【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)計(jì)，既減少了拉坯阻力，還有利于形成更加均勻一致的坯殼。應(yīng)用這種結(jié) 晶器，澆鑄 115 115mm 方坯時(shí)，拉坯可以從 2～ 3m/min 提高到5m/min以上，并且鑄坯質(zhì)量良好，經(jīng)濟(jì)效益顯著。 達(dá)涅利開發(fā)的是自適應(yīng)型結(jié)晶器，它與傳統(tǒng)結(jié)晶器最大差別在于其壁厚偏薄，且能借助冷卻水壓使銅管緊貼住鑄坯，從而適應(yīng)并調(diào)整其自身的原始錐度，適應(yīng)鑄坯收縮。對(duì) 130 130mm的鋼種，拉速可達(dá) ，當(dāng)將結(jié)晶器加長到 1000mm 后，可將拉速提高到 。 CONCAST 公司設(shè)計(jì)出 CONVEX 結(jié)晶器銅管，內(nèi)壁面為凸面形，在長度方向上緩慢變成平面。通過形狀的改變，使鑄坯收縮力和靜壓 力的作用相互抵消。這種結(jié)晶器錐度，使坯殼角部和其它部位一樣，緊貼內(nèi)壁以同樣的速度生長，且生長速度加快。應(yīng)用這種新型結(jié)晶器，能提高拉速 50%～ 100%，達(dá)到 4～ 5m/min。 隨著全連鑄生產(chǎn)廠的增加 , 以及連鑄技術(shù)的發(fā)展 , 高速連鑄技術(shù)已成為傳統(tǒng)連鑄的發(fā)展方向。小方坯連鑄結(jié)晶器有了很大發(fā)展 , 近年來開發(fā)的利用結(jié)晶器和電磁力支撐鋼液 , 減少坯殼和結(jié)晶器之間的接觸壓力的“軟接觸結(jié)晶器” , 也取得了可喜的工藝效果 , 其形成的鑄坯表面沒有振痕 , 近乎鏡面 , 極大地改善了鑄坯表面質(zhì)量。 點(diǎn) 最初人們采用推－拉－停的結(jié)晶器振動(dòng)模式，后來，英國鋼鐵研究機(jī)構(gòu)（ RISRA）采用了安裝在彈簧上的振動(dòng)結(jié)晶器，隨后又出現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)的結(jié)晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)，這樣就促使了其振動(dòng)方式不斷發(fā)展與變化。大致可以分為以下幾個(gè)階段，如圖 所示： （ 1） 同步式振動(dòng)（矩形波振動(dòng)） 這種振動(dòng)規(guī)律是最早出現(xiàn)的一種振動(dòng)方式。這種由凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的振動(dòng)曲線如圖 中曲線 1 所示。在這種振動(dòng)方式中，結(jié)晶器下降時(shí)與鑄坯保持同步運(yùn)動(dòng)，使拉裂的坯殼在此階段得以愈合，其愈合時(shí)間大約占整個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的 75%；然后鑄坯以 3 倍的拉坯速度 上升。由于振動(dòng)減小了拉坯阻力，漏鋼事故明顯減少，鑄坯質(zhì)量有所改善，因而在連鑄結(jié)晶器振動(dòng)應(yīng)用早期采用很廣。但實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的凸輪加工制造比較麻煩，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的同步運(yùn)動(dòng)，結(jié)晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)和拉坯機(jī)構(gòu)之間要進(jìn)行嚴(yán)格的電氣聯(lián)鎖；此外在向下與向上振動(dòng)的轉(zhuǎn)折處速度變化很快，理論上的加速度等于無窮大，因而在機(jī)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊力，進(jìn)而影響結(jié)晶器振動(dòng)的平穩(wěn)性，對(duì)于鑄坯質(zhì)量和設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)都很不利。 （ 2） 負(fù)滑脫振動(dòng)（梯形波振動(dòng)） 在該振動(dòng)曲線中（如圖 中曲線 2 所示）， 第 6 頁 結(jié)晶器在向下運(yùn)動(dòng)的過程中有一段時(shí)間 其速度稍大于拉坯速度，即所定義的“負(fù)滑動(dòng)”運(yùn)動(dòng)，從而使鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)下降過程承受一定的壓力，有利于使拉裂坯殼更有效地愈合，同時(shí)也有利于脫模；在結(jié)晶器下降和上升的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處，速度的變化較同步式有所緩和，使運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性有所提高。該振動(dòng)方式仍保留同步式振動(dòng)愈合時(shí)間較長的特點(diǎn)，愈合時(shí)間約占整個(gè)周期的 66%～ 71%，此種振動(dòng)模式也需由凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。 圖 結(jié)晶器振動(dòng)方式 （ 3）正弦振動(dòng) 該振動(dòng)曲線如圖 中曲線 3 所示。這種振動(dòng)方式的基本出發(fā)點(diǎn)是：結(jié)晶器在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中雖沒有穩(wěn)定速度階段（同步 運(yùn)動(dòng)階段），但仍有一小段負(fù)滑動(dòng)，因此具有脫模作用；由于速度是按正弦規(guī)律變化的，其加速度必然按余弦規(guī)律變化，所以過度比較平穩(wěn)，沒有很大沖擊；又由于加速度較小，可以提高振動(dòng)頻率，減輕鑄坯表面振痕的深度 ；另外，正弦振動(dòng)可以通過偏心軸或曲柄連桿來實(shí)現(xiàn)，它具有加工制造比較容易，操作維護(hù)簡單的特點(diǎn)；同時(shí)，既然結(jié)晶器與鑄坯之間沒有嚴(yán)格的速度關(guān)系，就沒有必要采用速度聯(lián)鎖系統(tǒng)，因而簡化了驅(qū)動(dòng)裝置的布置，可完成交流電機(jī)的變頻控制。 第 7 頁 (4) 非正弦振動(dòng) 非正弦振動(dòng)方式具有上升運(yùn)動(dòng)時(shí)間比下降運(yùn)動(dòng)時(shí)間長的特點(diǎn)（如圖 中 曲線 4 所示），即具有較長正滑動(dòng)時(shí)間，結(jié)晶器振動(dòng)速度 Vm 與拉坯速度 Vc 之間的速度差減?。ㄏ蛏献畲笏俣扰c Vc 之差），增加了保護(hù)渣的消耗量，液態(tài)摩擦減小，液態(tài)保護(hù)渣膜的潤滑范圍向結(jié)晶器出口擴(kuò)展，從而可減小坯殼中的拉應(yīng)力；負(fù)滑動(dòng)時(shí)間短，有利于減輕鑄坯表面振痕深度。所以對(duì)于實(shí)現(xiàn)高速拉坯，非正弦式振動(dòng)的效果十分理想。 從連鑄發(fā)展的歷史上看，每當(dāng)結(jié)晶器采用了一種新的較過去更為合理的振動(dòng)規(guī)律時(shí)，都對(duì)連鑄坯的澆鑄、表面質(zhì)量及拉坯速度的提高產(chǎn)生了重大的影響。 從連鑄結(jié)晶器振動(dòng)方式的 研究進(jìn)展可以看出，采用非正弦振動(dòng)是目前結(jié)晶器振動(dòng)的最佳方式。