连铸方坯二冷冷却的优化及改进

1、连铸方坯二冷冷却的优化及改进摘要：本文介绍了新疆伊犁钢铁有限责任公司炼钢厂小方坯连铸优化二次冷却 制度过程，并根据实践结果对二冷配水量控制等方面进行了分析，并对二次冷却配 水参数进行了优化以及调整，使铸坯质量得到明显提高。关键词：二次冷却的重要性；存在问题；优化过程一 、八1.刖言连铸机的二次冷却系统起着对铸坯进行连续冷却，使其逐渐完全凝固的作用。在连铸生 产中，二次冷却系统对铸坯的表面质量、坯壳厚度均匀形成、矫直效果等都有至关重要的影 响，因此连铸二冷技术对连铸生产过程顺行、产品质量和生产效率均有重要影响。随着连铸 技术的高速发展，以及市场对铸坯质量要求的不断提高，尤其是对内部质量提出了更高

2、的标 准，二次冷却问题受到越来越多的重视。2存在问题在生产过程中，由于二次冷却制度不当，出现的铸坯缺陷有：1在二冷区各段之间冷却不均匀，铸坯表面温度呈现周期性的回升。回温引起坯壳膨胀， 当施加到凝固前沿的张应力超过钢的高温允许强度和临界应变时，铸坯表面和中心之间就会 出现中间裂纹，从而导致铸坯出现内部质量问题。2二冷区铸坯四个面的非对称性冷却，造成某两个面比另外两个面冷却得更快，铸坯收 缩时在冷面产生沿对角线的压力，加重铸坯扭转，产生菱变，从而导致铸坯脱方加剧，制约 了连铸的产量及钢坯质量。3二次冷却太弱，铸坯表面温度过高，钢的高温强度较低，钢水在静压力作用下，凝固 壳就会发生蠕变而产生鼓肚。

3、3原因分析及解决措施3.1二冷配水原则连铸机的生产率与铸坯质量在很大程度上取决于二次冷却。为保证铸坯质量和产量，基 于这两个方面的考虑，二次冷却都应遵循以下几个原则1：1上强下弱。铸坯出结晶器后，在二冷上段坯壳薄、热阻小、坯壳收缩产生的应力亦小， 这些条件有利于强冷以增加坯壳厚度，减少漏钢事故。随着铸坯不断地向二冷下段运动，坯 壳逐渐加厚，热阻增大，为避免铸坯表面因应力过大而产生裂纹，要逐渐减小冷却强度。采 用上强下弱的冷却制度，控制铸坯的液芯长度在连铸机的冶金长度内，才能避免带液相矫直 而产生内裂纹。2最大液芯长度准则。从铸坯质量的要求和安全因素考虑，应限制铸坯液芯长度。当需 要增加铸机产量

4、提高拉速而采用液芯矫直时，液芯长度也必须小于铸机切割点长度。3表面温度最大冷却速率和回热速率准则。因避免铸坯从一区到另一区时表面温度过大 的回升和大幅度下降，一般要求沿铸坯长度方向冷却速率不超过200C/m，温度回升速率不 超过 100C/m。4二冷区铸坯表面的最大温度或最小温度准则。对于方坯，如果角部区冷却过大，则出 二冷区后角部温度回升大于表面中部，从而形成裂纹和菱变缺陷。5矫直点最小（或最大）表面温度准则。矫直时铸坯表面温度应避开钢种脆性温度区。3.2二次冷却对铸坯的影响1伊钢二冷设备连铸机二冷分为I段、口段、皿段、IV段，其中I段采用全水冷却。口段、皿段、IV段 均采用气-水冷却。喷嘴

5、型号为：I段采用3/8PZ7560QZ2型号，共16个。口段采用HPZ2.0-60QZ6型号，共40个（上下10排）皿段采用HPZ1.8-60QZ6型号，共20个（上下5排）V段采用HPZ1.5-60QZ6型号，共20个（上下5排）连铸机选用的配水法为自动配水法。所谓自动配水法就是连铸机的PLC根据二冷区的各 段水量和拉速的正比例关系进行自动控制，按照已经设定好的拉速与二冷各段水量的关系通 过PLC自动实现。2二冷配水对铸坯的影响（1）二冷水配比对铸坯的影响伊钢1#连铸机二冷采用的是四段式冷却，按照初期设定配水制度计算，其足辊段、一段、 二段、三段的冷却强度（水流密度）足辊的冷却强度是二冷一段

