1600 mm不銹鋼板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器設(shè)計

鄧春棟

結(jié)晶器是連續(xù)鑄鋼設(shè)備中一個非常關(guān)鍵的部件，位于中間罐的下方，在澆鋼時從中間罐注入的鋼水在其中凝固并形成規(guī)定尺寸的外殼，在中心還是液態(tài)的情況下，鑄坯從結(jié)晶器中被拉出。在鋼水凝固過程中，受鋼水靜壓力、摩擦力、鋼水熱量的傳遞以及調(diào)寬作用力等諸多因素的影響，結(jié)晶器同時處于機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的綜合作用之下，工作條件極為惡劣。為了從結(jié)晶器中順利拉出合格的鑄坯，結(jié)晶器應(yīng)滿足以下條件：

（1）應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱冷卻能力和耐磨性能。

（2） 結(jié)晶器的剛性要好，特別是在激冷激熱、溫度梯度變化大的情況下變形要小。

（3）結(jié)構(gòu)緊湊，便于制造，裝卸方便，調(diào)整容易，冷卻水路能自行接通，且能滿足快速更換的要求。

（4）為減少振動時的慣性力，在滿足上述三個條件下，結(jié)晶器重量要輕，以減少振動裝置的驅(qū)動電機(jī)功率并使振動平穩(wěn)。

1 設(shè)備組成

1600 mm不銹鋼連鑄機(jī)結(jié)晶器由框架裝配，寬、窄邊部件，寬邊足輥，窄邊足輥，厚度夾緊裝置，調(diào)寬裝置和機(jī)上配管等7大部件來組成（見圖 1）。

框架裝配是設(shè)備的基礎(chǔ)件，由左右支承框架和固定/自由側(cè)水箱等四大焊接件組成結(jié)晶腔的4面壁，左右支承框架除支承固定/自由側(cè)水箱外，還支承著窄邊調(diào)寬裝置，進(jìn)出結(jié)晶器寬、窄邊的水配管和前后左右噴淋水配管（噴嘴）也都經(jīng)由左右支承框架與結(jié)晶器下面的結(jié)晶器振動裝置相連接。

圖1 結(jié)晶器組成圖

在左右支承框架上還分別設(shè)有左右偏心螺栓，通過振動裝置上的定位槽調(diào)整結(jié)晶器的后緣線。

固定/自由側(cè)水箱通過軟夾緊裝置按設(shè)定的夾緊力夾緊窄邊銅板，既保證有足夠的夾緊力，又不會損壞銅板車身。夾緊裝置用液壓裝置頂開，頂開時活動側(cè)水箱沿著左右支承框架上的左右滑動導(dǎo)向螺栓向外移動6～9 mm，在寬、窄邊銅板之間形成必要的調(diào)寬和維修間隙。

2 結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)

該結(jié)晶器采用平行直板式結(jié)構(gòu)，主要生產(chǎn)厚180 mm和200 mm規(guī)格的不銹鋼板坯。結(jié)晶器銅板長度為900 mm，表面鍍有鎳鐵合金。寬邊部件下布置有1對足輥，窄邊部件下布置有3對足輥，起輔助結(jié)晶器作用。厚度方向上采用盤彈簧軟夾緊裝置，能夠在允許短邊銅板膨脹變形的同時，依然保持有足夠的夾緊力，由液壓控制裝置對結(jié)晶器開口度和錐度進(jìn)行調(diào)整。

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2.1 厚度夾緊裝置

厚度夾緊裝置是由上彈簧座、活塞桿、防塵環(huán)、蓋板、上拉桿、鎖緊螺母、底墊、球面軸承、墊圈、上壓蓋、下拉桿、下彈簧座、螺栓、下壓蓋，調(diào)節(jié)螺母和止擋插板等組成（見圖2）。

固定側(cè)和活動側(cè)冷卻水箱用4根拉桿將窄邊銅板夾緊（見圖3）。拉桿一端用螺母壓在內(nèi)弧側(cè)冷卻水箱的外壁上，另一側(cè)通過蝶形彈簧將外弧冷卻水箱壓緊。由于蝶形彈簧力是預(yù)先設(shè)定的，所以不論在調(diào)寬或不調(diào)寬的澆注過程中都能將窄邊緊緊夾住。在調(diào)寬結(jié)束后，活塞桿后退，前后冷卻水箱恢復(fù)到蝶形彈簧所設(shè)定的夾緊力狀態(tài)。

裝配時首先旋轉(zhuǎn)拉桿使軸與活塞桿相聯(lián)接，并拉緊固定側(cè)水箱和活動側(cè)水箱，使4塊銅板之間保持0.1 mm間隙；先鎖緊兩連桿處的4個鎖緊螺母和外側(cè)的4組鎖緊螺母，然后用內(nèi)側(cè)的4組螺母分別調(diào)節(jié)4組球面軸承的軸向間隙并鎖緊（必須保持必要的軸向間隙，否則不能自調(diào)芯）；最后用管夾捆扎耐熱石棉布保護(hù)活塞桿、拉桿和鎖緊螺母。在線檢查結(jié)晶器時，可通過液壓缸將活動側(cè)寬邊銅板撐開，使在寬窄邊銅板之間形成4 mm左右的間隙，以便清除寬窄邊銅板之間的異物。

