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摘要本文概述了板坯连铸线结晶器设计的基本思路、结晶器的主要结构组成以及其简单检修工艺。
关键词板坯连铸 结晶器 装配 检修
中图分类号:TF1文献标识码:A
1 板坯结晶器的设计
1.1 结晶器设计的基本要求
板坯结晶器是板坯连铸机的重要组成部分,出于生产需要,对结晶器提出的基本要求是:(1)应该具有良好的导热冷却能力和耐磨性能;(2)刚性要好,特别是温度梯度变化大的情况下,变形要小;(3)结构紧凑,便于制造,检修装卸方便、调整容易,冷却水路能满足快速更换的要求;(4)为减少振动时的惯性力,它还应满足:质量要轻,以减少振动装置的驱动电机功率并使振动平稳;(5)板坯换型调整迅速。
1.2 结晶器的主要参数
(1)结晶器的断面尺寸和长度的确定。结晶器的断面尺寸是根据铸坯在冷态下的公称尺寸并考虑钢液的凝固和温降引起的收缩确定的。
①结晶器宽边:
B上=[1+(1.5%~2.5%)]B0
B下=[1+(1.5~2.5%)-宽%]B0
B上——结晶器上口宽度,mm
B下——结晶器下口宽度,mm
B0——铸坯公称宽度,mm
宽——结晶器款面锥度,%
②结晶器窄边:
D上=(1+1.5%)D0+2
D下=(1+1.5%-窄%)D0+2
D上——结晶器上口厚度mm
D下——结晶器下口厚度mm
D0——铸坯公称厚度mm
窄——结晶器窄面锥度%
③结晶器长度:结晶器长度,主要取决于浇注速度,板坯拉出结晶器的最小坯壳厚度和结晶器的冷却强度等。理论计算表明,结晶器热量的50%是从上部导出的,结晶器下部只起到支撑作用,结晶器太长,会增加拉坯阻力,加剧铜板的磨损。结晶器长度一般按下式粗略计算:
l=
l—结晶器长度,
—铸坯出结晶器口的坯壳厚度,>15mm
KS—结晶器凝面系数,一般为20~30mm/min;
Vc—铸造速度,mm/min;
按上式算出的值加上钢液面到结晶器顶部的距离,得到结晶器实际长度Lm
Lm=l+(80~120)
(2)结晶器铜板厚度的确定。结晶器铜板厚度的确定与铜板的合金成分、机械性能、结晶器结构形式、冷却水量的大小和分布、电镀层的性能及浇铸操作等因素有关。具体公式如下:
HM=hm+△m+m
hm——铜板冷却水槽深度,mm,由冷却水量和水速确定;
△m——铜板加工余量,mm
m——最小铜板厚度,mm
目前,常用的Hm=40~50mm,如镀Ni-Fe或Ni-W-Fe,则Hm可以减少到33~40mm.
(3)结晶器冷却水量的确定。冷却水量选择的因素主要有:拉坯速度、铸坯出结晶器口的最小坯壳厚度、铸坯断面积、结晶器结构、进水温度和进出水温差等。因此,首先算出在允许的拉坯速度下铸坯出结晶器时坯壳为最小厚度时,冷却水带走多少热量,然后根据此算出所需的冷却水量。常根据经验计算法得出,如:
Q=2(B+D)CK
Q——结晶器的耗水量,L/min;
CK——冷却强度,可取2L/min.mm
B——铸坯宽度,mm
D——铸坯厚度,mm
1.3 结晶器的组成与结构
(1)结晶器的组成。一个完整的结晶器由宽边铜板及冷却水箱、窄边铜板及压板、支撑框架、调整装置、窄边插入件和宽边足辊、窄边足辊、结晶器冷却水装置、结晶器盖、液压系统、润滑部分组成。
(2)结晶器结构。板坯连铸机结晶器一般为组合式结晶器。它的内腔由四块铜板组成,两块宽面和两块窄面铜板。铜板的背面刨槽,并与冷却水箱用许多螺栓或热电偶固定丝杆连接在一起,冷却水以一定压力和流速在槽中通过,带走钢水的热量,从而使得钢水冷却形成坯壳。在浇注时,从结晶器拉出的铸坯坯壳很薄,内部还有液芯,为了更好地支撑薄的坯壳和减少由钢水静压力形成的鼓肚变形,在结晶器下端布置多对足辊,足辊和结晶器一起振动。
