连铸结晶器
344-其他资源-连铸机的结晶器
2.6 结晶器☐结晶器是连铸机非常重要的部件，称之为连铸设备的“心脏”。
钢液在结晶器内冷却初步凝固成一定坯壳厚度的铸坯外形，并被连续地从结晶器下口拉出，进入二冷区。
结晶器应具有良好的导热性和刚性，不易变形和内表面耐磨等优点，而且结构要简单，便于制造和维护。
☐按结晶器外形可分为直结晶器和弧形结晶器。
直结晶器用于立式、立弯式及直弧形连铸机，而弧形结晶器用在全弧形和椭圆形连铸机上。
☐从结构来看，有管式结晶器和组合式结晶器。
小方坯及矩形多采用管式结晶器，而大型方坯、矩型坯和板坯多采用组合式结晶器。
管式结晶器的结构如图所示。
其内管为冷拔异形无缝铜管，外面套有钢质外壳，钢管与铜套之间留有约7mm的缝隙通以冷却水，即冷却水缝。
铜管与钢套可以制成弧形或直形。
铜管的上口通过法兰用螺钉固定在钢质的外壳上，铜管的下口一般为自由端，允许热胀冷缩，但上下口都必须密封。
结晶器外套是圆形的。
外套中部有底脚板，将结晶器固定在振动框架上。
结晶器铜制壁厚10-15mm，磨损后可加工修复，但最薄不能小于3-6mm。
1-O形密封圈；2-润滑法兰；3-O形密封圈；4-铜管；5-压紧法兰；6-压紧弹簧；7-排水管；8-足辊组合式结晶器是由4块复合壁板组合而成。
每块复合壁板都是由铜质内壁和钢质外壳组成。
在与钢壳接触的铜板面上铣出许多沟槽形成中间水缝。
复合壁板用双螺栓连接固定，冷却水从下部进入，流经水缝后从上部排出。
4块壁板有各自独立的冷却水系统。
在4块复合壁板内壁相结合的角部，垫上厚3-5mm并带来45°倒角的铜片，以防止铸坯角裂。
现已广泛采用宽度可调的板坯结晶器。
可用手动、电动或液压驱动调节结晶器的宽度。
内壁铜板厚度在20-50mm，磨损后可加工修复，但最薄不能小于10mm。
随着连铸机拉坯速度的提高，出结晶器下口的铸坯坯壳厚度越来越薄；为了防止铸坯变形或出现漏钢事故，采用多级结晶器技术。
多级结晶器即在结晶器下口安装足辊、铜板或冷却格栅。
连铸机结晶器液位控制系统数学模型及其仿真
连铸机结晶器液位控制系统数学模型及其仿真连铸机结晶器液位控制系统是一个复杂的系统，它的性能直接影响到连铸机的生产效率，因此，对连铸机结晶器液位控制系统的研究是非常重要的。
本文首先简要介绍了连铸机结晶器液位控制系统的结构及工作原理，然后探讨了基于结构参数分析的数学模型，最后对模型进行仿真，得出了连铸机结晶器液位控制系统的数学模型及其仿真的结论。
1．连铸机结晶器液位控制系统简介连铸机结晶器液位控制系统是一种多参数控制系统，它是由连铸机结晶器、液位传感器、控制器、调节阀和电动蝶阀组成的（图1）。
图1铸机结晶器液位控制系统连铸机结晶器是一种机械设备，它将液体转化为固体，由于结晶过程的特点，液位变化会影响结晶质量，因此，需要对结晶器的液位进行控制。
液位传感器检测结晶器液位信号，控制器根据液位检测信号进行控制，调节阀和电动蝶阀调节结晶器的液位，从而实现对液位的控制。
2．数学模型为了研究连铸机结晶器液位控制系统，首先分析控制系统结构，建立系统数学模型，根据结构参数推导出如下数学模型：ttttt Vm = Kp*(|S|-S0)tttt（1）其中Kp为控制器参数，S0为液位参考值，|S|为液位测量值，Vm为控制器输出值。
