常规板坯连铸机结晶器技术
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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+Δ m+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δ m=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)
Zx=1.019×D+2 (mm)
5 无轻压下时,窄边铜板上、下口尺寸Zs、Zx
Zs=1.025×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)
Δ结晶器锥度,一般取0.9%/m 左右
Zx=1.019×D+2 (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
口尺寸
kN
kN
结晶器长度,m
图1 为结晶器上、下口尺寸示意图
8 结晶器夹紧力的计算
图1 结晶器上下
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,
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,
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: