多级结晶器

多级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。

多级结晶器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 。

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 。

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 。

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 。

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。

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。

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。

结晶器套管式

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。

结晶器组合式

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。