本文由橢圓齒輪變速器來實(shí)現(xiàn)非正弦振動(dòng)，通過對(duì)板坯連鑄結(jié)晶器的傳動(dòng)裝置的改進(jìn)，使板坯連鑄結(jié)晶器采用合適的非正弦振動(dòng)方式，可增大板坯連鑄結(jié)晶器的負(fù)滑動(dòng)率，從而減少連鑄板坯表面的振痕深度，減少坯殼與板坯結(jié)晶器壁面間的摩擦力，明顯提高鑄坯的表面質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)高速連鑄。 應(yīng)用結(jié)晶器非正弦振動(dòng)技術(shù)在工藝上具有降低結(jié)晶器與初始凝固坯殼之間的摩擦力、降低漏鋼率、提高拉速和鑄坯表面質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)備上具有大幅度降低振動(dòng)頻率、提高振動(dòng)裝置的使用壽命、減少維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng) 用機(jī)械驅(qū)動(dòng)結(jié)晶器非正弦振動(dòng)及控制技術(shù)具有十分重要的意義。 第 8 頁 2．板坯連鑄結(jié)晶器總體方案設(shè)計(jì) 結(jié)晶器參數(shù)的設(shè)計(jì)對(duì)連鑄機(jī)的正常生產(chǎn)和保證鑄坯質(zhì)量是至關(guān)重要的，結(jié)晶器斷面尺寸與鑄坯的最終幾何形狀有直接聯(lián)系，與鑄坯的最終規(guī)格有關(guān)。結(jié)晶器長度不僅影響最小坯殼厚度，是產(chǎn)生漏鋼的直接原因，同時(shí)影響拉坯速度和結(jié)晶器銅板的磨損。結(jié)晶器的錐度是結(jié)晶器的冷卻效果和鑄坯質(zhì)量的影響因素，因此在結(jié)晶器的設(shè)計(jì)中，要充分考慮各技術(shù)參數(shù)對(duì)連鑄機(jī)生產(chǎn)的不同影響，正確合理地確定結(jié)晶器斷面尺寸、結(jié) 晶器長度和結(jié)晶器錐度，只有這樣才能保證結(jié)晶器使用性能，保證結(jié)晶器正常運(yùn)行，保證連鑄機(jī)安全可靠的生產(chǎn)。 板坯連鑄結(jié)晶器的性能要求 設(shè)計(jì)結(jié)晶器時(shí)，從鑄坯成形的基本熱工過程出發(fā)，結(jié)合生產(chǎn)工藝的基本要求，對(duì)結(jié)晶器提出以下主要要求： （ 1）良好的導(dǎo)熱性能使鋼液快速凝固，每 1kg 鋼水澆注成坯并冷卻到室溫，放出的熱量約為 1340kJ/kg，而結(jié)晶器約帶走 5～ 10%，即 67~134kJ/kg，若板坯尺寸為 250 1700mm，拉速為 1m/min時(shí)，結(jié)晶器每分鐘帶走的熱量多達(dá) 20 萬 kJ/kg，而結(jié)晶器長度又較短， 一般不超過 1m，在這樣短的距離內(nèi)要帶走大量的熱量，要求它必須具有良好的導(dǎo)熱性能，若導(dǎo)熱性較差，會(huì)使出結(jié)晶器的鑄坯坯殼變薄，為防止拉漏，只好降低拉速，因此結(jié)晶器具有良好的導(dǎo)熱性是實(shí)現(xiàn)高拉速的重要前提。 （ 2）結(jié)構(gòu)剛性要好，結(jié)晶器內(nèi)壁與高溫金屬接觸，外壁通冷卻水，而它的壁厚又很?。▋H有 10～ 20mm），因此在它的厚度方向溫度梯度極大，熱應(yīng)力相當(dāng)可觀，其結(jié)構(gòu)必須具有較大的剛性，以適應(yīng)大的熱應(yīng)力。 （ 3）裝拆和調(diào)整方便，為了能快速改變鑄坯尺寸或快速修理結(jié)晶器，以提高連鑄機(jī)的生產(chǎn)能力，現(xiàn)代結(jié)晶器都采用了整體吊裝或在線 調(diào)寬技術(shù)。 （ 4）工作壽命長，結(jié)晶器在高溫狀況下伴隨有鑄坯和結(jié)晶器內(nèi)壁之間的滑動(dòng)摩擦，因此結(jié)晶器內(nèi)壁的材質(zhì)應(yīng)有良好的耐磨性和較高的再結(jié)晶溫度。 （ 5）振動(dòng)時(shí)慣性力要小，為提高鑄坯表面質(zhì)量，結(jié)晶器的振動(dòng)廣泛采用高頻率小振幅，最高已達(dá) 400 次 /min，在高頻振動(dòng)時(shí)，慣性力不可忽視，過大的慣性力不僅影響到結(jié)晶器的強(qiáng)度和剛度，進(jìn)而也影響到結(jié)晶器運(yùn)動(dòng)軌跡的精度。 第 9 頁 板坯連鑄結(jié)晶器長度的確定 結(jié)晶器的長度主要取決于澆注速度、結(jié)晶器的冷卻強(qiáng)度和鑄坯出結(jié)晶器下口時(shí)的最小坯殼厚度 。最小坯殼厚度與鑄坯斷面尺寸有關(guān)， 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于大斷面鑄坯要求最小坯殼厚度大于 15 mm，小斷面鑄坯要求最小坯殼厚度 8～ 10 mm。通常一般的板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器長度取 700～ 900 mm，薄板坯連鑄機(jī)取 1 000～ 1 200mm。低速鑄機(jī)采用短結(jié)晶器 ，高速鑄機(jī)采用長結(jié)晶器。結(jié)晶器長度增加后可提高鑄機(jī)拉速，增加鑄坯產(chǎn)量。但結(jié)晶器加長，會(huì)增加拉坯阻力加劇銅板磨損，鋼液的靜壓力也隨之增加。 設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)晶器長度可按以下公式進(jìn)行初取，在凝固計(jì)算時(shí)進(jìn)行精確的理論計(jì)算，保證鑄坯出結(jié)晶器下口時(shí)的最小坯殼厚度。 39。L? cV 2a???（ ） （ ） 式中， 39。L 一結(jié)晶器長度（ mm）； ? 一鑄坯出結(jié)晶器下口處的坯殼厚度（ mm）； aK — 凝固系數(shù)（ mm / min ） 板坯連鑄機(jī)一般取（ 17～ 20）； cV 一拉坯速度（ mm / min）。 考慮到澆鑄操作時(shí)結(jié)晶器內(nèi)液面的波動(dòng)，通常在鋼液面與結(jié)晶器頂面之間要留出80～ 120 的空位。故結(jié)晶器的實(shí)際長度 L為： 39。 80 ~ 120LL?? （ ） 盡管如此，結(jié)晶器的長度在世界各國還是 很不一致。一般結(jié)晶器的長度為 500～1200mm?？悼ㄋ固卦O(shè)計(jì)的結(jié)晶器長度為 300～ 700mm，我國使用的結(jié)晶器長度為 600～800mm，蘇聯(lián)一般采用的結(jié)晶器長度為 1200～ 1500mm，總的趨勢(shì)是使用短結(jié)晶器。由于實(shí)行高速澆鑄，結(jié)晶器還需適當(dāng)加長，但過長既會(huì)延緩鑄坯的進(jìn)一步冷卻凝固又會(huì)造成浪費(fèi)。 根據(jù)上述所說本次設(shè)計(jì)板坯連鑄結(jié)晶器的長度取 700mm。 板坯連鑄結(jié)晶器的斷面尺寸及銅板厚度 結(jié)晶器的斷面尺寸對(duì)于板坯連鑄機(jī)來說是指結(jié)晶器的寬邊銅板和窄邊銅板所圍成的長方形孔型的上、下口尺寸，結(jié)晶器的斷 面尺寸通常是按照所生產(chǎn)鑄坯在冷態(tài)下的公稱尺寸來確定的。鑄坯從結(jié)晶器中的鋼液到出坯后的冷態(tài)要有凝固和冷卻收縮，因此， 第 10 頁 在設(shè)計(jì)結(jié)晶器斷面尺寸時(shí)要考慮鋼水凝固以及從高溫鑄坯到冷態(tài)鑄坯的熱收縮 ，同時(shí)要考慮不同規(guī)格鑄坯在矯直時(shí)產(chǎn)生的矯直變形（見圖 ）。在鑄機(jī)生產(chǎn)中根據(jù)鋼廠的生產(chǎn)使用經(jīng)驗(yàn)可作適當(dāng)調(diào)整。