圆坯铸机二冷气雾改造及工艺优化

王金坤　刘建坤　吴耀光　熊振坤

(马鞍山钢铁股份有限公司)

　　摘　要　介绍了圆坯铸机二次冷却气雾改造的设计过程。解放了水喷嘴易堵、冷却参数与喷嘴不匹配和冷却不均匀等问题。通过改造,稳定并提高了铸坯质量。

　　关键词　二次冷却　气雾　喷嘴　铸坯质量

Technical Ref orm and Process Opt imizat ion for the Secondary Cooling

Air2mist of Round2billet Ca ster

Wa ng Jinkun 　L iu Jiankun 　Wu Ya ogua ng 　Xiong Zhengkun

(Ma anshan Iron & Ste el Co. Ltd. )

　　Abstra ct 　The de signing proce ss for the tec hnic al r eform of se condar y cooling air2mist systeminMaste el’s round2billet c a ster is introduce d. Pro blems such as nozzle clogging , mismatch betwe en cooling paramete rs and nozzle s anduneve n cooling we re solve d. Billet quality ha s be en improve d through the r eform.

　　Key wor ds 　secondary cooling 　air mist 　nozzle 　bille t quality

0 　前言

　　马钢第一钢轧总厂圆坯连铸机由意大利达涅利公司设计,于2002 年4 月建成投产。

　　随着对铸坯质量要求的越来越高,原来的工艺配置已难以满足产品质量需求,特别是在铸坯的二次冷却上,原来设计的锥形水喷嘴冷却,随着工艺不断优化,已越来越难适应低比水量,均匀冷却的铸机特性要求。因此,马钢公司第一钢轧总厂在2008 年对圆坯铸机进行了二冷气雾改造及优化,以下简要介绍改造的内容及取得的效果。

1 　存在问题

　　马钢圆坯连铸机,二冷水最初是按照0. 38L/ kg的比水量进行设计,且全采用水冷喷嘴。随着近年铸机工艺的不断优化,比水量大幅降低,当前的水喷嘴与当前的较低比水量已无法完全匹配,喷嘴在低比水量条件下也无法满足其设计时水流密度、雾化效果等的各种特性要求。另外,水喷嘴寿命较低,容易堵塞,单个喷嘴的临界最低喷水量也较高。相反,气雾喷嘴在使用过程中不容易堵塞,使用寿命较长,单个喷嘴的临界最低喷水量较低,能够满足低比水量的要求。因此,在高质量产品要求的条件下,有必要进行二冷气雾改造,以适应新的生产工艺要求。

2 　二次冷却气雾改造的设计及喷嘴选取

2. 1 　二次冷却气雾改造工艺方案的选取

　　本次气雾改造,只在Ⅰ流进行,根据实际情况再考虑Ⅱ、Ⅲ流的改造;考虑到结晶器足辊段的结构较复杂,足辊段不进行气雾改造,仍保持现有的工艺状况;过去􀀀380mm 断面采用的是三段冷却,本次增加恢复为四段冷却, 􀀀450mm 断面维持现有的四段冷却;比水量按小于0. 25L/ kg 的要求进行设计选取,改造后的二冷段布置情况见表1 。

2. 2 　气雾喷嘴设计选取

　　1) 喷嘴的设计。

　　根据比水量及喷嘴个数,要求所选取的气雾喷嘴必须能够达到其雾化特性,结合生产中的更换管理不易引起喷嘴混乱,决定所有气雾喷嘴全选用一个型号。根据比水量及喷嘴个数和各段的冷却水分配,再结合工作拉速范围,计算需要单个喷嘴的水量变化范围是0. 56～1. 21L/ min ,比值为2. 16。目前国内气雾锥形喷嘴在保证雾化特性前提下,单个喷嘴最低水量只能做到0. 5L / min 。根据马钢圆坯铸机改造的工艺条件,计算出单个气雾喷嘴水量范围能够满足喷嘴本身的设计原则。

