[发明专利]一种高效、节能的连铸二次冷却方法

说明书

本发明涉及一种高效、节能的连铸二次冷却方法，该方法利用冶金厂回收的高温蒸汽对铸坯进行二次冷却，吸热后的高温蒸汽温度进一步上升可输送至透平膨胀机中用于发电。本发明既实现了铸坯的高效冷却又实现了能源的综合利用，杜绝了二冷蒸汽直接排空，具有成本低、操作简单、容易实现、运行稳定、综合效益显著等优点，可广泛适用于冶金连铸，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种高效、节能的连铸二次冷却方法。

背景技术

二次冷却是连铸过程中的一个重要环节，直接影响铸坯的内部裂纹、表面裂纹及凝固组织。良好的二次冷却对提高铸坯质量、改善铸坯凝固组织有直接作用。铸坯从结晶器出来形成一个薄的外壳，此时其中心仍为高温钢水形成一个很长的液相穴，为了使铸坯继续凝固会在连铸机上设置二次冷却区，简称二冷区。二冷区一般包括喷水冷却系统和按弧线排列的导辊系统，其中喷水冷却系统能够对离开结晶器的铸坯进行连续冷却使之逐渐完全凝固，导辊系统对铸坯起到支撑导向作用。二次冷却的作用是对铸坯表面进行强制、均匀冷却，使其在较短时间内凝固，二冷区必须保证铸坯无表面或内部裂纹，无中心偏析且浇注时漏钢率最小。为保证二冷区作用的实现，喷水冷却系统要求具有足够的冷却强度和冷却均匀性，并可适当调节。

在二次冷却过程中，铸坯主要有以下5种散热方式：铸坯表面向空气的热辐射，由铸坯温度高低而定；空气和铸坯表面间的对流传热，可忽略不计；夹辊和铸坯表面的传导传热；水滴打在铸坯上直接蒸发散热以及水滴沾到铸坯表面被加热升温。其中喷雾形成的水滴直射铸坯表面蒸发带走的热量占二冷区总散热量的40％。水滴与铸坯表面间的传热是一个复杂的热量交换过程，受喷水强度、铸坯表面温度、氧化铁皮厚度、冷却水温度和水滴运动速度等各种因素影响，其中喷水强度又与喷嘴类型、喷射距离、水压、水温密切相关。

二冷区的冷却方式主要有水喷雾冷却、气-水喷雾冷却以及干式冷却(不喷水或喷少量水)，所用冷却水的压力通常为0.3-0.6MPa，一般通过喷嘴将水雾化成细滴，然后以很高的速度打到铸坯上。选择何种冷却方式需要考虑铸坯断面尺寸、拉速、钢种、矫直温度、铸机型式以及是否热送直接轧制等因素。喷嘴包括压力型、气-水型两种，其材质为铜，常用的压力喷嘴形状包括扁形、螺旋形、圆锥形、薄片等多种。气-水喷嘴利用压缩空气将水雾化，用于冷却铸坯时具有冷却均匀、节水、高效等优点。由于从结晶器出口处拉出的铸坯进入二冷区上段时，内部尚未完全凝固，坯壳薄、热阻小，坯壳凝固收缩产生的应力也小，此时可施以强冷却；随着坯壳厚度增加热阻加大，铸坯进入二冷区下段后要逐渐减小冷却强度。

为避免铸坯表面局部的剧烈降温而出现裂纹，在二冷区要求铸坯表面纵向和横向都能得到均匀冷却，并且冷却速度小于200℃/m，坯表面温度回升小于100℃/m。为避开700-900℃的铸坯脆性温度区，应控制铸坯冷却至900℃以上进行矫直，同时必须适应不同钢种的特性来确定冷却强度，比如裂纹敏感性强的钢种要弱冷。

确定二次冷却工艺时，首先按工艺要求提出理想的冷却曲线，利用传热数学模型确定二冷区各段传热系数分布，再根据传热系数和水流密度计算各段冷却水量的分配、二冷区长度、比水量以及总水量，最后选取喷嘴形式、水压和喷嘴布置方式。二次冷却水的控制方法有仪表控制和计算机控制两类，前者通过仪表控制二冷水量，适用于较低档次的铸坯品种和尺寸单一的连铸机；而后者能实现根据二冷铸坯实际温度自动改变、调整二冷水量，即使操作不稳定也能获得质量较为稳定的铸坯，从而提高连铸机的生产率、合格率。

二冷区喷水冷却对铸机产量和铸坯质量都有很大影响。冷却强度增大可加速铸坯的凝固，但冷却强度与钢的裂纹敏感性密切相关，受铸坯质量的约束。二冷区冷却强度对铸坯质量主要有以下几个方面的影响：

①铸坯表面冷却不均匀容易导致坯壳温度回升，从而使铸坯产生中间裂纹或皮下裂纹；

②若冷却强度太大，当铸坯进入拉矫区时表面温度可能会低于900℃，此时铸坯很容易出现横裂纹；