二冷技术介绍

1、连铸二次冷却技术钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心2010.4连铸二次冷却技术介绍 连铸二冷的基本原理 连铸二冷技术应用状况 连铸钢种的二冷策略 连铸机的二冷设计 二冷强度的控制方式1.二次冷却的基本原理二冷区铸坯冷却示意图1.二次冷却的基本原理二冷的主要作用 加快铸坯散热 保证浇铸正常,提高生产率 控制铸坯质量 减少铸坯氧化 保护设备1.二次冷却的基本原理二冷的基本要求相对均匀可调节性稳定性1.二次冷却的基本原理二冷喷嘴 喷嘴性能: 流量-压力特性,喷射角度,喷雾分布,喷射冲击压力,喷雾粒度 水喷嘴与气水喷嘴: 铺展与流量范围 气水喷嘴：水量-水压，气量-水压图10020030040050

2、06000.10.20.30.40.50.60.70.80.9Q-water(m3/h)P-water(KPa) P-air=300KPa P-air=200KPa P-air=100KPa P-air=01002003004005006000510152025Q-water(nm3/h)P-water(KPa) P-air=300KPa P-air=200KPa P-air=100KPaSpray angle=1051.二次冷却的基本原理 换热系数hWn 或者W h 1/nW 为 喷 水 密 度 ， n=0.450.75 q=h(T)(T-Tt)02004006008001000120014

3、0016000123456 B C D换热 系数logh(w/ m2)铸坯表 面 温 度2.连铸二冷技术应用状况 2.1 喷水冷却与气水冷却 国内一般大型板坯铸机、合金钢方坯铸机选用以气水二冷为主，部分喷水冷却的方法。如宝钢连铸机、鞍钢三炼铸机、鞍钢二炼板坯铸机、本钢板坯机、邯钢二炼板坯机、攀钢铸机、大冶、西宁、抚顺引进的合金钢方坯铸机、包钢大方坯、圆坯铸机等等均为这种二冷方式，其技术基本是进口的。武钢、昆钢等也曾与研究单位合作开发过气水二冷技术。2.2二冷水控制二冷水的线调节方法主要有:手工调节手动仪表调节仪表和计算机自动控制2.3、连铸二冷制度选择一般铸机在开浇前选定二冷基参数时，要根据钢

4、种选择预先设置的二冷制度，几台典型铸机的情况如下：宝钢铸机上预置，7种冷却方式。根据产品等级、碳含量、Mn/S等因素选用方式1，2，4，5，6，Nb-V钢选方式7，高磷高选方式3。其中方式3的冷却强度最高，比水量1.31.4L/Kg。方式6冷却绐度最低，比水量0.60.7L/Kg。超低头铸机，将钢种分为A、B、C三组，比水量分别设定为0.8、0.6和0.4L/Kg。A组为低碳钢（冲压钢，镀锡板，硅钢），B组为锅炉板、船板钢等。C组为石油管线钢、调质钢等。天津钢管公司圆坯连铸机采用两套（20号及30号）喷水表，比水量0.550.70L/Kg。2.4二冷与铸坯质量一些铸坯的缺陷与二冷有关，例如A.

5、铸坯角部的过度冷却使得局部温度低，促成AlN、TiN、NbC等在晶间析出降低塑性，铸坯矫直时在振痕等缺陷处产生裂纹。B.二冷严重不足使坯温过高刚性低，铸坯支撑不良时产生鼓肚，造成中间裂纹、中心线偏析等缺陷。C.铸坯冷却强度突然变小时，表面温度回升，表层受压凝固前沿受拉，促成中间裂纹生成。对二冷的期望与理论期望:希望它保护设备，希望它提高铸坯质量，希望它减少漏钢。理论:1.首先因为喷水冷却只铸坯在机内散热的一小部分，调节二冷对总冷却效果的作用很有限。2.提高冷却强度所需的喷水量变化很大，喷嘴和供水都有问题。3.铸坯表面温度与其冷却强度有强烈的交互作用，这种交互作用控制不当会使坯子局部温度降至25

6、0C远低于正常值。4.是一类导热较差的金属，连铸坯内部凝固组织很难靠二冷强度来改变，片面强调二冷控制凝固组织会引起其它缺陷，与此相关的方圆坯中心偏析疏松等缺陷需其它途径解决。 二冷的实际问题 生产实际中出现的与二冷有关的生产质量问题，一般不是二冷工艺设计和冷却制度本身有问题。往往是由于管路、水质引起的漏堵，设备检修、工艺操作、备件质量等未按章达标所致。这方面的问题有时很突出，应引起足够重视。 3.连铸钢种的二冷策略600800100012001400020406080100R.A.%温度 16MnR高温面缩率Danieli采用的凝固前沿允许变形量(%)宝钢（新日铁君津）采用的二冷策略 SMn中

7、弱中强中中强强中强 0.10 0.17 C%4.连铸机的二冷设计 连铸机的二冷布置设计 铸坯冷却制度设计 铸机二冷控制设计二冷制度制定程序液芯长度和温度分布图 二冷制度表举例表号: 22铸坯断面: 220X1800 mm 典型浇铸速度: Vc = 1.2 m/min1. 分配表分区坐标 m面积 m2Q l/minabcVm m/min01.011.502173-0.04461170.111.010.334-0.049230.121.554.536407-0.591402390.132.465.390387-0.741781740.444.776.3366-1.10263510.557.56.3

8、325-1.38330-690.567.55.541286-1.21290-610.5711.325.495244-1.47354-1790.65811.324.286190-1.15276-1390.65915.136.150224-1.81435-2960.851015.134.182152-1.23296-2010.851121.188.341225-2.75661-56411221.185.005135-1.65397-33811328.16.931428.14.158合计2976-15.123630-1358 比水量0.822. 控制水量: Q = a Vc2 + bVc + c l

9、/min (VcVm) Q = 0 (Vc Vm)各二冷区的喷嘴选择与布置5.二冷强度控制方式包括二冷控制基本参数(冷却制度)选定和在线调节两个主要内容。二冷自动控制（包括仪表自动和计算机控制）的铸机都在开浇前设定二冷基本参数，这需要根据铸坯断面，品种等选定。铸机浇注过程中，还需要根据拉坯速变等因素的变化对冷却强度进行在线调控。调控方式分为开环调控和闭环调控两类。 开环调控开环调控 冷却水根据浇铸速度、过热度等调节 Qi=f（S，v，T） 例如：Q3=150v+100 不将在线结果反馈:铸坯温度,凝壳等 可以由仪表、计算机或手工实现 闭环调控闭环调控 将在线结果反馈:铸坯温度,凝壳等 目标温度对比法：计算机、手工 问题：过程复杂性，实际温度测量二冷强度与凝固k=3.3R+23.3k:凝固系数,R:比水量铸坯的凝固局部凝固分数二冷的稳态控制与非稳态控制 1 稳态控制法的参数：拉速 2 稳态控制法的公式 CBvAvQ2 式中v-坯壳厚度； A,B,C-为常数； 根据钢种、冷却强度和拉速等的不同选择不同的A、B、C参数。二次冷却的稳态控制缺陷 二次冷却的非稳态控制 1 非稳态控制法的参数：时间 2 非稳态控制法的公式 Q = f(t,a,b) 式中 t-铸坯生成时间； a、b-为常数（大于零）； 根据钢种、冷却