二冷技術(shù)介紹

1、連鑄二次冷卻技術(shù)鋼鐵研究總院連鑄技術(shù)國家工程研究中心2010.4連鑄二次冷卻技術(shù)介紹 連鑄二冷的基本原理 連鑄二冷技術(shù)應(yīng)用狀況 連鑄鋼種的二冷策略 連鑄機的二冷設(shè)計 二冷強度的控制方式1.二次冷卻的基本原理二冷區(qū)鑄坯冷卻示意圖1.二次冷卻的基本原理二冷的主要作用 加快鑄坯散熱 保證澆鑄正常,提高生產(chǎn)率 控制鑄坯質(zhì)量 減少鑄坯氧化 保護設(shè)備1.二次冷卻的基本原理二冷的基本要求相對均勻可調(diào)節(jié)性穩(wěn)定性1.二次冷卻的基本原理二冷噴嘴 噴嘴性能: 流量-壓力特性,噴射角度,噴霧分布,噴射沖擊壓力,噴霧粒度 水噴嘴與氣水噴嘴: 鋪展與流量范圍 氣水噴嘴：水量-水壓，氣量-水壓圖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=1051.二次冷卻的基本原理 換熱系數(shù)hWn 或者W h 1/nW 為 噴 水 密 度 ， n=0.450.75 q=h(T)(T-Tt)02004006008001000120014

3、0016000123456 B C D換熱 系數(shù)logh(w/ m2)鑄坯表 面 溫 度2.連鑄二冷技術(shù)應(yīng)用狀況 2.1 噴水冷卻與氣水冷卻 國內(nèi)一般大型板坯鑄機、合金鋼方坯鑄機選用以氣水二冷為主，部分噴水冷卻的方法。如寶鋼連鑄機、鞍鋼三煉鑄機、鞍鋼二煉板坯鑄機、本鋼板坯機、邯鋼二煉板坯機、攀鋼鑄機、大冶、西寧、撫順引進的合金鋼方坯鑄機、包鋼大方坯、圓坯鑄機等等均為這種二冷方式，其技術(shù)基本是進口的。武鋼、昆鋼等也曾與研究單位合作開發(fā)過氣水二冷技術(shù)。2.2二冷水控制二冷水的線調(diào)節(jié)方法主要有:手工調(diào)節(jié)手動儀表調(diào)節(jié)儀表和計算機自動控制2.3、連鑄二冷制度選擇一般鑄機在開澆前選定二冷基參數(shù)時，要根據(jù)鋼

4、種選擇預(yù)先設(shè)置的二冷制度，幾臺典型鑄機的情況如下：寶鋼鑄機上預(yù)置，7種冷卻方式。根據(jù)產(chǎn)品等級、碳含量、Mn/S等因素選用方式1，2，4，5，6，Nb-V鋼選方式7，高磷高選方式3。其中方式3的冷卻強度最高，比水量1.31.4L/Kg。方式6冷卻紿度最低，比水量0.60.7L/Kg。超低頭鑄機，將鋼種分為A、B、C三組，比水量分別設(shè)定為0.8、0.6和0.4L/Kg。A組為低碳鋼（沖壓鋼，鍍錫板，硅鋼），B組為鍋爐板、船板鋼等。C組為石油管線鋼、調(diào)質(zhì)鋼等。天津鋼管公司圓坯連鑄機采用兩套（20號及30號）噴水表，比水量0.550.70L/Kg。2.4二冷與鑄坯質(zhì)量一些鑄坯的缺陷與二冷有關(guān)，例如A.

