结晶器设计计算

通过结晶器的热流量

通过结晶器放出热流，可用下列计算

Q=LEVP{C1（Te-Tl）+lf+cs（Ts-To）} （3.1） 式中：Q：结晶器钢水放出的热量，kj/min； L：结晶器横截面周长，4.012m； E：出结晶器坯壳厚度，0.012m； V：拉速，2.2m/min；

P：钢水密度，7.4×10⒊kj/kg·℃；

由此可得： Q=LEVP{C1（Te-Tl）+lf+cs（Ts-To）} =62218kj/min 结晶器水缝面积计算

结晶器的水缝面积与单位水流量（冷却强度）铸坯尺寸的大小以及冷却水流速有关，结晶器水缝面积可用下式计算：

F=QkS×106/（3600V） （mm2） （3.2） 式中：Qk：单位水流量m3/n·m，经验值取100-500m3/n·m；取100m3/n·m。 S：结晶器周边长度，4×120×103m； V：冷却水流速，取6-10m/s，实际取8m/s； 即结晶器水缝面积为：

F+QkS×106/（3600v）=1.67×103mm3

3.5 结晶器的冷却系统

为使结晶器壁有较高的导热系数，在铜壁与冷却水之间不能产生水垢 和沉淀物。由于结晶器的热负荷很高，接触结晶器壁的冷却水有时会达到汽化的温度。为了防止出现水垢，水必须经过软化处理或脱盐处理[9]。

结晶器内冷却水的流量，一般按断面周长长度每毫米2-2.5每毫米计算。经过净化及软处理的水一般都是循环使用。采用封闭式供水系统。充分利用回水系压有利于节能。

3.5.1 结晶器的倒锥度

钢水在结晶器内凝固是因坯壳收缩形成气隙，通常是将结晶器作成倒锥度，后者定义为：

△ =（S上—S下）/S上×L （3.3） 式中： △：结晶器的倒锥度 %/m；

S上，S下：结晶器的上边口，下边口长； L：结晶器长度。

倒锥度取值不能太小，也不能太大。过小则作用不大，过大则增大了拉坯阻力，甚至卡钢而不能出坯[9]。高碳钢的收缩量大，所以须用较大的倒锥度[7]。高速拉坯时，应采用较小的倒锥度。在此设计中，倒锥度可取0.96%/m，为了不致产生太大的拉坯阻力。实际的倒锥度略小于上述值，约为0.4-0.8%/m。

3.5.2 结晶器冷却水量的计算

单位时间内通过结晶器冷却水缝（水槽）的水量对结晶器钢水热量传递和坯壳凝固有重要的参数影响。结晶器冷切水量计算方法有：

结晶器热平衡法

假定结晶器钢水热量全部由冷却水带走，则结晶器钢水凝固放出的热量与冷却水带走的相等，即：

Q=W×C×△Q （3.4）

则 W=Q/（△Q）

式中： Q：结晶器内的钢水凝固放出热量，2218kj/min； W：结晶器全部水量，L/min； C：水的比热容，4.2kj/kg×℃；

△Q：结晶器进出水量温度差6℃

即 W=Q/（△Q）=2468L/min

（1） 从保证水缝内冷却水流速>6m/s来求结晶器水量得：

W1：36×S×V/10000（m3/h） （3.5）

式中： S：水缝面积，1.67×103mm2； W1：冷却水量，m3/h；

V：冷却水流速，8m/s。

即； W=Q/（△Q）=2468L/min=48.1m3/h=801L/min。

3.6 结晶器的重要参数

针对小方坯连铸机，结晶器设计为弧形结晶器，因为拉坯速度较高，结晶器的长度定为900毫米。结晶器的材质查阅有关资料后，我们考虑到结晶器的热疲劳寿命，决定采用铜铬合金（含Gr0.5-0.9）。

3.6.1 结晶器的构造

结晶器的结构如图所示，其内管为冷拔异性无缝钢管。外面套有刚制外壳，钢管与铜套之间有约7毫米的缝隙通以冷却水，即冷却水缝。钢管与铜套制成弧形。铜管的上口通过法兰用螺钉固定在钢制外壳上。如图4-4所示，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，防止漏水。结晶器外套是圆桶形的。外套中部有底脚板，将结晶器固定在振动框加上。

结晶器铜板壁厚为10-15毫米磨损后可加工修复。但最薄不能小于3-6毫米。考虑到铸坯的热胀冷缩，在铜壁的角度应有一定的圆角过滤。

3.6.2 结晶器的断面尺寸

冷态铸坯的断面尺寸称为公称尺寸，结晶器的断面尺寸应根据公称尺寸（120×120mm）来定。结晶器的内腔断面尺寸比铸坯尺寸略大些。

通常是根据经验公式来确定结晶器断面尺寸。我们考虑以下公式，确定了方坯结晶器内腔尺寸厚度和宽度尺寸：

Df=（1+2.5%）Do=（1+2.5%）×120=123 （3.6） Bf=（1+2.5%）Bo=（1+2.5%）×120=123 （3.7） 管式结晶器内腔应有合适的圆角半径。铸坯断面120*120mm2，参考有关公式，圆角半径为8毫米。

3.6.3 结晶器长度

确定结晶器长度的主要依据是出结晶器下口时的坯壳厚度。若坯壳过薄。铸坯就会出现鼓肚现象，甚至拉漏。对于120×120mm方坯而言，出结晶器时铸坯坯壳厚度为8-10mm，根据现在大多数钢厂铸机的新倾向。结晶器长度确定为900mm。目的是与高速拉相配合。理论计算标明，结晶器热量的50%是上部导出

的结晶器下部只是起支撑作用，因而过长的结晶器无益于坯壳的增厚，所以没有必要选用过长的结晶器。结晶器长度因而决定用900mm。

3.6.4 水缝面积

结晶器水缝总面积通常根据下式计算：

Q结=360FV/1000 （3.8） 则 F=10000Q结/36V

式中 Q:结晶器的耗水量，3m/h； F:水缝总面积，2mm； V:水缝内冷却水的流速，m/s。

方坯结晶器水流速确定为6m/s。结晶器冷却水量也是根据经验，按结晶器周边长度计算。对于本次设计的小方坯连铸机结晶器而言，周边供水量约为2.0-3.0L/min·mm。冷却水进水压力为0.39-0.9Mpa，结晶器进出水温度为3-8度。

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