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)【保護(hù)視力色】 I 【打印】【進(jìn)入論壇】【評(píng)論】【字號(hào) 大 中 小】2006-12-0711-07楊拉道 劉洪 王永洪 劉趙衛(wèi) 邢彩萍 田松林（西安重型機(jī)械研究所）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

2、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1015mm結(jié)晶器長(zhǎng) 度也可按下式進(jìn)行核算：H=(5 /K)2Vc

3、+ S1+ S2 (mm)式中5結(jié)晶器出口處坯殼的最小厚度，mmK凝固系數(shù)，一般取 K=1822 mm/mi n0.5Vc 拉速， mm/minS1結(jié)晶器銅板頂面至液面的距離，多取S1=100 mmS2 安全余量， S=50100 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w 2.0m/min時(shí),結(jié)晶器長(zhǎng)度可采用 900950mm。當(dāng)澆鑄速度2.03.0m/min時(shí)，結(jié)晶器長(zhǎng)度可采用9501100mm當(dāng)澆鑄速度3.0m/min時(shí),結(jié)晶器長(zhǎng)度可采用 11001200mm。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

4、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+A m+3m(mm)式中 hm 銅板冷卻水槽深度，mm m銅板加工余量，一般取 m=10 15mm3 m 銅板最終的有效厚度，一般取5 m=10mm3 結(jié)晶器內(nèi)腔最大寬度 AmaxAmax=1.025X Bmax(mm)式中Bmax板坯最大名義寬度，mm4 寬邊銅板最大寬度 CumaxCumax二Amax+2h+(10卜 150)(mm)5 無輕壓下時(shí)，窄邊銅板上、下口尺寸Zs、ZxZs=1.025 X D+2 (mm)Zx=1.019 X D+2

5、 (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 34mm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。6 單邊調(diào)寬行程 SdSd=( AmaxBmin)/2+(30 50) (mm)式中 Bmin 為板坯最小名義寬度，mm。7 當(dāng)用戶無特殊要求時(shí)，生產(chǎn)當(dāng)中結(jié)晶器下、上口尺寸Ax、As 的確定Ax=(1.010 1.012) XB (mm)As= AxX (1+ X 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?？诔叽鐖D 1 結(jié)晶器上下8 結(jié)晶器夾緊力的計(jì)算每

6、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=1.5X 藝 PAFS2=1.5X 藝 PB式中 FS1 結(jié)晶器上口每個(gè)夾緊裝置的夾緊力,mmFS2結(jié)晶器下口每個(gè)夾緊裝置的夾緊力，mm藝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藝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

7、造方向窄邊和鑄坯之間的摩擦阻力。4 9mm4 5mm10 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(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

8、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。10mm。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）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

9、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350C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2.02.8 7min/mm。冷卻水壓力1.0MPa左右，根據(jù)結(jié)晶器水路結(jié)構(gòu)

10、和壓力損失大小,必要時(shí)窄面水的控制回路增設(shè) 0.2M Pa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1013m/s 之間。4 窄邊和寬邊的熱流比0.80.9 時(shí)，鑄坯不易出現(xiàn)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 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 TW 10C，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=30 1 00mm。圖 4 水槽的過渡圓弧7 銅板與水箱

11、的密封銅板和水箱一般采用耐熱橡膠 0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a。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。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

12、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)

13、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13對(duì)，窄面足輥可設(shè)置25對(duì)。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。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

14、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(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/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

15、。12 窄面漂移窄面漂移是一個(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

16、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3W 0.25mm如圖6所示。圖6圖圖8組合式結(jié)晶器寬面銅板和窄面銅板之間的接觸間隙5 3<0.3mm如圖7 所示。組合式結(jié)晶器4塊銅板頂面高度差W 0.2mm結(jié)晶器寬度方向上、下口兩側(cè)錐度偏差之和5 4+5 4'w 0.25mm如圖8 所示。結(jié)晶器矩形偏差，即矩形斷面的對(duì)角線之差W 1.0mm結(jié)晶器漏鋼預(yù)報(bào)裝置的誤報(bào)率W 15%結(jié)晶器液面控制精度誤差w± 3.0mm（99%勺澆鑄時(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)性漏鋼問題除了改善保

17、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

18、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 270C349C，熱流密度在2.82.96MW/m2結(jié)晶器水 溫差在8.911.4 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)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