钢的浇注与凝固5

1、u结晶器振动装置结晶器振动装置l 作用：作用： 防止初生坯壳与结晶器壁粘结防止初生坯壳与结晶器壁粘结 避免拉漏坯壳避免拉漏坯壳 改善表面质量改善表面质量l 要求：要求： 振动方式能有效防止因坯壳的粘结而造成的拉漏事故；振动方式能有效防止因坯壳的粘结而造成的拉漏事故； 振动参数有利于改善铸坯表面质量振动参数有利于改善铸坯表面质量 振动机构能准确实现圆弧轨迹，不产生过大的加速度引振动机构能准确实现圆弧轨迹，不产生过大的加速度引 起的冲击和摆动起的冲击和摆动 设备制造、安装维护方便设备制造、安装维护方便l振动方式：振动方式： 1) 1) 同步振动（云岗式振动）同步振动（云岗式振动） V V为拉坯速度

2、，为拉坯速度，VmVm为结晶器的振动速度为结晶器的振动速度特点：特点：结晶器在下降时与铸坯同步结晶器在下降时与铸坯同步 运动，然后再以三倍的速度运动，然后再以三倍的速度上升。上升。 上升时上升时 V Vm1m1=3V =3V 下降时下降时 V Vm2m2=V=V缺点：缺点： 结晶器在下降过程中转为上升时，其转折点处速度变化很大，结晶器在下降过程中转为上升时，其转折点处速度变化很大，理论上这点的瞬时加速度为无限大，对铸坯质量和设备不利。理论上这点的瞬时加速度为无限大，对铸坯质量和设备不利。为实现严格的同步运动，必须保证在振动机构与拉坯机构间实为实现严格的同步运动，必须保证在振动机构与拉坯机构间实

3、行严格的连锁，机构较复杂。行严格的连锁，机构较复杂。2) 2) 负滑脱振动（梯速振动）负滑脱振动（梯速振动）v特点：特点：结晶器先以比拉速稍高的速度下降一段时间，即负结晶器先以比拉速稍高的速度下降一段时间，即负滑动或负滑脱，这将有利于强制脱模和断裂坯壳的压合，滑动或负滑脱，这将有利于强制脱模和断裂坯壳的压合，然后再以较高的速度上升。然后再以较高的速度上升。v优点：优点：结晶器在下降或上升过程中都有一段稳定运动的时结晶器在下降或上升过程中都有一段稳定运动的时间，有利于坯壳的生长。间，有利于坯壳的生长。v在设计时，结晶器下降的速度在设计时，结晶器下降的速度V Vm2m2与负滑动率与负滑动率 的计算

4、式如的计算式如下：下： 负滑动时间越长对脱模越有利，但不宜过长，通常取为负滑动时间越长对脱模越有利，但不宜过长，通常取为整个周期的整个周期的60%60%左右。一般左右。一般V Vm1m1= =（2.8-3.22.8-3.2）V Vm2m2。%1002VVVmm/min )V(1Vm23) 3) 正弦振动正弦振动v特点：结晶器在整个振动过程中速度一直是变化的，即铸特点：结晶器在整个振动过程中速度一直是变化的，即铸坯与结晶器之间时刻都存在相对运动。坯与结晶器之间时刻都存在相对运动。v优点：优点： 振动过程中速度变化平缓，振动过程中无冲击；振动过程中速度变化平缓，振动过程中无冲击； 能有效实现负滑动

5、，可适当提高拉速；能有效实现负滑动，可适当提高拉速； 易于改变振动频率和振幅，实现高频率小振幅的要求以易于改变振动频率和振幅，实现高频率小振幅的要求以 改善铸坯质量；改善铸坯质量； 结构简单，易制造，安装、维护方便。结构简单，易制造，安装、维护方便。l结晶器的振动参数结晶器的振动参数p振动的周期：结晶器上下振动一次的时间，振动的周期：结晶器上下振动一次的时间，T T（s s）；）； p振动的频率：结晶器每分钟振动的次数，振动的频率：结晶器每分钟振动的次数，f f（次（次/min/min）；）； 频率高，铸坯处在一个运动状态中，这对防止粘结，脱频率高，铸坯处在一个运动状态中，这对防止粘结，脱模都

