[科普中國(guó)]-連鑄二次冷卻

應(yīng)用與發(fā)展

近年來(lái)，我國(guó)連鑄技術(shù)取得了很大進(jìn)展。2003年上半年統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)大中型鋼鐵企業(yè)(占全國(guó)產(chǎn)鋼量85%以上)連鑄比為96. 36%，超過(guò)國(guó)外89. 70%的平均水平。其中，特殊鋼、合金鋼連鑄比也有一定的提高。為了提高連鑄機(jī)作業(yè)率并改善鑄坯質(zhì)量，各鋼廠都在不斷改進(jìn)連鑄技術(shù)。而鑄機(jī)的高作業(yè)率和鑄坯的高質(zhì)量都與鋼水的凝固過(guò)程密切相關(guān)，連鑄二次冷卻就是對(duì)出結(jié)晶器的鑄坯繼續(xù)進(jìn)行強(qiáng)化冷卻。通過(guò)改善二次冷卻制度，優(yōu)化二次冷卻配水，可實(shí)現(xiàn)鑄坯的冷卻均勻。因此，優(yōu)化二次冷卻是高效連鑄技術(shù)的一項(xiàng)重要措施，而連鑄高效化已經(jīng)成為推動(dòng)我國(guó)鋼鐵工業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要技術(shù)。當(dāng)前，在連鑄坯產(chǎn)量很高的情況下，不斷提高鑄坯質(zhì)量和改進(jìn)品種結(jié)構(gòu)已是眾多鋼廠所面臨的迫切任務(wù)，特別是汽車(chē)及機(jī)械制造用特殊鋼的連鑄二次冷卻技術(shù)尚有待進(jìn)行深入、細(xì)致的研究。2

作用與要求二次冷卻的作用是對(duì)鑄坯表面進(jìn)行強(qiáng)制、均勻冷卻，使鑄坯在較短時(shí)間內(nèi)凝固。二冷區(qū)必須保證鑄坯無(wú)表面、內(nèi)部裂紋、無(wú)中心偏析且澆注時(shí)漏鋼率最小。

為保證二冷區(qū)作用的實(shí)現(xiàn)，對(duì)其裝置的具體要求是：(1)總體結(jié)構(gòu)和支承導(dǎo)向部件剛性好、強(qiáng)度大;(2)對(duì)弧簡(jiǎn)便準(zhǔn)確，易于安裝、檢修和事故處理;(3)冷卻系統(tǒng)具有足夠的冷卻強(qiáng)度和均勻性，并可適當(dāng)調(diào)節(jié)。

傳熱方式有鑄坯表面向空氣的輻射熱，由鑄坯溫度高低而定;空氣和鑄坯表面間的對(duì)流傳熱，此值小可忽略;夾輥和鑄坯表面的傳導(dǎo)傳熱;水滴打在鑄坯上水蒸發(fā)直接散熱;水滴沾到鑄坯表面被加熱等5種。

其中噴霧水滴直射鑄坯表面，帶走的熱量占二冷區(qū)總散熱量的40%。水滴與鑄坯表面間的傳熱是一復(fù)雜的傳熱過(guò)程，它受?chē)娝畯?qiáng)度、鑄坯表面溫度、氧化鐵皮厚度、冷卻水溫度和水滴運(yùn)動(dòng)速度等各種因素影響。其中噴水強(qiáng)度則與噴嘴類(lèi)型、噴射距離、水壓、水溫密切相關(guān)。

冷卻方式有水噴霧冷卻、氣—水噴霧冷卻或干式冷卻(不噴水或噴少量水)。通常噴水冷卻水壓力約0.3～0.6MPa，一般通過(guò)噴嘴將水霧化成細(xì)滴，以很高的速度打到鑄坯上。采用哪種冷卻方式要考慮鑄坯斷面尺寸、拉速、鋼種、矯直溫度、鑄機(jī)型式以及是否熱送直接軋制等條件來(lái)決定。3

噴嘴有壓力型、氣—水型兩種，材質(zhì)系銅。壓力噴嘴常用的有扁、螺旋、圓錐、薄片等多種;氣—水噴嘴是利用壓縮空氣將水霧化，使鑄坯冷卻更加均勻且節(jié)水的一種高效冷卻噴嘴。由于從結(jié)晶器出口處拉出的鑄坯進(jìn)入二冷上段時(shí)，內(nèi)部尚未完全凝固，坯殼薄、熱阻小，坯殼凝固收縮產(chǎn)生的應(yīng)力也小，可施以強(qiáng)冷卻。隨著坯殼厚度增加，熱阻加大，鑄坯進(jìn)入二冷下段后，要逐漸減小冷卻強(qiáng)度。

為避免鑄坯表面局部的劇烈降溫而出現(xiàn)裂紋，在二冷區(qū)要求鑄坯表面縱向和橫向得到均勻冷卻，冷卻速度小于200℃/m，坯表面溫度回升小于100℃/m。為避開(kāi)700～900℃的鑄坯脆性溫度區(qū)，應(yīng)控制鑄坯冷卻至900℃以上進(jìn)行矯直。同時(shí)必須適應(yīng)不同鋼種的特性來(lái)確定冷卻強(qiáng)度，比如是裂紋敏感性強(qiáng)的鋼種，要弱冷。

程序設(shè)計(jì)及控制首先按工藝要求提出理想的冷卻曲線，利用傳熱數(shù)學(xué)模型，確定二冷各段傳熱系數(shù)分布，再根據(jù)傳熱系數(shù)和水流密度計(jì)算各段冷卻水量的分配、二冷區(qū)長(zhǎng)度、比水量及總水量。

最后選取噴嘴形式、水壓和噴嘴布置方式。二次冷卻水的控制方法有儀表控制和計(jì)算機(jī)控制兩類(lèi)。前者是通過(guò)儀表控制二冷水量，適用于較低檔次的鑄坯品種和尺寸單一的連鑄機(jī);而后者是根據(jù)二冷鑄坯實(shí)際溫度來(lái)改變二冷水量的自動(dòng)控制方法，通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)有效調(diào)控二冷水量，即使操作不穩(wěn)定，也能獲得較為穩(wěn)定的鑄坯質(zhì)量，從而提高連鑄機(jī)的生產(chǎn)率。1