常规板坯连铸机结晶器技术

常规板坯连铸机结晶器技术

【保护视力色】【打印】【进入论坛】【评论】【字号大中小】2006-12-07 11-07 杨拉道刘洪王永洪刘赵卫邢彩萍田松林 (西安重型机械研究所)

结晶器是连铸机中的铸坯成型设备, 是连铸机的核心设备之一。其作用是将连续

不断地注入其内腔的钢液通过水冷铜壁强制冷却,导出钢液的热量,使之逐渐凝固成为具

有所要求的断面形状和一定坯壳厚度的铸坯,并使这种芯部仍为液相的铸坯连续不断地从

结晶器下口拉出，为其在以后的二冷区域内完全凝固创造条件。在钢水注入结晶器逐渐形

成一定厚度坯壳的凝固过程中，结晶器一直承受着钢水静压力、摩檫力、钢水热量的传递

等诸多因素引起的的影响，使结晶器同时处于机械应力和热应力的综合作用之下，工作条

件极为恶劣，在此恶劣条件下结晶器长时间地工作，其使用状况直接关系到连铸机的性能，并与铸坯的质量与产量密切相关。因此，除了规范生产操作、选择合适的保护渣和避免机

械损伤外，合理的设计是保证铸坯质量、减小溢漏率、提高其使用寿命的基础和关键。

板坯连铸机一般采用四壁组合式（亦称板式）结晶器，也有一个结晶器浇多流铸

坯的插装式结构。

结晶器主要参数的确定

1 结晶器长度H

结晶器长度主要根据结晶器出口的坯壳最小厚度确定。若坯壳过薄，铸坯就会出

现鼓肚变形，对于板坯连铸机，要求坯壳厚度大于10～15mm。结晶器长度也可按下式进

行核算：

H=(δ/K)2Vc＋S1＋S2 (mm)

式中δ——结晶器出口处坯壳的最小厚度，mm

K——凝固系数，一般取K=18～22 mm/min0.5

Vc——拉速，mm/min

S1——结晶器铜板顶面至液面的距离，多取S1=100 mm

S2——安全余量，S=50～100 mm

对常规板坯连铸机可参考下述经验：

当浇铸速度≤2.0m/min时，结晶器长度可采用900～950mm。

当浇铸速度2.0～3.0m/min时，结晶器长度可采用950～1100mm。

当浇铸速度≥3.0m/min时，结晶器长度可采用1100～1200mm。

2 结晶器铜板厚度h

铜板厚度的确定是依据热量传热原理和高温下的使用性能，具体说，与铜板材质、镀层、机械性能、拉速、冷却水量的大小和分布等有关。研究表明，拉速高，铜板应随之减薄；反之，拉速低，铜板应随之增厚。在考虑上述诸多因素后，铜板的厚度可由下式确定：

h=hm+Δm+δm (mm)

式中 hm——铜板冷却水槽深度，mm

Δm——铜板加工余量，一般取Δm=10～15mm δm——铜板最终的有效厚度，一般取δm=10mm 3 结晶器内腔最大宽度Amax

Amax=1.025×Bmax (mm)

式中 Bmax——板坯最大名义宽度，mm

4 宽边铜板最大宽度Cumax

Cumax=Amax+2h+(100～150) (mm)

5 无轻压下时，窄边铜板上、下口尺寸Zs、Zx Zs=1.025×D+2 (mm)

Zx=1.019×D+2 (mm)

式中 D——板坯名义厚度，mm

如果考虑了凝固末端轻压下，则应再增加3～4mm。另外，有的用户还要求按照自己的经验进行确定，这时须尊重用户意见。

6 单边调宽行程Sd

Sd=( Amax－Bmin)/2+(30～50) (mm)

式中 Bmin——为板坯最小名义宽度，mm。

7 当用户无特殊要求时，生产当中结晶器下、上口尺寸Ax、As的确定

Ax=(1.010～1.012)×B (mm)

As= Ax×(1+Δ×H) (mm)

式中 B——板坯名义宽度，mm

Δ——结晶器锥度，一般取0.9%/m左右

H——结晶器长度，m

图1为结晶器上、下口尺寸示意图。

图1 结晶器上下口尺寸

8 结晶器夹紧力的计算

每个结晶器有4组夹紧弹簧，上方两组，下方两组，其夹紧力为：

FS1=1.5×ΣPA

FS2=1.5×ΣPB

式中 FS1——结晶器上口每个夹紧装置的夹紧力，mm

FS2——结晶器下口每个夹紧装置的夹紧力，mm

ΣPA——钢水静压力和内弧水箱移动所产生的摩擦力在上方的作用力，kN

ΣPA——钢水静压力和内弧水箱移动所产生的摩擦力在下方的作用力，kN

夹紧装置结构形式可采用弹簧夹紧、液压缸松开的方式，也可采用全液压夹紧方式。

9热态板坯由宽调窄时的推力

结晶器推力计算时，可参考《板坯连铸机设计与计算》一书，主要考虑下列因素：（1）铸坯变窄时的推力。

（2）结晶器窄边钢水静压力。

（3）宽窄边铜板因弹簧夹紧引起的摩擦力。

（4）沿铸造方向窄边和铸坯之间的摩擦阻力。

10 结晶器下口与引锭头之间的间隙

引锭进入结晶器后，结晶器下口宽度与引锭头宽度之间的间隙为4～9mm

引锭进入结晶器后，结晶器下口厚度与引锭头厚度之间的间隙为4～5mm

结晶器的优化问题

1 结晶器铜板材质

结晶器铜板设计是结晶器设计的最重要环节。铜板的导热效果及寿命主要与铜板的材质、热面镀层、结晶器冷却水水量、结晶器与足辊及二次冷却区的对弧精度有关，除此之外，合理的结构设计显得更为重要。

结晶器铜板母材推荐采用CuCrZr合金，也可采用CuAg合金，在一台结晶器上两种材质也可一起采用，易磨损的窄面铜板采用CuCrZr材质，相对不易磨损的宽面铜板采用CuAg材质。

铜板厚度一般取40～50mm。

铜板镀层采用Ni-Cr、Ni-Fe、Ni-Co、Co-Ni等。

铜板每次刨修量1.5mm。

结晶器铜板的最小有效使用厚度（铜板表面至水槽底部）10mm。

2 铜板水槽分布

结晶器铜板水槽的分布和传热密切相关，结构设计包括水槽的宽度、深度、数量分布及铜板固定螺栓的布置等。其要点是设置合适的冷却水流量与流速，并考虑结晶器冷却的均匀性。

设计时螺栓直径在M16～M20之间选取，螺栓间距应尽可能小，尽量减小固定螺栓近旁的水槽间距，并采用长短结合的水槽深度，即布置在铜板固定螺栓近旁的水槽可适当深一些，这样可有效降低固定螺栓处的铜板热面温度差，使结晶器热量传递及形成的坯壳更为均匀，如图2所示：