結(jié)晶器導(dǎo)流水套的設(shè)計(jì)與加工

郭春偉

摘 要：近年來，我國鋼鐵市場(chǎng)與連鑄行業(yè)取得了蓬勃發(fā)展，結(jié)晶器制造業(yè)隨之形成相對(duì)規(guī)模。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)與結(jié)晶器制造或修復(fù)相關(guān)的大小廠家數(shù)量超過50家，但在技術(shù)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(jī)上，其中最重要的部件即為結(jié)晶器，有連鑄機(jī)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(jié)晶器在內(nèi)水套設(shè)計(jì)和制造以及使用、維護(hù)等各方面存在的問題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：結(jié)晶器；導(dǎo)流水套；設(shè)計(jì)

一、結(jié)晶器銅管與內(nèi)水套間水縫方面設(shè)計(jì)

在結(jié)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(jié)晶器還是噴淋式結(jié)晶器，均為管式結(jié)晶器。從“水縫式”結(jié)晶器的構(gòu)造來看，其在結(jié)晶器銅管外有一水套管，通過結(jié)晶器銅管和水套管兩者之間所形成水縫進(jìn)行通水冷卻，該種結(jié)晶器不僅使用穩(wěn)定，而且不容易堵塞。當(dāng)前高效連鑄多對(duì)水縫不超過4mm的窄水縫結(jié)晶器加以使用，促進(jìn)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(jié)晶器的水縫尺寸取值范圍一般為3.5-6mm。當(dāng)冷卻水量一定時(shí)，水縫寬度決定了冷卻水的流速，在管式結(jié)晶器中，水縫尺寸對(duì)冷卻效率的影響實(shí)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(jié)晶器冷卻水流量，單位為m3/h；

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

對(duì)于管式結(jié)晶器，在結(jié)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(shí)，需要考慮結(jié)晶器制造和使用過程中對(duì)水縫尺寸均勻一致性的影響。水縫越小，對(duì)水套制造精度和剛度的要求越高，在實(shí)際制造中銅管外形和水套尺寸都會(huì)有制造誤差，在結(jié)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(duì)于鑄坯質(zhì)量來說，水縫尺寸大小及精度對(duì)其質(zhì)量具有很大影響，當(dāng)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(jié)晶器銅管與內(nèi)水套間水縫調(diào)整裝置方面設(shè)計(jì)

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(diǎn)，其中前者裝配比較簡(jiǎn)單，但對(duì)制造精度有較高要求，且當(dāng)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(jìn)行調(diào)整，更容易確保周邊水縫盡量均勻，但當(dāng)調(diào)整螺釘?shù)逆i緊螺母發(fā)生松動(dòng)時(shí)，可能因螺釘脫落導(dǎo)致事故發(fā)生。

基于各種形式不同優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)踐過程中我們常對(duì)圖3所示結(jié)構(gòu)加以采用，該種結(jié)構(gòu)除可確保結(jié)構(gòu)調(diào)整，同時(shí)可確保當(dāng)鎖緊螺母松動(dòng)后螺栓不會(huì)發(fā)生脫落。

三、導(dǎo)流水套的主要結(jié)構(gòu)形式

導(dǎo)流水套是結(jié)晶器中的關(guān)鍵部件之一，它的精度決定著水縫的精度和銅管冷卻強(qiáng)度的均勻性。方坯和矩形坯結(jié)晶器導(dǎo)流水套的結(jié)構(gòu)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(diǎn)是內(nèi)腔四個(gè)角都是直角不是圓角，使用時(shí)角部和面部的水縫寬窄不相等，從而造成冷卻強(qiáng)度不均。這種結(jié)構(gòu)現(xiàn)在已經(jīng)很少見到，一般都是在機(jī)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(gè)U形半管，精加工后對(duì)焊在一起，再焊接上中間法蘭。它的缺點(diǎn)是焊接處有變形，對(duì)整體精度有一定的影響。企業(yè)有壓力機(jī)和機(jī)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(diǎn)是焊接變形，精度比較高；缺點(diǎn)是加工難度大。企業(yè)有壓力機(jī)和大型機(jī)械加工設(shè)備才能生產(chǎn)。

（四）整套拉拔式

導(dǎo)流管是整體拉拔而成，中間法蘭和導(dǎo)流管組裝在一起。它的優(yōu)點(diǎn)是精度比較高；缺點(diǎn)是加工難度大，成本比較高。目前這種形式應(yīng)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(píng)。

四、導(dǎo)流水套的材料

導(dǎo)流水套用的材料有不銹鋼和紫銅。

五、結(jié)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(jié)晶器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到國內(nèi)外。窄縫水套式結(jié)晶器在導(dǎo)流水套的精度及形式各方面均提出了很高要求。對(duì)于水流速來說，結(jié)晶器四側(cè)水縫的偏差會(huì)給其帶來很大影響，導(dǎo)致四側(cè)冷卻不均勻。對(duì)結(jié)晶器水套進(jìn)行加工時(shí)，無論機(jī)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(jié)晶器水套不僅具有無焊縫加工特點(diǎn)，還具有制造精度高等特點(diǎn)。在國外，不銹鋼水套多對(duì)爆炸成型工藝制作加以采用。

綜合而言，為使連鑄結(jié)晶器導(dǎo)流水套于生產(chǎn)中的作用充分發(fā)揮，需加強(qiáng)以下工作：即基于現(xiàn)有基礎(chǔ)，對(duì)結(jié)晶器導(dǎo)流水套設(shè)計(jì)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化和規(guī)范；對(duì)結(jié)晶器導(dǎo)流水套制造工藝進(jìn)行改進(jìn)；基于生產(chǎn)條件，對(duì)結(jié)晶器導(dǎo)流水套水縫尺寸的大小和精度進(jìn)行合理選擇；合理的導(dǎo)流水套的結(jié)構(gòu)形式；注意對(duì)連鑄結(jié)晶器導(dǎo)流水套加強(qiáng)維護(hù)和保養(yǎng)以及合理使用等，從而促進(jìn)其使用壽命的延長。