3．仿真针对连铸机结晶器液位控制系统，结合数学模型，使用Matlab/Simulink环境建立了仿真模型，根据实际情况，设置参数如下：Kp=0.5，S0=2，液位变化范围为0～4。
图2铸机结晶器液位控制系统仿真模型根据仿真模型，控制器输出值Vm与液位|S|的变化曲线如图3所示：图3位及控制器输出值的变化曲线从上图可以看到，随着液位|S|的变化，控制器输出值Vm也随之变化，并且同步变化，Vm和|S|的变化幅度接近，这表明，控制器对液位的控制是有效的。
4．结论本文针对连铸机结晶器液位控制系统，根据结构参数推导出了数学模型，并且基于 Matlab/Simulink环境建立了仿真模型，仿真结果显示，控制器输出值Vm能有效地控制液位|S|，表明数学模型具有较强的可靠性和实际应用价值。
连铸板坯倒角结晶器优化设计及应用
连铸板坯倒角结晶器优化设计及应用连铸板坯倒角结晶器是铸造行业中的一项关键设备，它可以产生优质的板坯，同时提高生产效率和降低成本。
然而，现有的连铸板坯倒角结晶器存在一些不足之处，例如流量不均匀、结晶器内部存在死角等。
因此，优化设计和应用连铸板坯倒角结晶器显得尤为重要。
一、连铸板坯倒角结晶器的定义连铸板坯倒角结晶器是连铸线中一种重要的设备。
它是铸造设备中用于制造高质量板坯的主要机器之一，其主要作用是在连铸过程中将液态金属均匀地输送到结晶器中，并通过坯内气泡和悬浮物的消除，使得板坯表面质量得到提高。
二、连铸板坯倒角结晶器的不足之处连铸板坯倒角结晶器在使用过程中存在一些不足之处。
首先，结晶器流量分配不均匀，导致板坯表面质量得不到保证。
其次，结晶器内部存在死角和难以清洗的区域，严重影响连铸板坯的品质。
此外，目前的结晶器设计以经验为主，缺乏系统性和标准化的研究，造成了结晶器设计水平低下、使用成本高和设备寿命短等问题。
三、连铸板坯倒角结晶器的优化设计为了解决上述问题，我们可以对连铸板坯倒角结晶器进行优化设计。
优化设计主要包括流量优化、结构优化和材料优化等。
1、流量优化：在结晶器内加入分流器，使进入结晶器的金属流量分布均匀，同时加强进口处的金属混合。
通过调整导流板、冷却水管和送料系统等组件来优化结晶器内的金属流量，从而保证板坯表面的均匀性。
除此之外，可以采用流场数值模拟的方法，对结晶器的气体、液态金属和固态晶体流场进行计算和模拟。
2、结构优化：由于连铸板坯倒角结晶器中存在很多死角和难以清洗的区域，因此我们可以通过调整结晶器的结构和灵活的取料系统来改进结晶器内部的流动性。
在结晶器的角落和内壁设计凸缘，让结晶器内的气泡和悬浮物聚集在防凸缘处，避免了气泡和悬浮物的固化成本体，减少了结晶器内结晶的阻塞作用。
此外，通过采用高强度、耐磨材料和高温耐受性材料，可以增强结晶器的使用寿命。
3、材料优化：不同材质的全部性能和特殊要求也是设计过程中需要考虑的重要因素，如耐磨性、耐热性、承压性和可加工性等。
连铸圆坯结晶器
连铸机结晶器总成1、结晶器总成组合式结晶器由结晶器本体、支撑框架以及足锟等部件组成。
