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1、板坯连铸机结晶器研究学院:成人教育学院专业:冶金技术学生姓名:李喜永学号：3210121XXXX指导教师:摘要连铸机是现代冶炼生产过程中重要的生产设备，连铸生产线的引入能大大提 高冶炼生产效率，降低工人的劳动强度，同时降低了成本，使冶炼生产跨进 了一个崭新的时代。结晶器在连铸生产过程中起到了核心的不可替代的作 用，组合式结晶器是结晶器进化过程中发展起来的一种，在现代连铸工业中 得到了广泛的应用。在本说明书中，主要研究了直线式结晶器的组成、各部分工作原理，介绍了 国内外结晶器的发展趋势，找出了现在连铸生产线中所使用的结晶器的不足 和一些解决的办法。本文重点讨论了直线式结晶器的调宽机构和夹紧机构，
2、详细介绍了直线式结 晶器中中的调宽装置的结构以及工作原理，进行了水箱的几何形状及主要构 件的设计计算。关键词 结晶器；调宽装置；水箱；足辊摘要0第1章绪论21.1结晶器概述21.2结晶器存在的问题51.3结晶器使用前的安全检查61.4本章小结7第2章 结晶器夹紧装置的选择计算02.1结晶器夹紧装置简介02.2结晶器夹紧受力分析及计算选择12.3结晶器宽边调整机构的安装42.4本章小结4第3章 结晶器调宽装置的选择计算63.1调宽装置简介63.2调宽装置的确定和基本参数的选择73.3调宽装置驱动选择93.4窄边调整机构的安装103.5本章小结12第4章 结晶器铜板及水箱的选择计算124.1结晶器
3、铜板的设计124.1.1结晶器长度的选择124.1.2结晶器断面尺寸和倒锥度154.1.3结晶器铜板材质及表面镀层的选择164.1.4铜板厚度计算 174.1.5小结184.2水箱设计184.3本章小结19结论20参考文献0致谢1第1章绪论1.1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
4、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。
5、(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
6、，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，即一个结晶器对应一“个板坯 断面。20世纪70年代四壁组合式结晶器出现后，在一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，
7、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
8、要在铜板后焊接几百个钢螺母以固定铜板。这样在一定程度上又增加 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700950mm，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 1200mm之间:浇铸过程中每侧的调宽速 度一般为020mm / 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
9、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 / (min-mm)，而福山6号饥宽面铜板为2. 41L / (min-mm)o 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710m / 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 2760mm之间，而多数在3950mm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
10、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。盅 I 盅 A,线心中置装整调2-1组合式结晶器俯视图图2-2组合式结晶器左视图1.2结晶器存在的问题(1) 研发能力较低，对关键技术掌握较差，进口依赖程度较大，关键部件如 铜板镀层，和精确调宽调后机构仍依赖于进口。大多数企业以生产为主，对 于新技术的研究处于之后状态。(2) 连铸生产过程中，钢坯极易出现拉漏的情况，生产安全性较差，工人的
11、工作环境较差，安全性较低。1.3结晶器使用前的安全检查结晶器安装上线前，在维护区应检查结晶器的装配、对中、运行、泄露情况、 正确的安装和二次冷却喷嘴的喷雾情况。在结晶器到达操作区前，检查和结 果都应被记录下来，还应该完场下面的检查和操作：(1) 检查铜板表面的磨损、损伤和平整(2) 检查窄面和宽面间的缝隙(3) 检查窄面锥度的调节和结晶器的的宽度(4) 在窄面和宽面间检查结晶器的边缘缝隙，并使用硅橡胶正确密封(5) 检查结晶器的水密封性能(6) 检查结晶器盖是否在结晶器的正确位置(7) 在调节后，检查夹紧装置的功能和夹紧结晶器(8) 检查结晶器液面传感器的位置并校验，为传感器安装保护盖和接通冷
12、却 水(9) 通过调节机构的手动方式来检查宽度调节装置的运转(10) 检查供应管线(气体、液体)是否正确连接，包括密封性检查(11) 检查结晶器盖的正确位置、变形和耐火材料内衬的损坏(12) 检查供水软管机检查喷嘴位置和喷雾形式(13) 检查结晶器足辊和侧面铸坯导向辊固定的紧密配合(14) 检查结晶器足辊和侧面铸坯导向辊的旋转(15) 检查结晶器与振动装置接触面的正确位置以及是否损坏(16) 检查结晶器固定螺栓可能的损伤在结晶器更换后，还要在结晶器上完成以下的检查和操作(1) 检查结晶器足辊到铜板下部边缘是否道道设计值(视觉检查，用一个直尺 定位在宽面)(2) 通过过渡直尺来检查结晶器足辊到弯
13、曲段第一个辊的对中(3) 检查第一个窄面足辊到铜板下部边缘的对中(4) 用结晶器锥度测量仪检查宽面锥度的对称性。1.4本章小结通过第二章的学习，我进一步加深了对连铸机以及结晶器的了解。了解了结 晶器的发展趋势和目前应用在国内外主流结晶器上的技术。对结晶器的设计 工作做好了铺垫，为下一章的顺利进行做好了准备工作。第2章结晶器夹紧装置的选择计算2.1结晶器夹紧装置简介现代的板坯连铸机结晶器都采用宽面压窄面的结构，所以宽面板调整装置不 能采用固定的支撑防止。因为窄边面板在浇铸过程中会受热膨胀，款面板对 债面板即要有一定的事呀，防止接缝处漏钢，又要允许膨胀。原来使用的结 晶器宽面调整装置时纯粹的电动机
14、械调整装置，这种装置调整的精度较差， 采用齿轮箱变速传动，寿命较短。后来随着液压技术的不断成熟，第二代结 晶器跨面调整装置采用的是螺杆加蝶形弹簧加液压缸的形式，这种调整装置 较第一种有了质的飞跃，液压装置的引入大大提高了调整精度，但是蝶形弹 簧在高温的工作条件下，很容易到达疲劳极限，因此这只能够宽面调整装置 出现了自身无法突破的瓶颈。现如今，第三代宽边调整装置已经投入使用，如下图3-1所示。现在主要使 用的是纯粹的液压调整装置。这种装置的引入大大提高了宽边调整的精度， 调整装置的使用寿命大大延长，同时这种装置免去了机械调整和螺杆蝶形弹 簧调整时所需要的润滑管路，大大精简了结晶器的设计，同时提高
15、了工作人 员的安全性，使结晶器的可接近性大大提高。图3-1加紧装置图3-2结晶器夹紧装置2.2结晶器夹紧受力分析及计算选择结晶器在连铸生产过程中，受的力非常复杂，因为结晶器的宽边钢板是弧线 的，因此受力是变化的，在结晶器的设计过程中，工厂设计时遍采用的是计 算机模拟结晶器内部受力情况。因此，我在本次毕业设计过程中只能通过简 单的力学计算来得到结晶器宽边调整液压缸的受力情况。图3-3结晶器夹紧装置受力示意图钢水静压力计算P = pgH x 10-4(3-1)式中P 最大钢水静压力MP。H 结晶器压面到足辊中心线的距离dmp钢水密度kg / dm3F = HB(3-2)式中F受压面积dm3H 结晶
