结晶器导流水套的设计与加工

郭春伟

摘 要：近年来，我国钢铁市场与连铸行业取得了蓬勃发展，结晶器制造业随之形成相对规模。相关统计数据显示，国内与结晶器制造或修复相关的大小厂家数量超过50家，但在技术水平与加工能力方面则表现出参差不齐的一面。在连铸机上，其中最重要的部件即为结晶器，有连铸机的心脏之称，极大地影响着连铸坯质量。为使用户生产需要得到更好满足，我们就方坯连铸管式结晶器在内水套设计和制造以及使用、维护等各方面存在的问题进行探讨。

关键词：结晶器；导流水套；设计

一、结晶器铜管与内水套间水缝方面设计

在结晶器铜管和内水套之间存在的水缝，属于冷却水的通道。无论“水缝式”结晶器还是喷淋式结晶器，均为管式结晶器。从“水缝式”结晶器的构造来看，其在结晶器铜管外有一水套管，通过结晶器铜管和水套管两者之间所形成水缝进行通水冷却，该种结晶器不仅使用稳定，而且不容易堵塞。当前高效连铸多对水缝不超过4mm的窄水缝结晶器加以使用，促进冷却水流速的提高，加之抛物线锥度铜管的配合，显示出很好的效果。

管式结晶器的水缝尺寸取值范围一般为3.5-6mm。当冷却水量一定时，水缝宽度决定了冷却水的流速，在管式结晶器中，水缝尺寸对冷却效率的影响实质上是改变冷却水流速造成的影响。

F=0.0036A.Vw

在该式中，F为结晶器冷却水流量，单位为m3/h；

A为结晶器水缝总面积，单位为mm2；

Vw为水缝内冷却水流速，在取值范围上为6-12m/s。

适当减小水缝、增大冷却水流速，可以提高结晶器冷却效率，更有利于适应高生产效率的连铸机。确定水缝尺寸时，有必要根据其冷却水参数及铜管壁厚尺寸对铜管温度进行计算机模拟计算，以保证铜管热面（与钢水接触面）温度不要超过铜材再结晶温度。

对于管式结晶器，在结晶器的横向和纵向上，水缝的均匀一致性很重要。确定水缝尺寸时，需要考虑结晶器制造和使用过程中对水缝尺寸均匀一致性的影响。水缝越小，对水套制造精度和刚度的要求越高，在实际制造中铜管外形和水套尺寸都会有制造误差，在结晶器使用过程中水套也有可能产生微小变形，如果水缝太小，这些因素可能造成水缝不均匀而影响到坯壳的均匀冷却，使铸坯表面纵裂的几率增大。

对于铸坯质量来说，水缝尺寸大小及精度对其质量具有很大影响，当前在水缝尺寸上比较常用的为4mm，在水缝的精度要求上为±0.2mm。

二、结晶器铜管与内水套间水缝调整装置方面设计

在内水套上比较常用的定位调整装置主要为两种：其一为固定水条式（图1），其二为调整螺钉式（图2）。除此之外，另有一种新型定位調整装置（图3）。这些调整装置各有优缺点，其中前者装配比较简单，但对制造精度有较高要求，且当磨损或水套变形后，在水缝精度方面难以得到保证；后者在水缝精度调整上可借助螺钉进行调整，更容易确保周边水缝尽量均匀，但当调整螺钉的锁紧螺母发生松动时，可能因螺钉脱落导致事故发生。

基于各种形式不同优缺点，在实践过程中我们常对图3所示结构加以采用，该种结构除可确保结构调整，同时可确保当锁紧螺母松动后螺栓不会发生脱落。

三、导流水套的主要结构形式

导流水套是结晶器中的关键部件之一，它的精度决定着水缝的精度和铜管冷却强度的均匀性。方坯和矩形坯结晶器导流水套的结构形式主要有四种：四块板焊接式、部分焊接式、部分连接式、整套拉拔式。

其加工方法介绍如下：

（一）四块板焊接式

用四块平板阻焊而成。它的缺点是内腔四个角都是直角不是圆角，使用时角部和面部的水缝宽窄不相等，从而造成冷却强度不均。这种结构现在已经很少见到，一般都是在机械加工加工能力差的企业生产制造。

（二）部分焊接式

它是先用板材冲压出两个U形半管，精加工后对焊在一起，再焊接上中间法兰。它的缺点是焊接处有变形，对整体精度有一定的影响。企业有压力机和机械加工能力才能生产。

（三）部分连接式

先在剖分接口处焊上法兰，精加工后把两部分用螺钉连接起来。它的优点是焊接变形，精度比较高；缺点是加工难度大。企业有压力机和大型机械加工设备才能生产。

（四）整套拉拔式

导流管是整体拉拔而成，中间法兰和导流管组装在一起。它的优点是精度比较高；缺点是加工难度大，成本比较高。目前这种形式应用的比较少，首钢长白继续有限公司给越南钢厂制作了三种规格的铜水套，尺寸精度很好，得到了用户的好评。

四、导流水套的材料

导流水套用的材料有不锈钢和紫铜。

五、结晶器内水套的制造

在高效连铸不断发展的今天，高效窄缝水套式结晶器已经被广泛应用到国内外。窄缝水套式结晶器在导流水套的精度及形式各方面均提出了很高要求。对于水流速来说，结晶器四侧水缝的偏差会给其带来很大影响，导致四侧冷却不均匀。对结晶器水套进行加工时，无论机加工后焊接还是整体挤压后焊接均难以使焊缝的影响被完全消除。爆炸成型的结晶器水套不仅具有无焊缝加工特点，还具有制造精度高等特点。在国外，不锈钢水套多对爆炸成型工艺制作加以采用。

综合而言，为使连铸结晶器导流水套于生产中的作用充分发挥，需加强以下工作：即基于现有基础，对结晶器导流水套设计及验收标准进行进一步细化和规范；对结晶器导流水套制造工艺进行改进；基于生产条件，对结晶器导流水套水缝尺寸的大小和精度进行合理选择；合理的导流水套的结构形式；注意对连铸结晶器导流水套加强维护和保养以及合理使用等，从而促进其使用寿命的延长。