结晶器本体由4块铜板及支撑板组合而成，用螺栓连接为一体；支撑框架带有定位、固定装置和冷却水通道；足锟包括支架、锟子、轴承、水管和喷嘴等。
组合式结晶器可以配置液位检测装置、外置式电磁搅拌装置。
2、结晶器结构特点A、结晶器本体两块弧面铜板和两块侧面铜板组合成结晶器内腔，铜板上加工有若干冷却水槽（即水缝），用螺钉将铜板与支承板（也称为背板）连接。
支承板上设有冷却水通道，冷却水从振动台上的供水孔进入支撑框架再进入支承板，再通过支撑框架流回到振动台上的回水孔。
设计时，需要根据冷却水压强核算螺钉连接的受力及强度，并调整连接螺钉数量，直至满足要求。
一般情况下，两排螺钉之间布置5~6条水缝。
结晶器内腔角部的倒角一般采用早弧面和侧面铜板的结合部位垫有带45°斜面的铜质垫板形成；也有直接在侧面铜板上加工出倒斜角斜面的。
铜板厚度一般为45~50mm，主要取决于水缝深度和再加工要求。
可采用的材质有Cu—Ag和Cu—Cr—Zr。
如果连铸机拉速不高，相应铜板热面温度不超过250℃,可以采用Cu—Ag。
随着连铸技术发展和操作水平提高，连铸机拉速也相应提高，结晶器铜板有必要采用Cu—Cr—Zr合金，可以满足热面温度为350℃甚至更高的工况。
目前，国内方坯结晶器铜板次用Cu—Ag和Cu—Cr—Zr的都有，采用Cu—Cr—Zr的日趋增多。
为了提高结晶器使用寿命，铜板都会经过表面处理，即镀层。
典型的镀层材料有Cr、Ni、Ni—Fe、Ni—Co、Co—Ni。
Cr的硬度高，督促呢个化学稳定性好，但Cr与Cu的线膨胀系数差距较大，镀层结合力差，镀层易剥落。
Ni与Cu的结合力好，但其镀层硬度相对较低，高温耐磨性差。
现已很少采用单独镀Cr或Ni得铜板。
Ni—Fe、Ni—Co、Co—Ni都有硬度高、耐磨性好的特点，其中Ni—Fe的化学稳定性较差，其镀层韧性随着硬度增加会降低；Ni—Co的抗热交变性稍差；Co—Ni的材料成本较高。
连铸机最佳结晶器参数
T=——————
y1L
或
100（y2-y1）
T=—————
y2L
式中y2—结晶器顶部两相对面间的距离，mm
y1—结晶器底部两相对面间的距离，mm
L—结晶器长度，m
单锥度结晶器常用的锥度为0.6~0.7%/m，140~150mm小方坯采用的最大锥度为0.9%/m
锥度太小容易产生偏离角纵裂，锥度太大会增加拉坯阻力和结晶器磨损。
1vc
（8）负滑动时间tn/s（tn=—cos-1——）
pfpfs
0.12~0.15
（9）结晶器导前/mm
（结晶器导前=ssin（pftn）-vctn）
3~4
（10）水质（即总硬度）/%
＜0.0005，管壁上没有沉积物
（11）水缝宽度/mm
3~5
（12）是否测量结晶器内型尺寸变化
是
结晶器锥度T（%/m）为
如果用对高碳钢合适的锥度来浇低碳钢时，低碳钢铸坯就可能粘结在结晶器内，引起横向凹陷和横向裂纹。在浇铸时铸坯颤动，就表明铸坯粘结在结晶器内。
连铸机小方坯最佳结晶器参数
（1）铜的品种
P-Cu，Ag-Cu，Cr-Zr-Cu
(2)锥度
双锥度或多锥度
（3）壁厚/mm
13（100-150mm方），20（200mm方）
（4）内角半径/mm3Fra bibliotek4（5）液面距结晶器上口/mm
100~150
