板坯连铸机结晶器设计要点分析

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KEYWORDS Mould Continuous slab caster Design essential
1 引言 现代板坯和大方坯连铸的结晶器设计一般采用组合
形式。组合式结晶器结构简单,设备重量轻,安装调整方 便。按照机型不同,结晶器又可分为弧形和直形。目前国 内和国际板坯连铸市场上应来自百度文库最多的还是直形结晶器。 2 结晶器的主要参数
理宽窄面铜板间的杂质; 浇注中改变宽度规格时可将宽边
业出版社,1990
铜板张开特定小的间隙,在保证不漏钢的前提下改变了铸 [2]邹俊苏. 连铸结晶器铜板温度场数值模拟研究. 钢铁,
2002( 5)
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( 接 20 页) 力小、减小电耗及制造简单。 4 改造效果
结晶器宽边铜板尺寸的确定 Ww = B2 + 2H + ( 50 ~ 100)
结晶器窄面铜板尺寸的确定( 无轻压下时) 窄面铜板上口尺寸 = 1. 025 × D + 2 窄面铜板下口尺寸 = 1. 025 × D 其中 D 为铸坯名义厚度尺寸。 2. 3 结晶器冷却水量的确定 结晶器冷却水量与拉坯速度、结晶器出口最小坯壳厚 度、进出水温差等因素有关。因此,首先要计算出在允许 拉坯速度下,铸坯出结晶器为最小坯壳厚度时,由冷却水 带走的热量,然后计算所需要的冷却水量。在通常设计中 按冷却强度和铸坯断面周长确定。公式为: Q = 2( W + D) × CK 式中 Q———结晶器的总耗水量;
Total No. 188 Extra Edtion( 1) 2011
冶金设备 METALLURGICAL EQUIPMENT
总第 188 期 2011 年特刊( 1)
板坯连铸机结晶器设计要点分析
施海洋①
( 中冶京诚工程技术有限公司 北京 100176)
摘要 从理论和实践的结合上就板坯连铸机结晶器的主要参数及相关设备结构的设计作了阐述,为板坯 连铸机结晶器的设计、研究提供了依据。
ABSTRACT This paper made a deeply analysis about the main parameter of mould and the design of the mould structure for continuous slab caster by theory and practice. It provided the basis for continuous slab caster mould design and research.
足辊和窄面导向装置是对铸坯出结晶器后起一定支 撑作用。根据浇铸速度和板坯断面尺寸,结晶器宽面足辊 可设置 1 ~ 3 对,窄面足辊可设置 1 ~ 4 对。宽边足辊在设 计时应有垫片组,保证在铜板磨损后可以调整足辊与结晶 器铜板的相对关系不变。足辊辊身材质可采用 42CrMo 或 Q390 - C,周围高温蒸汽粉尘环境,设计时应采用集中 润滑足辊轴承。
关键词 结晶器 板坯连铸机 设计要点
Design Essentials Analysis about Slab Mould of Continuous Casting Machine
Shi Haiyang
( Capital Engineering & Research Incorporation Limited,Beijing 100176)
DANIELI 设计的张开及夹紧装置在某二个项目中采用了
6 个液压缸其中 4 个用于活动侧支撑壁的张开,另外 2 个
用于固定侧支撑壁的张开,这样就解决了角部粘渣的清理
问题。
4 结束语
在设计当中,合理的设备结构和参数的选择不但可以
降低设备重量 减 少 投 资,还 可 以 提 高 设 备 性 能 和 使 用 寿
L = ( δ / Ks ) 2 ν + ( 100 ~ 150) 式中 δ———结晶器出口处坯壳厚度,一般在 10 ~ 25mm
之间; Ks ———凝固系数,一般为 18 ~ 23 mm / min0. 5 ;
