结晶器冷却水量控制

1、收稿日期:2010-04-22;修订日期:2010-04-29作者简介:胡贤军(1981-,男,上海亚新连铸工程技术公司工程师。结晶器冷却水量控制胡贤军,朱学斌,唐杰民(上海亚新连铸工程技术公司,上海 200042摘 要:连铸机高端用户的产品种类繁多,铸坯断面和钢水成分变化也随之多样,为达到工艺要求的结晶器冷却效果,铜管冷却水流量需根据铸坯的规格、钢种以及拉速来进行相应的调整并控制水缝流速。气动薄膜阀自动控制模式的应用可以达到精确的水量控制的要求。关键词:结晶器;冷却水;流量;传热中图分类号:T F341 6 文献标识码:A 文章编号:1001-196X (2010S1-0305-03Cont

2、rol over a m ount of m ould cooling waterHU X ian jun ,Z HU Xue bin ,TANG Jie m in(Y ax i n Conti nuous Caster Eng i nee ri ng &T echno l ogy Co .,L td .,Shangha i 200042,Ch i naAb strac t :T he re is a w i de range o f h i gh end products ,and casti ng frac t ure and mo lten stee l co m pos iti

3、on var if yaccordi ng l y .T o ach ieve the c rysta llize r coo ling e ffect requ ired by t he process ,coolant flo w i n t he copper t ub i ng needs to be ad j usted accordi ng to casting specificati ons ,g rade o f stee l and casti ng speed .A s w el,l the fl ow rate from w ate r slot shoul d be c

4、ontro lled .The plan t data sho w s tha t the system can ach i eve accurate wa ter vo l u m e contro.l K ey words :m ou l d ;coo li ng wa ter ;w ater flow ;heat transfer1 前言一冷过程是指钢水进入到结晶器内,与铜管壁接触后,产生初生坯壳和钢水温度降低的过程。钢水温度和铜管壁温形成了约1300 以上的温差,横向传热的驱动力巨大,钢水温度降低的热量必须由铜管冷却水带走,才能保持铜管厚度上的温度差稳定在一定的水平,且使得铜管具有足够

5、的刚度,从而构成稳定一冷传热过程。由一冷带走的热量作用较多。形成初生的坯壳并随着铸坯的下行不断增加其厚度。液态钢水转变为固态坯壳不仅带走显热能量,还要带走相变潜热能量,结晶器铜管冷却水带走的绝大部分就是这个热量。降低包围在坯壳内钢水温度。冷却保护渣。结晶器内钢水循环到钢渣界面,不断熔化保护渣产生一定厚度的液态渣层,当结晶器上下振动时,液渣下行到铜管壁与初生坯壳之间,起到润滑和传热的作用,这是保护浇铸传热的基本模式。一冷水冷却液态保护渣,使其生成非金属保护渣坯壳,这个传热过程间接起到降低钢水温度的作用。2 控制一冷水量的意义配置高的连铸机,可以高拉速生产普碳钢和建筑用材铸坯。在生产品质钢时,采用

6、合理的拉速来协调质量和产量关系,不同断面和钢种对应不同的水量。如生产150方坯普碳钢时拉速可以达到3m /m in ;生产20钢需控制拉速低于2 3m /m i n ,这样才能保证其内在质量,但对于含锰量较高的钢种,由于中间疏松和缩孔的要求,没有轻压下的铸机其拉速不宜超过2 2m /m in 。不同钢种和不同断面的铸坯要求不305 2010(S 1 重型机械同的一冷水量。2 1 不同断面要求不同的水量不同断面需要不同的一冷水量,特别是圆坯生产中截面变化较多的情况尤为如此,如亚新连铸公司设计的无锡雪丰大型连铸机的圆坯断面尺寸 230mm 330mm,共有6个规格,需要采用不同的水量来达到控制要求

7、。2 2 多流浇铸需要稳定一致的流量稳定的产品质量必须由稳定的工艺条件作为保证。为达到冶炼标准,连铸机采用多流生产布置,每流结晶器冷却水量尽可能均匀一致,实现整台铸机稳定的一冷过程。2 3 钢种的需要合金钢连铸机涉及的钢种繁多,化学成分变化大,比如生产08M n VNb钢种后可能马上就要快速对接65M n钢种,因此须及时调整水量以适应钢种的变化。低碳包晶反应严重的钢种,圆坯纵裂现象较为突出,为了稳定弯月面下部的收缩凹陷,需要降低水量,提高回水温度,从而有效的缓和铸坯激烈收缩和塌陷。碳含量高的钢种因其传热效率高,可以适当提高一冷水量。根据不同的钢种来调节水量,达到精确控制一冷过程的目的。2 4

8、工艺设计的需要根据结晶器冷媒带走的热能可大致推算出坯壳的厚度,以此来确定坯壳的临界安全厚度和铸机最高拉速。离开结晶器铜管的坯壳厚度是一冷时间的函数1,根据一冷水参数定量分析,得出现场条件下凝固系数,为正确的工艺设计提供依据。铜管外壁与不锈钢水套构成了高速水流的通道水缝,水流速率范围一般在6m/s12m/s。结晶器设计后,一冷水的流速是流量的一次函数关系,流量加大,冷却水流速增加;反之亦然。生产螺纹钢和建筑用线材盘元的150mm 方坯,拉速一般都在2 5m/m i n以上,甚至达到3 5m/m i n4m/m i n,因此必须加大流速以及时带走热量,防止铜管壁温度积累,这时流量可达140m3/h

9、以上,窄水缝内的水流速往往超过了14m/s。高拉速时通过铜管的热量增加,需要用高速的水流带走,否则回水温度上升。冷却水若处理不当,将造成铜管表面结垢,恶化传热,导致铜管变形,结晶器额外阻力增加,从而增加工艺事故的发生,甚至漏钢。图1所示为150mm方坯铜管在高拉速情 况下结垢后导致变形的情况。图1 150mm方坯铜管弯月面处结垢变形3 一冷水控制方法早期设计的连铸机一冷水量调节是通过手动阀门实现的,后来在回水管路添加了流量计。现代流体控制设备的发展,一冷大流量精确控制得以实现,在配置较高的连铸机上采用了与二冷水控制相同的控制技术,即气动薄膜阀与流量计一起构成闭环控制模式。3 1 手动阀门控制大

10、多数连铸机采用手动阀门的方式来控制一冷水量,在进水和回水管路上安装截止阀,调节回水管路阀门的大小来控制水量。这种控制方式安装简单,费用低,装备水平不高的连铸机往往采用这种形式。手动阀门的控制精度低,水流量控制误差约在10%左右,多流之间的水量参差不一,达不到工艺提出的精度要求。一冷水阀门较大,调节时有一定的劳动强度。采用人工调节和流量计结合方式,通过流量计数值来调节阀门,达到了一定的精度,但是手动阀门流量调节精度仍不理想,往往高达5%的流量差别。目前大多数连铸机都是采用手动阀门控制,控制室内计算机画面反映流量大小,适合于要求不高的用户。3 2 自动控制一冷采用气动薄膜阀控制一冷水量,达到工艺控

11、制要求。图2所示为大型连铸机一冷阀站的布置。306重型机械 2010(S1图2 大型铸机一冷自控阀站自动控制的优点可简述如下:精确控制,按照工艺要求可达到1%左右的控制精度,多流之间的误差在2%以内;缺省设定各种规格或者钢种的一冷水量,不易产生操作失误;降低职工的劳动强度;在线调节水量。只需在计算机屏幕上改动就可以及时调整水量,对摸索新的钢种创造了有利的条件。4 现场调节试验利用一冷自动控制流量的手段,方便地在计算机上面调节水量大小,观察一冷进出水温度差值,计算一冷过程带走的热量,从而得出一些有益的结论。表1是拉速不变时65M n钢种140mm!200mm 矩形坯进行的一冷水量调节实验,从表中

12、可见在一定的流量范围内,流量加大流速上升,温差下降;反之亦然。但是总体的传热量是基本不变的,说明在结晶器内生成的坯壳厚度是恒定的。正是由于一冷水量方便准确的调节,达到了工艺要求,并且为生产新的钢种制订合适的工艺参数创造了有利的条件。表1 一冷水量与传热之间关系拉速/m/m i n一冷流量/m3/h温差/带走热量/kJ/kg一冷流速/m/s1 34919 1213 567 801 34968 7215 398 231 341018 3216 198 661 341048 2219 938 921 341097 7216 449 341 34116 47 3219 139 981 341197 2220 9610 205 结论现代技术使得一冷自动控制成为可能,采用这种控制方式的铸机,受到现场好评,为稳定生产高质量铸坯创造有利条件。对装备水平要求高的合金钢连铸机