)還可