影响冶金连铸设备水冷效果的原因及其应对措施

冶金连铸设备水冷效果的原因及其应对措施
【摘要】冶金工业是国民经济的支柱产业，钢铁生产是其重要的组成部分，连铸是其关键环节之一，提高连铸坯产量和质量已经成为钢铁研究领域的一个热门课题。

板坯高效连铸技术是提升整个炼钢厂生产能力的重要手段。

二冷水的控制是高效连铸系统的重中之重。

它既决定了连铸生产的正常与否，同时，决定了铸坯质量的好坏。

当前，我国冶金行业连铸设备在生产和使用程中，其水冷程序尚无较为统一的标准用于衡量其冷却效果，不仅生产标准不同，水冷作业所产生的效果也有较大差别。

这主要是因为冶金行业的连铸设备的水冷效果，会受到较多因素的影响，从而也很难以一个较为固定的标准来比较衡量本文就影响冶金连铸设备水冷效果的原因及其应对措施进行了探讨。

【关键词】冶金工业；连铸设备；水冷效果；原因；措施
1、引言
所有的连铸机上都在采用水冷系统, 但大部分连铸机只对少数设备进行水冷,这样使得连铸机上很多高温区设备的性能得不到充分的发挥, 设备维护工作量大幅增加, 既增加铸坯成本, 也减小铸机作业率和产能。

严重影响了连铸设备水冷效果，因此, 如何系统性地对连铸设备实施全面、完善而又合理的水冷措施, 达到提高设备性能、产生经济效益而又不造成水资源浪费的效果,并非一件简单容易的事情, 需要从工程设计、设备制造、设备安装、生产使用、设备维护和设备管理等方面全方位精心操作, 才能使得这一技术举措得到合理应用, 经济效益也能够充分发挥出来。

2、冶金连铸设备水冷
2.1、连铸设备
把高温钢水连续不断地浇铸成具有一定断面形状和一定尺寸规格铸坯的生产工艺过程叫做连续铸钢。

完成这一过程所需的设备叫连铸成套设备。

浇钢设备、连铸机本体设备、切割区域设备、引锭杆收集及输送设备的机电液一体化构成了连续铸钢核心部位设备，习惯上称为连铸机。

2.2、连铸机水冷系统
对于连铸机水冷而言，主要由旋转接头，水管、水泵、足够的水源组成。

连铸机水冷系统主要是对连铸机钢坯托辊进行冷却的作用。

连铸机水冷系统用于整个生产过程中设备及工艺的冷却，包括；结晶器冷却水、气雾喷淋水、机器开路水、机器闭路水及其它冷却水。

2.3、二次冷却技术
二次冷却对连铸机生产率、铸坯质量、消耗指标影响很大。

影响铸坯传热的因素有钢种、钢水温度、结晶器冷却、二次冷却、铸坯断面和拉速等。

在铸机设备和操作工艺一定的情况下，影响铸坯热量传递过程的诸因素中，唯一可控的是二次冷却。

二次冷却技术包含：冷却制度、水量控制、工艺方案等内容。

目前国内外高效连铸二次冷却技术采取的措施有：高强度、高密度、自动配水、净化水质、延长二冷喷水段长度、二冷室蒸汽抽除等。

3、影响冶金连铸设备水冷效果的原因及其应对措施
当前，我国冶金连铸设备水冷系统上，存在着明显的缺陷和问题，
例如：水冷设备的用水点压力为0.36 MPa，而供水量仅达到110 m³/h ，最不利的供水配置点为无水状态。

但随着我国钢铁生产能力的不断提升，转炉生产能力的扩大，钢产量也在逐步上升，由原有较低的年产量140万吨逐渐提升至现有较高的300万吨，在该产量水平下，方坯连铸设备基本能够实现连续生产，但连铸设备的水系统中所存在种种问题，却仍然亟待解决。

3.1、影响冶金连铸设备水冷效果的原因
（1）设备供水量
连铸设备水冷系统的设计供水量应为150m³/h，这样设计的主要目的是为了使作用于连铸设备的负荷是热与机械的合成载荷。

但这样设计有两点缺陷：一方面是夹持机构与火切割枪的冷却水都是直排的软化水，这样就造成了较大的能源浪费问题；另一方面，辊道喷淋所使用的冷却水却仅仅用两个直径为4mm 的水孔进行输送，这种效率较低的输水方式，并不能产生较好的冷却效果。

