燕山大学本科生毕业设计(论文)
第2章 结晶器简介
2.1 结晶器概述
结晶器是连铸设备中的铸坯成型设备，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，到出其热量，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，并是这种芯部仍为液态的铸坯不断的从结晶器的下口被拉出，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性能对连铸机的生产能力和铸坯的质量都起到非常重要的作用。
结晶器是非常重要的设备，结晶器为坯壳形成的最初阶段提供了冷却，几何形状和空间，连续的钢水通过结晶器内部的铜板强制冷却，逐步成型。这个过程是钢水(坯壳)与结晶器之间连续相对运动下进行的。因此结晶器一直承受着钢水静压力、坯壳和铜板间摩擦力钢水热量的传导等因素的影响，使结晶器始终处在机械应力和热应力综合作用下，工作条件极为复杂。
结晶器在生产过程中，是否能够保证均匀强化的冷却，以及在机械应力和热应力的作用下不致产生变形，保证猪皮质量，降低溢漏率，提高结晶器使用寿命，因此一个良好的结晶器设计应该满足以下要求:
(1) 要有良好的均匀的导热性能。
(2) 结构合理，并具有足够的刚性，能够在承受剧烈的温度变化时变形小，铜板内壁要有良好的耐磨性能。
(3) 保证结晶器刚性的前提下，尽量减轻结晶器的重量，以便减小震动时结晶器的惯性力。
(4) 结晶器结构尽量简单，可接近性好，便于制造安装和调整。 (5) 冷却水路能自行离合。
结晶器是连续铸钢中的铸坯成型设备，也是连铸机心脏设备之一。它的功能是将连续不断地注入其内腔的高温钢水通过水冷铜壁强制冷却，导出共热星，使之逐渐凝固成为具有所要求的断面形状和坯壳厚度的铸坯。并使这种芯部仍为液态的铸坯连续不断地从结晶器下口拉出，为其在以后的二次冷
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第2章 结晶器简介
却区域内完全凝固创造条件。一个组合式结晶器可以绕铸一流铸坯，也可以通过捅装件浇铸多流铸坯。
板坯连铸机早期的结晶器是一个固定的模子，即一个结晶器对应—―个板坯断面。20世纪70年代四壁组合式结晶器出现后，在—个结品器上浇铸的扳坯宽度可以任意改变，而厚度可有级变化。在浇铸过程中可改变板坯宽度是8u年代的事情。到80年代不停机在线调厚已经在日本钢管公司福山6号机上实现。因此，组合式结晶器在连铸机发展史上具有重要意义。
组合式结晶器的结构又可分为带支撑框架和不带支撑框架两大类。后者由于结构紧凑、重量轻，也有的厂家称为紧凑式结品器，近年来应用逐渐增多。结晶器主要由内、外弧冷却水箱与铜板的装配件，内、外弧足辊，左、右窄面水箱与铜板装配件，窄面足辊，调宽装置，支撑框架紧装置，设备冷却水、二冷喷水及于油润滑配管等主要部件组成。带支撑框架的结晶器典型的是德国西马克公司生产的结晶器。在浇铸过程当中的调宽采用伺服电机。奥钢联工程技术公司液压缸伺服调宽结晶器，其最大特点也是没有支撑框架，但调宽的驱功力为液压缸:除此之外，还有几个特点:即结晶器窄面有4对足辊；结晶器带有支脚，存放时不用专门的存放台架。另外奥钢联工程技术公司为了节约昂贵的钢板，把传统板坯连铸机结晶器铜板背面20一26mm深的水槽变为浅而宽的水槽并移至支撑铜板的钢结构背板上，使结晶器传热冷却更加均匀且铜板厚度出45mm 减薄到27mm，从而降低了材料成本。这种结构又需要在铜板后焊接几百个钢螺母以固定铜板。这样在—定程度上又增加了加工成本。
结晶器主要参数言:结晶器长度、调宽速度、结晶器水量和水流速、铜板厚度等。常规板坯连铸机因拉速低于薄板坯和中厚板坯连铸机，结晶器长度(均指冷却铜板长度)一般为700—950mm，大部分为900mm，而薄板坯和中厚饭坯连铸机的结晶器长度在900一1200mm之间:浇铸过程中每侧的调宽速度一般为0—20mm／min。每侧最高达100mm／min.这是新日铁钢厂在80年代中期创造的。冷状态每侧调宽速度达200mm／min。结晶器水量为板坯断面周长2．0一3.0L／(min·mm)。大多数方坯连铸机的结晶器水量为板坯断面周长2．0一3.0L／(min·mm)。大多数板坯连铸帆的结晶器为20L
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／(min·mm)，而福山6号饥宽面铜板为2．41L／(min·mm)。300mm厚度的窄面铜板为2．88L／(min·mm)。板坯连铸机结晶器的水流速度为7—10m／min。10m／5min的水流速度是2001年才出现的。新结晶器的铜板厚度在27—60mm之间，而多数在39—50mm之间，27mm的铜板厚度是奥钢联发明的铜板和钢螺母焊接式结构中采用的。结晶器关键技术是:
(1)结晶器倒锥度；
(2)在线热状态调宽调锥度系统； (3)结晶器在线停机调厚；
(4)高速浇铸时铜板冷却水高流速均匀传热冷却结构；
(5)涡流式、电磁式、同位素式、浮子式、激光式、超声波式等各种； (6)漏钢顶报及热成僚系统；
(7)结晶器铜板热面温度控制系统及最低进水温度控制； (8)结晶器电磁搅拌和电磁制动；
(9)一个结晶器烧多流铸坯的插装式结构。
A调整装置中心线支撑框架中心线振动台中心线铸造方向A 图2-1组合式结晶器俯视图
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A - A支撑框架中心线 （振动台中心线）外 弧 线调整装置中心线 图 2-2 组合式结晶器左视图
2.2 结晶器的发展趋势
2.2.1结晶器液压震动装置
结晶器液压振动系统是结晶器液压震动领域的先进技术。结晶器震动经过凸轮机械震动到今天十分先进的液压震动，经历了很长一段时间。结晶器液压振动系统较以往的震动方式具有很多先进的特点，包括:频率可调，振幅可调，震动曲线可调及高振频低振幅的特点。这些特点足够充分满足整个连铸工艺对包括钢坯振痕在内的表面质量及部分内部质量的要求。结晶器振动控制器可以接受来自连铸机二级计算机系统的模型设定数据、连铸机一级控制系统操作员设定数据及来自控制器本身自带的控制面板的人工设定。接收数据时，先检查权限和有效性，然受下载到控制器实现震动控制。
2.2.2结晶器在线调宽技术
结晶器是板坯连铸机的关键部件，位于中间罐下方的支撑导向段上方。为满足不同宽度板坯的需要，需要对接惊奇进行调宽。现在结晶器普遍采用在线调宽。结晶器调宽装置可以在线调宽和调锥度，主要通过调节结晶器窄
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面铜板来实现。结晶器在线调宽能够连续浇铸出不同宽度的板坯，是产量增加。若采用停机调宽，没调一次宽度需要一小时。采用在线条款可减少部分头尾铸坯损耗，提高连铸收得率，铸坯尺寸自由增加，还可连续浇铸相似钢水不停机。结晶器条款技术已向告诉发展，日本开发的告诉调宽系统在结晶器两窄边上下各有两台步进油缸单独驱动。窄边的宽度锥度和速度分别有两台微机单独驱动。该系统完全实现了高速自动调宽，为提高铸坯成品率作出巨大贡献 。
2.2.3结晶器铜板表面镀层技术
结晶器铜板是否具有高导热性和高抗变形能力、高强度、高表面精度、高硬度、高耐磨性、高抗腐蚀性以及足够常的工作寿命成为衡量结晶器质量的重要指标。铜板是刚睡凝固期间热交换的重要部件。铜板镀层技术的优劣是决定征台阶惊奇使用寿命的重要因素之一。连铸技术诞生以来，铜板从裸用发展为镀铬，镍铬合金直至最新一代的镍锌合金镀层，更适合高效连铸机，为保证连铸技术的发展提供了结晶器长寿的技术保证。
2.2.4结晶器电磁搅拌技术
MEMS于2002年6月在长特两刘特钢连铸机上投入使用，从样坯取样分析看，取得了良好的冶金效果。铸坯表面和皮下质量大幅度提高，经酸水处理后，铸坯表面的气孔，夹渣，凹坑基本消除。铸坯基本上不需要精整，表面质量明显提高，一次性不合格率又13%降至1%。消除了铸坯内部的白亮带。提高了铸坯内部质量，等轴晶旅明显扩大。结晶器内钢水温度趋于均匀，芯部温度降低，凝固前沿温度提高，温度梯度增大，有利于向外传热，从而有利于降低温度。柱状晶梢被折断成“结晶雨”。
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