6、有利，通常为模都有利，通常为01500150次次/min/min。p振幅：结晶器从水平位置运动到最高或最低位置所移动的振幅：结晶器从水平位置运动到最高或最低位置所移动的距离，距离，S S（mmmm）。）。 振幅小，结晶器内钢液面波动小，浇注时容易控制又能振幅小，结晶器内钢液面波动小，浇注时容易控制又能减少拉裂。通常取减少拉裂。通常取025mm025mm，多偏于下限。，多偏于下限。1 1）振幅与频率的关系）振幅与频率的关系在正弦振动时，振动中结晶器任一瞬间的运动速度在正弦振动时，振动中结晶器任一瞬间的运动速度V Vm m为：为：角速度与频率角速度与频率f f的关系为：的关系为： 次次/min/m

7、in对正弦振动，负滑动率由下式计算：对正弦振动，负滑动率由下式计算：2ftVVamsin%100VVVm振动曲线中，按平均速度计算半波面积也等于振动行程，即：振动曲线中，按平均速度计算半波面积也等于振动行程，即：对于小方坯：对于小方坯：f=75-240f=75-240次次/min/min；S=3mmS=3mm； =20-40%=20-40%。对于板坯：对于板坯： f=49-120f=49-120次次/min/min；S=3.5-5.7mmS=3.5-5.7mm； =20-40%=20-40%。2 2）负滑动时间：）负滑动时间：结晶器振动时，只有当结晶器振动速度结晶器振动时，只有当结晶器振动速度

8、VmVm大于大于拉坯速度拉坯速度V V时才出现负滑动。结晶器达到负滑动点的时间时才出现负滑动。结晶器达到负滑动点的时间 代入结晶器振动的速度代入结晶器振动的速度V Vm m=V=Va asinsintt 负滑动时间：负滑动时间：式中式中N=VN=Va a/V/Vm m，对于正弦振动，通常取，对于正弦振动，通常取N=1.8-2.2N=1.8-2.2，最大为，最大为2.42.4。mVS21000/4SfVm SVf4)1 (1000)22/(ttNft1cos6013 3）振动参数对铸坯质量的影响：）振动参数对铸坯质量的影响：振动频率提高，振痕深度减小；振幅增加，振痕加深。振动频率提高，振痕深度减

9、小；振幅增加，振痕加深。v振幅为振幅为3mm3mm时，振动频率时，振动频率f f由由100100次次/min/min提高到提高到300300次次/min/min，振痕，振痕深度由深度由0.3mm0.3mm下降到下降到0.1mm0.1mm。v在一定振动频率下，如在一定振动频率下，如f=200f=200次次/min/min，振幅由，振幅由3mm3mm提高到提高到8mm8mm时，时，振痕深度由振痕深度由0.25mm0.25mm增加到增加到0.45mm0.45mm负滑动时间越长，振痕深度越深。负滑动时间越长，振痕深度越深。v当拉速为当拉速为1m/min1m/min时，负滑动时间由时，负滑动时间由0.0

10、5s0.05s延长到延长到0.25s0.25s，振痕深度，振痕深度由由0.10.2mm0.10.2mm加深到加深到0.40.6mm0.40.6mm。负滑动时间越长，裂纹指数越高。负滑动时间越长，裂纹指数越高。v负滑动时间从负滑动时间从0.26s0.26s增加到增加到0.29s0.29s，裂纹指数大约由，裂纹指数大约由0.30.3提高到提高到1 1。l振动装置的结构形式振动装置的结构形式1 1）差动齿轮式振动机构）差动齿轮式振动机构2 2）四连杆式振动机构）四连杆式振动机构3 3）四偏心轮式振动机构）四偏心轮式振动机构2.2.4 2.2.4 二次冷却装置二次冷却装置一、二次冷却装置的作用一、二次

