二次冷卻區

二次冷卻區，是指冷卻區設備改造、二次冷卻工藝以及二次冷卻水配水等方面進行研究。可降低事故率，使機械設備能高效的運轉，實現“降成本、提產量”的目標奠定了很好的基礎。

基本介紹

• 中文名：二次冷卻區
• 外文名：Secondary cooling zone
• 途徑：冷卻區設備改造
• 目標：降成本、提產量
• 技術：現代控制技術和通訊技術
• 學科：冶金工程

簡介

冷卻區設備改造、二次冷卻工藝以及二次冷卻水配水等方面進行研究。主要研究內容如下：首先對現有連鑄工藝過程進行分析，運用固體傳熱理論，探討了影響鑄坯質量和連鑄速度的主要因素，並在連鑄控制系統改造過程中對二次冷卻水的一次供水設備進行了改造。其次，運用現代控制技術和通訊技術，針對連鑄二次冷卻水控制系統存在的問題，建立了高效連鑄過程中自動配水的數學模型，並對此進行最佳化。再次，利用集散分布控制理論，採用PLC，實現了連鑄的自動配水功能。其中配水參數以處方的形式存儲在控制器中，在系統調用時無需通過網路到上位機取值。最後，引入網路概念，選用美國Honeywell公司的SCAN3000/S9100e集控系統，實現連鑄二次冷卻配水的遠程控制。上述成果為提高方坯的連鑄速度，降低事故率，使機械設備能高效的運轉，實現“降成本、提產量”的目標奠定了很好的基礎。

圓坯連鑄機尤其是大圓坯連鑄機在我國的鋼鐵企業中具有舉足輕重的地位，用圓坯所生產的最終產品是優質無縫管。隨著國民經濟的日益發展，連鑄機的技術水平不斷進步，對連鑄坯的要求也越來越高。而影響連鑄坯質量的重要因素之一是合理的設計和布置二冷區，選擇合理的二冷區設計方案、控制二冷水的配水量、合理的布置二冷區設備等等都會對連鑄坯質量產生很大的影響。根據設計、製造的四流大圓坯連鑄機的結構形式，分析和探討圓坯連鑄機二冷區的設計結構和特點。

圓坯連鑄機二冷區的結構特點與板坯連鑄機及方坯連鑄機不同，其二冷段的支承結構也不一樣。由於圓坯出結晶器後所形成的坯殼強度相對來說比較大，而且圓坯的形狀使其散熱均勻，因此圓坯連鑄機的二冷分區、冷卻水量、冷卻水配置及噴水角度和噴水高度都有其自身獨特的配置原理和特點。

在連鑄設備中，通常我們把鑄坯(或鋼水)在結晶器內通過結晶器閉環冷卻水所形成的熱交換過程叫一次冷卻，出結晶器後繼續對鑄坯進行噴水(或噴汽水)直到鑄坯橫向斷面完全凝固的冷卻過程叫二次冷卻，鑄坯從出結晶器到完全凝固這段區域叫二次冷卻區。

二冷區的傳熱

鑄坯出結晶器後形成了一定厚度的坯殼，在二冷卻區內鑄坯內部的熱量繼續傳出，並在鑄坯表面完成熱量交換，鑄坯才能繼續凝固。鑄坯中心的熱量是通過坯殼傳到鑄坯表面的，而鑄坯表面的傳熱主要由以下幾個方式進行：

① 鑄坯表面向空氣中的輻射傳熱；

② 空氣與鑄坯之間的對流傳熱；

③支承輥與鑄坯之間的接觸傳熱；

④水滴的蒸發傳熱。

從以上傳熱方式來看，鑄坯表面向空氣中的輻射傳熱和空氣與鑄坯之間的對流傳熱一般來說是不能改變和控制的。由於圓坯連鑄機的結構特點，二冷區內支承輥布置的相對距離很大，而且支承輥的數量也很少，因此支承輥與鑄坯之間的接觸傳熱量相當少。

由此來看．影響鑄坯表面傳熱最大的因素是水滴的蒸發傳熱。因此，要提高二冷區的冷卻效率，就必須充分掌握噴霧水滴與高溫鑄坯之間的熱交換過程，配置合理的二冷系統，而且還要考慮對鑄坯表面質量的影響。

