赵树国

（天津天铁冶金集团热轧板有限公司，河北056404）

0 引言

天铁热轧公司有2台1 650 mm板坯连铸机，主要生产规格为230 mm×900～1 650 mm的连铸板坯。其主要设施包括:大包回转台、中包罐车、结晶器、结晶器振动装置、扇形段、脱引锭装置、出坯装置。而连铸结晶器是连铸生产的关键部件，直接影响到连铸坯的生产质量和生产运行。在结晶器上有个重要连接件，它就是空心螺杆，它是用来把水箱和铜板连在一起形成密闭冷却空间，并防止铜板漏水和变形，另外与热电偶配合，提供结晶器的测量温度。

生产中发现，1号板坯连铸机由于结晶器宽边上的空心螺杆头部密封槽损坏漏水，导致安装在空心螺杆内的热电偶出现温度显示不准，多数点被屏蔽，起不到漏钢预报的作用。本文对1号板坯连铸机结晶器的结构、性能参数和工作原理进行了阐述，通过分析空心螺杆的安装结构，探讨了空心螺杆漏水的原因，提出空心螺杆结构和与宽边水箱装配的改进方案。

1 结晶器结构及工作原理

1.1 结晶器结构

1.1.1 结晶器装置组成

天铁热轧公司板坯连铸机结晶器组件主要包括：内、外弧冷却水箱与铜板的装配件，左右窄面水箱与铜板装配件，宽度调整装置，喷淋冷却系统及润滑配管，内、外弧足辊，窄面足辊等。而冷却水箱与铜板的装配件是结晶器的关键部件，主要包括：冷却水箱、铜板、喷淋架、润滑管路、螺栓连接件、密封件及温度测量系统。

1.1.2 结晶器主要参数

结构形式：整体框架、在线冷调宽；铸坯规格：230 mm×900～1 650 mm；结晶器铜板材质：Cr-Zr-Cu；结晶器铜板厚度45 mm；结晶器上口尺寸：238×1 691 mm；结晶器下口尺寸：237×1 675 mm；冷调宽和锥度调节方式：电动在线调宽（范围为850～1 750 mm）；宽边足辊辊径：Φ120 mm，2对；窄边足辊辊径：Φ110 mm，4对。

1.2 结晶器工作原理

1.2.1 结晶器主要功能

结晶器是连铸机铸坯凝固成型的核心设备。结晶器的主要功能是：通过冷却壁强制冷却连续注入的钢水，使钢液在结晶器内凝固成所需断面形状和一定厚度的坯壳，这种带液芯半凝固的铸坯从结晶器的下口连续被拉出，进入扇形段继续进行冷却凝固。因此连铸结晶器的性能和状态对连铸机的生产和铸坯的质量都有非常重要的影响。

结晶器在连铸生产中起着至关重要的作用，在钢水通过结晶器初步形成坯壳并被连续拉出的过程中，结晶器始终受着钢水的静压力、坯壳和铜板间的摩擦力以及高温钢水传热等因素的影响，在机械应力和热应力综合作用下，工作条件极为复杂。结晶器在生产过程中，能否保证铸坯的冷却和凝固效果，在机械应力和热应力的作用下不产生变形，保持高的使用寿命，这与结晶器的结构形势、材质、和工艺参数的设计是密切相关的。

1.2.2 结晶器内凝固传热

结晶器与钢液之间的传热过程包括三部分：铸坯液心与新凝固的坯壳间的传热；新凝固的坯壳与结晶器铜板间的传热；结晶器铜板与水箱冷却水之间的传热。

2 结晶器存在的问题及改进措施

2.1 结晶器存在的问题

冷却水箱与铜板的装配件是结晶器的重要的导热部件，其质量和结构直接影响到铸坯的质量。而在现实生产中，结晶器经常出现安装在宽边铜板的热电偶温度显示不准、多数点被屏蔽现象，不能起到漏钢预报的作用，存在设备和生产安全隐患，严重影响生产正常运行。经分析，电偶温度显示不准、多数点被屏蔽现象是由空心螺杆漏水所引起的。