11、冷却装置的作用（1 1）采用直接喷水冷却铸坯，使铸坯加速凝固，能顺利进入拉矫区。）采用直接喷水冷却铸坯，使铸坯加速凝固，能顺利进入拉矫区。（2 2）通过夹辊和侧导辊，对带有液心的铸坯起支撑和导向作用，防止并限）通过夹辊和侧导辊，对带有液心的铸坯起支撑和导向作用，防止并限制铸坯发生鼓肚、变形和漏钢事故。制铸坯发生鼓肚、变形和漏钢事故。（3 3）对引锭杆起导向和支撑作用。）对引锭杆起导向和支撑作用。（4 4）对带直结晶器的直弧形连铸机，要完成对铸坯的顶弯作用。）对带直结晶器的直弧形连铸机，要完成对铸坯的顶弯作用。二、连铸工艺对二次冷却装置的要求二、连铸工艺对二次冷却装置的要求（1 1）在高温铸坯作

12、用下要具有足够的强度和刚度；）在高温铸坯作用下要具有足够的强度和刚度；（2 2）结构简单，调整方便，能快速处理事故，各段要能整体快速更换。）结构简单，调整方便，能快速处理事故，各段要能整体快速更换。（3 3）能按要求灵活调节二次冷却区水量，以适应改变浇注断面、钢种、不）能按要求灵活调节二次冷却区水量，以适应改变浇注断面、钢种、不同浇注温度和拉速时的工艺要求。同浇注温度和拉速时的工艺要求。三、小方坯连铸机的二次冷却装置三、小方坯连铸机的二次冷却装置v小方坯连铸机二次冷却装置是管式结构，由三段无缝钢管制小方坯连铸机二次冷却装置是管式结构，由三段无缝钢管制成，钢管支撑在底座上，每段钢管又由内外两层钢

13、管制成，成，钢管支撑在底座上，每段钢管又由内外两层钢管制成，中间的夹缝通水冷却，二冷区的头两段在冷却室内，第三段中间的夹缝通水冷却，二冷区的头两段在冷却室内，第三段在冷却室外。它总共有在冷却室外。它总共有4 4对夹辊，对夹辊，5 5对侧导辊，对侧导辊，1212块导板和块导板和1414个喷水环，用垫块调节辊间距，以适应不同断面的浇注。二个喷水环，用垫块调节辊间距，以适应不同断面的浇注。二冷区足辊的喷水量占冷区足辊的喷水量占40%40%，一、二段水量为，一、二段水量为60%60%。v考虑到拆装方便，并考虑到拆装方便，并 允许二冷段在受热后能自由伸长，第允许二冷段在受热后能自由伸长，第一、二段的上端

14、是吊挂在平台的钢梁上，吊挂的结构允许三一、二段的上端是吊挂在平台的钢梁上，吊挂的结构允许三向调整以便对弧。向调整以便对弧。四、板坯连铸机的二次冷却装置四、板坯连铸机的二次冷却装置v为了便于加工制造、安装调整和快速处理事故，一般都把二冷区分成若干扇形段。在结晶器下口的第一段，要求能和结晶器准确对中，为便于处理事故，还要能快速更换。所以 把结晶器振动装置和二冷的零段都装在一起，称为快速更换台，可以快速调整吊换。v结晶器下的第一扇形段有板式和辊式两种：（1）板式结构 板式结构也较冷却格栅，是为加强铸坯的冷却，防止拉漏和改善铸坯支撑，限制铸坯鼓肚而设计的一种结构。它是由宽、窄各两块格板组成，在格板上开

15、有许多交错布置的方孔，由这些孔将冷却水直接喷到铸坯表面上。4块格板组装在框架上，根据格栅的长度，可做成一段、二段或三段，格板用耐热耐磨的球墨铸铁制成。（2 2）辊式结构：二冷第一段的辊式结构是目前应用较多的一）辊式结构：二冷第一段的辊式结构是目前应用较多的一种，它是用密排小直径夹辊来达到强制冷却和防止坯壳鼓肚变种，它是用密排小直径夹辊来达到强制冷却和防止坯壳鼓肚变形。图形。图2-372-37是是I I段辊式结构简图。图段辊式结构简图。图2-382-38是用于立弯式连铸机的是用于立弯式连铸机的头段二冷夹辊，它支撑在导轨上，可以从侧面或上面快速拉出，头段二冷夹辊，它支撑在导轨上，可以从侧面或上面快

