結晶器導流水套的設計與加工

郭春偉

摘 要：近年來，我國鋼鐵市場與連鑄行業(yè)取得了蓬勃發(fā)展，結晶器制造業(yè)隨之形成相對規(guī)模。相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)與結晶器制造或修復相關的大小廠家數(shù)量超過50家，但在技術水平與加工能力方面則表現(xiàn)出參差不齊的一面。在連鑄機上，其中最重要的部件即為結晶器，有連鑄機的心臟之稱，極大地影響著連鑄坯質(zhì)量。為使用戶生產(chǎn)需要得到更好滿足，我們就方坯連鑄管式結晶器在內(nèi)水套設計和制造以及使用、維護等各方面存在的問題進行探討。

關鍵詞：結晶器；導流水套；設計

一、結晶器銅管與內(nèi)水套間水縫方面設計

在結晶器銅管和內(nèi)水套之間存在的水縫，屬于冷卻水的通道。無論“水縫式”結晶器還是噴淋式結晶器，均為管式結晶器。從“水縫式”結晶器的構造來看，其在結晶器銅管外有一水套管，通過結晶器銅管和水套管兩者之間所形成水縫進行通水冷卻，該種結晶器不僅使用穩(wěn)定，而且不容易堵塞。當前高效連鑄多對水縫不超過4mm的窄水縫結晶器加以使用，促進冷卻水流速的提高，加之拋物線錐度銅管的配合，顯示出很好的效果。

管式結晶器的水縫尺寸取值范圍一般為3.5-6mm。當冷卻水量一定時，水縫寬度決定了冷卻水的流速，在管式結晶器中，水縫尺寸對冷卻效率的影響實質(zhì)上是改變冷卻水流速造成的影響。

F=0.0036A.Vw

在該式中，F(xiàn)為結晶器冷卻水流量，單位為m3/h；

A為結晶器水縫總面積，單位為mm2；

Vw為水縫內(nèi)冷卻水流速，在取值范圍上為6-12m/s。

適當減小水縫、增大冷卻水流速，可以提高結晶器冷卻效率，更有利于適應高生產(chǎn)效率的連鑄機。確定水縫尺寸時，有必要根據(jù)其冷卻水參數(shù)及銅管壁厚尺寸對銅管溫度進行計算機模擬計算，以保證銅管熱面（與鋼水接觸面）溫度不要超過銅材再結晶溫度。

對于管式結晶器，在結晶器的橫向和縱向上，水縫的均勻一致性很重要。確定水縫尺寸時，需要考慮結晶器制造和使用過程中對水縫尺寸均勻一致性的影響。水縫越小，對水套制造精度和剛度的要求越高，在實際制造中銅管外形和水套尺寸都會有制造誤差，在結晶器使用過程中水套也有可能產(chǎn)生微小變形，如果水縫太小，這些因素可能造成水縫不均勻而影響到坯殼的均勻冷卻，使鑄坯表面縱裂的幾率增大。

對于鑄坯質(zhì)量來說，水縫尺寸大小及精度對其質(zhì)量具有很大影響，當前在水縫尺寸上比較常用的為4mm，在水縫的精度要求上為±0.2mm。

二、結晶器銅管與內(nèi)水套間水縫調(diào)整裝置方面設計

在內(nèi)水套上比較常用的定位調(diào)整裝置主要為兩種：其一為固定水條式（圖1），其二為調(diào)整螺釘式（圖2）。除此之外，另有一種新型定位調(diào)整裝置（圖3）。這些調(diào)整裝置各有優(yōu)缺點，其中前者裝配比較簡單，但對制造精度有較高要求，且當磨損或水套變形后，在水縫精度方面難以得到保證；后者在水縫精度調(diào)整上可借助螺釘進行調(diào)整，更容易確保周邊水縫盡量均勻，但當調(diào)整螺釘?shù)逆i緊螺母發(fā)生松動時，可能因螺釘脫落導致事故發(fā)生。

基于各種形式不同優(yōu)缺點，在實踐過程中我們常對圖3所示結構加以采用，該種結構除可確保結構調(diào)整，同時可確保當鎖緊螺母松動后螺栓不會發(fā)生脫落。

三、導流水套的主要結構形式

導流水套是結晶器中的關鍵部件之一，它的精度決定著水縫的精度和銅管冷卻強度的均勻性。方坯和矩形坯結晶器導流水套的結構形式主要有四種：四塊板焊接式、部分焊接式、部分連接式、整套拉拔式。

其加工方法介紹如下：

（一）四塊板焊接式

用四塊平板阻焊而成。它的缺點是內(nèi)腔四個角都是直角不是圓角，使用時角部和面部的水縫寬窄不相等，從而造成冷卻強度不均。這種結構現(xiàn)在已經(jīng)很少見到，一般都是在機械加工加工能力差的企業(yè)生產(chǎn)制造。

（二）部分焊接式

它是先用板材沖壓出兩個U形半管，精加工后對焊在一起，再焊接上中間法蘭。它的缺點是焊接處有變形，對整體精度有一定的影響。企業(yè)有壓力機和機械加工能力才能生產(chǎn)。

（三）部分連接式

先在剖分接口處焊上法蘭，精加工后把兩部分用螺釘連接起來。它的優(yōu)點是焊接變形，精度比較高；缺點是加工難度大。企業(yè)有壓力機和大型機械加工設備才能生產(chǎn)。

（四）整套拉拔式

導流管是整體拉拔而成，中間法蘭和導流管組裝在一起。它的優(yōu)點是精度比較高；缺點是加工難度大，成本比較高。目前這種形式應用的比較少，首鋼長白繼續(xù)有限公司給越南鋼廠制作了三種規(guī)格的銅水套，尺寸精度很好，得到了用戶的好評。

四、導流水套的材料

導流水套用的材料有不銹鋼和紫銅。

五、結晶器內(nèi)水套的制造

在高效連鑄不斷發(fā)展的今天，高效窄縫水套式結晶器已經(jīng)被廣泛應用到國內(nèi)外。窄縫水套式結晶器在導流水套的精度及形式各方面均提出了很高要求。對于水流速來說，結晶器四側水縫的偏差會給其帶來很大影響，導致四側冷卻不均勻。對結晶器水套進行加工時，無論機加工后焊接還是整體擠壓后焊接均難以使焊縫的影響被完全消除。爆炸成型的結晶器水套不僅具有無焊縫加工特點，還具有制造精度高等特點。在國外，不銹鋼水套多對爆炸成型工藝制作加以采用。

綜合而言，為使連鑄結晶器導流水套于生產(chǎn)中的作用充分發(fā)揮，需加強以下工作：即基于現(xiàn)有基礎，對結晶器導流水套設計及驗收標準進行進一步細化和規(guī)范；對結晶器導流水套制造工藝進行改進；基于生產(chǎn)條件，對結晶器導流水套水縫尺寸的大小和精度進行合理選擇；合理的導流水套的結構形式；注意對連鑄結晶器導流水套加強維護和保養(yǎng)以及合理使用等，從而促進其使用壽命的延長。