[發明專利]一種連鑄二次冷卻段全氣體冷卻的方法及系統

有效

• 申請號: 202010739964.3
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111906267B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 包燕平;華承健
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B22D11/124
• 分類號: B22D11/124;B22D11/22
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明涉及一種連鑄二次冷卻段全氣體冷卻的方法，所述方法通過使用不與高溫鑄坯發生氧化反應的氣體，該氣體以一定的速度通過氣體噴嘴噴射到連鑄二次冷卻段高溫鑄坯表面，在高溫鑄坯表面發生強制對流換熱和輻射傳熱從而實現高溫鑄坯凝固冷卻。根據澆注鋼種、鑄坯拉速、鋼水過熱度和高溫鑄坯表面溫度的不同對氣體噴嘴噴射出的冷卻氣體流量進行相應的調整，實現連鑄二次冷卻段動態配氣的過程。所述方法使用的冷卻氣體使用吸氣口進行回收和使用氣體冷卻設備對其進行降溫處理，降溫后的冷卻氣體輸送至氣體噴嘴，實現冷卻氣體循環利用。本發明消除了連鑄二次冷卻段鑄坯表面氧化問題，提高了鑄坯冷卻均勻性，增加了換熱效率。

技術領域

本發明屬于冶金行業連鑄領域，具體涉及一種連鑄二次冷卻段全氣體冷卻的方法及系統。

背景技術

高溫液態鋼水在連鑄機結晶器內形成凝固坯殼，隨后進入連鑄二次冷卻段繼續凝固。傳統連鑄二次冷卻段采用水霧冷卻方式，即向高溫鑄坯表面噴射水霧，落在高溫鑄坯表面的水霧蒸發吸熱以帶走高溫鑄坯的熱量，實現高溫鑄坯降溫和凝固。但該方法存在以下問題：1.落在高溫鑄坯表面的水霧受重力影響，在高溫鑄坯表面很難均勻分布，從而導致鑄坯表面溫度不均，進而產生凝固裂紋或其它因溫度不均導致的凝固缺陷，惡化鑄坯質量；2.落在高溫鑄坯表面的水霧在鑄坯表面形成“液膜”，降低了換熱效率；3.水霧冷卻法造成高溫鑄坯表面形成氧化層，惡化鑄坯表面質量，不利于生產過程高溫鑄坯表面監測，減少了金屬收得率；4.水霧冷卻法耗水量大，且無法回收，浪費水資源；5.水霧冷卻法造成二次冷卻段工作環境差。6.水霧冷卻法吸收的鑄坯熱量無法回收，造成能源浪費。根據世界鋼鐵協會統計數據，2019年全世界粗鋼產量18.69億噸，水霧冷卻法連鑄比例占96.6％。因此，水霧冷卻法連鑄造成的以上問題十分關鍵，亟待解決。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出一種連鑄二次冷卻段全氣體冷卻的方法及系統，本發明所述方法中，冷卻氣體經由氣體噴嘴以一定的流量噴射到二次冷卻段高溫鑄坯表面，在二次冷卻段高溫鑄坯表面以強制對流換熱和輻射換熱方式與高溫鑄坯發生熱交換實現高溫鑄坯的凝固和冷卻，與高溫鑄坯發生熱交換后的冷卻氣體由吸氣口回收，并輸送至氣體冷卻裝置進行降溫，而后再輸送至氣體噴嘴。

進一步地，所述冷卻氣體為惰性氣體或其他還原性氣體；

進一步地，所述連鑄二次冷卻段綜合換熱系數與拉速，鋼水過熱度，高溫鑄坯表面溫度關系式見公式(1)；

式中h為連鑄二次冷卻段綜合換熱系數(w·m^-2·k^-1)，v_c為拉速(m·min^-1)，△T為鋼水過熱度(℃)Ts為高溫鑄坯表面溫度(℃)，B、N和G為系數；

進一步地，所述氣體噴嘴數量設計參照公式(2)；

式中n為連鑄二次冷卻段氣體噴嘴個數，S為連鑄二次冷卻段鑄坯表面積(m²)；

進一步地，所述氣體噴嘴流量通過公式(3)進行計算：

式中：Q₁為單個噴嘴的冷卻氣體流量(m³·s^-1)，h為連鑄二次冷卻段綜合換熱系數(w·m^-2·k^-1)，L為直線距離最近的兩個氣體噴嘴之間的距離(m)，σ為波爾茨曼常數，ε為輻射系數，T_s為高溫鑄坯表面溫度(℃)，T_e為環境溫度(℃)， D為氣體噴嘴直徑(m)，λ為氣體導熱系數(w·m^-1·K^-1)，C、m、n、a、和b 為系數，μ為氣體動力粘度系數(Pa·S)，Pr為普朗特常數，H為氣體噴嘴距離高溫鑄坯表面的高度(m)，ρ為冷卻氣體密度(m·s^-3)；