结晶器简介

结晶器简介
连铸结晶器结构有哪几种型式
按连铸机型式不同，结晶器可分为直的和弧形的两大类。

按铸坯规格和形状来分，有小方坯、大方坯、板坯和异形坯结晶器。

按结晶器本身结构来说，可分为3种类型：管式结晶器：它是用壁厚为6～12mm的铜管制成所需要的断面，在铜管外面，套有套管以形成5～7mm的冷却水通路，保证冷却水流速为每分钟6～10m。

这种结晶器结构简单，制造方便，广泛用于小方坯连铸机上。

整体式结晶器：它是用整块铜锭刨削制成的，在其内腔四周钻有许多小孔用以通冷却水。

这种结晶器刚性好，易维护，寿命较长，但制造成本高，耗铜多，近几年已不采用。

组合结晶器：它是由4块铜板组合成所需要的内腔。

在20～50㎜的钢板上刨槽，并与一块钢板联结起来，冷却水在槽中通过。

大方坯和板坯连铸机都用这种形式的结晶器。

连铸结晶器应具有哪些性能
结晶器是连铸机的重要部件。

钢液在结晶器中凝固成型，结成一定厚度的坯壳并被连续拉出进入二次冷却区。

良好的结晶器应具有下列性能：
(1)良好的导热性，能使钢液快速凝固。

每lkg钢水浇注成坯并冷却到室温，放出的热量约为1340kJ/kg，而结晶器约带走5～10％，即67～134kJ/kg，若板坯尺寸为250×1700mm，拉速为lm/min时，结晶器每分钟带走的热量多达20万kJ。

而结晶器长度又较短，一般不超过lm，在这样短的距离内要能带走大量的热量，要求它必须具有良好的导热性能。

若导热性能差，会使出结晶器的铸坯坯壳变薄，为防止拉漏，只好降低拉速，因此结晶器具有良好的导热性是实现高拉速的重要前提。

(2)结构刚性要好。

结晶器内壁与高温金属接触，外壁通冷却水，而它的壁厚又很薄(仅有10～20mm)，因此在它的厚度方向温度梯度极大，热应力相当可观，其结构必须具有较大的刚度，以适应大的热应力。

(3)装拆和调整方便。

为了能快速改变铸坯尺寸或快速修理结晶器，以提高连铸机的生产能力，现代结晶器都采用了整体吊装或在线调宽技术。

(4)工作寿命长。

结晶器在高温状况下伴随有铸坯和结晶器内壁之间的滑动摩擦，因此结晶器内壁的材质应有良好的耐磨性和较高的再结晶温度。

(5)振动时惯性力要小。

为提高铸坯表面质量，结晶器的振动广泛采用高频率小振幅，最高已达400次/min，在高频振动时惯性力不可忽视，过大的惯性力不仅影响到结晶器的强度和刚度，进而也影响到结晶器运动轨迹的精度。

管式结晶器由哪几部分组成
管式结晶器由铜管、冷却水套、底脚板和足辊等部件组成，如图2-9所示。

内腔由带有锥度的弧形无缝铜管4，其外面套以钢质内水套2使之形成约为5～7mm冷却水通道，利用隔板及橡胶垫与外水套7相联，形成上下两个水室，冷却水从给水管8进入下水室，以6～8m/s的速度流经水缝，进入上水室，从排水管9排出。

铜管结晶器主要用于小方坯连铸机。

图2-9管式弧形结晶器
l一结晶器罩；2一内水套；3一润滑油盖；4一结晶器铜管；
5一放射源容器；6一盖板；7一外水套；8—给水管；
9一排水管；10一接收装置；11一水环112-足辊;13—定位销组合式结晶器结构上有哪些特点
组合式结晶器由内外弧铜板、窄边铜板、冷却水箱、窄边夹紧和厚边调整装置以及足辊所组成。

