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1、铜加工2006年第4期(总第104期)结晶器在水平连铸生产中的应用张启臣赵志刚(沈阳造币厂110042)摘要:通过对结晶器简要分析,从结晶器的相关参数、结晶器的结构、水流量和水温的控制入手探讨结晶器在水平连铸过程中作用及对带坯质量的影响,提出优化拉铸效果的几种措施。关键词:结晶器;石墨模;水流量;水温;坯壳水平连铸生产中所采用的结晶器是铸坯式中:L,结晶器的有效长度(m);1/2卷成形的重要工具,它的结构决定了铸坯卷K,合金的凝固系数(m/min);的尺寸和形状,并影响着铸坯卷的内部和表V,拉铸速度(m/min);面质量,对后续加工工序影响很大。δ,结晶
2、器出口铸坯壳厚(m)(一因此,认真研究结晶器的内部结构、水般δ为2～15mm,铸坯截面小的取小值,强流量控制,对提高产品质量和成品率都有重度低的合金取大值)。要意义。下面结合我厂从瑞士WERTLI公司由公式可以看出,结晶器的有效长度是引进的结晶器来分析其结构与使用。决定拉铸速度的重要因素。1.结晶器的功能及相关参数铜合金水平连铸结晶器较短,一般在100～250mm之间。我厂的WERTLI水平连1.1结晶器的功能铸机组结晶器有效长度为160mm。沈阳有色结晶器是水平连铸生产的心脏。在连铸金属加工厂三分厂采用的THEONI公司的水生产中,结晶器从金属熔液中吸
3、收足够的热平连铸机组结晶器有效长度为115mm。量,使熔液的温度降至合金熔点以下,在结1.3通过结晶器的热流量晶器中初步凝结成铸坯的外形,生成一定厚通过结晶器放出的热量,可用下式计度的坯壳,可承受牵引机连续拉出,进入二算,次冷却区,形成连续铸坯。在结晶器内,使Q=F·α(t1-t2)熔液形成适合下道工序冷轧的金属组织结式中:Q,结晶器的放热量(kcal/h);构。因此,结晶器的有效长度、内部的水路、2F,结晶器内壁的导热面积(m);水流量、水温等相关参数对合金的性能影响α,结晶器的总导热系数(kcal/尤为重要。2一个良好的结晶器应具有如下性能:m·h·
4、℃),其倒数称之为热阻;A、有较好的导热性能;t1,结晶器内熔液温度(℃);B、有较高的结构刚度,且便于加工制t2,冷却水的平均温度(℃)。造,易于拆装和调整;由式中可看出,在结晶器的总导热系数C、有较好的耐磨性及较高的热疲劳性。一定的情况下,结晶器内壁的导热面积、熔1.2结晶器的有效长度液温度及冷却水温度决定了结晶器的散热多2L=(δ/K)×V少。·30·1.4结晶器传热中的热阻1.5结晶器的耗水量熔液在结晶器内凝固时,通过以下几个W=Q/C3(t5-t6)环节把热量传给冷却水:即熔液→坯壳→坯式中:W:结晶器耗水量(kg/h);壳与石墨模的交界面→石
5、墨模及铜板→铜板C3:水的比热(kcal/kg·℃);与冷却水交界面。每个环节都产生阻力。t5、t6:有效冷却区的进、出水温结晶器总的传热阻力RT由R1～R6六度(℃);个热阻构成,即Q:见1.3。RT=R1+R2+R3+R4+R5+R61.6结晶器水缝面积的计算式中R1———冷却水与结晶器铜板表F=10000W/36V面之间的热阻2;式中F:水缝总面积(mm);R2———结晶器铜板和石墨模的W:结晶器总耗水量(kg/h);传热阻力;V:水缝内冷却水的速度(m/s)。R3———气隙的传热阻力;由上述介绍可见,结晶器的结构尺寸、R4———润滑油或渣层的传热
6、阻水流量、水温等参数都影响着铸坯的组织结力;构,进而影响带材内部及表面质量。其不当R5———坯壳的传热阻力;的选择与变化不仅影响铸坯质量,甚至造成R6———熔液与坯壳界膜的传热拉漏,发生安全事故。因此对于我们每一个阻力。技术工程人员及生产一线的工人们来说,对参考有关资料对R1～R6各传热阻力结晶器结构的了解及冷却水的调整方法的掌的计算,R1、R2、R4、R6、的数值很小,握都是十分必要的。而R3(占总热阻的71%左右)和R5(占总2.结晶器的结构及水路热阻的26%左右),都很大。由此可见,气隙对结晶器的热交换起了主要的阻力2.1结晶器的结构(参见图1)作
7、用,说明了采用有倒锥度的结晶器的必WERTLI结晶器由厚钢板加工而成的上要性。下结晶器外壳(图1中1、2),外壳上紧紧固由于我厂铜合金带材截面尺寸较小,结晶器没有倒锥度。图1结晶器结构图·31·定有高导热性的冷却铜板-铜模(图1中3)却效率。和中间的石墨模组成。每个石墨模上都有三个冷却区(图1中虚线所示,4、6)。这三个冷却区是由大铜板上的三个带有小梯形沟槽的长方形凹槽(图3、图4,具体结构见图6)和安装时覆盖凹槽上的三块小铜板(见图7)构成的。钢板制成的外壳结构如图2(具体结构见图5)所示,其上的沟槽称之为回水收集槽。图6三个冷却区图2三进三出(三冷却
8、区)结晶器基本结构图(钢板部分)图7凹槽上的紫铜板2.2结晶器的水流走向图3二进