V———铸造速度; 100 ~ 150———弯液面的距离( mm) 。 现代高速连铸机的结晶器长度通常采用 900mm,也 有取 1 ~ 1. 2m 的。结晶器长度增加可提高拉坯速度,但 长度太长会增加拉坯阻力,加剧铜板磨损。 结晶器的锥度与浇铸钢种、冷却条件、拉速等诸多因 素有关。适合的倒锥度不仅能提高结晶器的冷却效果,减 少漏钢事故的发生,而且还有助于防止和减少铸坯纵裂的 产生。 对于结晶器宽度尺寸,某些厂家是按照板坯宽度来确 定,其方法如下: 铸坯宽度公称尺寸: W( 冷态) 结晶器下口尺寸: B1 = W × 1. 013 结晶器上口尺寸: B2 = B1 × 1. 01 2. 2 结晶器铜板尺寸的确定 结晶器铜板厚度尺寸的确定与结晶器的结构形式,冷 却水缝的大小 和 分 布、铜 板 维 修 次 数 及 镀 层 性 能 都 有 关 系。研究表明,拉速高时铜板应随之减薄。铜板厚度薄也 相应降低了投资成本。 铜板厚度可由下式确定: H = hm + Δm + δm 其中,hm 为铜板冷却水缝深度,Δm 为铜板加工余量,
将碟簧压紧时仍有一定富裕量而不至于将碟簧压平失效。 在液压缸端头有止挡装置,可以保证即使在浇注中碟簧失 效也不会使结晶器宽边张开漏钢。现代化钢厂在组织生 产时往往生产节奏安排的比较快,因此浇铸中不停机在线 调宽被越来越多的钢厂采用。张开及夹紧装置的止挡在 设计时可以与框架或液压缸间留有特定的间隙,当需要在 线不停机调宽时就可以通过液压缸压缩碟簧使宽边张开 很小的间隙,这时窄面调节装置就可以运动改变铸坯宽度 规格。现场实际生产中有些厂家将上下碟簧力设定为相 等值,应用效果也很好。为防止周围环境中的蒸汽与粉尘 影响碟簧的使用,在设计张开及夹紧装置时还应有密封件 密封或润滑管线,为此可使碟簧寿命延长。VAI 设计的张 开及夹紧装置也有一些不足,当停机检修需要清理结晶器 的角部 粘 渣 时,固 定 侧 与 窄 面 接 触 的 部 位 不 易 清 理。
CK ———结晶器冷却强度( 经验值为 2 l / min. mm ) ; W———铸坯宽度; D———铸坯厚度。 3 结晶器的组成和结构 组合式结晶器由结晶器框架、插入件宽边、插入件窄 边、足辊、窄面导向装置、窄面调宽装置、张开及夹紧装置、 结晶器罩等组成。结晶器由螺栓固定在振动台上,冷却水 路自行接通,更换快速简便。 3. 1 结晶器框架 结晶器框架为组合件,包括左框架装配、右框架装配、 固定侧装配、活动侧装配。结晶器在设计时应以宽边足辊 的切线为连铸机的基准线,VAI 采用在左右框架上安装 偏心轴装置,能够在修磨铜板后快速便捷的调节保证铜板 与铸机基准线不变。DANIELI 的标准设计是在扇形段 0 段的框架上安装偏心轴装置,在结晶器上安装导向装置, 导向装置插入 0 段的两个偏心轴装置之间,当铜板修磨后 调整偏心装置使得结晶器铜板与基准线的相对关系不变。 SMS 的设计是在左右框架上焊接顶丝装置连接固定侧水 箱,结构较简单但调节不方便。 结晶器框架设计时还应考虑冷却水路的走向,宽边和 窄面的水路走向应一致。一般铜板水缝中的水流方向为 下进上出,这样可以保证一旦事故无水时结晶器内还能存 有一定的水不至于损毁结晶器。 3. 2 插入件宽边和窄边 插入件宽边、窄边为组合件,在 VAI 的常规设计中一 般采用铜板加 背 板 的 结 构,使 用 螺 栓 将 铜 板 把 合 在 背 板 上,更换时可以整体吊运。DANIELI 设计中将铜板把合在 水箱上,此种结构刚性较好但拆装不方便。SMS 的设计中 没有背板或水箱,直接将铜板把合在左右框架上。钢水在 结晶过程中释放的热量由铜板背面中快速流动的冷却水 带走,均匀高效的冷却可以延长结晶器铜板的使用寿命和
命。本文所述内容在常规板坯结晶器设计中多次运用,并
图 3 机械调宽装置典型结构
与实际使用厂家在生产实践中不断改进,结晶器的优化设 计还需要在理论和实践中不断的探索和完善。
3. 5 张开及夹紧装置
张开及夹紧装置的作用是浇注时将结晶器的宽边铜
参考文献
板与窄面铜板夹紧在一起; 维修时将宽边铜板张开便于清 [1]刘名延,李平. 板坯连铸机设计与计算. 北京: 机械工