2.2 空心螺杆漏水问题分析

2.2.1 空心螺杆结构及安装

空心螺杆是连接宽边铜板和水箱的连接件，是铜板和水箱形成密闭冷却空间、防止铜板漏水和变形的关键部件。结晶器每侧宽边水箱安装7排共21件空心螺杆，其空心腔内可安装热电偶，用于测量结晶器铜板的在线温度分布和温度值。通过对比分析温度分布和温度值，可以判断当前的坯壳和铜板的状态，可进一步判断是否会发生漏钢，从而提示操作人员采取相应的措施避免事故的发生。因此空心螺杆在结晶器使用中有着非常重要的作用。图1为空心螺杆的结构和连接方式，图2为空心螺杆和水箱的装配图。

图2 空心螺杆和水箱的装配图

2.2.2 空心螺杆结构问题分析

通过线上跟踪和线下拆解分析，发现连接宽边铜板和水箱的空心螺杆密封不严是造成螺杆内腔进水的原因。结晶器在使用中经常会发生空心螺杆头部密封槽损坏现象，造成空心螺杆漏水，水进入螺杆腔内就会造成热电偶失效或屏蔽，因此，空心螺杆安装的质量直接影响着安装于内部的热电偶的使用状况。如果在线更换新的空心螺杆，费时、费力还耽误生产；结晶器铜板下线后检查发现，空心螺杆只是头部密封槽损坏，其它完好但只能报废，由于此件材质为1Cr17Ni2不锈钢，价格较贵，因此造成不必要的浪费，同时维修成本增加。

2.3 空心螺杆的改进措施

2.3.1 热电偶及空心螺杆安装工艺的改进

针对热电偶上线后发生温度测量不准和屏蔽现象，经分析主要原因是空心螺杆头部的密封不严，造成板螺套内经常有微量的水，螺套结构如图3所示。针对空心螺杆头部的密封不严现象有以下几种解决措施：

图3 螺套结构图

（1）铜板加工时严格按图纸设计尺寸加工，保证密封面的平面度；

（2）安装时保证空心螺杆头部的密封性完好，打压试水无渗漏后再安装热电偶；

（3）打压完成后，对空心螺杆内部用压缩空气吹扫，保证空内无水滴；

（4）最后安装热电偶时涂抹密封胶保证螺纹密封面的密封性，如图4所示。

图4

2.3.2 空心螺杆头部结构的改进

对于目前已经下线的空心螺杆，经检查只是头部损坏，经过测量和研究发现，螺纹退刀尾部小径尺寸和密封槽外圆直径基本相同，造成密封槽强度减小。在安装时空心螺杆有预紧力矩要求，当拧紧时此处受力最大最易损坏，这是造成空心螺杆头部损坏的主要原因。

空心螺杆头部结构如图5所示。其结构主要由：主体空心螺杆、热电偶安装孔、拧紧螺纹、密封槽组成。图中密封槽的设计深度为1.28 mm，密封槽外圆直径为Φ16 mm，M18螺纹小径为Φ16.5 mm，与密封槽外圆直径相差0.5 mm。鉴于以上的结构和下线拆检情况，发现造成头部损坏的主要原因是螺纹尾部小径和密封槽的外圆太近，造成密封槽强度降低。鉴于此情况，决定把密封槽的外圆尺寸改为Φ15 mm，把螺纹的长度由原来的设计尺寸22 mm改为20 mm，从而使密封槽的强度加大，消除了空心螺杆头部损坏的诱因。改进后的螺杆头部结构如图6所示。

图5 空心螺杆头部结构

图6 改进后的螺杆头部结构

另外，目前已经下线的空心螺杆只是头部损坏，可以通过焊补和按改进后的图纸重新加工修复，修复后的空心螺杆可重复使用。此处要注意焊接工艺和焊条材质的匹配，并保证焊接强度。

3 结语

天铁热轧公司在1号板坯连铸机结晶器温度测量不准和屏蔽问题的解决过程中，对问题产生原因的分析是准确的，结晶器空心螺杆的优化改造措施是科学和有效的，是理论和实践相结合的结果。

生产实践证明，1号板坯连铸机结晶器宽边空心螺杆的优化改造是成功的，解决了空心螺杆存在的密封不严和头部损坏的问题，杜绝了螺杆腔内漏水问题，基本消除了结晶器因温测量不准引发的生产和安全隐患，提高了结晶器铜板的使用寿命，节约了检修和维护时间，降低了工人的劳动强度。在提高连铸机的生产效率和铸坯质量同时，降低了生产成本，取得了良好的经济效益和社会效益。