[科普中国]-结晶器

介绍

结晶器一种槽形容器，器壁设有夹套或器内装有蛇管，用以加热或冷却槽内溶液。结晶槽可用作蒸发结晶器或冷却结晶器。为提高晶体生产强度，可在槽内增设搅拌器。结晶槽可用于连续操作或间歇操作。间歇操作得到的晶体较大，但晶体易连成晶簇，夹带母液，影响产品纯度。这种结晶器结构简单，生产强度较低，适用于小批量产品（如化学试剂和生化试剂等）的生产。

分类按拉坯方向上断面内壁的线型分结晶器的型式有弧形和直形两种；按其总体结构，不论弧形或直形均有套管式和组合式两种。

套管式内壁铜管、内外水套组成的冷却水套和足辊是它的主要构件。直形或弧形的铜管外面由冷却水套、法兰和密封元件等组成供水、供油系统。为了保证铸坯有规整的外形尺寸，在结晶器底部安装了2～3组足辊，以利于提高拉速和防止铸坯脱方。

组合式由宽面及窄面4块复合壁板及外框架组成。多用于板坯连铸、大断面方坯连铸及异型坯连铸。组合结晶器的每块复合壁板又由用螺柱联结的内壁铜板（外侧面铣有冷却水沟）和外壁钢制水箱组成。内壁铜板和外壁间构成冷却水缝，以通水冷却。4块复合壁之间用夹紧机构压紧。为了实现结晶器在线调宽以及形成所要求的倒锥度，在结晶器的窄面壁板的上、下部分别装有4组调整装置。当组装好的结晶器及外框架放到振动台架上时，所有进、出水管自行接通。为了更好地保护结晶器的下口、防止过早过快产生大的磨损，紧挨着结晶器下口装有足辊或保护栅板。足辊或保护栅板与结晶器一起振动。结晶器与二冷第一段（直线段或扇形段）通过振动框架直接对中，便于结晶器与二冷第一段的准确定位。二者形成一个整体，可快速吊运。

常见类型强制循环型一种晶浆循环式连续结晶器（图1）。操作时,料液自循环管下部加入，与离开结晶室底部的晶浆混合后，由泵送往加热室。晶浆在加热室内升温（通常为2～6℃），但不发生蒸发。热晶浆进入结晶室后沸腾，使溶液达到过饱和状态，于是部分溶质沉积在悬浮晶粒表面上，使晶体长大。作为产品的晶浆从循环管上部排出。强制循环蒸发结晶器生产能力大，但产品的粒度分布较宽。

DTB型即导流筒-挡板蒸发结晶器，也是一种晶浆循环式结晶器（见彩图）。器下部接有淘析柱，器内设有导流筒和筒形挡板，操作时热饱和料液连续加到循环管下部，与循环管内夹带有小晶体的母液混合后泵送至加热器。加热后的溶液在导流筒底部附近流入结晶器，并由缓慢转动的螺旋桨沿导流筒送至液面。溶液在液面蒸发冷却，达过饱和状态，其中部分溶质在悬浮的颗粒表面沉积，使晶体长大。在环形挡板外围还有一个沉降区。在沉降区内大颗粒沉降，而小颗粒则随母液入循环管并受热溶解。晶体于结晶器底部入淘析柱。为使结晶产品的粒度尽量均匀，将沉降区来的部分母液加到淘析柱底部，利用水力分级的作用，使小颗粒随液流返回结晶器，而结晶产品从淘析柱下部卸出。

奥斯陆型又称为克里斯塔尔结晶器， 一种母液循环式连续结晶器（图3）。操作的料液加到循环管中，与管内循环母液混合，由泵送至加热室。加热后的溶液在蒸发室中蒸发并达到过饱和，经中心管进入蒸发室下方的晶体流化床（见流态化）。在晶体流化床内，溶液中过饱和的溶质沉积在悬浮颗粒表面,使晶体长大。晶体流化床对颗粒进行水力分级,大颗粒在下，而小颗粒在上，从流化床底部卸出粒度较为均匀的结晶产品。流化床中的细小颗粒随母液流入循环管，重新加热时溶去其中的微小晶体。若以冷却室代替奥斯陆蒸发结晶器的加热室并除去蒸发室等，则构成奥斯陆冷却结晶器。这种设备的主要缺点是溶质易沉积在传热表面上，操作较麻烦，因而应用不广泛。

漏钢预报（1）监测摩擦力进行漏钢预报。常用的方法是在振动液压缸上安装测力计、在振动装置上安装测定器、在结晶器上安装加速计和测力计来检测摩擦力。因振动装置的运行状况对摩擦力的测量影响较大，使摩擦力的测量精度难以保证。这种方法虽简单，但精确度不太高，而且只能预报黏结漏钢，生产中常出现误报。

（2）依据结晶器的热传递变化进行漏钢预报。最为简单及直接的方法是测量结晶器冷却水的进水温度和出水温度间的温差，但这种方法常产生误导。使用的是测量热传递量来进行漏钢预报。如运用结晶器单位时间内单位面积上的热传递量进行漏钢预报，操作者可根据单位面积上的热传递量采取正确的行动，如减小拉速、增大拉速、停浇等。

（3）铜板热电偶测量漏钢预报。铜板热电偶测量漏钢预报的准确率相对较高新上的漏钢预报系统以热电偶漏钢预报为主。它的工作原理是在结晶器上安装多只热电偶，热电偶的温度值传递到计算机系统，超过规定值则报警，并自动采取相应的措施或操作者采取相应的操作以避免漏钢的发生。此方法具有预报黏结漏钢、裂纹漏钢、夹渣漏钢、铸坯凹陷及直观显示结晶器内铸坯坯壳凝固情况的功能，其信息纳入铸坯质量预报系统。2

结晶器材质为保证结晶器有良好导热性、足够的抗磨损性、机械强度和硬度以延长其使用寿命，内壁材质主要使用铜基合金制造，常用的有紫铜、铜银合金（含银量为0.07%～0.1%）、磷脱氧铜及铜铍合金、铬锆铜合金等。使用铜基合金主要目的是提高其再结晶温度，以改善其高温时的硬度和强度、延长内壁的使用寿命。为了进一步提高内壁的耐磨性和光滑程度减少拉坯阻力，有的还在铜壁表面加镀层。通常为镀铬或镀镍、钨、铁及分三层镀镍、镍磷合金及铬。

结晶器内壁的润滑为防钢水在冷凝过程中与结晶器内壁粘结，减小拉坯时的摩擦阻力，改善铸坯表面质量、延长结晶器的使用寿命，在生产中，还要对结晶器内壁进行润滑。润滑是采用沸点高于结晶器内壁温度（约200℃左右）的液体润滑剂或保护渣，在结晶器振动的过程中，它们不断被带入钢液面下的内壁上，并在钢水或坯壳与结晶器内壁间形成一层油气膜或熔渣膜，以润滑内壁。