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配水计算

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2024年5月26日发(作者:惠语芹)

方(矩)坯连铸机二冷配水的优化计算

发表日期:2007-9-21 阅读次数:274

摘要:介绍了华西方坯和矩坯连铸机的二冷配水在生产实践中遇到的问题及优化原则,通过对二

冷影响因素的分析和优化计算,确定了较合理的工艺参数,并取得了显著效果。

1 前言

华西钢铁厂两台连铸机均采用上重矿的设备,6米弧、塞棒控流、渐近矫直;l机主要生产150×

150mm方坯供给高线厂,而24机主要生产165×180、225、280mm矩坯供给冷、热带和扁钢厂。

投产后,所生产的钢种分为4组:低碳钢、中高碳钢、低合金钢和电工钢,二冷配水套用上重矿

提供的l~5号曲线:随着生产节奏的变化,加上新品种钢的不断开发,原二冷配水曲线已无法

满足要求,需要对原有的二冷水表进行优化,并开发出新的连铸二冷水表,以满足新品种钢开发

的需要和现有钢种质量提高的要求。

2 二次冷却的基本计算

2.1 二冷水量的计算

二冷水量的计算公式如下:Q=f·a·b·ρ·Vg,式中Q一二冷总水量,L/min;f一比水量,

L/Kg;a·b一铸坯的断面,m;ρ一钢水密度,Kg/m;Vg一拉坯速度,m/min。

为避免铸坯在700~900℃的裂纹敏感区矫直,一般连铸机都选择软冷,坯温以控制在

1000±50℃为宜。二次冷却方式确定后,二冷水量Q(或比水量f)的大小主要根据各钢种在矫直

前凝固到1000±50℃时释放出的热量大小来确定,故影响二冷水量大小的因素主要有:钢水的温

度(液相线温度+过热度)、拉速和凝固潜热等。

2.2 二冷水量的三段分配

当铸坯刚从结晶器中拉出的时候,坯壳较薄,热阻小,散热快,且内部有大量的热量,必须

加大水量实现强冷以增加坯壳的厚度;随着坯壳的不断下移冷却,坯壳厚度增加,热阻增大,从

铸坯表面需带走的热量减少,应相应减少水量;也就是说,二冷水量与坯壳的厚度成反比①。

根据凝固定律:坯壳厚度e=k(t)1/2=k(Hi/V)l/2,其中k一凝固系数,t一时间,Hi一到结

晶器的距离,V一拉速。在拉速一定的情况下,坯壳厚度与该处到结晶器的距离的平方根成正比

②;所以由①和②最终可以得出二冷各段水量与该段到结晶器距离的平方根成反比,用公式可表

示如下:

Q1:Q2:…Q4=(1/H11/2):(1/H21/2):…(1/H41/2)