(3)宽边铜板和冷却水箱。铜板是钢水凝固期间进行热交换并使之成型的关键零件。因此,对铜板材质要求特别高,现在普遍采用铜合金板制作,如:铜银合金、铜-铬-锆-砷合金、铜-镁-锆合金等。为提高铜板使用寿命,经常采用铜板表面镀层的方法。表面镀层主要是镀镍、三层复合电镀等,而所谓三层复合电镀一般是铜板表面镀镍,第二层为镍系合金(Ni-P合金层),第三层为镀铬层。据相关资料介绍:复合镀层寿命比单独镀镍的寿命提高5~7倍,比单独镀铬寿命提高10倍。结晶器镀层材质不同,其寿命和费用也不一样。低速铸造时,单独镀镍、复合镀层和Ni-Fe镀层三种材质的结晶器相差不大,中速铸造时,Ni-Fe镀层比复合镀层寿命长1.7倍。若以每吨钢所支付的铜板费用来比较,中速铸造时,NI-Fe镀层的结晶器比复合镀层结晶器费用低43%,因此Ni-Fe镀层在中低速连铸机中得到广泛的采用。据国外资料报道,以前结晶器采用NI-Gr镀层,在结晶器下部,由于凝固熔渣之间的摩擦,通常寿命只有300~400炉次。当结晶器下部采用Ni-W-Fe镀层后,寿命提高了3~4倍。因此,高速铸造(1.4~2m/min)时,在结晶器下部(特别是窄面),可用Ni-W-Fe镀层取代复合镀层。
冷却水箱的作用是承受连铸时作用在铜板上的力,并使铜板水槽封口形成循环冷却水通道,一般将钢水传递给铜板得热量带走,保证铜板与钢液面接触处的最高温度不超过铜板的再结晶温度。铜板与冷却水箱通过螺栓连接,未来保护铜板上的螺纹孔,在螺栓与铜板连接时,加了用不锈钢制成的螺纹套,有利于多次拆装。在板坯连铸机上(为了简化结构和精确控温又衍生将螺栓做成中空的用来固定固定热电偶和连接铜板与水箱)。
冷却水箱采用的是钢板焊接结构,要求刚度和强度好,焊接和加工质量高,以保证所规定的铸坯尺寸和结晶器的使用寿命,如下图所示:
(4)宽边足辊和窄边足辊。铸坯从结晶器刚被拉出来时,坯壳很薄易出现鼓肚,并产生裂纹。为此,在结晶器下端要对铸坯给予良好支撑,支撑方式有:格栅支撑、足辊支撑和混合支撑。由于格栅阻力大、磨损快、在线调整不方便,一般采用足辊支撑。足辊支撑又主要以小辊、密排的形式布置,宽边足辊一般布置2~4对,窄边一般布置3对。具体布置方案由浇注速度和足辊结构决定。
(5)窄边和宽边调整装置。为了适应不同尺寸的铸坯,设置有调宽和调厚装置,可以在浇注前将结晶器调整到所要求的宽度,也可以在浇注过程中在线调整,边拉坯边改变结晶器的宽度,以逐渐改变铸坯的宽度。在线调宽技术能连续浇出不同宽度的铸坯,缩短停机时间,提高铸机生产能力。而调整装置有液压驱动、机械驱动和混合型驱动几种,例如涟钢连铸高效化技改二期工程所采购的结晶器,它的窄边驱动形式是由电机带动左右减速齿箱驱动装在左右侧框架内的丝杠旋转从而进行板宽的调整,调整范围900~2150mm,它的厚度调整则是通过液压缸驱动销轴将自由侧水箱顶开或弹回而实现的。
2 结晶器的检修
2.1 结晶器易损部位分析
从结晶器的结构及其工作环境,综合我们实践中的经验,总结出:结晶器易损部位为铜板、各部位密封圈、冷却水管路等等,所以我们投产后进行的维护工作可能也大多围绕着这些个问题展开。
2.2 检修施工注意要点
(1)在更换铜板作业时,应该严格按图纸要求,在螺栓和热电偶固定杆外丝上涂抹专用耐高温间隙胶,如:LION383,使用扭力扳手,严格按螺栓紧固顺序和流程,多步紧固连接铜板与水箱、铜板与窄面插入件的螺栓以及热电偶固定杆,而后根据图纸要求顺序紧固所有螺母并打上相应力矩,防止紧固不均造成泄露与铜板变形而影响板坯质量。(2)作业过程中,注意保护好铜板镀层,以免影响铜板寿命。(3)跟换密封时,应注意孔位是否偏移,各孔是否磨损,O型或唇型密封是否损坏等等。(4)管路一般受高温的影响,其寿命是一定的,应定期跟换。更换时,应该严格按操作规程,防止将杂物带入冷却水系统和液压系统,影响冷却效果和调整机构动作,损害铜板寿命甚至是发生更严重的生产事故。(5)更换铜板和密封后应分步试压,杜绝不应有的泄露而造成的恶劣影响。
参考文献
[1]云正宽.冶金工业设计.冶金工业出版社,2006.