6、的4.2倍，一段是二段的1.5倍，二段是三段的1.5倍.从以 上数据看，二冷配水符合上强下弱的原则，但是足辊水的冷却强度过大，一段、二段、三段 冷却强度过小，且二段、三段冷却强度差别较小。在铸坯运行过程中，由于水雾的影响，红 外线测温仪（Raynger 3i Plus）难以准确的测量铸坯温度，但是运行过程中可以明显看出，铸 坯在足辊区颜色较暗，进入与一段后铸坯颜色逐渐变红变亮。至此可以说明铸坯在足辊区的 冷却强度过大，二冷一段冷却强度相对较小，铸坯表面温度在一段回温较大而产生热应力， 导致铸坯出现中间裂纹。铸坯到拉矫机矫直前表面温度为1010C-1055C之间。观察连铸坯样，裂纹在铸坯断面的大

7、部分位置位于距表面26mm以上，裂纹在二冷一段 出现。（2）二冷水量对铸坯的影响在连铸坯的缺陷中，二冷水量的大小对铸坯的裂纹有直接的影响。不同钢种的差异性主 要体现在裂纹的敏感性上。一般来讲，高温下铸坯的塑性和强度变化主要分为两个脆化区。 其中700C-900C的脆化区是发生y相向a相转化的过程。当铸坯处于这个温度区间内时， 处于裂纹敏感区，应当避免进行弯曲以及矫直。铸坯的二次冷却在出结晶器后表面温度逐渐 降低，进拉矫机前应保持在900C以上。二冷水量的分布应符合其高温脆性曲线，防止裂纹 的产生。900C以上，随着温度不断升高，钢的高温塑性不断升高，至1300C后呈明显下降的趋（3）二次冷却不

8、均匀对铸坯的影响伊钢连铸机设计的断面有150*150mm、200*240mm。二次冷却装置的二冷喷淋段分两 段控制，喷淋段集管采用插装式结构。二冷一段的分水环和喷淋管固定架位置是固定的，喷 淋管上端与分水环相连接（由固定销控制），下端为悬空状态，未与挡渣板相连。使用一段 时间后，下端因没有支撑位置发生跑偏，喷嘴距离铸坯距离发生变化根据以上情况分析，铸坯在一段冷却时四个面呈非对称性冷却，二次冷却也是不均匀， 这就增大了铸坯脱方的几率，同时加剧了铸坯出现裂纹的可能性。3.3解决方法1优化二冷水配比HPB300保持HPB300温度拉速制度不变，降低比水量，由1.36L/Kg逐渐降至1.01L/Kg，

9、 各段水量随比例降低；降低足辊段水量比例，加强二冷二段、三段水量比例。足辊段水量降幅较大（降低幅度为17.7%），一段降幅较小（降幅为11.1%）。优化比 例后，足辊的冷却强度（水流密度）是二冷一段的3.9倍，一段是二段的1.4倍，二段是三 段的1.3倍，满足了二冷水量沿着铸机高度方向从上到下的基本原则，各段水量配比更加合 理。对铸坯进拉矫机矫直前的表面温度进行了测量，其表面温度范围在1032C-1091C之间， 较优化之前提高22C-36C，铸坯裂纹明显改善。随着铸坯表面温度的升高，钢的高温塑性 得到升高，降低了铸坯的裂纹敏感性。2改造二冷喷淋管（1）经过以上分析以及现场跟踪，足辊区喷淋区冷却强度降低后，铸坯角部冷却较弱， 回温明显，在足辊区上端喷淋管加装4个角喷，降低铸坯出结晶器后的角部回温。（2）对二冷一段喷淋管进行了改造，在下端增加固定装置，使喷淋管从上到下保持到 铸坯表面距离的均匀性，保证铸坯冷却的均匀性，降低因喷淋不对称对铸坯质量的造成的影 响。3.4取得的成效完成以上整改措施后，在后续一年的生产中，高拉速期间的脱方废品率由原先的0.052% 降低至0.024%左右；中间裂纹由原先的14%降低至4%左右，裂纹级别由原来的2.0级降至 1.0 级。4结语优化二冷铸机喷淋结构和配水工艺，从