1600 mm不銹鋼板坯連鑄機結晶器設計

鄧春棟

結晶器是連續鑄鋼設備中一個非常關鍵的部件，位于中間罐的下方，在澆鋼時從中間罐注入的鋼水在其中凝固并形成規定尺寸的外殼，在中心還是液態的情況下，鑄坯從結晶器中被拉出。在鋼水凝固過程中，受鋼水靜壓力、摩擦力、鋼水熱量的傳遞以及調寬作用力等諸多因素的影響，結晶器同時處于機械應力和熱應力的綜合作用之下，工作條件極為惡劣。為了從結晶器中順利拉出合格的鑄坯，結晶器應滿足以下條件：

（1）應具有良好的導熱冷卻能力和耐磨性能。

（2） 結晶器的剛性要好，特別是在激冷激熱、溫度梯度變化大的情況下變形要小。

（3）結構緊湊，便于制造，裝卸方便，調整容易，冷卻水路能自行接通，且能滿足快速更換的要求。

（4）為減少振動時的慣性力，在滿足上述三個條件下，結晶器重量要輕，以減少振動裝置的驅動電機功率并使振動平穩。

1 設備組成

1600 mm不銹鋼連鑄機結晶器由框架裝配，寬、窄邊部件，寬邊足輥，窄邊足輥，厚度夾緊裝置，調寬裝置和機上配管等7大部件來組成（見圖 1）。

框架裝配是設備的基礎件，由左右支承框架和固定/自由側水箱等四大焊接件組成結晶腔的4面壁，左右支承框架除支承固定/自由側水箱外，還支承著窄邊調寬裝置，進出結晶器寬、窄邊的水配管和前后左右噴淋水配管（噴嘴）也都經由左右支承框架與結晶器下面的結晶器振動裝置相連接。

圖1 結晶器組成圖

在左右支承框架上還分別設有左右偏心螺栓，通過振動裝置上的定位槽調整結晶器的后緣線。

固定/自由側水箱通過軟夾緊裝置按設定的夾緊力夾緊窄邊銅板，既保證有足夠的夾緊力，又不會損壞銅板車身。夾緊裝置用液壓裝置頂開，頂開時活動側水箱沿著左右支承框架上的左右滑動導向螺栓向外移動6～9 mm，在寬、窄邊銅板之間形成必要的調寬和維修間隙。

2 結構形式及特點

該結晶器采用平行直板式結構，主要生產厚180 mm和200 mm規格的不銹鋼板坯。結晶器銅板長度為900 mm，表面鍍有鎳鐵合金。寬邊部件下布置有1對足輥，窄邊部件下布置有3對足輥，起輔助結晶器作用。厚度方向上采用盤彈簧軟夾緊裝置，能夠在允許短邊銅板膨脹變形的同時，依然保持有足夠的夾緊力，由液壓控制裝置對結晶器開口度和錐度進行調整。

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2.1 厚度夾緊裝置

厚度夾緊裝置是由上彈簧座、活塞桿、防塵環、蓋板、上拉桿、鎖緊螺母、底墊、球面軸承、墊圈、上壓蓋、下拉桿、下彈簧座、螺栓、下壓蓋，調節螺母和止擋插板等組成（見圖2）。

固定側和活動側冷卻水箱用4根拉桿將窄邊銅板夾緊（見圖3）。拉桿一端用螺母壓在內弧側冷卻水箱的外壁上，另一側通過蝶形彈簧將外弧冷卻水箱壓緊。由于蝶形彈簧力是預先設定的，所以不論在調寬或不調寬的澆注過程中都能將窄邊緊緊夾住。在調寬結束后，活塞桿后退，前后冷卻水箱恢復到蝶形彈簧所設定的夾緊力狀態。

裝配時首先旋轉拉桿使軸與活塞桿相聯接，并拉緊固定側水箱和活動側水箱，使4塊銅板之間保持0.1 mm間隙；先鎖緊兩連桿處的4個鎖緊螺母和外側的4組鎖緊螺母，然后用內側的4組螺母分別調節4組球面軸承的軸向間隙并鎖緊（必須保持必要的軸向間隙，否則不能自調芯）；最后用管夾捆扎耐熱石棉布保護活塞桿、拉桿和鎖緊螺母。在線檢查結晶器時，可通過液壓缸將活動側寬邊銅板撐開，使在寬窄邊銅板之間形成4 mm左右的間隙，以便清除寬窄邊銅板之間的異物。