（6）水速/（m·S-1）
＞10~11
（7）结晶器铜管支撑
4面或顶底
连铸过程中结晶器磨损原因分析
结晶器铜管是整个连铸工艺的核心设备，直接影响到连铸的生产率、产品质量和生产成本。
在生产过程中，结晶器要不断地经受高温、高压和强磨擦的冲击，工作环境极其恶劣。
了解结晶器的磨损原因对于结晶器的设计和使用具有重要意义，这里对结晶器铜管的磨损机理进行简要介绍。
结晶器铜管裂纹结晶器的弯月面区域常有铜板裂纹出现，主要原因是铜板表面温度提高引起的极高的热流量，在此高温下，相对于钢质支持设施而言铜板趋向于膨胀。
尤其是对薄板坯连铸结晶器而言更是如此,由于拉坯速度快，铜板表面温度快速升高，铜板所承受的温度超过了其恢复再结晶温度，从而使其强度和硬度大大降低，使漏斗形过渡区经历了一个明显的3维膨胀运动。
这个热应变和机械应变组合加上硬度的下降(可达50%)，导致了铜板表面裂纹的出现，而且裂纹倾向于以晶间方式进一步传播。
浇铸过程中过高的热量水平和由此而产生的结晶器铜板表面和亚表面区域的宏观塑性应变/形变，是导致结晶器弯月面处产生裂纹的主要原因。
这种损坏机理又受到极高温度区域的强化。
例如，从结晶器漏斗型区到结晶器平行区的过渡区域。
这时，结晶器热面和冷面之间的局部温度梯度可达到数百摄氏度。
结晶器铜板工作侧表面(热面)或多或少都要承受扩散的影响，钢水中的Zn、S、Cd和保护渣中的F都要扩散到铜板的表面和亚表面。
这些扩散元素会导致结晶器铜板的热脆性，导致裂纹的形成和扩散。
裂纹损坏的关键因素就是结晶器所经受的最高温度和结晶器服役时间。
当高速连铸时，结晶器材质经受超高温的另一个影响效应就是结晶器铜板发生塑性应变，导致弯月面下铜板变形，以及由于钢水内的Zn扩散到铜板中形成黄铜，即发生所谓的“黄铜化”现象。
后一个问题对于电炉钢厂或短流程轧钢厂问题尤为突出，因为电炉钢厂或短流程轧钢厂通常是利用废钢炼钢的。
黄铜的形成使得结晶器铜板产生热脆性，加之很高的工作温度而引起的应力，使结晶器铜板产生裂纹。
结晶器铜管的鼓肚结晶器铜板的鼓肚是由于结晶器铜板的宽面和窄面之间的空隙引起的。
连铸结晶器工作原理
连铸结晶器工作原理连铸结晶器是连铸生产线中的重要组成部分，其工作原理涉及多种物理和化学过程。
下面将对连铸结晶器的工作原理进行详细解释。
**一、连铸结晶器的作用**连铸结晶器主要用于在连铸过程中将液态金属逐渐冷却凝固，形成连续的坯料。
通过结晶器对液态金属进行凝固成形，可以满足不同工艺要求和坯料规格的生产需求，同时也可以提高产品的质量和性能。
**二、连铸结晶器的工作原理**1. **结晶器内的冷却系统**连铸结晶器内部配备了冷却系统，主要包括冷却水管和冷却水。
在连铸过程中，通过冷却水对结晶器进行冷却，使得液态金属能够迅速被冷却并凝固。
2. **液态金属的注入和分布**在结晶器上部，液态金属经过预炼炉或其他方式得到均匀温度后，通过喷嘴均匀地注入到结晶器内，形成一定宽度和深度的液态金属层。
通过振动和控制系统，实现液态金属在结晶器内的均匀分布和控制厚度。
3. **结晶器外壁和内壁的温度控制**结晶器外壁设有绝热层以保持结晶器内温度稳定，内壁则通过冷却水保持一定的温度，以控制凝固过程中的结晶器内部温度分布。