該結(jié)晶器有以下特點(diǎn)：

圖2 厚度夾緊裝置圖

圖3 結(jié)構(gòu)組裝圖

（1）能始終滿足鑄造條件的夾緊力。

（2）能根據(jù)鑄坯寬度來控制夾緊力，并使之處于允許的最小值狀態(tài)。

（3）能隨窄邊寬度熱膨脹進(jìn)行隨動油壓控制。

2.2 調(diào)寬裝置

調(diào)寬裝置由支承塊，螺母、鍵、夾緊塊、支承板、螺釘、連接管、波紋套支架、連接板、液壓缸、油杯、軸承座和連接塊等組成（見圖4）。為滿足用戶對不同寬度板坯的需要，調(diào)節(jié)寬度的方式可采用更換結(jié)晶器或在線停機(jī)調(diào)寬2種方法。

圖4 調(diào)寬裝置組裝圖

2.3 寬、窄邊部件及足輥

寬邊部件 主要由銅板和水箱組成。銅板是鋼水凝固期間進(jìn)行熱交換并使之成形的關(guān)鍵零件，對材質(zhì)要求較高，銅板的材料為Cu-Cr-Zr+鍍層。銅板與水箱是通過螺栓連接的，為了保護(hù)銅板上的螺紋孔，在螺栓與銅板的連接處加上了不銹鋼制作的螺紋套以便于拆卸。寬邊水箱的作用是承受連續(xù)鑄造時作用在銅板上的力，并使銅板水槽封口形成循環(huán)冷卻水通道，以便將鋼水傳遞給銅板的熱量帶走，保證銅板與鋼液面接觸處的最高溫度不超過400℃。寬邊水箱采用的是鋼板焊接結(jié)構(gòu)，要求鋼板強(qiáng)度和剛度好，焊接加工質(zhì)量高，水箱焊后打壓試驗(yàn)1 MPa，保壓30 min不泄露，以保證鑄坯尺寸和結(jié)晶器的使用壽命。

窄邊部件及足輥 主要由窄邊本體和窄邊足輥組成，窄邊本體又由支撐板、壓板和銅板組成。銅板的材質(zhì)與性能同寬邊部件中的銅板相同，不同的是為防止調(diào)錐度時磨損窄邊，在寬向側(cè)面上鍍Ni。壓板為焊接件結(jié)構(gòu)，它與銅板把合在一起，當(dāng)銅板磨損需修磨時，可整體更換，當(dāng)與支承板連接上時，冷卻水路自動接通，這是該結(jié)晶器的一大優(yōu)點(diǎn)。支承板為焊接結(jié)構(gòu)，它與窄邊調(diào)整裝置相連接，可與壓板和銅板整體移動和調(diào)錐。窄邊足輥以小輥徑密排輥的形式把合在窄邊本體下面，三只足輥裝在一個支架上，并可隨板坯寬度的變化進(jìn)行調(diào)整。正常拉坯時足輥可承受鑄坯在寬度方向上的鼓肚力，足輥后裝有盤形彈簧以緩沖鑄坯通過時的過載量。足輥采用堆焊輥，輥身單側(cè)有4 mm厚的堆焊層，輥?zhàn)幽覆倪x用20MnMo，母材和堆焊層須經(jīng)過嚴(yán)格無損探傷，以確保輥?zhàn)釉跓釥顟B(tài)下的使用壽命。

寬邊足輥 布置在寬邊冷卻水箱下，由于輥?zhàn)又苯优c高溫鑄坯相接觸，不僅承受很大的鋼液靜壓力，而且還要承受在非正常澆注時的尖峰負(fù)荷，因此除要求輥?zhàn)颖仨毮湍ネ猓€要保證有足夠的強(qiáng)度和剛度。寬足輥成對布置，其軸承座由四對T形螺栓固定在寬邊水箱下面。為防止鑄坯鼓肚，采用了小輥距的三分段輥。寬邊足輥也是堆焊輥，母材和堆焊層與窄邊足輥相同。

寬邊足輥通過調(diào)整螺栓和調(diào)整墊片來保證其輥面與寬邊銅板下端在同一平面上。

3 結(jié) 語

1600 mm不銹鋼結(jié)晶器所采用小輥徑，三分段結(jié)構(gòu)足輥、液壓打開彈簧夾緊裝置以及帶有液壓鎖緊裝置的液壓調(diào)寬裝置等使該結(jié)晶器結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好，重量輕，工藝先進(jìn)，在該結(jié)晶器設(shè)計制造過程中積累的經(jīng)驗(yàn)可為今后設(shè)計同類產(chǎn)品提供幫助。