16、速拉出，快速更换。快速更换。五、快速更换二冷装置的方法五、快速更换二冷装置的方法（1 1）用小车侧向更换扇形段）用小车侧向更换扇形段1-卷扬机构；2-扇形段移动小车；3-扇形段移动横架；4-扇形段小车轨道；5-钢绳保护装置；6-钢绳松紧探测器；7-扇形段更换小车轴；8-离合器；9-小车行程控制器挡块；10-小车定位挡块；11-喷雾室的支撑辊v它由液压更换小车、弧形轨道和卷扬机三部分组成。小车它由液压更换小车、弧形轨道和卷扬机三部分组成。小车沿弧形轨道上下，并能对准每个扇形段，小车上装有液压推沿弧形轨道上下，并能对准每个扇形段，小车上装有液压推入和拉出结构，能将扇形段拉出，卷扬机会把小车和扇形段

17、入和拉出结构，能将扇形段拉出，卷扬机会把小车和扇形段运走，然后将新的扇形段运下去。用液压机构推入就位。只运走，然后将新的扇形段运下去。用液压机构推入就位。只要用要用50-60min50-60min便可更换任何一个扇形段。便可更换任何一个扇形段。（2 2）用导槽提运扇形段，这种方法是在每个扇形段上装一）用导槽提运扇形段，这种方法是在每个扇形段上装一个导槽，在两侧都分别装两个导轮，导轮能在导槽中滑行，个导槽，在两侧都分别装两个导轮，导轮能在导槽中滑行，使扇形段由导槽吊出，或有预定导槽装入并定位。使扇形段由导槽吊出，或有预定导槽装入并定位。（3 3）利用摆动臂更换扇形段。它是通过安装在每个扇形段）利

18、用摆动臂更换扇形段。它是通过安装在每个扇形段的短导槽和绕圆弧中心摆动的导槽来更换扇形段。的短导槽和绕圆弧中心摆动的导槽来更换扇形段。六、二冷装置中的冷却水喷嘴六、二冷装置中的冷却水喷嘴l理想的喷嘴应能使冷却水充分雾化，又由较高的喷射速度，在铸理想的喷嘴应能使冷却水充分雾化，又由较高的喷射速度，在铸坯表面覆盖面大，分布均匀。水的冷却效率取决于小水滴是否有能坯表面覆盖面大，分布均匀。水的冷却效率取决于小水滴是否有能力穿透蒸汽界面，具有这种能力才能产生强烈的冷却作用。力穿透蒸汽界面，具有这种能力才能产生强烈的冷却作用。l二次冷却喷雾方法分为用水喷雾冷却及用水和气喷雾冷却。后者二次冷却喷雾方法分为用水

19、喷雾冷却及用水和气喷雾冷却。后者通过加入压缩空气可以大大改善水的雾化。冷却水喷水的类型很多，通过加入压缩空气可以大大改善水的雾化。冷却水喷水的类型很多，图图2-412-41是常用的水喷嘴类型。是常用的水喷嘴类型。 图图2-42是几种喷嘴的结构。图是几种喷嘴的结构。图2-43是三种内混式气水雾化喷嘴。气水雾化喷嘴是是三种内混式气水雾化喷嘴。气水雾化喷嘴是一种高效喷嘴。喷嘴的布置应以实现铸坯各部分冷却均匀为原则。为达到最佳一种高效喷嘴。喷嘴的布置应以实现铸坯各部分冷却均匀为原则。为达到最佳的冷却效果，还应选择适当的气、水压力、流量及被冷却表面的距离等。的冷却效果，还应选择适当的气、水压力、流量及被

20、冷却表面的距离等。图图2-44 三种喷嘴的喷射面积三种喷嘴的喷射面积a-锥形喷嘴，喷射面积锥形喷嘴，喷射面积35-40%；b-扁平喷嘴，扁平喷嘴，10-15%；c-气水喷嘴，气水喷嘴，70-75%2.2.5 2.2.5 拉坯矫直机拉坯矫直机一、连铸工艺对拉矫机的要求一、连铸工艺对拉矫机的要求（1 1）应有足够的拉坯和矫直力，以克服浇注过程中可能出现的）应有足够的拉坯和矫直力，以克服浇注过程中可能出现的最大阻力，并备有可靠的过载保护装置；最大阻力，并备有可靠的过载保护装置；（2 2）具有良好的调速性能，并能灵活的正反转，以适应不同条）具有良好的调速性能，并能灵活的正反转，以适应不同条件下拉速的变

