浅谈组合坯结晶器设计原理及关键部件的设计与制造

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【摘要】本文对组合坯结晶器在冶金连铸技术中的重要作用进行了分析，对组合坯结晶器的设计原理做了介绍，并针对组合坯结晶器的特点，重点介绍窄面连接水管的设计改进与弧形窄面铜板的设计与加工工艺改进。

【关键词】组合坯结晶器；窄面连接水管；弧形窄面铜板

1.概述

连续铸钢技术（简称连铸）是目前钢铁工业中普遍采用的主体技术，它具有收得率高、节约能源、产品质量好、便于实现机械化、自动化等优点。衡量一个国家连铸生产技术发展水平的重要指标是连铸比，即连铸坯产量占粗钢总产量的比例。我国2003年连铸比已达到93%，这一指标已列国际先进水平。

连铸机的核心部件是结晶器，钢水通过连铸机结晶器迅速凝固成钢坯。连铸生产效率的高低、产品质量的好坏、结晶器使用寿命高低等都与结晶器设计和制造密切相关。结晶器从设计、制造到安装、调试、检修等过程涉及到流体力学、固体物理学、钢铁冶炼、机械设计及制造、电磁学、金属学、计算机科学等多门学科，它的制造过程需要一些高性能的设备，如精密数控机床等，因此，结晶器是一种高新技术产品。

随着连铸技术的发展，连铸中起关键作用的结晶器也演变成几种模式：1、管式结晶器；2、组合坯结晶器；3、板坯结晶器。我公司这几种都有设计和加工。这里就对组合坯结晶器的设计原理及加工作以简单介绍与分析。

2.组合坯结晶器的设计原理

组合坯结晶器有直弧型和弧型两种，设计考虑：第一、结晶器的外弧基准线与整个连铸机外弧基准线保持一致，然后根据振动台的位置以及钢厂的位置空间定外形尺寸。第二、根据拉速、拉钢种以及拉坯尺寸定结晶器的内部结构，包括锥度。组合坯结晶器一般由以下几部分组成：外弧铜板、内弧铜板、左侧铜板、右侧铜板、外弧水箱、内弧水箱、窄面水箱、座板、喷淋等几大部分组成。其中座板是整个组合坯结晶器的支撑并为结晶器的冷却提供水资源，其余都安装在座板上，然后固定在振动台上。下面介绍几种关键件的设计与制造。

3.窄面连接水管（窄面水箱与座板连接用的水管）设计改进

窄面水箱与座板连接用的水管，就是组合坯结晶器设计过程中的一个关键点，由于组合坯的特殊性，组合坯优于管式结晶器的其中一点就是能够调整结晶器浇铸范围，由于浇铸腔体是由四块铜板（外弧铜板、内弧铜板、左侧铜板、右侧铜板）组成的，通过移动左右侧铜板相对与内外弧铜板的位置改变浇铸腔体的大小，满足用户拉坯的不同要求。由于左右窄面铜板需要移动，进而窄面水箱也需随着移动（窄面铜板把合在窄面水箱上），与窄面水箱连接的进、出水水管相对与座板的位置就是变化的（座板提供窄面铜板的冷却水）。因此设计窄面连接水管就是我们设计人员的关键所在。下面就对窄面冷却水管的设计过程作以分析。

组合坯结晶器窄面冷却水管最初设计的思路是：根据用户的拉坯尺寸的不同要求，分别设计不同连接水管，根据拉坯尺寸更换连接水管。由于结构的特殊性，在装配过程中连接水管的相对位置需要有一个微调的量，从而经过查资料、查样本确定用波纹管（如图一）连接，经过在钢厂试用，达到使用效果。但是由于根据拉坯大小每次更换波纹管也给用户带来一定的不便之处，而且波纹管壁厚薄，特别容易扭伤、烧伤从而漏水，使用寿命短。所以思考着更换结构，重新设计改造为现有这种结构（如图二），伸缩套管式，里面的套管连接窄面水箱，外面的套管连接座板，两套管通过密封圈密封，两水管可以相对移动，从而可以调整拉坯面大小，使用寿命长，以后设计都按此方案执行。既节省费用也方便使用。

4.弧形窄面铜板的设计与加工工艺改进

弧形铜板也是设计的一个关键点，外弧铜板弧与连铸机外弧基准线重合，内弧铜板根据拉坯厚度以及计算锥度设计，然后左右侧窄面铜板确定。内外弧铜板由于只有一个弧面，在数控机床相对好加工，而左右侧窄面铜板由于两侧全是弧面，给加工带来一定的难度。为了提高过钢量铜板表面都需镀层，加工好后的铜板经过镀后，两弧面都为镀层面，无法测量出镀层实际厚度及工件是否找正，所以有时加工过程中侧面镀层去量不均匀，使窄面铜板单边露铜，导致锥度不和，造成反复镀，增加工作强度、各种费用以及推迟交货工期。在经过几次的失败后，总结经验，改进工艺，编制新的工艺要求：（1）在装夹时，垫出窄面铜板图纸所要求的锥度。（2）表面用百分表大致找一下，记下数值，将铜板端面拉直，先找出粗加工基准。第三、在铜板两侧约450处返Y值中心，要求两侧面吃刀要均匀。先用φ32插铣刀（S400 F100.）将两端面镀层去掉，然后再在表面四个角点各见光一刀，要求两头尺寸一致，看是否留量与图纸相符，如不相符，适当调整锥度及胎具，调好后用φ200刀盘（S100 F80.）将表面加工到工艺要求尺寸后，开始加工两侧面。用φ50镶齿硬质合金刀在两侧面各光一刀，基本上应该为凸弧中间先加工到，凹弧两头先加工到。加工到两侧面各留黑皮后再抬起Z值，先加工侧面一半，两侧均匀去量，加工到要求尺寸后，再加工侧面下半部，直到上下面接平为止。这样还可以及时发现侧面镀层是否镀的均匀。经过以上工艺顺序加工后，铜板合格率提高。

5.结束语

在组合坯结晶器的设计与制造中有许多关键点，本文只对其中最关键的两个做了分析，只要掌握设计原理，抓住几个关键点的设计与加工方法，生产出合格的组合坯结晶器，满足了广大用户的要求，为我公司创造了可观的经济效益。