16、器压面到足辊中心线的距离dmB板坯宽度dmP = Hp g/2(3-3)F = H 2 Bp g/2(3-4)P钢水静压力NH 结晶器压面到足辊中心线的距离dmB 板坯宽度 dmp 钢水密度 kg / dm3设定作用力作用在距底面(最大压力足辊处)1/3高度上。上下部液压缸受力及窄面板压紧力计算对上部液压缸作用点b取Z , =0p(2/3H - BC)P =aAB(3-5)p(2/3H - BC) P BAB(3-6)上下各设置两个液压缸，故每个液压缸受力1/2PA与1/2PB。实际上由于考 虑到一定的安全系数，则上下部液压缸受力为,P(2/3H - BC)P =AAB(3-7)式中Pa上下部
17、每股液压缸的实际受力NP上下部每个液压缸的计算受力 AK安全系数取K =1.75,P(2/3H - BC)P =BAB式中 P 上下部每股液压缸的实际受力 NBPb 上下部每个液压缸的计算受力K 安全系数 取 K=1.75(3-8)经过计算，上下两组液压缸的受力应该是P =2.91 x 104 NAP =3.53 x 104 NB经上述计算，查机械手册，连铸机使用的液压缸是专用的液压缸，手册上没 有记录，故上网联系一液压缸生产厂进行生产。抚顺天宝重工液压制造有限 公司，该公司长期生产重型机械液压设备，有着丰厚的生产经验，能够做出 满足我本次设计的液压夹紧缸。配合液压锁紧回路，能够完成宽边的调整
18、和夹紧动作。但是连铸机结晶器在连铸生产过程中是不断振动的，因此液压缸 的受力还受到振动的影响，这就需要反馈系统，利用微处理计算机进行调整， 这在我本次设计的工作要求之外。2.3结晶器宽边调整机构的安装结晶器宽边调整机构采用的是液压缸调整和夹紧，在安装过程中，因为结晶 器的水箱和铜板以及窄边调整机构等一系列组件都是通过铜板水箱两侧的 螺栓和液压缸直接悬吊起来的，一次，宽边调整装置在安装时就不能和普通 的液压缸一样采用尾部耳环连接。为了保证结晶器的强度，保证在连铸生产 过程中随着结晶器的不断振动，宽边调整装置不会错位，依然能够顺利正常 的工作。这次结晶器宽边调整液压缸的安装比较特殊，首先在结晶器的
19、框架 上，在预先计算好的中心线上打出和液压缸同等直径的通孔，然后将液压缸 穿过通孔，通过尾部法兰，用螺栓将液压缸固定在结晶器框架上，这样安装， 即保证了结晶器在连铸生产过程中不会发生轴向蹿动，也不会发生径向振 动，这样的安装方式大大提高了结晶器宽边调整的精度。同时这样的安装方 式，便于微计算机反馈调整装置的测量，又再一步提高了结晶器宽边调整和 夹紧装置的稳定性和精度。2.4本章小结通过对本章的工作，完成了了宽边调整的夹紧装置这一重要部分，对结晶器 的整体结构有了更深层次的认识。本章工作还进行了液压缸的选择，选择了液压缸的的型号，对液压缸的行程， 运动速度，工作原理等方面也有了了解，掌握了液压缸
20、的分类，安装方式和 实际工作的注意事项。第3章 结晶器调宽装置的选择计算3.1调宽装置简介对于板坯连铸机来说，结晶器的宽度根据所要浇铸的板坯的断面不同时可以 进行调节的。起调宽方法有在线停机调宽和浇铸中调宽两种。过去多采用前 者，但随着连铸技术的进步，尤其是对于80年代发展起来的热传送热装机 连铸-直接轧制工艺，更需要应用浇筑过程中的调宽技术。而条调宽技术关键中的关键中的关键就是结晶器窄边调整机构。结晶器窄边 调整机构从连铸生产线诞生以来就一直是结晶器不可或缺的一部分。从最开 始的手动机械调宽，到后来的电动机械调宽到现在的液压调宽，经过一系列 的变化，窄边条款机构精度越来越高，性能越来越稳定，
21、越来越适应快速连 铸生产的要求。图4-1调宽装置图4-2结晶器调宽装置3.2调宽装置的确定和基本参数的选择结晶器在浇铸生产过程中的调宽方法有两种。第一种是T型变化，第二种 是Y型变化。T型变化时早期结晶器的变化方式，因为我本次设计采用的新 型的液压调宽装置，所以我选用的的是较为先进的Y型变化，其变化的示 意图如下图所示。变锥度宽度变大锥度设定ab图4-3结晶器窄边调整过程示意图a宽度变大b宽度变小aH板坯调宽时的有关锥度设定和调宽速度选择是由制造工艺确定的。以下是控 制调宽过程的数学公式：(4-1)式中:V窄面顶部和底部的调整速度差；a 加速度；H 结晶器高度；V拉速。根据经验，调宽速度一般为
22、：宽度变大时，每侧0-10 mm/min宽度变小时，每侧0-20 mm/min我在本次设计中借鉴宝钢连铸机工艺要求，选择锥度位316 mm,浇铸 时调宽速度:调宽用210mm/min，调窄用220mm/min3.3调宽装置驱动选择在浇铸中调宽时，机构处于带热负荷状态下运转。为了保证正常浇铸，窄边 必须与初期凝固的坯壳保持良好的接触面，窄边的倒锥度必须适当，因此宽 度调节的速度是在低速下进行的，而且移动速度要稳定。调宽素的机锥度的 调节量必须与所浇铸的钢种、浇铸速度等参数相对应。且宽度、锥度的变化 时相互配合的，可见，调宽装置的驱动要求比较特殊。西欧那个上所属，调 宽装置的驱动要满足以下要求：(
23、1) 调速范围宽；(2) 调速精度高；(3) 力矩稳定性好；(4) 适应恶劣的工作环境。过去一般采用的的机械驱动，这种驱动方式刚度刚性很好，但是因为丝杆的 螺母之间总是存在间隙，所以停止精度就比不上液压调宽的方式。由于调宽 装置的设置环境和相当恶劣的工作条件，在电动调宽方式中，直流电子调速 系统更不能满足要求。就是一半的交流电机驱动也不能满足工作要求，宝钢 采用的交流鼠笼型异步电动机加上带矢量控制的交流变频调速系统，它的性 能无论是动态还是静态都是非常优秀的，尤其是输出恒转矩性能良好。但是 这套性能工作原理复杂，设备成本高昂，所以我在本次毕业设计中并没有采 用如此先进的驱动方式，而是采用的基本
24、的液压调整方式，只要满足我设计 所需要的工作精度就可以了。本次设计，通过查找相关的资料，我采用的是日本新日界厂的系统，下面是 这套系统的工作原理图。条款是，单边的移动速度可达100mm/min。告诉 调宽技术将更利于连铸直接轧制的铸坯尺寸配合以及提高铸坯的成品率。3.4窄边调整机构的安装结晶器窄边调整机构是固定在结晶器框架上的。因为窄边调整机构的调整范 围比较大，我本次设计的调整范围是960mm至1600mm。所以如果两边采 用单杆液压缸进行调整的过程中，在恶劣的工作环境和不断的震动过程中， 液压缸的活塞杆可能发生挠度变形。这样，很大程度上影响了结晶器的精度 甚至导致窄边卡死进而导致结晶器不能
25、正常工作。所以在这次设计中，我采用了四个步进液压缸，一边一对，分别固定在结晶 器的窄边铜板上，这样就在很大程度上解决了活塞杆挠度变形的问题。但是 很可能在不正常的工作条件下，活塞杆依然会发生变形。在宝钢的结晶器窄 边机构中，已经出现了导向缸，即分别在每两边的一对液压缸中间加上一组 导向缸，这样就完美的解决了活塞杆变形的问题。其机构如下图所示。图4-4宝钢的结晶器窄边调整机构（带导向缸）在安装时，不能仅仅把窄边调整系统通过法兰固定在结晶器框架上，考虑到 肋板的强度不够，在结晶器框架上加上两个纵向的三角形肋板，这样，从理 论上经过论证完全能够承受住窄边调整机构在工作时所需要的轴向力。我的 设计如下
26、图所示。将窄边调整机构用螺栓固定在加强之后的肋板上，这样不 仅有更好的强度，而且更加便于安装，更加便于窄边调整机构的拆卸和维修。图4-5有加强肋板的结晶器框架3.5本章小结通过本章的工作，了解并进一步熟悉了结晶器的另一重要组成部分调宽装置 即窄边调整装置，理解了该机构的机械构造和工作原理，同时指出了该部分 的不足之处，并提出了自己的合理化建议和尝试改进。本章同上一张有共同之处，进行了相关的计算分析。对该机构个别部分进行 了改进，将原来的机械结构替换为液压机构，节省了空间，方便操作，提高 了工作效率，同时也节省了成本，便于自动控制。第4章 结晶器铜板及水箱的选择计算4.1结晶器铜板的设计4.1.
