[科普中国]-铸坯导向和二次冷却装置

介绍

连续铸钢过程中，从结晶器出来的铸坯凝固壳很薄，由于钢水静压力作用，有很大的外胀力，需要对铸坯进行支撑和夹持，同时要对铸坯喷水强制冷却，使铸坯坯壳继续增厚，直至大部分凝固。铸坯导向和二次冷却装置就是起上述作用的连铸设备。同时，铸坯导向装置还起着为引锭杆导向的作用。该装置主要由辊子、喷水集管和喷嘴等组成。有的连铸机浇铸断面变化范围大，还设有内弧辊调节机构。

方坯连铸机导向段方坯连铸机导向段，特别是小方坯连铸机由于浇注断面较小，冷却快，钢水静压力小，铸坯出结晶器时坯壳已可以支承自身，鼓肚(见鼓肚与菱变)倾向小，导向装置只设置少量辊子用于引锭杆的导向。(见图1)。断面较大的方坯连铸机在结晶器之下设置了一段四面夹持的辊子，对大方坯夹持和导向。

板坯连铸机铸坯导向段2板坯浇注面大，故其导向段结构比较复杂。为了防止板坯鼓肚变形，铸坯导向装置由一系列密排的夹持辊组成，这些辊子从上到下辊径逐渐增大，辊间距也逐渐增大。为提高辊子的刚度和强度，在浇注较宽板坯需要较长的辊身时，需将辊子分成2～3节，中间加支撑，这样的辊子称为分节辊。为便于检修，由几组辊子组成一个整体结构，称为扇形段。根据不同的区域和不同的作用，又将扇形段分为支撑导向段、弧形导向段、矫直段和水平段。

支撑导向段通称扇形段0段，是紧随结晶器之下的一组辊段，通常与振动装置的主要部件组成快速更换台，可以整体吊装，线外检修。对直弧型连铸机，铸坯在这一段通过多点弯曲，过渡到固定弧形半径的弧形。支撑导向段主要由辊子、辊子轴承座、前框架，后框架，侧框架、缓冲装置、冷却水配管等组成。弧形导向段是引导扇形0段来的板坯并进行拉坯，对板坯连续喷水冷却并引导和夹送引锭杆。这一段弧形半径固定，由多个扇形段组成，称为扇形段1段、2段……×段。每个扇形段有4～7组辊子。2

各个扇形段尽量做成一样，使其具有互换性。为了夹送引锭杆和拉坯，从某个扇形段开始就设置驱动辊。这一段结构由内、外弧框架、侧框架、内外弧辊子及轴承。各种管线、电机及减速装置和液压缸等组成。内、外弧框架的夹紧和升降有电动——机械和液压两种方式，液压方式结构简单、自重轻，但调节开口度时需人工介入。电动—机械方式结构复杂，设备自重大，但可以远距离调节。

图2为一个扇形段的结构。矫直段在弧形导向段之下。铸坯在这一段中被单点、多点矫直或连续矫直，一般由1～2个扇形段组成，其称谓沿称扇形段×段。每个扇形段也有4～7对辊子。结构形式与弧形导向段类似，但该段中各个扇形段不能互换。水平段在矫直段之后。经过矫直的板坯还未完全凝固，在该段还需支承和导向。水平段的长度根据冶金长度而定，其结构也类似于弧形导向段。

二次冷却装置设置在二冷室中每个扇形段内，由冷却水总管、支管和喷嘴组成。它的作用是将雾化的细小水滴直接喷射到高温铸坯的表面，加速热量的传递，使坯壳不断加厚。二次冷却一般均分区调节水量和水压。方坯连铸机分3～5个区，板坯连铸机分8～10区。二冷喷嘴为铜质，有全水冷却喷嘴和气雾冷却喷嘴两大类。全水冷却喷嘴有扁平式、锥形和螺旋形等不同型式。气雾喷嘴是高压空气和水从两个方向进入喷嘴内混合，利用压缩空气把水滴雾化成极细的水滴而喷射出来，这种喷嘴水流量调节范围大，水滴直径小，冷却效率高。喷嘴的特性包括不同供水压力下水流量、水流密度分布、喷射角，水雾直径和水滴速度等。1

二次冷却方式热轧钢材进行一次快冷之后，立即进入冷却的第二阶段，即所谓的二次冷却。二次冷 却的目的是控制钢材相变时的冷却温度和冷却速度以及停止控冷的温度，以保证获得要求 的相变组织和性能。

二次冷却根据钢种和组织性能要求不同，冷速可以在很大范围内变化，各种冷却速度 可以通过等温相变、炉冷、缓冷、风冷、水冷和空冷等不同冷却方式得到。

二次冷却的终冷温度一般是控制到相变结束。Si-Mn钢和含铌低合金钢二次冷却终了 温度一般控制在600℃左右。轧后一次冷却和二次冷却对一些钢种可以连续进行。

对低碳钢、低合金钢、微合金化低合金钢轧后快速冷却，终了温度可以达到珠光体相 变结束，然后空冷。所得金相组织为细铁素体和细珠光体及弥散的碳化物。

对高碳钢和高碳合金钢轧后快冷的第一阶段可以冷至珠光体相变温度，从而阻止奥氏 体晶粒长大和碳化物由奥氏体中析出形成粗大的网状碳化物，达到降低网状碳化物级别和 细化珠光体球团尺寸的效果。同时，二次冷却可减小珠光体片层间距并改变其形貌。如果 对高碳工具钢和轴承钢采用等温转变可以得到变态珠光体或变态索氏体组织，碳化物形成 半球化甚至球化状态。这将大大缩短后部球化退火时间。