常规板坯连铸机结晶器技术

常规板坯连铸机结晶器技术

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。

ﻫ结晶器主要参数的确定ﻫ

1 结晶器长度H

ﻫ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:ﻫﻫＨ=(δ/K)2Vc+S１＋S2 (ｍm）ﻫﻫ式中δ——结晶器出口处坯壳的最小厚度,ｍｍ

ﻫＫ——凝固系数,一般取Ｋ=1８～22 mｍ/mｉｎ0．5

ﻫ Vｃ——拉速,mm/min

S1——结晶器铜板顶面至液面的距离,多取S1＝１00 mmﻫﻫS2——安全余量，S=5０～100 mｍﻫﻫ对常规板坯连铸机可参考下述经验:ﻫﻫ当浇铸速度

≤2.0ｍ/miｎ时，结晶器长度可采用90０～９50mm。ﻫﻫ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。ﻫﻫ 2 结晶器铜板厚度hﻫﻫ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：ﻫ

h=hm＋Δm+δm (mm)ﻫ

式中hｍ——铜板冷却水槽深度,ｍm

Δｍ——铜板加工余量，一般取Δm＝１0～1５mｍﻫ

δm——铜板最终的有效厚度,一般取δm＝１０ｍmﻫ

3 结晶器内腔最大宽度Amaxﻫ

Aｍax=1.025×Ｂｍax （mm)ﻫ

式中Bmax——板坯最大名义宽度,mｍ

4 宽边铜板最大宽度Cumａx

ﻫＣｕｍａｘ=Ａmax+２h＋（１00～１50) （mｍ)ﻫﻫ５无轻压下时,窄边铜板上、下口尺寸Zs、Zxﻫ

Zs=1.025×D+2(mｍ)ﻫ

Zx=1．019×D+2（mｍ）

ﻫ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。ﻫﻫ 6 单边调宽行程Sd

ﻫSｄ=( Aｍax－Ｂｍin)/2+（30～5０) （mm）

ﻫ式中 Bmin——为板坯最小名义宽度，ｍm。ﻫﻫ７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ﻫﻫＡx＝(1．０10～1.０12)×B (ｍm)ﻫ

Ａs＝Ax×（1+Δ×Ｈ) (ｍm)ﻫ

式中 B——板坯名义宽度,ｍm

Δ——结晶器锥度，一般取0．9%/m左右ﻫ

H——结晶器长度，m

图１为结晶器上、下口尺寸示意图。

ﻫ图1 结晶器上下口尺寸

ﻫﻫ８结晶器夹紧力的计算ﻫﻫ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×ΣPＡﻫﻫ FS2=１．5×ΣPB

ﻫ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,mmﻫ

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,ｋNﻫ

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

ﻫ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。ﻫﻫ (２）结晶器窄边钢水静压力。ﻫﻫ（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。

ﻫ 10 结晶器下口与引锭头之间的间隙ﻫﻫ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

1结晶器铜板材质ﻫ

ﻫﻫ结晶器的优化问题ﻫﻫ

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。ﻫ

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。ﻫﻫ铜板厚度一般取40～50mm。ﻫﻫ铜板镀层采用Ni-Cｒ、Ｎi-Fe、Nｉ-Cｏ、Ｃo－Nｉ等。ﻫﻫ铜板每次刨修量1.5mm。ﻫﻫ结晶器铜板的最小有

2铜板水槽分布ﻫ

效使用厚度（铜板表面至水槽底部）10ｍm。ﻫﻫ

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。

ﻫ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：ﻫﻫ

图2 不同尺寸的水槽深度

ﻫﻫ表1是国外某钢厂常规板坯连铸机高拉速时结晶器铜板主要参数。ﻫ

铜板材质Cu－Cr－Ｚr

铜板厚度35~40ｍm,表面温度小于350℃