[科普中国]-多级结晶器-

高效连铸小方坯多级结晶器

在连铸设备中，结晶器是连铸机的关键部件，钢液通过结晶器壁散热冷却，形成一定厚度的坯壳。目前高效连铸结晶器一次冷却普遍采用水缝管式结构，水缝作为结晶器冷却水通道，结晶器冷却水以9-12m/s 的速度自下而上从水缝中流过，使结晶器具有良好的冷却效果。

为实现高拉速，要求结晶器具有足够的冷却强度，主要通过采用高效结晶器铜管和高精度水缝技术实现。高效结晶器铜管内腔几何形状采用连续锥度或多锥度，以适应铸坯的凝固收缩规律，减小坯壳与结晶器铜壁之间的气隙热阻，尤其是减小角部气隙热阻，增加传热效率；水缝采用高精度窄水缝设计，其宽度一般取3.5-4mm，窄水缝能提高冷却水的流速，水缝高精度可改善水流的均匀性，保证结晶器冷却强度。结晶器一次冷却保证铸坯出结晶器时，形成厚度均匀而强度足够的坯壳，以能抵抗钢液静压力和拉坯力，避免漏钢事故1。

高效连铸小方坯足辊结晶器结晶器足辊装置和零段喷淋初出结晶器下口的铸坯没有完全凝固，只形成一个厚度较薄的(10-20mm)坯壳，中心还是高温液体，需要在结晶器下方设计支撑结构和零段喷淋以支撑和冷却铸坯。目前高效连铸小方坯结晶器下方普遍采用足辊结构支撑铸坯，并配合适量的喷水以进一步增加坯壳厚度。

足辊装置是在结晶器出口下方四周安装足辊，其安装位置与结晶器铜管对弧，以防对铸坯形成横向应力，对高拉速铸坯初出铜管的薄弱坯壳起支承作用，减少铸坯变形或漏钢，足辊对拉坯阻力影响较小，足辊调节不当、足辊间隙过大或足辊发生变形均会诱发铸坯菱变。足辊区的喷水冷却属于零段二次冷却系统，是对初出结晶器铜管薄而高温坯壳的强制冷却，一般设计都是喷在铸坯平面上。足辊装置和零段喷淋对薄坯壳的辅助支撑和均匀冷却，可增厚坯壳，控制菱变，保证连铸坯质量。

在高速连铸过程中，小方坯发生漏钢事故，冷钢粘结在足辊上导致停浇或划伤铸坯，清理足辊上的冷钢工作比较困难，对损坏的足辊及喷嘴需要更换。

连铸小方坯角裂漏钢原因分析连铸小方坯断面小，在高拉速条件下，由于结晶器冷却不均匀及结晶器铜管内气隙热阻的影响，使初出结晶器的坯壳薄且不均，容易产生漏钢，而且漏钢率比较高。连铸生产实践表明：大多数漏钢为角裂漏钢，发生在铸坯出结晶器下口一段距离后的角部，由铸坯纵向角裂引起。在连铸机拉速过快条件下，结晶器冷却不均、铜管倒锥度不合适等均能使铸坯在结晶器铜管内发生轻微的菱变，并伴有角部内裂，菱变铸坯受到零段喷淋的非对称冷却，特别是铸坯角部的冷却强度不足，促使角部裂纹进一步发展，当裂纹延展至坯面时便出现漏钢，拉漏直接影响铸机产量和连浇率2。

多级结晶器技术多级结晶器由Concast 提出，是为提高铸坯拉速而产生的。多级结晶器是在结晶器出口下方铸坯表面设置4块带有弹簧压紧装置的铜板，以加强对初离结晶器坯壳的支撑和冷却，并通过设置在铸坯角部的喷淋加强对坯角的冷却。多级结晶器铜板靠弹簧支撑紧贴在铸坯表面，确保冷却均匀，拉坯阻力稍大些，但支撑、冷却效果较好，主要应用在小方坯连铸机管式结晶器上。

多级结晶器能有效保护结晶器下方的薄坯壳，减少漏钢危险，保证连铸坯最佳冷却。与足辊结构相比，在对薄弱坯壳的支撑和对初离结晶器铸坯冷却的均匀性方面，都更具有优越性，更有利于坯壳均匀生长3。

首钢小方坯多级结晶器应用首钢二炼钢2号连铸机生产钢种有普碳钢、低碳钢、低合金钢等。130mm×130mm小方坯结晶器下方原为足辊结构，零段喷水冷却是在结晶器下方设计两排喷淋，每排在铸坯的四周分布八个全锥形水喷嘴，对铸坯面部喷水，由于冷却强度不足及冷却均匀性较差，随着拉坯速度的提高，初出结晶器下口的铸坯坯壳厚度越来越薄，漏钢率较高，主要是角裂漏钢，漏钢后修复工作量较大。

为了避免铸坯菱变或出现漏钢事故，采用多级结晶器结构，它由紧接在结晶器下方刚性连接的长约320 mm的多级结晶器及铸坯4个角部的喷水冷却装置组成。

（1）多级结晶器结构。多级结晶器通过法兰将分别装配有铜板的4个支架与结晶器壳体下部联接，支架上的每块铜板布置在结晶器下方铸坯面部。在浇注过程中，每块铜板通过支架支撑板上的2个压缩弹簧产生的压力缓缓地压紧铸坯表面，铜板与铸坯接触面积大，支撑效果好，同时铜板受弹簧压紧作用能够消除气隙，使铜板与铸坯表面接触良好，改善热流传输效果，增加冷却强度。

（2）零段喷淋冷却结构。连铸小方坯在高速浇铸条件下，铸坯角部受结晶器相邻两侧的双向冷却，使其在结晶器铜管内先收缩，由于冷却效率低，铸坯出结晶器铜管后角部坯壳薄，应在铸坯角部增加二次冷却强度，对改善铸坯变形有利。因此零段喷淋设计在铸坯的角部喷水，并加大二次冷却强度，设计5排喷淋，每排在角部分布4个全锥形水喷嘴。由于铸坯角部是敞开的，对其大量喷水冷却，使铸坯角部冷却充分，利于铸坯角部坯壳厚度的迅速增长，同时使铜板表面受到较好的喷水冷却，可以减少小方坯的菱变和角部裂纹，避免角裂漏钢。零段喷淋冷却水量根据断面、钢种和拉速确定。

首钢二炼钢130mm×130mm小方坯连铸机结晶器下方由原足辊结构改进设计为多级结晶器，连铸生产实践表明：多级结晶器比足辊结构可提高连铸机拉坯速度20%，同时铸坯菱变和角裂缺陷明显减少，降低拉漏率，增加铸机作业率2。