摘要 结晶器是连铸机的重要组成部件，结晶器的使用寿命主要取决于结晶器铜板镀层的寿命。镀层除机械磨损外电化学腐蚀是结晶器铜板的主要失效形式。结晶器底端的二冷水雾上行进入铜板缝隙内，给保护渣中的氟化钙水解电离创造了条件，氟离子（F-1）加剧了铜板镀层的电化学腐蚀，本文从减缓二冷水雾进入结晶器内的角度出发，阐述结晶器铜板底端缝隙的控制技术。
关键词 结晶器 铜板 缝隙控制
Research on the Gap Control Technology at the Bottom of Mould Copper Plate
Xie Xuyuan Chen Deliang
(1：Steelmaking Plant of Meishan Iron&Steel Co. Nanjing 210039)
ABSTRACT Mold is an important component of continuous casting machine. The service life of mould mainly depends on the service life of copper plate. Apart from wear electrochemistry corrosion is a common form of failure of copper plate in mould. The secondary cooling water mist at the bottom of the mold goes up into the gap of the copper plate, which creates conditions for the hydrolysis and ionization of calcium fluoride in the protective slag. The F-1 ion intensifies the electrochemical corrosion of the copper plate coating. In this paper, the control technology of the gap at the bottom of the copper plate in the mold is described from the perspective of slowing down the secondary cooling water mist entering the mold.
KEYWORDS Mold Copper Plate Gap Control
结晶器铜板自2018年上半年发生较多的局部见铜异常，主要体现在铜板靠近下口镀层失效，呈椭圆形状，较为集中于铜板冷却水入口喷嘴处。宽边和窄边都有，过钢量小于5万吨，远远低于协议过钢量目标。由于铜板厂家的镀层材质及工艺未发现明显改变，现场综合判断铜板局部见铜是由于铜板镀层腐蚀剥落造成的。
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图1 铜板见铜形状及位置
1 铜板腐蚀的机理
结晶器底端下的二冷段采用汽水喷雾直接喷射到板坯表面实现对流和蒸发复合强制冷却，板坯表面的水雾溅射到结晶器底端板坯与铜板缝隙内使保护渣成分中的氟化钙水解电离出氟离子（F-1）,加剧了铜板镀层的电化学腐蚀【1】。为减缓二冷气水雾进入结晶器底端缝隙需采用遮蔽溅射水雾为辅和精准控制结晶器底端缝隙为主的技术途径。
2 遮蔽溅射水雾
由于铜板下口与板坯的间隙是工艺需求，无法完全消除，因此需尽量减少进入宽边足辊与铜板间的溅射水雾。在结晶器宽边铜板背板底部安装一块挡水板，挡水板的厚度约10mm减少溅射水雾和蒸汽进入铜板下口。结晶器组装后检测足辊喷淋角度，由于喷淋角度是由喷淋架安装位置确定的，现场可以微调，在喷嘴不打辊的前提下尽量压低喷淋架角度同样可以减少水雾的进入。除了喷淋架角度，单个喷嘴的角度也同样重要，现场检查发现部分喷嘴的水缝安装不是水平状，喷嘴口部呈倾斜状，倾斜的高点对应铜板浸蚀的高点，为使喷嘴安装时口部平直，在喷嘴与喷淋架是增加定位槽，确保喷嘴水缝平直。
3 精准控制结晶器底端缝隙
3.1结晶器底端缝隙产生的原因
结晶器铜板出口端足辊喷淋所产生的水雾和蒸气通过铸坯和铜板之间的间隙进入复合镀层的表面形成腐蚀原电池。为了阻止该原电池的形成，最简单有效的方法是消除板坯与铜板间的间隙（阻断水雾和蒸汽的通道）。采用因果关系图的分析方法对间隙产生的原因溯源分析，主要由以下4部分原因造成铜板下口与铸坯间产生间隙。
3.1.1 结晶器宽边足辊突出量过大
足辊对中时宽面足辊突出于结晶器下表面（即宽面足辊开口度小于结晶器窄面铜板下口宽度）,原先标准宽边足辊开口度相对结晶器下口收缩了1mm，因此结晶器宽边足辊突出于结晶器下表面0.5mm。由于结晶器外弧是通过样板对弧，内弧通过开口度对弧，考虑到结晶器角缝的问题，内弧宽边足辊实际突出结晶器下表面的数值更大（0.5-0.7mm）。