二冷區對鑄坯質量的影響

鑄坯從結晶器出來形成一個薄的外殼，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，在連鑄機上設定了二次冷卻噴淋區。在二冷區設有噴水冷卻系統和按弧線排列的導輥系統，對鑄坯起支承和導向作用。由於圓坯的坯殼強度比較大，所產生的鼓肚變形很小，所以在圓坯連鑄機上所設定的導輥數量很少，而且相互布置得間距也比較大。通常對於圓坯連鑄機和方坯連鑄機，在二冷區內不設驅動輥，驅動輥設定在二冷卻區外的拉矯機上。

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。但冷卻強度是與鋼的裂紋敏感性密切相關的，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 如冷卻強度太大，當鑄坯進人拉矯區時表面溫度若低於900℃鑄坯就很容易產生橫裂紋。

③如冷卻強度不夠，鑄坯帶液心矯直，鑄坯在固一液界面上易產生矯直裂紋。另外，鑄坯冷卻強度不足還容易使鑄坯在進人切割機時未完全凝固，從而造成切漏事故。

④ 在二冷區內鑄坯表面溫度過高或表面溫度不均勻，易產生鼓肚變形及中心偏析。

⑤二冷區冷卻強度過太，會促使柱狀晶發達，易使鑄坯形成穿晶結構，從而使鑄坯中心疏鬆和偏析加重。

對於許多鋼種來說，鑄坯在700—900℃溫度區間是最危險的區間。因為在這一溫度區間內鐵素體發生從 至y結構的晶型轉變(Ac3點)，這一轉變使得體積突然發生變化，並在晶界上有AIN和Nb沉澱物析出，使鑄坯的延展性降低，加劇了鑄坯矯直時表面橫向裂紋的形成和擴展。因此，必須避免在交替冷卻鑄坯以及在鑄坯回熱時重複通過Ac3點的溫度。二次冷卻不能太強烈，以避免局部過冷，同時也應確保鑄坯在高於900℃時披矯直。

二冷區的布置與控制

在二冷區內對鑄坯冷卻溫度的控制效果將直接影響到鑄坯的質量。因此，對不同規格的連鑄坯，必須對冷卻水的分區、噴霧角度、噴嘴距離和水壓進行適當的調整。噴嘴必須適當放置，以使被冷卻的鑄坯在同一平面上周圍獲得均勻或幾乎均勻的表面溫度。

合理地布置冷卻子區域，沿鑄坯順序排列，控制各子區域的冷卻強度，以確保噴霧密度和冷卻效果與拉速及液相芯長度相一致。

在太多數情況下，對於一個新設計的連鑄機，最初選擇的噴霧參數只是理論參考值。必須在鑄坯試運轉過程中進行修正和調整，以確定最合理的冷卻參數。

對於圓坯連鑄機，二冷區的布置與控制

主要應從以下幾個方面來考慮。

(1)噴淋區域

圓坯連鑄機二冷區一般分3個子冷卻區。足輥段為一區，在這一區設有3個噴淋環，這一區的冷卻強度相對其它區要強一些。

扇形1段為二區，這一區噴淋環的數量由扇形段的支承導輥數量來確定，一般噴淋環布置在兩支承導輥中間。

扇形2段和扇形3段為三區，噴淋環布置在扇形段2和扇形段3輥子之間及每段自身輥子之間。在這一區隨著鑄坯表面溫度的降低，冷卻強度相對要弱一些。

(2)噴淋環和噴嘴的布置

二冷區的噴淋環一般都布置在各支承導輥之間，在噴淋環上一般安裝有4個噴嘴，相鄰兩噴淋環上的噴嘴應錯開45。

二冷段的足輥區(一區)因為輥子間距太近，一般採用扁平噴嘴。其它區由於輥子間距較大，一般採用圓錐噴嘴或矩形噴嘴，使水能噴射在鑄坯上的面積更大，使冷卻更均勻。

(3)噴嘴水流密度和水量的分配

當設計一個新的連鑄機時，噴水流量和噴淋水分配的設計常常由電腦程式來算出。但通常電腦程式的一些基本數據也是以經驗數據為基礎的，因此使用類比法、參照同類產品的設計參數尤為重要。

總結

設計合理的二冷區不但可以提高連鑄機的生產率，而且對鑄坯質量產生很大的影響。對於新設計的連鑄機必須充分考慮這一點，而且應參考相類似設備的參數來確定，並應通過現場校驗以獲得最佳的配比參數。