27、 1结晶器长度的选择连铸机结晶器的长度是决定连铸机工作的可靠性和铸坏质量的最重要的参 数之一。结晶器越长，在其出口处的铸坯的凝固壳就越厚越坚固，但拉坯力 和拉应力也同时增大。对于各种尺寸规格的铸坯都存在一个在铸坯凝固壳中 应力最小的合理的结晶器长度，此长度可以取近似方坯断面的铸坯为例进行计算。在计算时采用如下假设条件：(1) 铸坯整个周边的结晶均匀(2) 当量应力根据强度的动力学理论进行计算。在结晶器出口处具有足够强度的铸坯凝固壳的厚度5可按式式计算:(5-1)一 - 5 = K、.T = K : V 1 p式中：K凝固系数t 金属在结晶器中存在的时间L结晶器有效区段长度Vp浇铸速度与液态金属
28、结晶的同时，凝固壳便产生相变收缩，钢水静压力把凝固壳压向 结晶器壁，而其收缩又阻止其向结晶器壁靠近。在研究上述现象的过程中， 得出一个结论，即在结晶器中存在若干区段:直接接触区，间接(脉动)接触区 和在铸坯和结晶器壁之间有一定间隙的区段。可以假定，结晶器与铸坏之间 的摩擦是发生在有效区段全长范围内。拉坯力可由下式确定:(5-2)式中:R摩擦系数Y钢水比重S铸坯断面周长这时由拉坯力产生的拉应力:(5-3)(5-4)F 阿 Vb =B =p L1.5iS82 K由钢水静压力产生的拉应力。由下式算出：2b = ?L(a - 28) + ?L(a - 28)=心如 _ 2)2482284KL K克根据
29、强度动力学理论，当量应力可有下式确定：b = * 2 + b 2 b b(5-5)把有(3) (4)公式得到的b , b 2代入得到：b =(四2L3 + aV a3、七 + a2L 四25七 +皿2&B2 K4 K 2K2 K(5-6) 根据实验数据，铸坯表面温度按波状曲线变化，这条曲线可以修直，并可以 用下面的指数函数表示：t n = 500(2 + e 5.33T )(5-7)铸坯凝固壳的平均温度是t -1=250(5+ e 5.33T )(5-8)2(t 0 +1 口)式中10 钢水温度(大约1500 C)b B - 765 0.51t(5-9)把(8)的温度规律率考虑在内b B=12
30、7(1 -e 5.33 )(5-10)理想的是尽量增大F值。若代入数值Y -7x 10 3公斤/厘米3, k=3厘米 / 分 0.5，H - 0.6 时，F=127(1 -e5.33 V- )-1.17X 10-3 XpVv X ：0.25L3 + 0.5。2 - 0.083：V a2L1.5 + a2L - 0.33a3 yVL + 0.028a V(5-11) 对于F可根据结晶器长度L ,由于F曲线与横坐标轴橡胶而受限制。在F曲 线上能够办证最大安全系数的最大值，通过微分法不难算出相当于这个最大 值的结晶器长度L。经过计算，结晶器的长度应该是600mm到1200mm。结晶器的长度计算L =
31、 (5 /k)2VCL结晶器的有效长度mm5结晶器出口的坯壳厚度mmK钢液凝固系数mm/min1/2V拉坯机拉坯速度mm/minL = L + (80 +120)(5-12)取mmK = 20mm/min1/2V =20mm/ min最终计算得到结晶器的长度1000mm4.1.2结晶器断面尺寸和倒锥度结晶器下口宽度A =冷板坯宽度X 1.013(5-13)B = AT /200(5-14)T是结晶器的锥度，按经验取1%得 A =1637mmB =8.10mm(5-15)图5-1结晶器窄边铜板示意图结晶器上口宽度 1620.8+2 X8.10=1637mm4.1.3结晶器铜板材质及表面镀层的选择