結(jié)晶器的斷面尺寸寬邊和窄邊分別按照以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 圖 結(jié)晶器銅板孔型斷面圖 結(jié)晶器寬邊 00 (1 .5 % ~ 2 .5 % )B B B??上 （ ） 0 0 0(1. 5% ~ 2. 5% ) %B B B B B? ? ?下 寬 （ ） 式中， B上 一結(jié)晶器上口寬度（ mm）； B下 — 結(jié)晶器下口寬度（ mm）； 0B — 鑄坯公稱寬度（ mm）； B寬 一結(jié)晶器寬面錐度（ mm）。 結(jié)晶器窄邊 D上 = 0D (1+％ )+2 （ ） D下 = 0D (1+％－ K ％ )+2 （ ） 式中， D上 一結(jié)晶器上口厚度（ mm）； D下 一結(jié)晶器下口厚度（ mm） K 一結(jié)晶器窄面錐度（ mm）。 結(jié)晶器窄邊厚度尺寸，對(duì)于弧形或直弧形連機(jī)來說，由于拉坯和矯直的作用，鑄坯 第 11 頁 的厚度會(huì)相應(yīng)減少，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在上式基礎(chǔ)上考慮加上厚度減薄量 2 mm。如果有液芯壓下或輕壓下應(yīng)同時(shí)加上壓下量，實(shí)際中，要求結(jié)晶器的斷面尺寸應(yīng)當(dāng)比連鑄坯斷面的公稱尺寸大一些，通常約大 1～ 3%左右。 結(jié)晶器銅板是結(jié)晶 器的關(guān)鍵部件，作為連鑄從液態(tài)鋼水凝固成固態(tài)坯殼的重要導(dǎo)熱部件，它的技術(shù)性能將直接影響到連鑄坯的表面質(zhì)量、連鑄機(jī)拉速、連鑄作業(yè)率等指標(biāo)。 銅板厚度的選擇主要考慮結(jié)晶器結(jié)晶器安裝使用過程中的剛度和抵抗冷卻水壓力而不變形，同時(shí)也要考慮修復(fù)次數(shù)和壽命。但銅板厚度較厚，會(huì)造成成本加大，也不適合高拉速連鑄的要求。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)銅板厚度一般為 35～ 45 mm，這次設(shè)計(jì)中取銅板厚度為40mm。 板坯連鑄結(jié)晶器倒錐度的要求及對(duì)倒錐度的改進(jìn) 結(jié)晶器的錐度概念是指結(jié)晶器的上口尺寸與下口尺寸不同，形 成一個(gè)上大下小倒錐形的型。在連鑄機(jī)的澆注過程中，鋼水在結(jié)晶器中由于接觸水冷銅板，將熱量傳出，形成初生坯殼，但由于冷卻收縮的作用，坯殼會(huì)離開銅板形成空隙，這樣就會(huì)增加傳熱阻力，影響鑄坯的冷卻效果。因此，為了改善鑄坯的冷卻效果，避免氣隙的形成，必須將結(jié)晶器銅板孔型設(shè)計(jì)成倒錐形。對(duì)于板坯連鑄機(jī)來說，鑄坯寬面和窄面的錐度要求是不一樣的，由于板坯厚度方向?qū)捗娴拿娣e大，坯殼的剛性較弱，在鋼水靜壓力的作用下，坯殼很容易貼向銅板，消除氣隙，所以厚度方向錐度可以小一些。寬度方向的窄面面積小，收縮量要大一些，坯殼剛度大，因而寬 度方向的窄面錐度要大一些。 結(jié)晶器的錐度或稱為倒錐度與鑄機(jī)的拉坯速度有關(guān)，拉坯速度高，傳熱時(shí)間短，導(dǎo)致鑄坯表面溫度升高，鑄坯收縮率減少，因而應(yīng)采用較小的結(jié)晶器倒錐度。在設(shè)計(jì)結(jié)晶器的錐度時(shí)，要注意，在鑄機(jī)生產(chǎn)中，結(jié)晶器的錐度是不可調(diào)的，因此，應(yīng)對(duì)于不同的生產(chǎn)規(guī)格，設(shè)計(jì)成相同的結(jié)晶器錐度，并適應(yīng)不同的拉速范圍。 對(duì)于板坯連鑄機(jī)的結(jié)晶器，由于鑄坯厚度方向的收縮叫寬度方向的收縮小的多，為便于安裝找正，結(jié)晶器的寬面一般都做成平行的。這時(shí)錐度可按下式進(jìn)行計(jì)算， K = 100%BBBL? ?下 上上 （ %/m） （ ） 式中 B上 、 B下 — 分別為