板坯連鑄結晶器結構設計及其檢修

摘要本文概述了板坯連鑄線結晶器設計的基本思路、結晶器的主要結構組成以及其簡單檢修工藝。

關鍵詞板坯連鑄 結晶器 裝配 檢修

中圖分類號:TF1文獻標識碼:A

1 板坯結晶器的設計

1.1 結晶器設計的基本要求

板坯結晶器是板坯連鑄機的重要組成部分，出于生產需要，對結晶器提出的基本要求是:(1)應該具有良好的導熱冷卻能力和耐磨性能;(2)剛性要好，特別是溫度梯度變化大的情況下，變形要小;(3)結構緊湊，便于制造，檢修裝卸方便、調整容易，冷卻水路能滿足快速更換的要求;(4)為減少振動時的慣性力，它還應滿足:質量要輕，以減少振動裝置的驅動電機功率并使振動平穩;(5)板坯換型調整迅速。

1.2 結晶器的主要參數

(1)結晶器的斷面尺寸和長度的確定。結晶器的斷面尺寸是根據鑄坯在冷態下的公稱尺寸并考慮鋼液的凝固和溫降引起的收縮確定的。

①結晶器寬邊:

B上=[1+(1.5%~2.5%)]B0

B下=[1+(1.5~2.5%)-寬%]B0

B上——結晶器上口寬度，mm

B下——結晶器下口寬度，mm

B0——鑄坯公稱寬度，mm

寬——結晶器款面錐度，%

②結晶器窄邊:

D上=(1+1.5%)D0+2

D下=(1+1.5%-窄%)D0+2

D上——結晶器上口厚度mm

D下——結晶器下口厚度mm

D0——鑄坯公稱厚度mm

窄——結晶器窄面錐度%

③結晶器長度:結晶器長度，主要取決于澆注速度，板坯拉出結晶器的最小坯殼厚度和結晶器的冷卻強度等。理論計算表明，結晶器熱量的50%是從上部導出的，結晶器下部只起到支撐作用，結晶器太長，會增加拉坯阻力，加劇銅板的磨損。結晶器長度一般按下式粗略計算:

l=

l—結晶器長度，

—鑄坯出結晶器口的坯殼厚度，>15mm

KS—結晶器凝面系數，一般為20~30mm/min;

Vc—鑄造速度，mm/min;

按上式算出的值加上鋼液面到結晶器頂部的距離，得到結晶器實際長度Lm

Lm=l+(80~120)

(2)結晶器銅板厚度的確定。結晶器銅板厚度的確定與銅板的合金成分、機械性能、結晶器結構形式、冷卻水量的大小和分布、電鍍層的性能及澆鑄操作等因素有關。具體公式如下:

HM=hm+△m+m

hm——銅板冷卻水槽深度，mm，由冷卻水量和水速確定;

△m——銅板加工余量，mm

m——最小銅板厚度，mm

目前，常用的Hm=40~50mm，如鍍Ni-Fe或Ni-W-Fe，則Hm可以減少到33~40mm.

(3)結晶器冷卻水量的確定。冷卻水量選擇的因素主要有:拉坯速度、鑄坯出結晶器口的最小坯殼厚度、鑄坯斷面積、結晶器結構、進水溫度和進出水溫差等。因此，首先算出在允許的拉坯速度下鑄坯出結晶器時坯殼為最小厚度時，冷卻水帶走多少熱量，然后根據此算出所需的冷卻水量。常根據經驗計算法得出，如:

Q=2(B+D)CK

Q——結晶器的耗水量，L/min;

CK——冷卻強度，可取2L/min.mm

B——鑄坯寬度，mm

D——鑄坯厚度，mm

1.3 結晶器的組成與結構

(1)結晶器的組成。一個完整的結晶器由寬邊銅板及冷卻水箱、窄邊銅板及壓板、支撐框架、調整裝置、窄邊插入件和寬邊足輥、窄邊足輥、結晶器冷卻水裝置、結晶器蓋、液壓系統、潤滑部分組成。

(2)結晶器結構。板坯連鑄機結晶器一般為組合式結晶器。它的內腔由四塊銅板組成，兩塊寬面和兩塊窄面銅板。銅板的背面刨槽，并與冷卻水箱用許多螺栓或熱電偶固定絲桿連接在一起，冷卻水以一定壓力和流速在槽中通過，帶走鋼水的熱量，從而使得鋼水冷卻形成坯殼。在澆注時，從結晶器拉出的鑄坯坯殼很薄，內部還有液芯，為了更好地支撐薄的坯殼和減少由鋼水靜壓力形成的鼓肚變形，在結晶器下端布置多對足輥，足輥和結晶器一起振動。

(3)寬邊銅板和冷卻水箱。銅板是鋼水凝固期間進行熱交換并使之成型的關鍵零件。因此，對銅板材質要求特別高，現在普遍采用銅合金板制作，如:銅銀合金、銅-鉻-鋯-砷合金、銅-鎂-鋯合金等。為提高銅板使用壽命，經常采用銅板表面鍍層的方法。表面鍍層主要是鍍鎳、三層復合電鍍等，而所謂三層復合電鍍一般是銅板表面鍍鎳，第二層為鎳系合金(Ni-P合金層)，第三層為鍍鉻層。據相關資料介紹:復合鍍層壽命比單獨鍍鎳的壽命提高5~7倍，比單獨鍍鉻壽命提高10倍。結晶器鍍層材質不同，其壽命和費用也不一樣。低速鑄造時，單獨鍍鎳、復合鍍層和Ni-Fe鍍層三種材質的結晶器相差不大，中速鑄造時，Ni-Fe鍍層比復合鍍層壽命長1.7倍。若以每噸鋼所支付的銅板費用來比較，中速鑄造時，NI-Fe鍍層的結晶器比復合鍍層結晶器費用低43%，因此Ni-Fe鍍層在中低速連鑄機中得到廣泛的采用。據國外資料報道，以前結晶器采用NI-Gr鍍層，在結晶器下部，由于凝固熔渣之間的摩擦，通常壽命只有300~400爐次。當結晶器下部采用Ni-W-Fe鍍層后，壽命提高了3~4倍。因此，高速鑄造(1.4~2m/min)時，在結晶器下部(特別是窄面)，可用Ni-W-Fe鍍層取代復合鍍層。

冷卻水箱的作用是承受連鑄時作用在銅板上的力，并使銅板水槽封口形成循環冷卻水通道，一般將鋼水傳遞給銅板得熱量帶走，保證銅板與鋼液面接觸處的最高溫度不超過銅板的再結晶溫度。銅板與冷卻水箱通過螺栓連接，未來保護銅板上的螺紋孔，在螺栓與銅板連接時，加了用不銹鋼制成的螺紋套，有利于多次拆裝。在板坯連鑄機上(為了簡化結構和精確控溫又衍生將螺栓做成中空的用來固定固定熱電偶和連接銅板與水箱)。

冷卻水箱采用的是鋼板焊接結構，要求剛度和強度好，焊接和加工質量高，以保證所規定的鑄坯尺寸和結晶器的使用壽命，如下圖所示:

(4)寬邊足輥和窄邊足輥。鑄坯從結晶器剛被拉出來時，坯殼很薄易出現鼓肚，并產生裂紋。為此，在結晶器下端要對鑄坯給予良好支撐，支撐方式有:格柵支撐、足輥支撐和混合支撐。由于格柵阻力大、磨損快、在線調整不方便，一般采用足輥支撐。足輥支撐又主要以小輥、密排的形式布置，寬邊足輥一般布置2~4對，窄邊一般布置3對。具體布置方案由澆注速度和足輥結構決定。

(5)窄邊和寬邊調整裝置。為了適應不同尺寸的鑄坯，設置有調寬和調厚裝置，可以在澆注前將結晶器調整到所要求的寬度，也可以在澆注過程中在線調整，邊拉坯邊改變結晶器的寬度，以逐漸改變鑄坯的寬度。在線調寬技術能連續澆出不同寬度的鑄坯，縮短停機時間，提高鑄機生產能力。而調整裝置有液壓驅動、機械驅動和混合型驅動幾種，例如漣鋼連鑄高效化技改二期工程所采購的結晶器，它的窄邊驅動形式是由電機帶動左右減速齒箱驅動裝在左右側框架內的絲杠旋轉從而進行板寬的調整，調整范圍900~2150mm，它的厚度調整則是通過液壓缸驅動銷軸將自由側水箱頂開或彈回而實現的。

2 結晶器的檢修

2.1 結晶器易損部位分析

從結晶器的結構及其工作環境，綜合我們實踐中的經驗，總結出:結晶器易損部位為銅板、各部位密封圈、冷卻水管路等等，所以我們投產后進行的維護工作可能也大多圍繞著這些個問題展開。

2.2 檢修施工注意要點

(1)在更換銅板作業時，應該嚴格按圖紙要求，在螺栓和熱電偶固定桿外絲上涂抹專用耐高溫間隙膠，如:LION383，使用扭力扳手，嚴格按螺栓緊固順序和流程，多步緊固連接銅板與水箱、銅板與窄面插入件的螺栓以及熱電偶固定桿，而后根據圖紙要求順序緊固所有螺母并打上相應力矩，防止緊固不均造成泄露與銅板變形而影響板坯質量。(2)作業過程中，注意保護好銅板鍍層，以免影響銅板壽命。(3)跟換密封時，應注意孔位是否偏移，各孔是否磨損，O型或唇型密封是否損壞等等。(4)管路一般受高溫的影響，其壽命是一定的，應定期跟換。更換時，應該嚴格按操作規程，防止將雜物帶入冷卻水系統和液壓系統，影響冷卻效果和調整機構動作，損害銅板壽命甚至是發生更嚴重的生產事故。(5)更換銅板和密封后應分步試壓，杜絕不應有的泄露而造成的惡劣影響。

參考文獻

[1]云正寬.冶金工業設計.冶金工業出版社，2006.

[2]張景進.中厚板生產.冶金工業出版社，2005.