为提高结晶器冷却强度，与液态金属接触的内侧(内弧、外弧和侧板)皆采用导热性好又耐磨的铜合金。

在浇注时，从结晶器拉出的铸坯外部还是很薄的坯壳，内部还是液芯，为了
更好地支撑这薄薄的坯壳和减少由钢水静压力而形成的鼓肚变形，在结晶器下端布置有2～3对足辊(也有采用格栅结构的)。

为了适应不同尺寸的铸坯，设置有调宽和调厚装置，近代板坯连铸机发展了在线调宽装置，在不间断拉坯条件下改变铸坯的宽度，缩短辅助时间，提高铸机的生产能力。

结晶器为什么用铜合金制成
结晶器内层是钢水凝固时进行热交换并使钢水成型的关键部件，因此要求采用导热性能良好的材质制成。

紫铜板导热性能良好，但强度和硬度都低，尤其在高温下强度就更低,因而其寿命较短。

为了提高寿命，普遍采用铜合金，如：铜银合金、铜一铬一锆一砷合金、铜一镁一锆合金等。

铜银合金成份为：Cu99.5％，AgO.07～0.1％。

加银的目的是为了提高铜板的再结晶温度，当含银量在0.08～0.1％时再结晶器温度为318～326℃(比普通铜板提高50℃)，高于它的工作温度，在正常冷却条件下结晶器内壁工作温度为250～320℃，这样可以防止再结晶。

结晶器在线调宽及其调法
在不停顿拉坯的条件下，改变铸坯的宽度叫结晶器在线调宽，它的优点是：(1)能连续浇注出不同宽度尺寸的铸坯，缩短了停机时间，提高铸机生产能力；(2)可减少铸坯切头切尾的损耗，提高收得率；(3)可浇注相近成份的钢水而不需停机。

近年来结晶器在线调宽技术得到较快的发展。

下面介绍国外某厂的结晶器在线调宽方法。

通过移动结晶器的窄边来调整它的宽度，调整方法是对两侧窄边多次小步向外(由窄调宽)或向内(由宽调窄)移动·移动顺序如图2-10所示。

a是由窄往宽调，b是由宽往窄调，调节的顺序依次按1、2、3……进行，直至达到新的宽度为止，最后一次调整应满足结晶器新宽度的设定锥度值。

每次调节量约为初始锥度的1/4，调节速度为20～50mm/min，调节是由每个窄边的上下各有两套机构实现的，采用计算机控制。

图2-10国外某厂结晶器在线调冤顺序、
a一由窄调宽;b一由宽调窄
晶器铜板为什么要镀层
结晶器工作时与高温铸坯直接接触，两者之间经常处于滑动摩擦状态，为了提高结晶器的导热性能，其内壁一般用铜合金制成，但其硬度较低，因此，为了提高结晶器内壁铜合金板寿命而采取镀层的办法。

(1)单一镀层在结晶器内壁铜板表面镀Cr，其厚度为0.06～0.08mm，最大可镀0.15mm，铬氏硬度高，但由于铬与铜的线膨胀系数相差近一倍，Cu和Cr的线膨胀系数分别为0.165×10-4和0.084×10-4(1/℃)，因此工作一段时间后镀层会开始剥离。

Ni与Cu的线膨胀系数十分接近，铜板镀Ni比镀Cr可提高使用寿命，镀Ni层可加大厚度，最厚达5mm。

(2)复合镀层为提高铜板使用寿命，采用Ni、Ni合金和Cr3层复合镀层。

第一层镀Ni，因它的线膨胀系数为(0.167×10-41/℃)，与Cu相近，可防止热膨胀而剥离。

第二层为Ni—P 合金层，在高温下硬度较高。

第三层为Cr层，可增加光洁度减少摩擦阻力。

这种复合镀层比单独镀Ni寿命可提高5～7倍。

Ni—W—Fe镀层，由于W和Fe的加入，提高镀层强度和硬度，其维氏硬度Hv=300～780，它的线膨胀系数和Cu、Ni大致相等，高温强度稳定性好，适合高拉速连铸机(1.4～2. 0m/min)采用。