为了生产出合格的铸坯,结晶器在设计过程中应满足 以下基本要求:
结构紧凑,安装调整方便,能满足快速更换要求。 整体结 构 刚 性 好,在 机 械 应 力 和 热 应 力 作 用 下 变 形小。 铜板镀层应具有良好的传热能力和耐磨性能,合理的 水缝和螺 栓 布 置,能 满 足 较 高 的 过 钢 量 和 铸 坯 质 量 的 要求。 2. 1 结晶器长度和锥度的确定 影响板坯连铸结晶器的长度主要因素有结晶器出口 的最小坯壳厚度、浇铸速度和冷却能力等。长度 L 可按下 列公式粗略计算:
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提高铸坯的质量。现代板坯连铸中结晶器铜板的材质一 般采用鉻 - 锆 - 铜合金,该合金不仅具有较高的强度和硬 度,而且还具有良好的导热性、耐蚀性和耐磨性。为延长 使用寿命,在铜板下方采用合金电镀工艺,对于中低拉速 的使用 Ni - Fe 镀层,高拉速的使用 Ni - Co 镀层。
利用有限元法可计算结晶器铜板的温度场,合理的铜 板水缝尺寸及排布可使冷却更加均匀。拉速是影响铜板 温度分布的主要因素,拉速增加铜板温度明显升高,增加
① 作者简介: 施海洋,男,1973 年出生,1995 年毕业于北京科技大学,高级工程师,从事炼钢设备设计工作
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总第 188 期
冶金设备
2011 年特刊( 1)
δm 铜板 最 终 有 效 厚 度。在 常 规 板 坯 连 铸 设 计 中,hm = 15mm,Δm = 15mm,δm = 10mm。所以 H = 40mm。
施海洋: 板坯连铸机结晶器设计要点分析
2011 年特刊( 1)
坯的宽度规格,缩短了生产准备时间提高作业率。在常规
的结晶器设计中张开及夹紧装置一般采用碟簧夹紧液压
张开。张开时的液压缸的推力应克服碟簧的夹紧力,VAI
在设计张开及夹紧装置时缸体中有凸台,可以保证液压缸
图 2 缩径典型结构 3. 4 窄面调宽装置
通过一 系 列 的 验 算,为 回 转 窑 的 改 造 提 供 了 理 论 依据。
窄面调宽装置的作用是生产厚度相同宽度规格不同 时调节窄面铜板间距。根据驱动形式不同又可分为液压 调宽和机械调宽。液压调宽是由比例伺服阀、液压锁、内 置位移传感器的液压缸等组成。VAI 在设计中还采用了 水冷结构冷却阀块,来保证运行可靠。同时向液压缸活塞 杆护套内吹压缩空气阻止粉尘或蒸汽带入液压缸。
机械调宽可以分为手动调宽和电动调宽。主要由蜗 轮调宽机构组成。电动调宽选用带编码器的伺服电机,当 结晶器窄面锥度变化时编码器读数变化,伺服电机控制器 可控制电机补偿偏移量。由于结晶器处于蒸汽粉尘环境, 丝杠应有可靠的防护。
图 1 结晶器铜板温度计算结果 冷却水量超过一定值后对冷却效果影响不大。图 1 为某 钢厂结晶器铜板温度的计算结果,对比水槽深度 11、15 和 水槽深度 13、17,可以知道采用水槽深度 11、15 的铜板表 面温度梯度更小,分布更均匀。
结晶器锥度是影响铸坯质量的一个重要因素,不合适 的锥度会引起铸坯窄面鼓肚或凹陷,严重时会引起角部纵 裂及三角区裂纹。根据不同钢种、不同拉速的连铸机需要 设定不同的锥度,才能生产出质量合格的铸坯。 3. 3 足辊和窄面导向装置
窄面足辊也应有垫片组调整辊子高度,还应增加碟簧 组支撑,以提高窄面足辊支撑板坯的实际效果。根据钢水 静压力确定弹簧力的大小。
宽边足辊包括有喷淋架,其处于连铸机最易漏钢的部 位,漏钢时容易将喷嘴堵死,因此设计中必须考虑安装、拆 卸的方便性。常规设计中一般采用斜楔固定,拆装灵活维 修方便。
VAI 在窄边导向装置的设计中采用长螺栓吊挂形式, 用长的 T 型头螺栓将窄边导向装置固定在窄面插入件上。 在 T 型螺栓头部专门设计了缩径形式,当漏钢时若钢水将 窄面导向装置 粘 住,只 需 拧 断 螺 栓 窄 面 导 向 就 粘 在 残 钢 上,天车可直接将结晶器吊出,缩短处理事故时间。
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