板坯连铸结晶器制造与应用

板坯连铸结晶器制造与应用

黄余源

宝钢湛江钢铁有限公司    广东湛江524072

摘要：结晶器是连铸设备中的铸坯成形设备，人们称它是连铸机的心脏，它的功能是将连续不断地注入其腔内的高温钢液通过冷却壁强制冷却，导出其热量，使钢液在结晶器内逐渐凝固成所需的断面形状和一定厚度的坯壳，并使这种芯部仍为液态的铸坯不断地从结晶器下口被拉出，进入二次冷却区。为保证坯壳不被拉漏以及不产生变形和裂纹等缺陷，结晶器的性能对连铸机的生产能力和铸坯质量都起着十分重要的作用。

关键词：板坯连铸机；结晶器；

一、结晶器制造

（一)结晶器焊接件的装配方法

装配方法是指根据结晶器焊接件的特点，将众多的零件遵循结晶器结构件图纸的技术要求，装配成结晶器焊接件的工艺措施。常用的方法有如下几种：

（1）地样装配法：地样装配法是将焊接某个面的形状按1:1的实际尺寸直接绘制在装配平台上然后根据零件间结合线的位置进行装配。

（2）立式装配法：立式装配法是自下而上的一种装配方法，适用于装配结晶器焊接件高度不大的焊接件。立式装配法又分正装和倒装两种。正装是按结晶器焊接件使用时的位置自下而上地进行装配。这种方法适用于下部的基础较大，且易放置平稳的结晶器焊接件。倒装是把结晶器焊接件按使用时的方向倒过来进行装配。这种方法适用于结晶器焊接件上部体积比下部大或正装时不易放稳的结构件。

（3）卧式装配法：卧式装配法又称平装法，适用于结晶器焊接件断面不大，但长度较大的细长焊接件，这类焊接件采用卧式装配法比立式装配法方便得多。

（4）胎具装配法：胎具装配法是利用结晶器焊接件上某个几何外形，用辅助材料依据几何外形、工艺要求，制作具有一定刚性的模具，并将几何外形上的零件固定于模具上，这种装配方法适用于结晶器焊接件几何外形较为复杂或外形尺寸较大刚性较弱的焊接件。

（二）结晶器支撑框架制造

除最近几年新上的一些板坯连铸项目采用紧凑型结晶器外，以前投产的大部分结晶器都有支撑框架，它是与结晶器振动装置直接联接的部件，支撑框架通过滑动横梁支撑着结晶器本体的冷却水箱，在支撑框架的后梁上装有两个（或四个）与外弧水箱连接的调整螺杆，即外弧对中装置，通过它把外弧铜板调整到与“0”号扇形段外弧侧辊子相连接的位置上，以及调整外弧铜板的锥度。

（三）板坯连铸结晶器水箱制造

结晶器铜板是一个相对较软的构建，其平面度主要依赖于水箱，可见水箱的结构设计刚性与制造精度对结晶器的过钢量和铸坯的表面质量都将产生影响。水箱一般都做成上、下两腔，下腔体为进水腔、上腔体为回水腔，其目的是为了当结晶器冷却水由于突发事故断水时结晶器还能坚持工作几分钟，以便将剩余的钢水拉出结晶器。

（四）结晶器调宽装置制造

近年来新上的板坯连铸机大都要求结晶器能满足在线热调宽的要求，以适应不同宽度铸坯小批量生产的连续性。调宽装置目前有两种结构形式，一种为电机减速器+螺杆形式，另一种为伺服液压缸形式。电动调宽装置是在结晶器的每个窄面中心线的上下两个部位各装一套，并带有位置传感和控制器，即伺服电动机。在自动调宽时，结晶器两个窄面的四套螺杆付在伺服电动机的驱动下相向同速运行，实现调宽；也可通过一侧窄面的2套或1套螺杆付的单独操作来完成调宽或调锥的要求；可以在浇钢前将结晶器调整到所需的宽度；也可边浇钢边调宽和调锥。由于结晶器浇钢时不停地振动，所以要求调宽装置具有锁紧功能，以防振动时走动，对于螺杆调宽装置来说还应具有螺杆间隙消除机构，以便补偿螺杆机械加工时和使用后由磨损产生的误差。

（五）结晶器足辊制造

结晶器足辊设于结晶器的下方用以支撑和导向来自结晶器的铸坯，分为宽面足辊和窄面足辊。足辊是结晶器的重要部分，要求与结晶器有严格的对中，在振动时与结晶器一起振动。在结晶器与辊子之间及辊子与辊子之间设有冷却喷嘴，以对铸坯和辊子进行喷淋冷却。

（六）结晶器安装

结晶器的机械精度不仅对铸坯的表面质量产生影响，同时对结晶器的过钢量也有较大的影响。、如果结晶器铜板机械精度较差，那么凸起部位的铜板镀层很快就被磨损，特别是铜板的下口部位。

二、结晶器的应用与维护

（一）结晶器对中

（1）用液压打开结晶器夹紧装置，使内、外弧宽面铜板松开。

（2）插入外弧对中样板，用塞尺检查外弧铜板与样板的间隙，外弧足辊与样板间隙不超过0.1mm。铜板下口与样板间隙0.1～0.2mm。铜板上口与样板间隙为（宽边锥度/2）加上0.1～0.2mm,完成后锁紧外弧调整螺杆，抽出外弧对中样板，并用锥度仪确认。