5、鑄坯角部的過度冷卻使得局部溫度低，促成AlN、TiN、NbC等在晶間析出降低塑性，鑄坯矯直時在振痕等缺陷處產(chǎn)生裂紋。B.二冷嚴重不足使坯溫過高剛性低，鑄坯支撐不良時產(chǎn)生鼓肚，造成中間裂紋、中心線偏析等缺陷。C.鑄坯冷卻強度突然變小時，表面溫度回升，表層受壓凝固前沿受拉，促成中間裂紋生成。對二冷的期望與理論期望:希望它保護設(shè)備，希望它提高鑄坯質(zhì)量，希望它減少漏鋼。理論:1.首先因為噴水冷卻只鑄坯在機內(nèi)散熱的一小部分，調(diào)節(jié)二冷對總冷卻效果的作用很有限。2.提高冷卻強度所需的噴水量變化很大，噴嘴和供水都有問題。3.鑄坯表面溫度與其冷卻強度有強烈的交互作用，這種交互作用控制不當會使坯子局部溫度降至25

6、0C遠低于正常值。4.是一類導(dǎo)熱較差的金屬，連鑄坯內(nèi)部凝固組織很難靠二冷強度來改變，片面強調(diào)二冷控制凝固組織會引起其它缺陷，與此相關(guān)的方圓坯中心偏析疏松等缺陷需其它途徑解決。 二冷的實際問題 生產(chǎn)實際中出現(xiàn)的與二冷有關(guān)的生產(chǎn)質(zhì)量問題，一般不是二冷工藝設(shè)計和冷卻制度本身有問題。往往是由于管路、水質(zhì)引起的漏堵，設(shè)備檢修、工藝操作、備件質(zhì)量等未按章達標所致。這方面的問題有時很突出，應(yīng)引起足夠重視。 3.連鑄鋼種的二冷策略600800100012001400020406080100R.A.%溫度 16MnR高溫面縮率Danieli采用的凝固前沿允許變形量(%)寶鋼（新日鐵君津）采用的二冷策略 SMn中

7、弱中強中中強強中強 0.10 0.17 C%4.連鑄機的二冷設(shè)計 連鑄機的二冷布置設(shè)計 鑄坯冷卻制度設(shè)計 鑄機二冷控制設(shè)計二冷制度制定程序液芯長度和溫度分布圖 二冷制度表舉例表號: 22鑄坯斷面: 220X1800 mm 典型澆鑄速度: Vc = 1.2 m/min1. 分配表分區(qū)坐標 m面積 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合計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)各二冷區(qū)的噴嘴選擇與布置5.二冷強度控制方式包括二冷控制基本參數(shù)(冷卻制度)選定和在線調(diào)節(jié)兩個主要內(nèi)容。二冷自動控制（包括儀表自動和計算機控制）的鑄機都在開澆前設(shè)定二冷基本參數(shù)，這需要根據(jù)鑄坯斷面，品種等選定。鑄機澆注過程中，還需要根據(jù)拉坯速變等因素的變化對冷卻強度進行在線調(diào)控。調(diào)控方式分為開環(huán)調(diào)控和閉環(huán)調(diào)控兩類。 開環(huán)調(diào)控開環(huán)調(diào)控 冷卻水根據(jù)澆鑄速度、過熱度等調(diào)節(jié) Qi=f（S，v，T） 例如：Q3=150v+100 不將在線結(jié)果反饋:鑄坯溫度,凝殼等 可以由儀表、計算機或手工實現(xiàn) 閉環(huán)調(diào)控閉環(huán)調(diào)控 將在線結(jié)果反饋:鑄坯溫度,凝殼等 目標溫度對比法：計算機、手工 問題：過程復(fù)雜性，實際溫度測量二冷強度與凝固k=3.3R+23.3k:凝固系數(shù),R:比水量鑄坯的凝固局部凝固分數(shù)二冷的穩(wěn)態(tài)控制與非穩(wěn)態(tài)控制 1 穩(wěn)態(tài)控制法的參數(shù)：拉速 2 穩(wěn)態(tài)控制法的公式 CBvAvQ2 式中v-坯殼厚度； A,B,C-為常數(shù)； 根據(jù)鋼種、冷卻強度和拉速等的不同選擇不同的A、B、C參數(shù)。二次冷卻的穩(wěn)態(tài)控制缺陷 二次冷卻的非穩(wěn)態(tài)控制 1 非穩(wěn)態(tài)控制法的參數(shù)：時間 2 非穩(wěn)態(tài)控制法的公式 Q = f(t,a,b) 式中 t-鑄坯生成時間； a、b-為常數(shù)（大于零）； 根據(jù)鋼種、冷卻