结晶器为什么做成倒锥度
结晶器内腔纵断面的尺寸做成上大下小，形成一个锥度，由于是上大下小，故称倒锥度。

在结晶器中钢水由于受到冷却而形成一定形状的坯壳，随着铸坯不断下移，温度也不断下降而收缩，若结晶器没有倒锥度，就会在坯壳与结晶器之间形成间隙，称气隙。

由于气隙的存在降低了冷却效果，同时由于坯壳过早地脱离结晶器内壁，在钢水静压力作用下坯壳会产生鼓肚变形。

因此，将结晶器做成倒锥度，上述情况就可以避免，但其锥度大小应与铸坯冷却收缩程度相适应。

过小的倒锥度还会形成气隙，过大的倒锥度会增大拉坯阻力，根据经验，倒锥度一般取0.5～0.8％。

例如我国某厂板坯连铸机，倒锥度取0.63～0.65％。

结晶器冷却水系统的设计应注意什么
在结晶器冷却水循环系统中，为清除混进冷却水中的杂质，在每台连铸机上都应设置自洗式过滤器，并安装在连铸机附近的阀室内，以便集中控制和手动操作。

结晶器的冷却水回路都汇集到机器的间接冷却水主管道中，并流回水处理系统。

为便于水管的装卸，结晶器冷水配管与管道水管之间都采用伸缩接头连接，以便适应结晶器上下振动。

为保证冷却水能充满冷却水箱及各管路，在最高处应设置空气排除配管和旋塞，以便排尽管路中的空气。

冷却水的水质应有严格要求，某厂板坯连铸机冷却水的水质要求如下：
pH值7～8
全硬度140ppM
Ca硬度70ppM
硫酸根离子(SO4--)140mg/l
铁离子(Fe+++)3mg/l
含油≤1mg/1
导电率625μV/cm
结晶器摩擦阻力如何测定
结晶器拉坯阻力的在线监测，是预报漏钢的重要手段，下面介绍应变片测定法。

应变片贴在振动机构的拉杆上，加速度传感器安放在振动机构的振动台上，然后将信号放大记录并加以显示，如图2-11a。

信号放大记录并加以显示，其记录如图2-11b所示，M 为结晶器位移、V为速度、F为摩擦阻力、Vc为拉坯速度。

由图中可见摩擦阻力随结晶器处于正滑动和负滑动不同运动状态时而正负交变，并有规则的变化，当阻力突然增大，表示坯壳与结晶器有粘结；当阻力突然变小，表明坯壳被拉断。

这种异常的变化对预报漏钢很有价值，国外有的钢厂用这个办法作为漏钢的在线监测手段。

图2-11结晶器摩擦阻力测定
结晶器为什么要振动
结晶器振动的目的，是为了防止铸坯在凝固过程中与铜板粘结而发生粘挂拉裂或拉漏事故，以保证拉坯顺利进行。

钢水在结晶器中的凝固过程如图2-12所示。

图2-12a表示在结晶器中坯壳的正常生长状态，如不发生意外，铸坯就会被连续地拉出结晶器外。

假如由于某种原因，例如润滑不良，坯壳的上段粘结在结晶器壁上，而且在某处(如X处)坯壳的抗拉强度又小于该处的粘着力，则在拉坯力的作用下该处坯壳将被拉断，被拉断的上部(如A处)又粘在结晶器壁上不动，而下段(如B段)继续向下运动，钢水将充填AB之间，如图2-12b，形成一段新的坯壳把AB 两段联接起来，由于新的坯壳强度更低又会被拉断，这就会连续地被拉断，连续地在断层上充填钢水，直到B段被拉出结晶器，便发生了如图2-12c所示的漏钢事故。

图2-12坯壳被拉断的过程
为了克服上述缺点，发展了结晶器振动技术。

当结晶器下振时或者结晶器下振速度等于拉坯速度(称同步式)，或者结晶器下振的速度大于拉坯速度(负滑脱式)，在这段时间里，新生成的坯壳能有足够的强度把被拉断的坯壳联接起来，使被拉断的坯壳得以焊合，拉漏现象就会有所减少。