該結晶器有以下特點：

圖2 厚度夾緊裝置圖

圖3 結構組裝圖

（1）能始終滿足鑄造條件的夾緊力。

（2）能根據鑄坯寬度來控制夾緊力，并使之處于允許的最小值狀態。

（3）能隨窄邊寬度熱膨脹進行隨動油壓控制。

2.2 調寬裝置

調寬裝置由支承塊，螺母、鍵、夾緊塊、支承板、螺釘、連接管、波紋套支架、連接板、液壓缸、油杯、軸承座和連接塊等組成（見圖4）。為滿足用戶對不同寬度板坯的需要，調節寬度的方式可采用更換結晶器或在線停機調寬2種方法。

圖4 調寬裝置組裝圖

2.3 寬、窄邊部件及足輥

寬邊部件 主要由銅板和水箱組成。銅板是鋼水凝固期間進行熱交換并使之成形的關鍵零件，對材質要求較高，銅板的材料為Cu-Cr-Zr+鍍層。銅板與水箱是通過螺栓連接的，為了保護銅板上的螺紋孔，在螺栓與銅板的連接處加上了不銹鋼制作的螺紋套以便于拆卸。寬邊水箱的作用是承受連續鑄造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，以便將鋼水傳遞給銅板的熱量帶走，保證銅板與鋼液面接觸處的最高溫度不超過400℃。寬邊水箱采用的是鋼板焊接結構，要求鋼板強度和剛度好，焊接加工質量高，水箱焊后打壓試驗1 MPa，保壓30 min不泄露，以保證鑄坯尺寸和結晶器的使用壽命。

窄邊部件及足輥 主要由窄邊本體和窄邊足輥組成，窄邊本體又由支撐板、壓板和銅板組成。銅板的材質與性能同寬邊部件中的銅板相同，不同的是為防止調錐度時磨損窄邊，在寬向側面上鍍Ni。壓板為焊接件結構，它與銅板把合在一起，當銅板磨損需修磨時，可整體更換，當與支承板連接上時，冷卻水路自動接通，這是該結晶器的一大優點。支承板為焊接結構，它與窄邊調整裝置相連接，可與壓板和銅板整體移動和調錐。窄邊足輥以小輥徑密排輥的形式把合在窄邊本體下面，三只足輥裝在一個支架上，并可隨板坯寬度的變化進行調整。正常拉坯時足輥可承受鑄坯在寬度方向上的鼓肚力，足輥后裝有盤形彈簧以緩沖鑄坯通過時的過載量。足輥采用堆焊輥，輥身單側有4 mm厚的堆焊層，輥子母材選用20MnMo，母材和堆焊層須經過嚴格無損探傷，以確保輥子在熱狀態下的使用壽命。

寬邊足輥 布置在寬邊冷卻水箱下，由于輥子直接與高溫鑄坯相接觸，不僅承受很大的鋼液靜壓力，而且還要承受在非正常澆注時的尖峰負荷，因此除要求輥子必須耐磨外，還要保證有足夠的強度和剛度。寬足輥成對布置，其軸承座由四對T形螺栓固定在寬邊水箱下面。為防止鑄坯鼓肚，采用了小輥距的三分段輥。寬邊足輥也是堆焊輥，母材和堆焊層與窄邊足輥相同。

寬邊足輥通過調整螺栓和調整墊片來保證其輥面與寬邊銅板下端在同一平面上。

3 結 語

1600 mm不銹鋼結晶器所采用小輥徑，三分段結構足輥、液壓打開彈簧夾緊裝置以及帶有液壓鎖緊裝置的液壓調寬裝置等使該結晶器結構緊湊，剛性好，重量輕，工藝先進，在該結晶器設計制造過程中積累的經驗可為今后設計同類產品提供幫助。