4. **凝固过程**液态金属在结晶器内受到冷却水的冷却，由于受热传导和传热等因素，逐渐凝固成形，形成坯料。
结晶器内部的振动系统也可以对液态金属进行微小的振动，以促进坯料的凝固和形成。
5. **坯料的后续处理**连铸结晶器中形成的坯料随后通过后续的冷却、切割和处理工艺，最终成为可加工的半成品或成品。
通过以上工作原理的分析可以看出，连铸结晶器不仅仅是一个简单的冷却设备，其内部结构和工作原理涉及了液态金属的凝固过程、温度控制、振动控制等多方面的物理和化学过程，是连铸生产中至关重要的环节。
简述结晶器在连铸生产中的作用
简述结晶器在连铸生产中的作用连铸是指将熔化的金属直接浇铸成连续的坯料，是铸造技术中一种重要的工艺。
在连铸过程中，结晶器是起着至关重要作用的设备之一。
它位于连铸机的浇注部位，主要用于控制坯料的结晶过程和形成坯料的结晶组织，以保证连铸坯料的质量和性能。
结晶器在连铸生产中的作用主要体现在以下几个方面：1. 控制结晶过程：结晶器可以通过控制结晶过程来影响坯料的结晶组织。
结晶器内部设有一定形状和尺寸的结晶孔道，通过调整结晶器的温度、冷却水流量等参数，可以控制坯料的结晶速度和结晶核的形成，从而影响坯料的晶粒尺寸和分布。
合理的结晶过程控制可以获得细小、均匀的晶粒，提高坯料的塑性和韧性。
2. 保证连铸坯料质量：结晶器可以有效地阻止浇注过程中的气体和杂质进入坯料中，减少坯料的气孔、夹杂和缺陷。
结晶器的结构设计和材料选择都需要考虑到其抗氧化、抗腐蚀、耐磨损等性能，以保证结晶器能够长时间稳定地工作，并确保坯料的质量。
3. 调整结晶组织：通过改变结晶器的结构和工艺参数，可以调整坯料的结晶组织，以满足不同材料和产品的要求。
例如，对于高强度钢材，可以采用细小晶粒的结晶器，以提高材料的强度和韧性；对于特殊用途的合金材料，可以采用特殊结构的结晶器，以获得特定的晶粒形态和组织结构。
4. 提高连铸效率：结晶器的优化设计可以提高连铸的效率和生产能力。
通过合理布置结晶器的数量和位置，可以实现多流道连铸，同时浇注多块坯料，提高连铸机的产能。
此外，结晶器还可以通过调节结晶器的冷却水流量和温度分布，优化坯料的冷却过程，提高连铸的速度和效率。
结晶器在连铸生产中起着至关重要的作用。
通过控制结晶过程、保证坯料质量、调整结晶组织和提高连铸效率，结晶器可以有效地提高连铸坯料的质量和性能，满足不同材料和产品的要求。
因此，在连铸生产中，合理选择和使用结晶器，不仅能够提高产品质量，还能够提高生产效率，降低生产成本，具有重要的经济和社会意义。
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连铸结晶器
结晶器是连铸机非常重要的部件，是一个强制水冷的无底钢锭模。
称之为连铸设备的“心脏”。
结晶器的定义：一种槽形容器，器壁设有夹套或器内装有蛇管，用以加热或冷却槽内溶液。
结晶槽可用作蒸发结晶器或冷却结晶器。
为提高晶体生产强度，可在槽内增设搅拌器。
结晶槽可用于连续操作或间歇操作。
间歇操作得到的晶体较大，但晶体易连成晶簇，夹带母液，影响产品纯度。
这种结晶器结构简单，生产强度较低，适用于小批量产品（如化学试剂和生化试剂等）的生产。