另外由于结晶器上下振动。

周期地改变液面与结晶器壁的相对位置，有利于保护渣在结晶器壁的渗透，可改善润滑状况，减少拉坯时的摩擦阻力和粘结的可能，使拉坯顺利进行。

结晶器有几种振动方式
结晶器振动按速度特征可分为3种，如图2-13所示。

在图中V为拉坯速度，Vm为结晶器运动速度。

(1)同步式所谓同步式振动，即结晶器下振速度与拉坯速度相同，上振时速度为下振速度的3倍，如图2-13中曲线1。

(2)负滑脱式如图2-13中曲线2，在结晶器下振时其速度大于拉坯速度，在这种情形下出现负滑脱，故称负滑脱式。

(3)正弦振动如图2-13中曲线3，其特点是振动速度按正弦规律变化。

图2-13结晶器振动速度曲线
1一同步式；2—负滑脱式；3一正弦振动
正弦式振动得到广泛的应用，因为它有如下的优点：
(1)在运动过程中没有稳定运动阶段，因而有利于脱模，但也有一段负滑脱阶段，使被拉裂的坯壳起到焊合作用。

(2)结晶器运动的加速度必然按余弦规律变化，所以过渡点比较平稳，没有很大冲击。

(3)正弦振动可以用曲柄连杆机构来实现，结构比较简单，易于加工和维修。

因此，正弦式振动，可以提高振动频率，减少振痕深度，改善铸坯表面质量。

什么叫负滑脱(或称负滑动)
当结晶器下振的速度大于拉坯速度时，铸坯对结晶器的相对运动为向上，即逆着拉坯方向的运动，这种运动称负滑脱或称负滑动。

如图2-14所示，Vm为结晶器振动速度曲线，V 为拉捧速度，在图中当时间大于((π/2)/ω)-(tm/2)时进入了负滑脱，tm为负滑脱时间。

图2-14负滑脱时的情形
结晶器振动机构有哪些型式
连铸机结晶器振动有多种结构型式，比较常用的有6种，如图2-15所示。

这6种结构性能比较如表2-l所示。

图2-15结晶器振动机构结构型式示意图
a一四偏心轮式；b一连杆式；c一短臂连杆式;
d一悬挂振动台的四偏心轮式；e一摆杆振动式；f—四杠杆振动式
表2-16种振动装置性能比较
型式构造运动精
度振动数运动方
式
支持方
式
振幅调
整
运用机型
四轮偏心式零件多良好中高频
率
回转4点支
持
线外弧形、立弯
形
连杆式大型良好中频率摆动2点支
持
线外立弯形
短臂连杆式简单良好中高频
率
摆动2点支
持
线内弧形、立弯
形
悬挂振动台四偏心轮振动式零件较
多
良好中高频
率
回转4点支
持
线外弧形、立弯
形
摆杆振动式较大型近似直
线
中高频
率
摆动2点支
持
线风立弯形
四杠杆振动式零件多一般中频率摆动4点支
持
线内弧形、立弯
形
结晶器振动为什么广泛采用正弦振动方式
近代连铸机结晶器振动机构广泛采用正弦式振动方式，因为它有如下优点：
(1)正弦振动，在运动过程中结晶器同铸坯没有同步运动阶段，也就是说两者一直存在着相对运动，这有利于脱模作用，同时在振动过程中仍有一段负滑脱阶段，对被拉裂的坯壳起到“焊合”作用，因此正弦振动能满足结晶器振动的基本要求。

(2)由于振动速度按正弦变化，其加速度必然按余弦规律变化，所以加速度变化小，运动平稳，动载荷较小，可以提高振动频率，近代连铸机具有高的振动频率，皆采用正弦振动方式。

(3)正弦振动可以曲柄连杆机构来实现，结构简单，运动,精度高，制造维修方便。