因此，需要在水冷作业前进行适当的改造工作，把原来的夹持机构和火切割枪的冷却水分为两个部分，火切割枪的冷却水仍选择软化水循环利用的方式，而夹持机构需改为使用设备水，并增加设备供水量；在原有的辊道喷淋设备基础上增设两个直径为4mm的水孔，从而使设备的供水量增加15m³/h，改造后的设备供水量达到150m³/h。

（2）设备供水压力。

在原有的生产设计方案中，设备的供水压力为0.4MPa 以上，在参考其他连铸设备生产经验的基础之上，加之理论计算所得的用水设备
运行所产生的阻力损失，只要设备的供水压力达到0.4MPa，就能够满足生产所需的水压条件。

（3）设备用水的水质条件。

设备用水的原有设计水质，基本上能够满足工业生产的基本要求。

然而在实际生产过程中，难免会出现水垢和其他悬浮物等问题，水垢杂质的产生会造成设备供水设施的堵塞现象。

因此，在参照2# 方坯连铸设备运行基本状况分析的基础上，要对原有设计加以改造，以减小Ca硬度和总体硬度。

（4）设备自身原因
连铸机特点之一是运动旋转水冷部件很多，其中，二冷外弧支承辊由水冷导向辊、轴承座、旋转接头、水冷管件等组成，它的作用有两个，一是在准备浇注时，引导引锭杆顺利进入结晶器，二是在浇注时对铸坯起支撑作用。

连铸二冷室的环境是整个连铸机环境最恶劣的地方，作业温度高，多水蒸汽，腐蚀性大，支承辊受连续性的烘烤，润滑受热结碳，双向式旋转接头内的轴承易失效，使得水冷旋转接头在辊子转动过程中退出，导向辊无水冷却，辊面温度急剧升高，同时轴承座无水冷，轴承座内轴承咬死，导向辊不能转动，造成铸坯底部划痕，影响铸坯的质量，特别是铸坯的表面质量。

为了保证钢坯的质量，每次连铸停浇后，都要及时更换辊子及其水冷部件。

但是由于二冷室环境恶劣，二冷室温度很难在短时间降下来，短时间内人很难走进去，同时由于位置所限，更换导向辊极其困难，维护更换时间较长，不仅影响生产的正常进行，而且还加大了维护人员工作量，为此必须
对支承辊进行改造。

另外，由于市场需求，要求产品做相应调整，需要在该铸机上生产12 m 定尺的铸坯，而原铸机只能生产2． 5 m ～6 m 钢坯，必须对定尺长度2． 5 m ～6 m 的推钢冷床设备进行改造。

(5) 二次冷却问题
连铸机的生产能力主要取决于二次冷却，铸坯质量也与二次冷却紧密相关。

经过二次冷却的铸坯，容易出现表面缺陷、内部缺陷和形状缺陷，它极大的影响了铸坯的质量。

通常表面缺陷起源于结晶器，内部缺陷主要是二次冷却区的不均匀冷却造成的，在连铸界已成共识。

二次冷却区水量配置的不合理，是形成冷却不均匀的直接原因。

例如，二次冷却区局部过冷产生铸坯纵向凹陷而导致纵向裂纹；二次冷却水量过大还会造成铸坯表面、角部横向裂纹。

由于二次冷却水量配置不合理，使得铸坯在凝固过程中相邻位置的温度梯度较大，产生较大的热应力也会引起中间裂纹等缺陷。

此外，二次冷却控制不当，也是影响冶金连铸设备水冷效果的一个重要原因。

二冷强冷时，铸坯凝固速度加快，拉速可以提高，有利于提高铸机生产率；但由于铸坯断面上温度应力增加，容易造成各种裂纹缺陷，对铸坯质量不利。

弱冷时，恰恰相反，虽然提高了铸坯质量，但也使得生产率有所降低。

3.2、措施
（1）增加供水流量，提高设备供水压力冶金行业连铸设备的设计供水量是150 m³/h，而单个水泵设备的限定供水量却仅为90m³/h，这种供水流量完全达不到生产的供水流量要求。

