多級(jí)結(jié)晶器高效連鑄小方坯足輥結(jié)晶器

多級(jí)結(jié)晶器結(jié)晶器足輥裝置和零段噴淋

初出結(jié)晶器下口的鑄坯沒(méi)有完全凝固，只形成一個(gè)厚度較薄的(10-20mm)坯殼，中心還是高溫液體，需要在結(jié)晶器下方設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)和零段噴淋以支撐和冷卻鑄坯。目前高效連鑄小方坯結(jié)晶器下方普遍采用足輥結(jié)構(gòu)支撐鑄坯，并配合適量的噴水以進(jìn)一步增加坯殼厚度。

足輥裝置是在結(jié)晶器出口下方四周安裝足輥，其安裝位置與結(jié)晶器銅管對(duì)弧，以防對(duì)鑄坯形成橫向應(yīng)力，對(duì)高拉速鑄坯初出銅管的薄弱坯殼起支承作用，減少鑄坯變形或漏鋼，足輥對(duì)拉坯阻力影響較小，足輥調(diào)節(jié)不當(dāng)、足輥間隙過(guò)大或足輥發(fā)生變形均會(huì)誘發(fā)鑄坯菱變。足輥區(qū)的噴水冷卻屬于零段二次冷卻系統(tǒng)，是對(duì)初出結(jié)晶器銅管薄而高溫坯殼的強(qiáng)制冷卻，一般設(shè)計(jì)都是噴在鑄坯平面上。足輥裝置和零段噴淋對(duì)薄坯殼的輔助支撐和均勻冷卻，可增厚坯殼，控制菱變，保證連鑄坯質(zhì)量。

在高速連鑄過(guò)程中，小方坯發(fā)生漏鋼事故，冷鋼粘結(jié)在足輥上導(dǎo)致停澆或劃傷鑄坯，清理足輥上的冷鋼工作比較困難，對(duì)損壞的足輥及噴嘴需要更換。

多級(jí)結(jié)晶器連鑄小方坯角裂漏鋼原因分析

連鑄小方坯斷面小，在高拉速條件下，由于結(jié)晶器冷卻不均勻及結(jié)晶器銅管內(nèi)氣隙熱阻的影響，使初出結(jié)晶器的坯殼薄且不均，容易產(chǎn)生漏鋼，而且漏鋼率比較高。連鑄生產(chǎn)實(shí)踐表明：大多數(shù)漏鋼為角裂漏鋼，發(fā)生在鑄坯出結(jié)晶器下口一段距離后的角部，由鑄坯縱向角裂引起。在連鑄機(jī)拉速過(guò)快條件下，結(jié)晶器冷卻不均、銅管倒錐度不合適等均能使鑄坯在結(jié)晶器銅管內(nèi)發(fā)生輕微的菱變，并伴有角部?jī)?nèi)裂，菱變鑄坯受到零段噴淋的非對(duì)稱冷卻，特別是鑄坯角部的冷卻強(qiáng)度不足，促使角部裂紋進(jìn)一步發(fā)展，當(dāng)裂紋延展至坯面時(shí)便出現(xiàn)漏鋼，拉漏直接影響鑄機(jī)產(chǎn)量和連澆率 。

在連鑄設(shè)備中，結(jié)晶器是連鑄機(jī)的關(guān)鍵部件，鋼液通過(guò)結(jié)晶器壁散熱冷卻，形成一定厚度的坯殼。目前高效連鑄結(jié)晶器一次冷卻普遍采用水縫管式結(jié)構(gòu)，水縫作為結(jié)晶器冷卻水通道，結(jié)晶器冷卻水以9-12m/s 的速度自下而上從水縫中流過(guò)，使結(jié)晶器具有良好的冷卻效果。

為實(shí)現(xiàn)高拉速，要求結(jié)晶器具有足夠的冷卻強(qiáng)度，主要通過(guò)采用高效結(jié)晶器銅管和高精度水縫技術(shù)實(shí)現(xiàn)。高效結(jié)晶器銅管內(nèi)腔幾何形狀采用連續(xù)錐度或多錐度，以適應(yīng)鑄坯的凝固收縮規(guī)律，減小坯殼與結(jié)晶器銅壁之間的氣隙熱阻，尤其是減小角部氣隙熱阻，增加傳熱效率；水縫采用高精度窄水縫設(shè)計(jì)，其寬度一般取3.5-4mm，窄水縫能提高冷卻水的流速，水縫高精度可改善水流的均勻性，保證結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度。結(jié)晶器一次冷卻保證鑄坯出結(jié)晶器時(shí)，形成厚度均勻而強(qiáng)度足夠的坯殼，以能抵抗鋼液靜壓力和拉坯力，避免漏鋼事故 。

多級(jí)結(jié)晶器由Concast 提出，是為提高鑄坯拉速而產(chǎn)生的。多級(jí)結(jié)晶器是在結(jié)晶器出口下方鑄坯表面設(shè)置4塊帶有彈簧壓緊裝置的銅板，以加強(qiáng)對(duì)初離結(jié)晶器坯殼的支撐和冷卻，并通過(guò)設(shè)置在鑄坯角部的噴淋加強(qiáng)對(duì)坯角的冷卻。多級(jí)結(jié)晶器銅板靠彈簧支撐緊貼在鑄坯表面，確保冷卻均勻，拉坯阻力稍大些，但支撐、冷卻效果較好，主要應(yīng)用在小方坯連鑄機(jī)管式結(jié)晶器上。

多級(jí)結(jié)晶器能有效保護(hù)結(jié)晶器下方的薄坯殼，減少漏鋼危險(xiǎn)，保證連鑄坯最佳冷卻。與足輥結(jié)構(gòu)相比，在對(duì)薄弱坯殼的支撐和對(duì)初離結(jié)晶器鑄坯冷卻的均勻性方面，都更具有優(yōu)越性，更有利于坯殼均勻生長(zhǎng) 。

首鋼二煉鋼2號(hào)連鑄機(jī)生產(chǎn)鋼種有普碳鋼、低碳鋼、低合金鋼等。130mm×130mm小方坯結(jié)晶器下方原為足輥結(jié)構(gòu)，零段噴水冷卻是在結(jié)晶器下方設(shè)計(jì)兩排噴淋，每排在鑄坯的四周分布八個(gè)全錐形水噴嘴，對(duì)鑄坯面部噴水，由于冷卻強(qiáng)度不足及冷卻均勻性較差，隨著拉坯速度的提高，初出結(jié)晶器下口的鑄坯坯殼厚度越來(lái)越薄，漏鋼率較高，主要是角裂漏鋼，漏鋼后修復(fù)工作量較大。

為了避免鑄坯菱變或出現(xiàn)漏鋼事故，采用多級(jí)結(jié)晶器結(jié)構(gòu)，它由緊接在結(jié)晶器下方剛性連接的長(zhǎng)約320 mm的多級(jí)結(jié)晶器及鑄坯4個(gè)角部的噴水冷卻裝置組成。

（1）多級(jí)結(jié)晶器結(jié)構(gòu)。多級(jí)結(jié)晶器通過(guò)法蘭將分別裝配有銅板的4個(gè)支架與結(jié)晶器殼體下部聯(lián)接，支架上的每塊銅板布置在結(jié)晶器下方鑄坯面部。在澆注過(guò)程中，每塊銅板通過(guò)支架支撐板上的2個(gè)壓縮彈簧產(chǎn)生的壓力緩緩地壓緊鑄坯表面，銅板與鑄坯接觸面積大，支撐效果好，同時(shí)銅板受彈簧壓緊作用能夠消除氣隙，使銅板與鑄坯表面接觸良好，改善熱流傳輸效果，增加冷卻強(qiáng)度。

（2）零段噴淋冷卻結(jié)構(gòu)。連鑄小方坯在高速澆鑄條件下，鑄坯角部受結(jié)晶器相鄰兩側(cè)的雙向冷卻，使其在結(jié)晶器銅管內(nèi)先收縮，由于冷卻效率低，鑄坯出結(jié)晶器銅管后角部坯殼薄，應(yīng)在鑄坯角部增加二次冷卻強(qiáng)度，對(duì)改善鑄坯變形有利。因此零段噴淋設(shè)計(jì)在鑄坯的角部噴水，并加大二次冷卻強(qiáng)度，設(shè)計(jì)5排噴淋，每排在角部分布4個(gè)全錐形水噴嘴。由于鑄坯角部是敞開(kāi)的，對(duì)其大量噴水冷卻，使鑄坯角部冷卻充分，利于鑄坯角部坯殼厚度的迅速增長(zhǎng)，同時(shí)使銅板表面受到較好的噴水冷卻，可以減少小方坯的菱變和角部裂紋，避免角裂漏鋼。零段噴淋冷卻水量根據(jù)斷面、鋼種和拉速確定。

首鋼二煉鋼130mm×130mm小方坯連鑄機(jī)結(jié)晶器下方由原足輥結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)為多級(jí)結(jié)晶器，連鑄生產(chǎn)實(shí)踐表明：多級(jí)結(jié)晶器比足輥結(jié)構(gòu)可提高連鑄機(jī)拉坯速度20%，同時(shí)鑄坯菱變和角裂缺陷明顯減少，降低拉漏率，增加鑄機(jī)作業(yè)率 。

為防鋼水在冷凝過(guò)程中與結(jié)晶器內(nèi)壁粘結(jié)，減小拉坯時(shí)的摩擦阻力，改善鑄坯表面質(zhì)量、延長(zhǎng)結(jié)晶器的使用壽命，在生產(chǎn)中，還要對(duì)結(jié)晶器內(nèi)壁進(jìn)行潤(rùn)滑。潤(rùn)滑是采用沸點(diǎn)高于結(jié)晶器內(nèi)壁溫度（約200℃左右）的液體潤(rùn)滑劑或保護(hù)渣，在結(jié)晶器振動(dòng)的過(guò)程中，它們不斷被帶入鋼液面下的內(nèi)壁上，并在鋼水或坯殼與結(jié)晶器內(nèi)壁間形成一層油氣膜或熔渣膜，以潤(rùn)滑內(nèi)壁。

結(jié)晶器一種槽形容器，器壁設(shè)有夾套或器內(nèi)裝有蛇管，用以加熱或冷卻槽內(nèi)溶液。結(jié)晶槽可用作蒸發(fā)結(jié)晶器或冷卻結(jié)晶器。為提高晶體生產(chǎn)強(qiáng)度，可在槽內(nèi)增設(shè)攪拌器。結(jié)晶槽可用于連續(xù)操作或間歇操作。間歇操作得到的晶體較大，但晶體易連成晶簇，夾帶母液，影響產(chǎn)品純度。這種結(jié)晶器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)強(qiáng)度較低，適用于小批量產(chǎn)品（如化學(xué)試劑和生化試劑等）的生產(chǎn)。

按拉坯方向上斷面內(nèi)壁的線型分結(jié)晶器的型式有弧形和直形兩種；按其總體結(jié)構(gòu)，不論弧形或直形均有套管式和組合式兩種。

結(jié)晶器套管式

內(nèi)壁銅管、內(nèi)外水套組成的冷卻水套和足輥是它的主要構(gòu)件。直形或弧形的銅管外面由冷卻水套、法蘭和密封元件等組成供水、供油系統(tǒng)。為了保證鑄坯有規(guī)整的外形尺寸，在結(jié)晶器底部安裝了2～3組足輥，以利于提高拉速和防止鑄坯脫方。

結(jié)晶器組合式

由寬面及窄面4塊復(fù)合壁板及外框架組成。多用于板坯連鑄、大斷面方坯連鑄及異型坯連鑄。組合結(jié)晶器的每塊復(fù)合壁板又由用螺柱聯(lián)結(jié)的內(nèi)壁銅板（外側(cè)面銑有冷卻水溝）和外壁鋼制水箱組成。內(nèi)壁銅板和外壁間構(gòu)成冷卻水縫，以通水冷卻。4塊復(fù)合壁之間用夾緊機(jī)構(gòu)壓緊。為了實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器在線調(diào)寬以及形成所要求的倒錐度，在結(jié)晶器的窄面壁板的上、下部分別裝有4組調(diào)整裝置。當(dāng)組裝好的結(jié)晶器及外框架放到振動(dòng)臺(tái)架上時(shí)，所有進(jìn)、出水管自行接通。為了更好地保護(hù)結(jié)晶器的下口、防止過(guò)早過(guò)快產(chǎn)生大的磨損，緊挨著結(jié)晶器下口裝有足輥或保護(hù)柵板。足輥或保護(hù)柵板與結(jié)晶器一起振動(dòng)。結(jié)晶器與二冷第一段（直線段或扇形段）通過(guò)振動(dòng)框架直接對(duì)中，便于結(jié)晶器與二冷第一段的準(zhǔn)確定位。二者形成一個(gè)整體，可快速吊運(yùn)。