（3）松开调宽装置与支撑框架的紧固螺栓，使窄面铜板与外弧侧宽面铜板紧靠，旋紧螺栓，使调宽装置位置固定。由于连铸机的外弧基准线是固定的，而我们又要求同一台连铸机能够浇铸不同厚度的铸坯，所以调宽装置的中心线可以在一定的范围内移动。

（4）根据铸坯宽度的工艺要求和宽面铜板上口端面的中心刻度线，操作调整装置，使窄面铜板调到适当的位置，并用锥度仪检查窄面铜板的锥度，再调整窄面足辊，并用平尺检查其位置，完成后锁紧足辊、调整螺栓和调宽装置（若是电动调宽装置则调宽操作完成后只要关闭电源，电机的内置式制动器就会自动锁紧。若是液压调宽装置，调宽操作完成后只要关闭阀台，液控单向阀也会自动锁紧，不让液压缸中的液压油与系统形成回路。由于液压缸有杆腔和无杆腔的容积不一样，就算活塞上的密封圈有泄漏，只要没有外泄漏，照样可以锁定活塞的位置。

（5）结晶器夹紧装置液压卸荷，使内弧铜板在蝶形弹簧的压力下夹紧，并用锥度仪确认内弧铜板锥度。

（6）用内径千分尺检查内、外弧铜板上、下口尺寸，检查窄面铜板上、下口尺寸。用塞尺检查宽边铜板的角间隙，对于有在线热调宽要求的角间隙应≤0.15mm，无热调宽要求的角间隙≤0.3mm。

（7）结晶器水压试验1MPa保压30分钟无泄漏。喷嘴试验检查喷射位置和角度。

（8）结晶器足辊注耐热油脂，要求每个轴承都有油脂外泄为止。

（二）结晶器在线检查

对于新上的项目，在结晶器上线前必须将振动台与结晶器联结的所有管道用大流量的水先冲清干净，严禁有铁屑、焊渣和泥砂等杂物冲入结晶器内，确认干净后才能将结晶器坐入振动台上，并锁紧。

在线开浇前检查

（1）结晶器外弧足辊必须与“0”号段外弧辊用样板对中，要求误差≤0.1mm，并确认外弧是否已锁紧。

（2）用塞尺检查宽面压窄面铜板的角间隙，并确认夹紧油缸是否在卸荷状态。

（3）用锥度仪检查宽面、窄面铜板锥度，并确认调宽装置是否已锁紧。

（4）设备冷却水密封检查，流量检查是否达到规定值，如有电磁搅拌的还必须检查电磁搅拌冷却水流量值。一般来说，电磁搅拌用的冷却水与结晶器冷却水设计成两个系统，因为搅拌器对冷却水的纯净度要求更高、更严格。

（5）带电磁搅拌的结晶器须检查对地绝缘是否正常，若需电磁搅拌通电检查时，严禁引锭杆在结晶器内，它必须离开搅拌区域1.5～2m距离。

（6）检查漏钢预报系统，此时所检测的温度是否接近冷却水温度。

（7）检查足辊喷淋水流量是否达到规定值，所有的喷嘴是否都喷水。

（三）在线浇铸时检查

（1）钢液面检查：结晶器浇铸时通常钢液面距铜板上口80～100mm,这一距离比较合理，因为一般铜板背面水槽根部为R圆弧，而圆弧处为非有效冷却部位，所以水槽的有效冷却高度距铜板上口50～60mm,如钢液面过高，再加上20～30mm保护渣的高度，其高温区域如果到达铜板非有效冷却部位，则该部位的镀层很快就会产生裂纹、起壳、剥落等现象，有时裂纹还会延伸到铜板母材本体，造成铜板全生命周期明显减少。

（2）运用热平衡方程检查冷却水变化：为避免浇钢时发生漏钢事故，需要铸坯出结晶器下口时保持一个安全的坯壳厚度。由于结晶器接近于一个封闭的腔体，其辐射所带走的热量极少，所以工程计算时近似将钢水所放出的热量全部转化为冷却水所带走的热量。

（3）观察铸坯形状，及时调整窄面锥度：根据钢水凝固的规律，正常板坯铸坯形状窄面应该成微凹，其微凹量通常是铸坯厚度的1～2.5%，最多不超过3%，铸坯宽时凹陷去上限，当然钢种和拉速都对其有影响。如铸坯窄面凸出便容易产生偏离角皮下裂纹，窄面凹陷过大便容易产生三重点裂纹，通常窄边锥度是根据工艺参数来确定的但由于结晶器在不停地振动，窄边锥度有时可能会发生走动，所以浇钢时应不断观察铸坯形状，及时调整窄面锥度。

结束语

总而言之，结晶器的性能对连铸机的生产能力和铸坯质量都起 着十分重要的作用。我们要加强对连铸工艺对结晶器性能要求和制造方法的了解，为提高市场竞争力打下良好的基础。

参考文献

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[2]王致坚,邢飞,孙少妮.板坯结晶器激光再制造技术[J].激光杂志,2011,32(04):38-40.

[3]荆宝峰. 板坯连铸机总体设计及其CAD系统的研究与开发[D].燕山大学,2010.