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結晶器

結晶器是承接從中間罐注入的鋼水并使之按規定斷面形狀凝固成堅固坯殼的連續鑄鋼設備。它是連鑄機最關鍵的部件,其結構、材質和性能參數對鑄坯質量和鑄機生產能力起著決定性作用。[1]
介紹
結晶器一種槽形容器,器壁設有夾套或器內裝有蛇管,用以加熱或冷卻槽內溶液。結晶槽可用作蒸發結晶器或冷卻結晶器。為提高晶體生產強度,可在槽內增設攪拌器。結晶槽可用于連續操作或間歇操作。間歇操作得到的晶體較大,但晶體易連成晶簇,夾帶母液,影響產品純度。這種結晶器結構簡單,生產強度較低,適用于小批量產品(如化學試劑和生化試劑等)的生產。
分類
按拉坯方向上斷面內壁的線型分結晶器的型式有弧形和直形兩種;按其總體結構,不論弧形或直形均有套管式和組合式兩種。

結晶器套管式

內壁銅管、內外水套組成的冷卻水套和足輥是它的主要構件。直形或弧形的銅管外面由冷卻水套、法蘭和密封元件等組成供水、供油系統。為了保證鑄坯有規整的外形尺寸,在結晶器底部安裝了2~3組足輥,以利于提高拉速和防止鑄坯脫方。

結晶器組合式

由寬面及窄面4塊復合壁板及外框架組成。多用于板坯連鑄、大斷面方坯連鑄及異型坯連鑄。組合結晶器的每塊復合壁板又由用螺柱聯結的內壁銅板(外側面銑有冷卻水溝)和外壁鋼制水箱組成。內壁銅板和外壁間構成冷卻水縫,以通水冷卻。4塊復合壁之間用夾緊機構壓緊。為了實現結晶器在線調寬以及形成所要求的倒錐度,在結晶器的窄面壁板的上、下部分別裝有4組調整裝置。當組裝好的結晶器及外框架放到振動臺架上時,所有進、出水管自行接通。為了更好地保護結晶器的下口、防止過早過快產生大的磨損,緊挨著結晶器下口裝有足輥或保護柵板。足輥或保護柵板與結晶器一起振動。結晶器與二冷第一段(直線段或扇形段)通過振動框架直接對中,便于結晶器與二冷第一段的準確定位。二者形成一個整體,可快速吊運。
常見類型
一種晶漿循環式連續結晶器(圖1)。操作時,料液自循環管下部加入,與離開結晶室底部的晶漿混合后,由泵送往加熱室。晶漿在加熱室內升溫(通常為2~6℃),但不發生蒸發。熱晶漿進入結晶室后沸騰,使溶液達到過飽和狀態,于是部分溶質沉積在懸浮晶粒表面上,使晶體長大。作為產品的晶漿從循環管上部排出。強制循環蒸發結晶器生產能力大,但產品的粒度分布較寬。

結晶器DTB型

即導流筒-擋板蒸發結晶器,也是一種晶漿循環式結晶器(見彩圖)。器下部接有淘析柱,器內設有導流筒和筒形擋板,操作時熱飽和料液連續加到循環管下部,與循環管內夾帶有小晶體的母液混合后泵送至加熱器。加熱后的溶液在導流筒底部附近流入結晶器,并由緩慢轉動的螺旋槳沿導流筒送至液面。溶液在液面蒸發冷卻,達過飽和狀態,其中部分溶質在懸浮的顆粒表面沉積,使晶體長大。在環形擋板外圍還有一個沉降區。在沉降區內大顆粒沉降,而小顆粒則隨母液入循環管并受熱溶解。晶體于結晶器底部入淘析柱。為使結晶產品的粒度盡量均勻,將沉降區來的部分母液加到淘析柱底部,利用水力分級的作用,使小顆粒隨液流返回結晶器,而結晶產品從淘析柱下部卸出。

結晶器奧斯陸型

又稱為克里斯塔爾結晶器, 一種母液循環式連續結晶器(圖3)。操作的料液加到循 環管中,與管內循環母液混合,由泵送至加熱室。加熱后的溶液在蒸發室中蒸發并達到過飽和,經中心管進入蒸發室下方的晶體流化床(見流態化)。在晶體流化床內,溶液中過飽和的溶質沉積在懸浮顆粒表面,使晶體長大。晶體流化床對顆粒進行水力分級,大顆粒在下,而小顆粒在上,從流化床底部卸出粒度較為均勻的結晶產品。流化床中的細小顆粒隨母液流入循環管,重新加熱時溶去其中的微小晶體。若以冷卻室代替奧斯陸蒸發結晶器的加熱室并除去蒸發室等,則構成奧斯陸冷卻結晶器。這種設備的主要缺點是溶質易沉積在傳熱表面上,操作較麻煩,因而應用不廣泛。
漏鋼預報
(1)監測摩擦力進行漏鋼預報。常用的方法是在振動液壓缸上安裝測力計、在振動裝置上安裝測定器、在結晶器上安裝加速計和測力計來檢測摩擦力。因振動裝置的運行狀況對摩擦力的測量影響較大,使摩擦力的測量精度難以保證。這種方法雖簡單,但精確度不太高,而且只能預報黏結漏鋼,生產中常出現誤報。 (2)依據結晶器的熱傳遞變化進行漏鋼預報。最為簡單及直接的方法是測量結晶器冷卻水的進水溫度和出水溫度間的溫差,但這種方法常產生誤導。使用的是測量熱傳遞量來進行漏鋼預報。如運用結晶器單位時間內單位面積上的熱傳遞量進行漏鋼預報,操作者可根據單位面積上的熱傳遞量采取正確的行動,如減小拉速、增大拉速、停澆等。 (3)銅板熱電偶測量漏鋼預報。銅板熱電偶測量漏鋼預報的準確率相對較高新上的漏鋼預報系統以熱電偶漏鋼預報為主。它的工作原理是在結晶器上安裝多只熱電偶,熱電偶的溫度值傳遞到計算機系統,超過規定值則報警,并自動采取相應的措施或操作者采取相應的操作以避免漏鋼的發生。此方法具有預報黏結漏鋼、裂紋漏鋼、夾渣漏鋼、鑄坯凹陷及直觀顯示結晶器內鑄坯坯殼凝固情況的功能,其信息納入鑄坯質量預報系統。
結晶器材質
為保證結晶器有良好導熱性、足夠的抗磨損性、機械強度和硬度以延長其使用壽命,內壁材質主要使用銅基合金制造,常用的有紫銅、銅銀合金(含銀量為0.07%~0.1%)、磷脫氧銅及銅鈹合金、鉻鋯銅合金等。使用銅基合金主要目的是提高其再結晶溫度,以改善其高溫時的硬度和強度、延長內壁的使用壽命。為了進一步提高內壁的耐磨性和光滑程度減少拉坯阻力,有的還在銅壁表面加鍍層。通常為鍍鉻或鍍鎳、鎢、鐵及分三層鍍鎳、鎳磷合金及鉻。
結晶器內壁的潤滑
為防鋼水在冷凝過程中與結晶器內壁粘結,減小拉坯時的摩擦阻力,改善鑄坯表面質量、延長結晶器的使用壽命,在生產中,還要對結晶器內壁進行潤滑。潤滑是采用沸點高于結晶器內壁溫度(約200℃左右)的液體潤滑劑或保護渣,在結晶器振動的過程中,它們不斷被帶入鋼液面下的內壁上,并在鋼水或坯殼與結晶器內壁間形成一層油氣膜或熔渣膜,以潤滑內壁。
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