32、4.1.3.1铜板材质铜板是钢水凝固期间进行热交换并使之成形的关键件，铜板的材质需满足相 应的要求，根据浇铸时的工艺要求，铜板与钢液面接触的最高温度不得超过 400C。宽边铜板与短边铜板因其使用部位不同，所选用的材质也不同。连铸机最初采用紫铜板，紫铜板虽然导热性好，但强度和硬度很低，耐磨性 差，高温下强度更低。为了提高结晶器的使用寿命，现在普遍采用铜合金板 制作结晶器，如铜银合金、铜-铭-锆-砷合金、铜-镁-锆合金、铜-铭-锆-镁合 金等。奥钢联、西马克结晶器铜板的材质均采用铜银合金、真空冶炼，冷加 工成型。前者在铜银合金内表面进行了镀铭。铜银合金成分为Cu99. 5%， A0.07%0. 1
33、%（有的达到0. 13%），P0. 006%左右。采用铜银合金的 目的，主要是提高铜板再结晶温度。当含银量为0.08%0.1%时，再结晶 温度为318C326C，比普通冷轧铜板的再结晶温度约高出50%。一般 与钢水液面接触的铜板表面温度在正常冷却条件下为250C320C。舞钢 板坯连铸机结晶器用铜一一银合金制作，化学成分为Cu +七99. 9% ,七 0.07% 0.12%。导电率N98%I. A.C.S(20C)。机械性能为。N200MPa,Ba s N40MPa, hb N45。为了更有效地提高铜板的使用寿命，在设计和制造 中采用了在铜板表面镀层的方法。结晶器的窄边铜板不仅在液面附近有热裂
34、和剥离现象，而且由于热膨胀受宽 边夹紧力的制约，使窄边铜板受压应力的影响而出现蠕动变形，在其下部由 于调锥度，磨损更严重。因此，一般窄边铜板寿命比宽边短。据国外资料报 道，采用含银的脱氧铜板，平均使用寿命为2000炉。结晶器的铜板要求有 极好的热传导性，在室温和高温下能保持相当的强度。早期的连铸机使用纯 铜作为铜板材质，经常发生变形。随着材料科学的发展，我有了更好的选择， 这就是国外新近开发的材料，Al - C - Z - Cu以满足我设计恶劣的热负荷 条件。4.1.3.2铜板镀层为了提高耐磨性和耐腐蚀性，常用电镀和热喷涂方法。我这次设计依然采用 热镀层和热喷涂的方法。在宽边铜板上镀C。-n，
35、窄边铜板上喷涂 C o 这种技术已经能够非常成熟的运用，使铜板修复一次平均过钢时间提高到 20万t以上。上部要求导热性，镀层0.2-0.5 mm下部要求耐磨性，镀层 1.2-1.5 mm。图5-2结晶器铜板示意图h = h1 + h2 + h3(5-16)式中h 1铜板水槽深度(取10mm)h 2铜板有效厚度(取10mm)h3铜板加工余量(取15mm)4.1.5小结结晶器的使用寿命，主要是铜板的使用寿命，其主要指标为铜板的耐磨性， 耐磨性增加，使用寿命随之增加，因此，寻找合适的材质及镀层成为延长结 晶器寿命的关键技术。根据不同的铸机、不同的浇铸速度，使用不同材质及 镀层可大大提高结晶器的使用寿
36、命，降低维修费用提高生产率。4.2水箱设计结晶器是整条连铸机的心脏设备，其主要作用是将钢水形成最初结晶，以形 成坯壳。由于该设备在高温区使用，钢水接触到水会产生爆炸等事故，因此 对结晶器的密封性控制相当严格。结晶器水箱是该设备的关键零件， 在本次设计中我参考了宝钢结晶器水箱的设计思路：(1) 水道的内套选用导热性较好的材料，内外套所使的材料都需要有足够的 抗压能力及工艺性。装配好的结晶器需要进行水压测试。确认密封无渗漏， 水道畅通。(2) 利用流体力学及传热学知识以计算机为辅助工具对不同结构的冷却水 道的流场进行计算，掌握冷却水在各种冷却水道中的流动规律。(3) 以冷却强度我最大目标。在这次设