　　2) 喷嘴性能测试。

　　通过工艺设计,初步决定在喷嘴厂家选取型号为HPZ0. 8275QZ2 型实心锥形喷嘴, 水孔直径0. 8mm ,喷射角75 度。根据所选喷嘴,对其进行性能测试,测试结果见表2。喷嘴参数见表3 。

　通过对所选取喷嘴的流量压力和水流密度进行的冷态测试显示,该喷嘴能够满足前期工艺设计要求,在所要求的比水量范围及冷却布置形式下,喷嘴的冷态测试参数与设计参数相一致。通过冷态测试的观察,气雾喷嘴的雾化性能明显优于水喷嘴。喷嘴水量分布数据见表4 。

3 　二冷改造气路设计和二冷模型选取

3. 1 　二次冷却气雾改造气路的构造及控制

二冷气雾改造,是在原水冷管路的基础上,增加气路,水管路控制系统维持原来不变,二冷气和二冷水在喷嘴连接处接合,喷嘴内混合。Ⅰ流二冷气管路布置见图1 。

3. 2 　二冷模型选取

　　二次冷却控制模型维持现有的比水量法(拉速控制法) 不变。它属于一级控制,以拉速为控制参数,根据拉速的大小来决定冷却水量的大小,其冷却水量的计算公式如下:

　　Qi = Ai v2 + Bi v + Ci           (1)

式中,Q 为冷却水量,L/ min ; A、B 和C 为设定的基本参数; v为拉速,m/ min ; i (下角标) 为第i 个冷却区。

二冷气采用恒气压控制法,根据气雾喷嘴的测试,选取气压M ,气量根据气雾喷嘴测量时的值作为依据。

4　气雾冷却改造效果

　　二次冷却要求铸坯在拉坏方向温降速度平缓,不允许出现大的回温以防止产生热裂纹,冷却要均匀,防止冷却不均引起晶粒在凝固方向上速度不一致,树枝晶之间产生热应力和组织应力,以产生晶间裂纹;另外,铸坯在进行矫直前必须要保证铸坯温度大于该钢种的热塑性转变温度,以防止产生矫直裂纹。对本次Ⅰ流气雾改造生产后,在􀀀380mm 断面做了如下几方面检验评价。

4. 1 　铸坯表面的测温

为检验本次改造的效果,采用红外测温仪,对铸坯表面沿拉坯方向进行测温, 结果见图2 。由图2可知,改造后的铸坯表面温降在2. 21～4. 94 ℃/ m ,表面回温较小,完全满足二次冷却回温小于80 ℃/m ,温降小于100 ℃/ m 的冶金准则,达到了均匀、缓慢冷却的目的。在进拉矫机前,试验炉次的测温都保持在940 ℃以上,完全能够满足圆坯车轮钢种塑性温度大于900 ℃[ 1 ] 的要求, 能够避免矫直裂纹的产生。

4. 2 　铸坯冷却的均匀性

　　改造后的铸坯,在冷却的均匀性上得到大幅度提高,铸坯表面没有明显黑斑,消除了水冷时出现的大量黑斑现象。

4. 3 　铸坯低倍检验情况

　　为了检验改造后铸坯实物的质量情况,在试验炉次留取低倍样,进行了酸洗及内部组织结构评价,铸坯低倍统计结果见表5 。结果表明,气雾改造后的低倍组织状况良好,晶间致密度较高,等轴晶区范围较大,中心疏松较未改造前有明显提高,铸坯完全能够满足钢材加工需求。

5 　结语

　　1) 马钢圆坯铸机二次冷却气雾改造过程中,通过对二次冷却形式, 气路布置,冷却模型,喷嘴设计及冷却参数选取等全方位的设计,成功解决了原来水嘴嘴冷却存在的问题。

　　2) 改造后进行的工艺试验表明,气雾冷却能够满足当前铸机的生产要求,提高了铸坯冷却的均匀性。

　　3) 从改造后的铸坯低倍实物来看,较原来的铸坯实物质量有了明显提高,晶间更加致密,等轴晶区范围较大,中心疏松面积变小。

　参考文献

1 　吴耀光等1 圆坯连铸工艺优化试验研究1 钢铁,2008( 8) :31—34。

摘自《安徽冶金》2010年第1期