1600 mm不锈钢板坯连铸机结晶器设计

邓春栋

结晶器是连续铸钢设备中一个非常关键的部件，位于中间罐的下方，在浇钢时从中间罐注入的钢水在其中凝固并形成规定尺寸的外壳，在中心还是液态的情况下，铸坯从结晶器中被拉出。在钢水凝固过程中，受钢水静压力、摩擦力、钢水热量的传递以及调宽作用力等诸多因素的影响，结晶器同时处于机械应力和热应力的综合作用之下，工作条件极为恶劣。为了从结晶器中顺利拉出合格的铸坯，结晶器应满足以下条件：

（1）应具有良好的导热冷却能力和耐磨性能。

（2） 结晶器的刚性要好，特别是在激冷激热、温度梯度变化大的情况下变形要小。

（3）结构紧凑，便于制造，装卸方便，调整容易，冷却水路能自行接通，且能满足快速更换的要求。

（4）为减少振动时的惯性力，在满足上述三个条件下，结晶器重量要轻，以减少振动装置的驱动电机功率并使振动平稳。

1 设备组成

1600 mm不锈钢连铸机结晶器由框架装配，宽、窄边部件，宽边足辊，窄边足辊，厚度夹紧装置，调宽装置和机上配管等7大部件来组成（见图 1）。

框架装配是设备的基础件，由左右支承框架和固定/自由侧水箱等四大焊接件组成结晶腔的4面壁，左右支承框架除支承固定/自由侧水箱外，还支承着窄边调宽装置，进出结晶器宽、窄边的水配管和前后左右喷淋水配管（喷嘴）也都经由左右支承框架与结晶器下面的结晶器振动装置相连接。

图1 结晶器组成图

在左右支承框架上还分别设有左右偏心螺栓，通过振动装置上的定位槽调整结晶器的后缘线。

固定/自由侧水箱通过软夹紧装置按设定的夹紧力夹紧窄边铜板，既保证有足够的夹紧力，又不会损坏铜板车身。夹紧装置用液压装置顶开，顶开时活动侧水箱沿着左右支承框架上的左右滑动导向螺栓向外移动6～9 mm，在宽、窄边铜板之间形成必要的调宽和维修间隙。

2 结构形式及特点

该结晶器采用平行直板式结构，主要生产厚180 mm和200 mm规格的不锈钢板坯。结晶器铜板长度为900 mm，表面镀有镍铁合金。宽边部件下布置有1对足辊，窄边部件下布置有3对足辊，起辅助结晶器作用。厚度方向上采用盘弹簧软夹紧装置，能够在允许短边铜板膨胀变形的同时，依然保持有足够的夹紧力，由液压控制装置对结晶器开口度和锥度进行调整。

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2.1 厚度夹紧装置

厚度夹紧装置是由上弹簧座、活塞杆、防尘环、盖板、上拉杆、锁紧螺母、底垫、球面轴承、垫圈、上压盖、下拉杆、下弹簧座、螺栓、下压盖，调节螺母和止挡插板等组成（见图2）。

固定侧和活动侧冷却水箱用4根拉杆将窄边铜板夹紧（见图3）。拉杆一端用螺母压在内弧侧冷却水箱的外壁上，另一侧通过蝶形弹簧将外弧冷却水箱压紧。由于蝶形弹簧力是预先设定的，所以不论在调宽或不调宽的浇注过程中都能将窄边紧紧夹住。在调宽结束后，活塞杆后退，前后冷却水箱恢复到蝶形弹簧所设定的夹紧力状态。

装配时首先旋转拉杆使轴与活塞杆相联接，并拉紧固定侧水箱和活动侧水箱，使4块铜板之间保持0.1 mm间隙；先锁紧两连杆处的4个锁紧螺母和外侧的4组锁紧螺母，然后用内侧的4组螺母分别调节4组球面轴承的轴向间隙并锁紧（必须保持必要的轴向间隙，否则不能自调芯）；最后用管夹捆扎耐热石棉布保护活塞杆、拉杆和锁紧螺母。在线检查结晶器时，可通过液压缸将活动侧宽边铜板撑开，使在宽窄边铜板之间形成4 mm左右的间隙，以便清除宽窄边铜板之间的异物。

该结晶器有以下特点：

图2 厚度夹紧装置图

图3 结构组装图

（1）能始终满足铸造条件的夹紧力。

（2）能根据铸坯宽度来控制夹紧力，并使之处于允许的最小值状态。

（3）能随窄边宽度热膨胀进行随动油压控制。

2.2 调宽装置

调宽装置由支承块，螺母、键、夹紧块、支承板、螺钉、连接管、波纹套支架、连接板、液压缸、油杯、轴承座和连接块等组成（见图4）。为满足用户对不同宽度板坯的需要，调节宽度的方式可采用更换结晶器或在线停机调宽2种方法。

图4 调宽装置组装图

2.3 宽、窄边部件及足辊

宽边部件 主要由铜板和水箱组成。铜板是钢水凝固期间进行热交换并使之成形的关键零件，对材质要求较高，铜板的材料为Cu-Cr-Zr+镀层。铜板与水箱是通过螺栓连接的，为了保护铜板上的螺纹孔，在螺栓与铜板的连接处加上了不锈钢制作的螺纹套以便于拆卸。宽边水箱的作用是承受连续铸造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，以便将钢水传递给铜板的热量带走，保证铜板与钢液面接触处的最高温度不超过400℃。宽边水箱采用的是钢板焊接结构，要求钢板强度和刚度好，焊接加工质量高，水箱焊后打压试验1 MPa，保压30 min不泄露，以保证铸坯尺寸和结晶器的使用寿命。

窄边部件及足辊 主要由窄边本体和窄边足辊组成，窄边本体又由支撑板、压板和铜板组成。铜板的材质与性能同宽边部件中的铜板相同，不同的是为防止调锥度时磨损窄边，在宽向侧面上镀Ni。压板为焊接件结构，它与铜板把合在一起，当铜板磨损需修磨时，可整体更换，当与支承板连接上时，冷却水路自动接通，这是该结晶器的一大优点。支承板为焊接结构，它与窄边调整装置相连接，可与压板和铜板整体移动和调锥。窄边足辊以小辊径密排辊的形式把合在窄边本体下面，三只足辊装在一个支架上，并可随板坯宽度的变化进行调整。正常拉坯时足辊可承受铸坯在宽度方向上的鼓肚力，足辊后装有盘形弹簧以缓冲铸坯通过时的过载量。足辊采用堆焊辊，辊身单侧有4 mm厚的堆焊层，辊子母材选用20MnMo，母材和堆焊层须经过严格无损探伤，以确保辊子在热状态下的使用寿命。

宽边足辊 布置在宽边冷却水箱下，由于辊子直接与高温铸坯相接触，不仅承受很大的钢液静压力，而且还要承受在非正常浇注时的尖峰负荷，因此除要求辊子必须耐磨外，还要保证有足够的强度和刚度。宽足辊成对布置，其轴承座由四对T形螺栓固定在宽边水箱下面。为防止铸坯鼓肚，采用了小辊距的三分段辊。宽边足辊也是堆焊辊，母材和堆焊层与窄边足辊相同。

宽边足辊通过调整螺栓和调整垫片来保证其辊面与宽边铜板下端在同一平面上。

3 结 语

1600 mm不锈钢结晶器所采用小辊径，三分段结构足辊、液压打开弹簧夹紧装置以及带有液压锁紧装置的液压调宽装置等使该结晶器结构紧凑，刚性好，重量轻，工艺先进，在该结晶器设计制造过程中积累的经验可为今后设计同类产品提供帮助。