Hi=πR·(A0+A1+A2+…Ai,2)/180

23

22

#

2.3 二冷强度的表示方法

在二冷方式既定的情况下,二冷强度通常可以用单位面积铸坯表面在单位时间内收到的冷却

水量来表示,即:二冷强度F=二冷水量Q/表面积S=f·a·b·ρ·Vg/[2(a+b)·L],式中L一指

二冷室内弧形段长度。

3 二次冷却的优化原则

3.1 合理的冷却强度

铸坯凝固的动力在于内部与表面的温度差。在铸坯内部,固一液界面的温度大致是不变的,

因此降低铸坯表面温度可提高凝固前沿推进速度,加快凝固,缩短液芯。但冷却强度是有限度的,

因为铸坯中心热量的放出速度决定于凝固坯壳的热阻,当二冷强度正好满足铸坯热量放出最大速

度时,继续增加二冷强度只会造成坯壳表面温度骤降,增大铸坯内外的温度梯度,较大的温度梯

度会造成热应力过大,易于超过坯壳的高温强度而导致裂纹。

相反如果二次冷却强度不够,由坯壳内部传递到铸坯表面的热量无法被带走,铸坯表面温度

回升,容易出现鼓肚、裂纹和漏钢等事故。故必须寻找一个最佳的冷却强度。

3.2 保证合理的冷却程度

冷却程度即钢水从浇注温度被冷却到矫直温度(目标:1000±50℃)下的冷却量,故冷却程度

=TL—TJ=冷却速度×时间,其中冷却速度:(TL—TJ)/△t,TL一指钢水浇注温度,TJ一矫直温

度;只要二冷强度小于铸坯热量放出的最大速度,铸坯冷却速度就会与二冷强度成正比,因此可

得:二冷程度=导热系数×二冷强度×时间=λ×F×(L/Vg)=λ·f·[ab/2(a+b)]·ρ,式中的导

热系数入与坯壳热阻和冷却方式等有关。

3.3 目标表面温度控制

目标表面温度控制是一种很好的既能保证合理的冷却程度,又能避免局部冷却强度不合理的

方法。对于方(矩)坯来说,铸坯在从上到下的冷却运行过程中表面温度的变化存在如图2所示的

规律,二冷配水时首先要根据钢种凝固特性和冶金准则的不同确定铸坯在二冷各区的表面目标温

度,然后尽量的使铸坯表面实际温度与表面目标温度接近,以避免铸坯出现各种缺陷;具体地讲,

要避免由于三段分配不均、喷淋管不对中、喷嘴堵塞等原因造成的局部铸坯表面温降过剧使热应

力陡增或局部铸坯表面较快回温膨胀而引起裂纹。一般铸坯纵向温差要控制在150℃/m以下,横

向控制在100℃/m以下。

4 影响二次冷却计算的因素

4.1 钢水温度对二冷比水量的影响

钢水温度=液相线温度+过热度,各钢种由于本身液相线温度的不同,加之为满足流动性而设

定的过热度不同,所以各钢种的钢水温度也各不相同,相差很大,同样冷却到1000±50℃的情况

下需冷却的程度不同;故根据二冷程度=λ·f·[ab/2(a+b)]·ρ,钢水温度高的钢种二冷比水

量必须要大。

4.2 断面大小对二冷比水量的影响

事实上铸坯进拉矫机前的冷却包含了一冷、二冷和空冷三个过程,它们之间的关系见表1,因

空冷散热的比例小,且不同断面空冷散热量相差不大,故计算时可按照一冷:二冷=4:6的比例

计算。

表1 方坯连铸各冷却区的相互关系

冷却区

冷却比例

一冷

40%

二冷

55%

空冷

5%

一次冷却程度的大小可表示如下:一冷程度=导热系数×比表面积×温度梯度×水流量×时间

=λ·[2(a+b)/ρab]·△T·Q·(L/V),△T一钢水与冷却水的温差,L一指铜管长度,λ一导热

系数,与坯壳热阻和铜管锥度等有关。

连铸机的断面不管大小,同一钢种进拉矫机前的铸坯冷却程度必须相同,以165×180和

165×280两个断面为例,为保证冷却程度相同,有两种方式:

1)一冷程度280=一冷程度180,二冷程度280=二冷程度180;则:结晶器流量Q280/Q180=0.78,

二冷比水量f280/f180=0.83。

2024年5月26日发(作者:惠语芹)

方(矩)坯连铸机二冷配水的优化计算

发表日期:2007-9-21 阅读次数:274

摘要:介绍了华西方坯和矩坯连铸机的二冷配水在生产实践中遇到的问题及优化原则,通过对二

冷影响因素的分析和优化计算,确定了较合理的工艺参数,并取得了显著效果。

1 前言

华西钢铁厂两台连铸机均采用上重矿的设备,6米弧、塞棒控流、渐近矫直;l机主要生产150×

150mm方坯供给高线厂,而24机主要生产165×180、225、280mm矩坯供给冷、热带和扁钢厂。

投产后,所生产的钢种分为4组:低碳钢、中高碳钢、低合金钢和电工钢,二冷配水套用上重矿

提供的l~5号曲线:随着生产节奏的变化,加上新品种钢的不断开发,原二冷配水曲线已无法

满足要求,需要对原有的二冷水表进行优化,并开发出新的连铸二冷水表,以满足新品种钢开发

的需要和现有钢种质量提高的要求。

2 二次冷却的基本计算

2.1 二冷水量的计算

二冷水量的计算公式如下:Q=f·a·b·ρ·Vg,式中Q一二冷总水量,L/min;f一比水量,

L/Kg;a·b一铸坯的断面,m;ρ一钢水密度,Kg/m;Vg一拉坯速度,m/min。

为避免铸坯在700~900℃的裂纹敏感区矫直,一般连铸机都选择软冷,坯温以控制在

1000±50℃为宜。二次冷却方式确定后,二冷水量Q(或比水量f)的大小主要根据各钢种在矫直

前凝固到1000±50℃时释放出的热量大小来确定,故影响二冷水量大小的因素主要有:钢水的温

度(液相线温度+过热度)、拉速和凝固潜热等。

2.2 二冷水量的三段分配

当铸坯刚从结晶器中拉出的时候,坯壳较薄,热阻小,散热快,且内部有大量的热量,必须

加大水量实现强冷以增加坯壳的厚度;随着坯壳的不断下移冷却,坯壳厚度增加,热阻增大,从

铸坯表面需带走的热量减少,应相应减少水量;也就是说,二冷水量与坯壳的厚度成反比①。

根据凝固定律:坯壳厚度e=k(t)1/2=k(Hi/V)l/2,其中k一凝固系数,t一时间,Hi一到结

晶器的距离,V一拉速。在拉速一定的情况下,坯壳厚度与该处到结晶器的距离的平方根成正比

②;所以由①和②最终可以得出二冷各段水量与该段到结晶器距离的平方根成反比,用公式可表

示如下:

Q1:Q2:…Q4=(1/H11/2):(1/H21/2):…(1/H41/2)

Hi=πR·(A0+A1+A2+…Ai,2)/180

23

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#

2.3 二冷强度的表示方法

在二冷方式既定的情况下,二冷强度通常可以用单位面积铸坯表面在单位时间内收到的冷却

水量来表示,即:二冷强度F=二冷水量Q/表面积S=f·a·b·ρ·Vg/[2(a+b)·L],式中L一指

二冷室内弧形段长度。

3 二次冷却的优化原则

3.1 合理的冷却强度

铸坯凝固的动力在于内部与表面的温度差。在铸坯内部,固一液界面的温度大致是不变的,

因此降低铸坯表面温度可提高凝固前沿推进速度,加快凝固,缩短液芯。但冷却强度是有限度的,

因为铸坯中心热量的放出速度决定于凝固坯壳的热阻,当二冷强度正好满足铸坯热量放出最大速

度时,继续增加二冷强度只会造成坯壳表面温度骤降,增大铸坯内外的温度梯度,较大的温度梯

度会造成热应力过大,易于超过坯壳的高温强度而导致裂纹。

相反如果二次冷却强度不够,由坯壳内部传递到铸坯表面的热量无法被带走,铸坯表面温度

回升,容易出现鼓肚、裂纹和漏钢等事故。故必须寻找一个最佳的冷却强度。

3.2 保证合理的冷却程度

冷却程度即钢水从浇注温度被冷却到矫直温度(目标:1000±50℃)下的冷却量,故冷却程度

=TL—TJ=冷却速度×时间,其中冷却速度:(TL—TJ)/△t,TL一指钢水浇注温度,TJ一矫直温

度;只要二冷强度小于铸坯热量放出的最大速度,铸坯冷却速度就会与二冷强度成正比,因此可

得:二冷程度=导热系数×二冷强度×时间=λ×F×(L/Vg)=λ·f·[ab/2(a+b)]·ρ,式中的导

热系数入与坯壳热阻和冷却方式等有关。

3.3 目标表面温度控制

目标表面温度控制是一种很好的既能保证合理的冷却程度,又能避免局部冷却强度不合理的

方法。对于方(矩)坯来说,铸坯在从上到下的冷却运行过程中表面温度的变化存在如图2所示的

规律,二冷配水时首先要根据钢种凝固特性和冶金准则的不同确定铸坯在二冷各区的表面目标温

度,然后尽量的使铸坯表面实际温度与表面目标温度接近,以避免铸坯出现各种缺陷;具体地讲,

要避免由于三段分配不均、喷淋管不对中、喷嘴堵塞等原因造成的局部铸坯表面温降过剧使热应

力陡增或局部铸坯表面较快回温膨胀而引起裂纹。一般铸坯纵向温差要控制在150℃/m以下,横

向控制在100℃/m以下。

4 影响二次冷却计算的因素

4.1 钢水温度对二冷比水量的影响

钢水温度=液相线温度+过热度,各钢种由于本身液相线温度的不同,加之为满足流动性而设

定的过热度不同,所以各钢种的钢水温度也各不相同,相差很大,同样冷却到1000±50℃的情况

下需冷却的程度不同;故根据二冷程度=λ·f·[ab/2(a+b)]·ρ,钢水温度高的钢种二冷比水

量必须要大。

4.2 断面大小对二冷比水量的影响

事实上铸坯进拉矫机前的冷却包含了一冷、二冷和空冷三个过程,它们之间的关系见表1,因

空冷散热的比例小,且不同断面空冷散热量相差不大,故计算时可按照一冷:二冷=4:6的比例

计算。

表1 方坯连铸各冷却区的相互关系

冷却区

冷却比例

一冷

40%

二冷

55%

空冷

5%

一次冷却程度的大小可表示如下:一冷程度=导热系数×比表面积×温度梯度×水流量×时间

=λ·[2(a+b)/ρab]·△T·Q·(L/V),△T一钢水与冷却水的温差,L一指铜管长度,λ一导热

系数,与坯壳热阻和铜管锥度等有关。

连铸机的断面不管大小,同一钢种进拉矫机前的铸坯冷却程度必须相同,以165×180和

165×280两个断面为例,为保证冷却程度相同,有两种方式:

1)一冷程度280=一冷程度180,二冷程度280=二冷程度180;则:结晶器流量Q280/Q180=0.78,

二冷比水量f280/f180=0.83。

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