二冷技术介绍

连铸二次冷却技术钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心2010.4连铸二次冷却技术介绍•连铸二冷的基本原理•连铸二冷技术应用状况•连铸钢种的二冷策略•连铸机的二冷设计•二冷强度的控制方式1.二次冷却的基本原理二冷区铸坯冷却示意图1.二次冷却的基本原理二冷的主要作用•加快铸坯散热•保证浇铸正常,提高生产率•控制铸坯质量•减少铸坯氧化•保护设备1.二次冷却的基本原理二冷的基本要求•相对均匀•可调节性•稳定性1.二次冷却的基本原理二冷喷嘴•喷嘴性能:流量-压力特性,喷射角度,喷雾分布,喷射冲击压力,喷雾粒度•水喷嘴与气水喷嘴:铺展与流量范围气水喷嘴：水量--水压，气量--水压图1002003004005006000.10.20.30.40.50.60.70.80.9Q-water(m3/h)P-water(KPa)P-air=300KPaP-air=200KPaP-air=100KPaP-air=01002003004005006000510152025Q-water(nm3/h)P-water(KPa)P-air=300KPaP-air=200KPaP-air=100KPaSprayangle=1051.二次冷却的基本原理•换热系数h∝Wn或者W∝h1/nW为喷水密度，n=0.45—0.75•q=h(T)(T-Tt)020040060080010001200140016000123456BCD换热系数log[h](w/℃·m2)铸坯表面温度℃2.连铸二冷技术应用状况2.1喷水冷却与气水冷却国内一般大型板坯铸机、合金钢方坯铸机选用以气水二冷为主，部分喷水冷却的方法。如宝钢连铸机、鞍钢三炼铸机、鞍钢二炼板坯铸机、本钢板坯机、邯钢二炼板坯机、攀钢铸机、大冶、西宁、抚顺引进的合金钢方坯铸机、包钢大方坯、圆坯铸机等等均为这种二冷方式，其技术基本是进口的。武钢、昆钢等也曾与研究单位合作开发过气水二冷技术。2.2二冷水控制二冷水的线调节方法主要有:手工调节手动仪表调节仪表和计算机自动控制2.3、连铸二冷制度选择一般铸机在开浇前选定二冷基参数时，要根据钢种选择预先设置的二冷制度，几台典型铸机的情况如下：宝钢铸机上预置，7种冷却方式。根据产品等级、碳含量、Mn/S等因素选用方式1，2，4，5，6，Nb-V钢选方式7，高磷高选方式3。其中方式3的冷却强度最高，比水量1.3—1.4L/Kg。方式6冷却绐度最低，比水量0.6—0.7L/Kg。超低头铸机，将钢种分为A、B、C三组，比水量分别设定为0.8、0.6和0.4L/Kg。A组为低碳钢（冲压钢，镀锡板，硅钢），B组为锅炉板、船板钢等。C组为石油管线钢、调质钢等。天津钢管公司圆坯连铸机采用两套（20号及30号）喷水表，比水量0.55—0.70L/Kg。2.4二冷与铸坯质量一些铸坯的缺陷与二冷有关，例如A.铸坯角部的过度冷却使得局部温度低，促成AlN、TiN、NbC等在晶间析出降低塑性，铸坯矫直时在振痕等缺陷处产生裂纹。B.二冷严重不足使坯温过高刚性低，铸坯支撑不良时产生鼓肚，造成中间裂纹、中心线偏析等缺陷。C.铸坯冷却强度突然变小时，表面温度回升，表层受压凝固前沿受拉，促成中间裂纹生成。对二冷的期望与理论期望:希望它保护设备，希望它提高铸坯质量，希望它减少漏钢。理论:1.首先因为喷水冷却只铸坯在机内散热的一小部分，调节二冷对总冷却效果的作用很有限。2.提高冷却强度所需的喷水量变化很大，喷嘴和供水都有问题。3.铸坯表面温度与其冷却强度有强烈的交互作用，这种交互作用控制不当会使坯子局部温度降至~250C远低于正常值。4.是一类导热较差的金属，连铸坯内部凝固组织很难靠二冷强度来改变，片面强调二冷控制凝固组织会引起其它缺陷，与此相关的方圆坯中心偏析疏松等缺陷需其它途径解决。二冷的实际问题生产实际中出现的与二冷有关的生产质量问题，一般不是二冷工艺设计和冷却制度本身有问题。往往是由于管路、水质引起的漏堵，设备检修、工艺操作、备件质量等未按章达标所致。这方面的问题有时很突出，应引起足够重视。3.连铸钢种的二冷策略600800100012001400020406080100R.A.%温度℃16MnR高温面缩率Danieli采用的凝固前沿允许变形量(%)宝钢（新日铁君津）采用的二冷策略SMn中弱中强中中强强中强0.100.17C%4.连铸机的二冷设计•连铸机的二冷布置设计•铸坯冷却制度设计•铸机二冷控制设计二冷制度制定程序液芯长度和温度分布图二冷制度表举例表号:22铸坯断面:220X1800mm典型浇铸速度:Vc=1.2m/min1.分配表分区坐标m面积m2Ql/minabcVmm/min01.011.502173-0.04461170.111.010.334-0.049230.121.554.536407-0.591402390.132.465.390387-0.741781740.444.776.3366-1.10263510.557.56.3325-1.38330-690.567.55.541286-1.21290-610.5711.325.495244-1.47354-1790.65811.324.286190-1.15276-1390.65915.136.150224-1.81435-2960.851015.134.182152-1.23296-2010.851121.188.341225-2.75661-56411221.185.005135-1.65397-33811328.16.931428.14.158合计2976-15.123630-1358比水量0.822.控制水量:Q=aVc2+bVc+cl/min(Vc≧Vm)Q=0(VcVm)各二冷区的喷嘴选择与布置5.二冷强度控制方式包括二冷控制基本参数(冷却制度)选定和在线调节两个主要内容。二冷自动控制（包括仪表自动和计算机控制）的铸机都在开浇前设定二冷基本参数，这需要根据铸坯断面，品种等选定。铸机浇注过程中，还需要根据拉坯速变等因素的变化对冷却强度进行在线调控。调控方式分为开环调控和闭环调控两类。•开环调控冷却水根据浇铸速度、过热度等调节Qi=f（S，v，△T）例如：Q3=150v+100不将在线结果反馈:铸坯温度,凝壳等可以由仪表、计算机或手工实现•闭环调控将在线结果反馈:铸坯温度,凝壳等目标温度对比法：计算机、手工问题：过程复杂性，实际温度测量二冷强度与凝固k=3.3R+23.3k:凝固系数,R:比水量铸坯的凝固局部凝固分数二冷的稳态控制与非稳态控制•1稳态控制法的参数：拉速2稳态控制法的公式CBvAvQ2式中v---坯壳厚度；A,B,C---为常数；根据钢种、冷却强度和拉速等的不同选择不同的A、B、C参数。二次冷却的稳态控制缺陷二次冷却的非稳态控制1非稳态控制法的参数：时间2非稳态控制法的公式Q=f(t,a,b)式中t---铸坯生成时间；a、b---为常数（大于零）；根据钢种、冷却强度和拉速范围等的不同选择不同的a、b参数。非稳态控制的优点•适用于起步、变速、尾坯等状态•可以跟踪中间包温度的变化•保证各种非稳态条件下的铸坯得到同一的冷却条件二冷动态配水5、薄板坯连铸二冷动态配水不同控制方式下变拉速时水量及铸坯表面温度的对比