21、化和快速上引锭杆的需要；件下拉速的变化和快速上引锭杆的需要；（3 3）在结构上要适应铸坯断面在一定范围内的变化，并允许不）在结构上要适应铸坯断面在一定范围内的变化，并允许不能矫直的铸坯的通过；能矫直的铸坯的通过；（4 4）结构简单，便于安装和维修，并具有足够的强度和刚度）结构简单，便于安装和维修，并具有足够的强度和刚度 。二、小方坯连铸机用的五辊拉矫装置二、小方坯连铸机用的五辊拉矫装置1- 1-立式直流电机；立式直流电机；2- 2-制动器；制动器；3- 3-齿轮箱；齿轮箱；4- 4-传动链；传动链；5- 5-上辊；上辊；6- 6-下辊；下辊；7- 7-压下气缸；压下气缸；8- 8-底座底座 它

22、是由结构相同的两组钳式机架和在中间加一个下辊及一它是由结构相同的两组钳式机架和在中间加一个下辊及一个底座组成的。这种拉矫机的特点是：拉矫机布置在水平段上，个底座组成的。这种拉矫机的特点是：拉矫机布置在水平段上，第一对拉矫辊的下辊表面与连铸机的弧形段相切；通过上辊来第一对拉矫辊的下辊表面与连铸机的弧形段相切；通过上辊来调节上下辊之间的距离，以适应浇注不同断面的要求。拉矫机调节上下辊之间的距离，以适应浇注不同断面的要求。拉矫机上下辊都做成一样，全部辊子通用。传动系统放在拉矫机的上上下辊都做成一样，全部辊子通用。传动系统放在拉矫机的上方，采用立式马达，使拉矫机布置紧凑，以缩小多流小方坯的方，采用立式

23、马达，使拉矫机布置紧凑，以缩小多流小方坯的流间距；拉矫机采用整体快速更换结构，可缩短检修时间，提流间距；拉矫机采用整体快速更换结构，可缩短检修时间，提高铸机的生产能力。由于拉矫机长时间在高温辐射下工作，机高铸机的生产能力。由于拉矫机长时间在高温辐射下工作，机架主要构件均系箱形结构，以便通水冷却，上下辊采用内冷，架主要构件均系箱形结构，以便通水冷却，上下辊采用内冷，两端轴承加水套冷却，减速器油箱内设水冷管。两端轴承加水套冷却，减速器油箱内设水冷管。三、板坯连铸机用的多辊拉矫机装置三、板坯连铸机用的多辊拉矫机装置v它由两段组成，第一段在弧形区内，有11对拉辊；第二段在切点以后水平段内，有12对拉辊

24、。各对拉辊均安装在一个独立牌坊内。v拉矫机的辊子是其主要部件，它数量大，寿命短。寿命短的主要原因是由于温度不均引起辊子断裂。拉矫机的辊子冷却方式有喷水外冷，这时辊子是实心的；通水内冷，辊子是镶套的。内冷辊的寿命一般高于外冷辊。v为了提高拉辊的使用寿命，除采用冷却外，在材质上一般都采用耐热优质钢，如16CrMo等，还可以喷涂一层2mm左右的耐热耐磨材料，拉辊磨损后，可修复再用；也有采用双层复合金属拉辊的，它的表层采用耐热耐磨材料，辊体用一般材料，既能满足拉辊工作要求，又能降低成本。四、多点矫直四、多点矫直v随着连铸技术的发展，为了避免拉坯速度提高后冶金长度的增加，采用带液相多点矫直技术，图2-47表示多点矫直时圆弧半径的变化。带液相矫直，铸坯在两相区界面处坯壳的强度和允许变形量极低，为防止在矫直时产生内裂，必须控制该处的延伸率在允许的范围内。五、连续矫直五、连续矫直v连续矫直的基本原理是：在矫直区内有许多自动对中的平衡辊，利用定距块使辊缝保持恒定，弯曲力由四个固定点A、B、C、D承受。浮动辊不承受载荷，这样使得从B点到C点之间的铸坯承受恒定的弯曲力矩