然而在现阶段我国冶金行业的平均生产水平条件之下，要改用更大流量的水泵或是增加现有水
泵的供水量，却是难以实现的。

因此，根据我国冶金行业的实际生产情况，应拆除现有的旁滤清洗过滤设备，将供水管线与旁滤水泵相互连接，用“两用一备”的供水方式替代原有的“一用一备”方式，从而提高连铸设备的水冷效果，提高冶金企业的生产能力。

（2）提高设备供水水质
①在设备中增加清洗过滤器。

一般连铸设备水冷用水中所产生的杂质颗粒，直径为0.3mm ，为了防止杂质颗粒造成供水管道阻塞，需要把旁滤清洗过滤器向供水点的前端迁移。

这种清洗过滤器，采取双层过滤的方式，首次过滤的杂质为直径5.5mm 的颗粒，二次过滤的精度为直径0.1mm 的杂质颗粒，设备中滤出的杂质颗粒，将会在过滤器的反复清洁冲洗过程中自动地排出设备，从而为水冷设备供水管线水质的提高提供保证。

过滤后，设备中将不会再出现直径大于0.1mm 的杂质颗粒。

②在设备中增加离子棒物理防垢设备。

冶金生产用水的Ca强度为125 mg/L，硬度是430 mg/L，这一数值高于供水的水质。

因此，如果对设备用水进行处理软化，则会消耗较大的一次性投资，且这种开路的循环方式，会损失大量的设备供水，影响企业的生产收益，浪费工业生产资源。

所以，采用离子棒物理防垢技术较为适宜。

离子棒能够防止水中的M g、Ca等元素在器壁上结成杂质水垢，使水垢实现快速溶解，已形成的水垢，也能够逐渐脱落、侵蚀。

（3）加强对二次冷却的控制。

综合连铸坯产量和质量方面考虑，二次冷却应遵循以下几个原则：
①上强下弱。

充分利用二次冷却上段坯壳薄、热阻小、坯壳收缩产生的应力亦小(因为内部为液芯)等有利条件，尽量强冷，增加坯壳厚度，减少漏钢事故。

而后随着坯壳加厚，热阻加大，逐渐减小冷却强度，以避免铸坯表面因应力过大而产生裂纹。

②均匀冷却。

在一定拉速下进行强化冷却时，应避免局部铸坯表面温降过剧，使温度应力陡增而引起表面裂纹。

要求拉坯方向表面温差小于200℃／m，横向表面温差小于100℃／m。

③避免铸坯表面回温过大。

应控制二次冷却空冷段铸坯表面的回温速度小于lOO℃／m，以防止凝固前沿的拉应力过大，导致内裂纹。

④避免在脆性区(973“1173K，即700’900℃)矫直。

现在通常都采用高温矫直，使矫直点的铸坯表面温度大于1173K(900℃)。

⑤铸坯表面温度限制。

整个二次冷却区内铸坯表面的温度应低于1273K(1000℃)，以保证坯壳有足够的强度，使之在支承辊之间形成的鼓肚量最小；但又希望切割后的铸坯表面温度高于1273K，以利于热送或直接轧制。

根据实际情况来决定冷却方式，对高温性能好，易氧化元素含量较高的不锈钢等推荐采用高拉速、强冷却工艺路线，以增加产量和改善表面质量；对于裂纹敏感性强的钢，应采用低拉速、弱冷却工艺路线，可以改善铸坯质量，并实现高温出坯，有利于热送热轧，以保证铸坯内部质量。

必要时，强冷与弱冷相结合，控制铸坯的液芯长度等于连铸机的冶金长度，并确保凝固末端位于电磁搅拌装置中，避免带液相矫直而产生内裂纹。

4、结束语
综上所述，由于冶金行业连铸设备的水冷效果会受到设备供水量、供水压力和冷却水水质等较多因素的影响，因而分析连铸设备水冷效果不佳的原因也较为复杂。

在进行原因分析时，要从技术、设备和其他因素等多方面加以考虑。

同时，为了提高连铸设备的水冷效果，水冷作业人员必须要做到优化作业程序设计、遵守技术操作规范、加强日常管理和水资源的优化选取等方面的工作，从而不断改善我国冶金行业连铸设备的水冷效果，提高冶金企业的工业生产效率和设备生产品质。