结晶器的作用：
（1）使钢液逐渐凝固成所需要规格、形状的坯壳；
（2）通过结晶器的振动，使坯壳脱离结晶器壁而不被拉断和漏钢；
（3）通过调整结晶器的参数，使铸坯不产生脱方、鼓肚和裂纹等缺陷；
（4）保证坯壳均匀稳定的生成。
结晶器的类型
（1）结晶器的类型按其内壁形状，可分为直形及弧形等
1）直型结晶器。
直形结晶器的内壁沿坯壳移动方向呈垂直形，因此导热性能良好，坯壳冷却均匀。
该类型结晶器还有利于提高坯壳的质量和拉坯速度、结构较简单、易于制造、安装和调试方便；夹
杂物分布均匀；但铸坯易产生弯曲裂纹，连铸机的高度和投资增加。
直形结晶器用于立式和立弯式
及直弧连铸机。
2）弧形结晶器。
弧形结晶器的内壁沿坯壳移动方向呈圆弧形，因此铸坯不易产生弯曲裂纹；但导热性比直形结晶器差；夹杂物分布不均，偏向坯壳内弧侧。
弧形结晶器用在全弧形和椭圆形连铸机上。
（2）按溶液获得过饱和状态的方法可分蒸发结晶器和冷却结晶器；按流动方式可分母液循环结晶器和晶浆（即母液和晶体的混合物）循环结晶器；按操作方式可分连续结晶器和间歇结晶器。
通俗的讲连铸结晶器：
就是一个钢水制冷成型设备。
基本由框架，水箱和铜板（背板与铜板），调整系统（调整装置，减速机等）；润滑系统（油管油路），冷却系统和喷淋等设备组成。
连铸结晶器需要和连铸结晶器保护材料（渣）一同使用。
保护材料用途：
1.确保连铸工艺顺行；
2.改善铸坯表面质量
连铸结晶器钢水流动控制技术
1、连铸板坯的表面和内部缺陷与结晶器内钢液的流动状态密切相关。
伴随着连铸机拉速的提高，结晶器内液面波动加剧，容易产生卷渣，造成铸坯质量恶化。
采用结晶器钢水流动控制技术可以改善结晶器内流场形态，抑制出料速度以平稳液面，促进夹杂物上浮。
用于
板坯结晶器的电磁制动（EMBr）、电磁流动控制（FC结晶器）和多模式电磁搅拌（M-MEMS）是结晶器钢水流动控制技术的典型代表。
2、电磁制动器通过对结晶器施加一个与铸流方向垂直的静态磁场而对流动的钢液进行制动。
钢流由于电磁感应而产生感应电压，因此在钢液中产生感应电流，这些电流由于受到静态磁场的作用而产生一个与钢水运动方向相反的制动力。
钢液的流速越快，制动力也越大。
电磁制动器具有一个单一的、覆盖整个板坯宽度的静态磁场。
电磁制动技术可抑制水口射流速度，减缓沿凝固壳向下流动，促进夹杂物和气泡上浮。
3 、FC结晶器含有两个方向相反的制动磁场，第一个位于弯月面区域，另一个位于结晶器的下部，每一个磁场都覆盖了板坯的整个宽度。
FC结晶器的磁场的上电磁场减少了结晶器弯月面紊流，可防止保护渣卷入凝固壳和角部横裂；下电磁场可减少钢液向下流速，有利于夹杂物和气泡上浮。
4、利用M-MEMS多模式电磁搅拌器可根据需要以不同的方式搅动结晶器内的钢水，显著减少板坯铸造缺陷。
该技术采用4个线性电磁搅拌器，位于结晶器高度方向的中部、浸入式水口两侧，每侧2个线圈并排设置，可用于使浸入式水口流出的钢水制动（EMIS）或加速（EMLA）。
第三种工作模式则用于使位于弯月面的钢水转动（EMRS），此项技术可有效控制热传导梯度和坯壳凝固前沿的均匀性，消除某些钢种存在的气孔、针孔和表面夹渣等铸造缺陷。