[2]张景进.中厚板生产.冶金工业出版社,2005.
关键词板坯连铸 结晶器 装配 检修
中图分类号:TF1文献标识码:A
1 板坯结晶器的设计
1.1 结晶器设计的基本要求
板坯结晶器是板坯连铸机的重要组成部分,出于生产需要,对结晶器提出的基本要求是:(1)应该具有良好的导热冷却能力和耐磨性能;(2)刚性要好,特别是温度梯度变化大的情况下,变形要小;(3)结构紧凑,便于制造,检修装卸方便、调整容易,冷却水路能满足快速更换的要求;(4)为减少振动时的惯性力,它还应满足:质量要轻,以减少振动装置的驱动电机功率并使振动平稳;(5)板坯换型调整迅速。
1.2 结晶器的主要参数
(1)结晶器的断面尺寸和长度的确定。结晶器的断面尺寸是根据铸坯在冷态下的公称尺寸并考虑钢液的凝固和温降引起的收缩确定的。
①结晶器宽边:
B上=[1+(1.5%~2.5%)]B0
B下=[1+(1.5~2.5%)-宽%]B0
B上——结晶器上口宽度,mm
B下——结晶器下口宽度,mm
B0——铸坯公称宽度,mm
宽——结晶器款面锥度,%
②结晶器窄边:
D上=(1+1.5%)D0+2
D下=(1+1.5%-窄%)D0+2
D上——结晶器上口厚度mm
D下——结晶器下口厚度mm
D0——铸坯公称厚度mm
窄——结晶器窄面锥度%
③结晶器长度:结晶器长度,主要取决于浇注速度,板坯拉出结晶器的最小坯壳厚度和结晶器的冷却强度等。理论计算表明,结晶器热量的50%是从上部导出的,结晶器下部只起到支撑作用,结晶器太长,会增加拉坯阻力,加剧铜板的磨损。结晶器长度一般按下式粗略计算:
l=
l—结晶器长度,
—铸坯出结晶器口的坯壳厚度,>15mm
KS—结晶器凝面系数,一般为20~30mm/min;
Vc—铸造速度,mm/min;
按上式算出的值加上钢液面到结晶器顶部的距离,得到结晶器实际长度Lm
Lm=l+(80~120)
(2)结晶器铜板厚度的确定。结晶器铜板厚度的确定与铜板的合金成分、机械性能、结晶器结构形式、冷却水量的大小和分布、电镀层的性能及浇铸操作等因素有关。具体公式如下:
HM=hm+△m+m
hm——铜板冷却水槽深度,mm,由冷却水量和水速确定;
△m——铜板加工余量,mm
m——最小铜板厚度,mm
目前,常用的Hm=40~50mm,如镀Ni-Fe或Ni-W-Fe,则Hm可以减少到33~40mm.
(3)结晶器冷却水量的确定。冷却水量选择的因素主要有:拉坯速度、铸坯出结晶器口的最小坯壳厚度、铸坯断面积、结晶器结构、进水温度和进出水温差等。因此,首先算出在允许的拉坯速度下铸坯出结晶器时坯壳为最小厚度时,冷却水带走多少热量,然后根据此算出所需的冷却水量。常根据经验计算法得出,如:
Q=2(B+D)CK
Q——结晶器的耗水量,L/min;
CK——冷却强度,可取2L/min.mm
B——铸坯宽度,mm
D——铸坯厚度,mm
1.3 结晶器的组成与结构
(1)结晶器的组成。一个完整的结晶器由宽边铜板及冷却水箱、窄边铜板及压板、支撑框架、调整装置、窄边插入件和宽边足辊、窄边足辊、结晶器冷却水装置、结晶器盖、液压系统、润滑部分组成。
(2)结晶器结构。板坯连铸机结晶器一般为组合式结晶器。它的内腔由四块铜板组成,两块宽面和两块窄面铜板。铜板的背面刨槽,并与冷却水箱用许多螺栓或热电偶固定丝杆连接在一起,冷却水以一定压力和流速在槽中通过,带走钢水的热量,从而使得钢水冷却形成坯壳。在浇注时,从结晶器拉出的铸坯坯壳很薄,内部还有液芯,为了更好地支撑薄的坯壳和减少由钢水静压力形成的鼓肚变形,在结晶器下端布置多对足辊,足辊和结晶器一起振动。