3.1.2 结晶器铜板的平面度超差
铜板的平面度除了铜板本身还受背板和结晶器框架的影响。铜板组装后如果局部平面度超差较大会影响宽边足辊局部突出量过多（波浪形）。
3.1.3 结晶器宽边足辊的圆柱度和跳动值超差
圆柱度和跳动值超差同样能造成辊子局部辊子突出量过多而产生间隙（波浪形）【2】。现场对下线结晶器足辊进行检测，有部分辊子圆柱度和跳动值超标，部分辊子超标0.2mm，经拆检发现主要是由于辊子芯轴变形造成的。
3.1.4 铜板冷却水槽设计不合理
铜板冷却水槽设计不合理使得铜板宽边方向温度分布不均匀造成铜板局部变形的现象。由于铜板双头螺栓处冷却强度低，通过热力分析温度较相邻水槽处高近30℃而造成铜板宽边方向热变形量不一致，温度低的部位远离铸坯产出间隙。
3.2 控制结晶器底端缝隙的措施
3.2.1 提高结晶器定位精度
原先结晶器外弧侧宽边足辊是通过样板对弧，内弧侧通过内径千分尺对弧。结晶器宽边足辊的理想状态是内外弧相对结晶器下口收缩量一致，实际上这种对弧方法很难稳定同步做到。同时现场无有效手段检测铜板平面度和宽边足辊直线度，为消除以上这些缺陷，新设计一款结晶器定位装置，可便捷同步实现结晶器宽边足辊的定位、直线度的检测、宽边铜板安装后的平面度的检测。
新定位装置主要由结晶器内部形状模拟块，宽边足辊定位块，左侧连接板，右侧连接板，水平板等零部件组成。连铸生产的板坯的断面形状是由结晶器的内腔形状确定的。结晶器的内腔形状是由4块铜板（2块宽边，2块窄边铜板）的组合确定的，窄边铜板的外形尺寸决定了板坯的厚度，2块窄边铜板的距离决定了板坯的宽度，因此结晶器内腔形状主要是由结晶器窄边铜板的外形确定的。新设计一款结晶器内腔形状模拟块，模拟块的断面形状与结晶器窄边铜板下部宽度完全吻合，加工的精度略高于窄边铜板，加工尺寸公差取负偏差确保模拟块能顺利进入结晶器内腔，模拟块的长度取1000mm。通过结晶器内部形状模拟块能很方便检测出结晶器组装后的空间尺寸，给结晶器框架大修提供数据支持。结晶器内部形状模拟块底部焊接2块宽边足辊定位块，在定位块上加工定位基准面，通过垫片和定位板可实现结晶器宽边足辊的定位，定位量可依据工艺要求通过垫片调整，定位快速精准。在两块连接板的上端部焊接一块水平板，水平板下表面离结晶器内部形状模拟块下表面的距离是900mm，与结晶器窄边铜板高度相对，利用水平板与结晶器窄边铜板上表面接触后可开始实现结晶器宽边足辊的自动定位。结晶器宽边足辊定位工作的流程：
1）通过微调螺钉实现水平板横向水平度的微调，通过固定螺栓实现装置的固定，然后微调纵向水平并将装置与结晶器宽边铜板相固定。
2)用塞尺检测结晶器内部形状模拟块与结晶器内弧、外弧铜板之间的间隙，通过间隙判断结晶器内部空间尺寸精度。
3）将宽边足辊推至定位板并贴紧，利用塞尺检测宽边足辊的直线度，如直线度超标更换宽边足辊。
4)如宽边足辊直线度满足要求直接紧固宽边足辊连接螺栓完成宽边足辊的定位。完成一侧宽边足辊定位后用同样的步骤完成另一侧宽边足辊的定位。
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图2 结晶器宽边足辊定位装置
3.2.2 优化铜板冷却水缝
原先宽边铜板是直水缝，该水缝的主要缺陷是双头螺栓处两水缝间距较大，冷却不够均匀【3】。经现场查看铜板出现团状磨损的位置的中心除了与喷嘴位置有相关性外与铜板螺栓位置有一定的相关性，往往位于两双头螺栓的中间位置。为改善结晶器铜板的冷却状况，使铜板表面传输热量更加均匀，改进结晶器宽边铜板结构，优化了结晶器铜板水缝设计，将原有直线水缝改为曲线水缝（螺栓附近绕流）。曲线水缝的有益效果是结晶器宽面铜板具有较均匀的冷却强度，保证铜板与高温铸坯间的凝固传热的基础上实现了换热的均匀性。通过热力学软件模拟，图5中连铸结晶器优化后的宽面铜板与传统铜板温度分布效果对比图，可以看出传统铜板宽度方向处的温度呈明显的波浪形，温度差为8℃，而优化后铜板宽度方向温度分布曲线更加均匀，温度差仅为2℃，未出现明显的波浪形现象。优化后的铜板温度分布均匀性显著提高，达到提高铜板使用寿命的目的。
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4 结束语
铜板镀层除机械磨损失效形式外，通过以上一系列改进措施，减缓二冷段气水雾溅射到结晶器底端缝隙内，使铜板镀层的电化学腐蚀问题已经有了明显改善，改善前铜板下口局部椭圆形剥落等问题基本消除，结晶器的铜板镀层过钢量得到显著提升（过钢量由5万吨提升到10万以上）。
参考文献
[1]陈红伟.宽板坯结晶器铜板的磨损原因分析与改进. [J].河南冶金.2017(01)
[2]王文学,杨超武,黄进春,史学亮,曾晶,张华. 常规板坯结晶器铜板下口磨损问题的分析和解决 [J].连铸.2018(03)
[3] 刘洋,张华,胡念慈,李华,刘宏达,樊凯. 结晶器铜板内部流场研究及结构优化设计 [J].冶金设备.2017(05)