37、计中我的结晶器水箱是用钢板焊接的结构，如下图所示。因为不能 像工厂一样进行模拟，所以我尽量让结晶器水箱中间的水流量很大，这样就基本能完成水箱的冷却任务。如下图所示:d 1 fA.一招9图4-3结晶器水箱示意图4.3本章小结通过本章的任务，我真正认识到了结晶器最关键部位设计的难度，铜板的设 计及冷却水箱的设计。这些简单外形的部件着实让人费尽了心思。铜板材质 的选择和表面镀层技术是经历一一代又一代的发展才到达了今天的水平，而 水箱内部流场的模拟已经不仅仅是冶炼轧钢专业的问题了，已经涉及到更多 更广的领域。所以我真正认识到了做一项设计的不易。结论为期两个月的毕业设计最终结束了，在这两个月中，我收获很
38、多，学到了很 多。在老师的指导下，同学们的帮助下，一个板坯连铸机结晶器的雏形诞生 了。尽管这个过程很漫长，但是我们从来没有觉得无聊过，整个过程充满着 快乐。在这大学最后两个月的学习生活中，我几乎用上了我在大学学到的所有知 识，同时在设计的过程中又学到了很多新的东西。就拿这次板坯连铸机结晶 器这个课题来说，从钢板材料的选择，液压缸的选择，到受力分析，到各种 复杂的计算，整个过程设计理论力学、材料力学、高等数学、立体空间几何、 CAD、CAXA、SOLDWORKS等软件的使用、液压与气压传动、机电一体化等各 个学科的知识。通过这次毕业设计，我学到了以下知识：（1）能够熟练使用CAD、CAXA等绘图
39、软件（2）熟练掌握了机械设计手册的使用方法（3）学会了团队合作（4）掌握了更多的关于冶炼、轧钢行业的知识（5）掌握了液压系统的工作原理（6）掌握了连铸机的工作原理，并了解了各种先进的技术总之，这次设计对我的学习和工作影响很大，将来不论我是去单位工作 还是继续上学，这次设计都给我提供了宝贵的经验。大学两年半年的时光随 着毕业设计的结束也接近尾声了，这次设计为我的大学生活画了一个完美的 句号。参考文献1高德成.宝钢1450毫米板坯连铸机.齐齐哈尔:一重技术,1990.4:22-28.2文石斧.我国连铸大发展面临的形式和若干问题.连铸技术研讨会论文北京.1991,11:13-9.3邹家祥.钢铁机械.
40、北京:冶金出版社.2007.3:14-264郑沛然.连续铸钢工艺及设备.北京:冶金出版社.1991.9:23-675陈家祥.连续铸钢手册.北京:冶金出版社.1991.5:34-876罗振才.炼钢机械.北京:冶金出版社.2008.4:87-907连续铸钢原理翻译组.连续铸钢原理(苏).上海:人民出版社.1977.4:32-968曹广畴.现代板坯连铸【M】.北京:冶金出版社.1994.3:23-1309黄志坚，姚良挺.板坯连铸机液压震动技术原理与实例.机械设计造.2001.3:13-5610方克明，张宏杰,陈增琪.连铸机结晶器铜板材质极其镀层的优化与应【J】.铸造设备研究,2004(4):28-40.致谢本次设计是在张军红导师的悉心指导下完成的，我在此要郑重向老师道谢。 张军红老师严谨求实的科学态度，精湛的学术造诣，使我裨益终生。在跟老 师学习的过程中，得到了老师指点、帮助和教诲，设计过程中导师给予了我 极大的帮助，指导我绘图及撰写说明书的过程中一丝不苟，有问必答，对问 题的讲解深入透彻，我的每一点进步都与她的悉心指导密不可分。我还要对冶科教室所有老师以及在设计过程中曾给予帮助的所有老师、学长 和同学表示衷心的感谢。
