[發明專利]一種高效、節能的連鑄二次冷卻方法

在審

• 申請號: 201811050941.0
• 申請日: 2018-09-10
• 公開（公告）號: CN109175284A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 周建安;王寶;周亮;倪紅衛;張翔;宋偉明
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: B22D11/124
• 分類號: B22D11/124;F01D15/10
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明;閉釗

本發明涉及一種高效、節能的連鑄二次冷卻方法，該方法利用冶金廠回收的高溫蒸汽對鑄坯進行二次冷卻，吸熱后的高溫蒸汽溫度進一步上升可輸送至透平膨脹機中用于發電。本發明既實現了鑄坯的高效冷卻又實現了能源的綜合利用，杜絕了二冷蒸汽直接排空，具有成本低、操作簡單、容易實現、運行穩定、綜合效益顯著等優點，可廣泛適用于冶金連鑄，具有良好的工業應用前景。

技術領域

本發明涉及冶金技術領域，具體涉及一種高效、節能的連鑄二次冷卻方法。

背景技術

二次冷卻是連鑄過程中的一個重要環節，直接影響鑄坯的內部裂紋、表面裂紋及凝固組織。良好的二次冷卻對提高鑄坯質量、改善鑄坯凝固組織有直接作用。鑄坯從結晶器出來形成一個薄的外殼，此時其中心仍為高溫鋼水形成一個很長的液相穴，為了使鑄坯繼續凝固會在連鑄機上設置二次冷卻區，簡稱二冷區。二冷區一般包括噴水冷卻系統和按弧線排列的導輥系統，其中噴水冷卻系統能夠對離開結晶器的鑄坯進行連續冷卻使之逐漸完全凝固，導輥系統對鑄坯起到支撐導向作用。二次冷卻的作用是對鑄坯表面進行強制、均勻冷卻，使其在較短時間內凝固，二冷區必須保證鑄坯無表面或內部裂紋，無中心偏析且澆注時漏鋼率最小。為保證二冷區作用的實現，噴水冷卻系統要求具有足夠的冷卻強度和冷卻均勻性，并可適當調節。

在二次冷卻過程中，鑄坯主要有以下5種散熱方式：鑄坯表面向空氣的熱輻射，由鑄坯溫度高低而定；空氣和鑄坯表面間的對流傳熱，可忽略不計；夾輥和鑄坯表面的傳導傳熱；水滴打在鑄坯上直接蒸發散熱以及水滴沾到鑄坯表面被加熱升溫。其中噴霧形成的水滴直射鑄坯表面蒸發帶走的熱量占二冷區總散熱量的40％。水滴與鑄坯表面間的傳熱是一個復雜的熱量交換過程，受噴水強度、鑄坯表面溫度、氧化鐵皮厚度、冷卻水溫度和水滴運動速度等各種因素影響，其中噴水強度又與噴嘴類型、噴射距離、水壓、水溫密切相關。

二冷區的冷卻方式主要有水噴霧冷卻、氣-水噴霧冷卻以及干式冷卻(不噴水或噴少量水)，所用冷卻水的壓力通常為0.3-0.6MPa，一般通過噴嘴將水霧化成細滴，然后以很高的速度打到鑄坯上。選擇何種冷卻方式需要考慮鑄坯斷面尺寸、拉速、鋼種、矯直溫度、鑄機型式以及是否熱送直接軋制等因素。噴嘴包括壓力型、氣-水型兩種，其材質為銅，常用的壓力噴嘴形狀包括扁形、螺旋形、圓錐形、薄片等多種。氣-水噴嘴利用壓縮空氣將水霧化，用于冷卻鑄坯時具有冷卻均勻、節水、高效等優點。由于從結晶器出口處拉出的鑄坯進入二冷區上段時，內部尚未完全凝固，坯殼薄、熱阻小，坯殼凝固收縮產生的應力也小，此時可施以強冷卻；隨著坯殼厚度增加熱阻加大，鑄坯進入二冷區下段后要逐漸減小冷卻強度。

為避免鑄坯表面局部的劇烈降溫而出現裂紋，在二冷區要求鑄坯表面縱向和橫向都能得到均勻冷卻，并且冷卻速度小于200℃/m，坯表面溫度回升小于100℃/m。為避開700-900℃的鑄坯脆性溫度區，應控制鑄坯冷卻至900℃以上進行矯直，同時必須適應不同鋼種的特性來確定冷卻強度，比如裂紋敏感性強的鋼種要弱冷。

確定二次冷卻工藝時，首先按工藝要求提出理想的冷卻曲線，利用傳熱數學模型確定二冷區各段傳熱系數分布，再根據傳熱系數和水流密度計算各段冷卻水量的分配、二冷區長度、比水量以及總水量，最后選取噴嘴形式、水壓和噴嘴布置方式。二次冷卻水的控制方法有儀表控制和計算機控制兩類，前者通過儀表控制二冷水量，適用于較低檔次的鑄坯品種和尺寸單一的連鑄機；而后者能實現根據二冷鑄坯實際溫度自動改變、調整二冷水量，即使操作不穩定也能獲得質量較為穩定的鑄坯，從而提高連鑄機的生產率、合格率。

二冷區噴水冷卻對鑄機產量和鑄坯質量都有很大影響。冷卻強度增大可加速鑄坯的凝固，但冷卻強度與鋼的裂紋敏感性密切相關，受鑄坯質量的約束。二冷區冷卻強度對鑄坯質量主要有以下幾個方面的影響：

①鑄坯表面冷卻不均勻容易導致坯殼溫度回升，從而使鑄坯產生中間裂紋或皮下裂紋；

②若冷卻強度太大，當鑄坯進入拉矯區時表面溫度可能會低于900℃，此時鑄坯很容易出現橫裂紋；