(3)宽边铜板和冷却水箱。铜板是钢水凝固期间进行热交换并使之成型的关键零件。因此,对铜板材质要求特别高,现在普遍采用铜合金板制作,如:铜银合金、铜-铬-锆-砷合金、铜-镁-锆合金等。为提高铜板使用寿命,经常采用铜板表面镀层的方法。表面镀层主要是镀镍、三层复合电镀等,而所谓三层复合电镀一般是铜板表面镀镍,第二层为镍系合金(Ni-P合金层),第三层为镀铬层。据相关资料介绍:复合镀层寿命比单独镀镍的寿命提高5~7倍,比单独镀铬寿命提高10倍。结晶器镀层材质不同,其寿命和费用也不一样。低速铸造时,单独镀镍、复合镀层和Ni-Fe镀层三种材质的结晶器相差不大,中速铸造时,Ni-Fe镀层比复合镀层寿命长1.7倍。若以每吨钢所支付的铜板费用来比较,中速铸造时,NI-Fe镀层的结晶器比复合镀层结晶器费用低43%,因此Ni-Fe镀层在中低速连铸机中得到广泛的采用。据国外资料报道,以前结晶器采用NI-Gr镀层,在结晶器下部,由于凝固熔渣之间的摩擦,通常寿命只有300~400炉次。当结晶器下部采用Ni-W-Fe镀层后,寿命提高了3~4倍。因此,高速铸造(1.4~2m/min)时,在结晶器下部(特别是窄面),可用Ni-W-Fe镀层取代复合镀层。
冷却水箱的作用是承受连铸时作用在铜板上的力,并使铜板水槽封口形成循环冷却水通道,一般将钢水传递给铜板得热量带走,保证铜板与钢液面接触处的最高温度不超过铜板的再结晶温度。铜板与冷却水箱通过螺栓连接,未来保护铜板上的螺纹孔,在螺栓与铜板连接时,加了用不锈钢制成的螺纹套,有利于多次拆装。在板坯连铸机上(为了简化结构和精确控温又衍生将螺栓做成中空的用来固定固定热电偶和连接铜板与水箱)。
冷却水箱采用的是钢板焊接结构,要求刚度和强度好,焊接和加工质量高,以保证所规定的铸坯尺寸和结晶器的使用寿命,如下图所示:
(4)宽边足辊和窄边足辊。铸坯从结晶器刚被拉出来时,坯壳很薄易出现鼓肚,并产生裂纹。为此,在结晶器下端要对铸坯给予良好支撑,支撑方式有:格栅支撑、足辊支撑和混合支撑。由于格栅阻力大、磨损快、在线调整不方便,一般采用足辊支撑。足辊支撑又主要以小辊、密排的形式布置,宽边足辊一般布置2~4对,窄边一般布置3对。具体布置方案由浇注速度和足辊结构决定。
(5)窄边和宽边调整装置。为了适应不同尺寸的铸坯,设置有调宽和调厚装置,可以在浇注前将结晶器调整到所要求的宽度,也可以在浇注过程中在线调整,边拉坯边改变结晶器的宽度,以逐渐改变铸坯的宽度。在线调宽技术能连续浇出不同宽度的铸坯,缩短停机时间,提高铸机生产能力。而调整装置有液压驱动、机械驱动和混合型驱动几种,例如涟钢连铸高效化技改二期工程所采购的结晶器,它的窄边驱动形式是由电机带动左右减速齿箱驱动装在左右侧框架内的丝杠旋转从而进行板宽的调整,调整范围900~2150mm,它的厚度调整则是通过液压缸驱动销轴将自由侧水箱顶开或弹回而实现的。
2 结晶器的检修
2.1 结晶器易损部位分析
从结晶器的结构及其工作环境,综合我们实践中的经验,总结出:结晶器易损部位为铜板、各部位密封圈、冷却水管路等等,所以我们投产后进行的维护工作可能也大多围绕着这些个问题展开。
2.2 检修施工注意要点
(1)在更换铜板作业时,应该严格按图纸要求,在螺栓和热电偶固定杆外丝上涂抹专用耐高温间隙胶,如:LION383,使用扭力扳手,严格按螺栓紧固顺序和流程,多步紧固连接铜板与水箱、铜板与窄面插入件的螺栓以及热电偶固定杆,而后根据图纸要求顺序紧固所有螺母并打上相应力矩,防止紧固不均造成泄露与铜板变形而影响板坯质量。(2)作业过程中,注意保护好铜板镀层,以免影响铜板寿命。(3)跟换密封时,应注意孔位是否偏移,各孔是否磨损,O型或唇型密封是否损坏等等。(4)管路一般受高温的影响,其寿命是一定的,应定期跟换。更换时,应该严格按操作规程,防止将杂物带入冷却水系统和液压系统,影响冷却效果和调整机构动作,损害铜板寿命甚至是发生更严重的生产事故。(5)更换铜板和密封后应分步试压,杜绝不应有的泄露而造成的恶劣影响。
参考文献
[1]云正宽.冶金工业设计.冶金工业出版社,2006.
[2]张景进.中厚板生产.冶金工业出版社,2005.