大方坯连铸二次冷却工艺研究

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连铸方坯二冷冷却的优化及改进

连铸方坯二冷冷却的优化及改进发表时间：2020-11-27T07:52:34.796Z 来源：《防护工程》2020年23期作者：万占成[导读] 尤其是对内部质量提出了更高的标准，二次冷却问题受到越来越多的重视。

新疆伊犁钢铁有限责任公司炼钢厂新疆伊宁 835800摘要：本文介绍了新疆伊犁钢铁有限责任公司炼钢厂小方坯连铸优化二次冷却制度过程，并根据实践结果对二冷配水量控制等方面进行了分析,并对二次冷却配水参数进行了优化以及调整，使铸坯质量得到明显提高。

关键词：二次冷却的重要性；存在问题；优化过程1.前言连铸机的二次冷却系统起着对铸坯进行连续冷却，使其逐渐完全凝固的作用。

在连铸生产中，二次冷却系统对铸坯的表面质量、坯壳厚度均匀形成、矫直效果等都有至关重要的影响，因此连铸二冷技术对连铸生产过程顺行、产品质量和生产效率均有重要影响。

随着连铸技术的高速发展，以及市场对铸坯质量要求的不断提高，尤其是对内部质量提出了更高的标准，二次冷却问题受到越来越多的重视。

2存在问题在生产过程中，由于二次冷却制度不当，出现的铸坯缺陷有：1在二冷区各段之间冷却不均匀，铸坯表面温度呈现周期性的回升。

回温引起坯壳膨胀，当施加到凝固前沿的张应力超过钢的高温允许强度和临界应变时，铸坯表面和中心之间就会出现中间裂纹，从而导致铸坯出现内部质量问题。

2二冷区铸坯四个面的非对称性冷却，造成某两个面比另外两个面冷却得更快，铸坯收缩时在冷面产生沿对角线的压力，加重铸坯扭转，产生菱变，从而导致铸坯脱方加剧，制约了连铸的产量及钢坯质量。

3二次冷却太弱，铸坯表面温度过高，钢的高温强度较低，钢水在静压力作用下，凝固壳就会发生蠕变而产生鼓肚。

3原因分析及解决措施3.1二冷配水原则连铸机的生产率与铸坯质量在很大程度上取决于二次冷却。

为保证铸坯质量和产量，基于这两个方面的考虑，二次冷却都应遵循以下几个原则[1]：1上强下弱。

铸坯出结晶器后，在二冷上段坯壳薄、热阻小、坯壳收缩产生的应力亦小，这些条件有利于强冷以增加坯壳厚度，减少漏钢事故。

连铸过程的冷却制度

连铸过程的冷却制度1.结晶器冷却（一次冷却）2.二冷区冷却（二次冷却）铸坯冷却的控制钢水在结晶器内的冷却即一冷确定，其冷却效果可以由通过结晶器壁传出的热流的大小来度量。

1、一冷作用：一冷就是结晶器通水冷却。

其作用是确保铸坯在结晶器内形成一定的初生坯壳。

2、一冷确定原则：一冷通水是根据经验，确定以在一定工艺条件下钢水在结晶器内能够形成足够的坯壳厚度和确保结晶器安全运行的前提。

通常结晶器周边供水2L/min.mm。

进出水温差不超过8℃，出水温度控制在45-50℃为宜，水压控制在0.4-0.6Mpa.结晶器水质一般达到以下技术条件以免结晶器水槽内铜板表面结垢，影响结晶器传热。

固体不大于10㎎/L。

总悬浮物不大于400㎎/L。

硫酸盐不大于150㎎/L。

氯化物不大于100㎎/L。

总硬度（以CaCO3计）不大于10㎎/L。

PH值为7.5---9.5.小方坯用工业清水，板坯常用软水。

结晶器的作用◆在尽可能的拉速下，保证铸坯出结晶器是形成足够厚度的坯壳，使连铸过程安全的进行下去，同时决定了连铸机的生产能力；◆结晶器内的钢水将热量平稳的传导给铜板，使周边坯壳厚度能均匀的生长，保证铸坯表面质量。

结晶器内坯壳生长的行为特征(1)钢水进入结晶器，与铜板接触就会因为钢水的表面张力和密度在杠爷上部形成一个较小半径的弯月面。

在弯月面的根部由于冷却速度很快（可达100℃/s），初生坯壳迅速形成，钢水不断流入结晶器,新的初生坯壳就连续不断的生成，已生成的坯壳则不断增加厚度。

(2)已凝固的坯壳，因发生δ→γ的相变，使坯壳向内收缩而脱离结晶器铜板，直至与钢水静压力平衡。

(3)由于第（2）条的原因，在初生坯壳与铜板之间产生了气隙，这样坯壳因得不到足够冷却而开始回热，强度降低，钢水静压力又将坯壳贴向铜板。

(4)上述过程反复进行，直至坯壳出结晶器。

坯壳的不均匀性总是存在的，大部分表面缺陷就是起源于这个过程之中。

(5)角部的传热为二维，开始凝固最快，最早收缩，最早形成气隙。

连铸二次冷却

连铸二次冷却(secondary cooling of continuous casting)连铸炼钢过程中，在结晶器出口到拉矫机的长度区间内对铸坯进行的强制均匀冷却。

这个区间称二次冷却区。

该区段内设有喷水系统和按直线(立式连铸机)或弧线(弧形连铸机)排列的一系列夹辊装置。

二次冷却的作用是对铸坯表面进行强制、均匀冷却，使铸坯在较短时间内凝固。

二冷区必须保证铸坯无表面、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，对其装置的具体要求是：(1)总体结构和支承导向部件刚性好、强度大；(2)对弧简便准确，易于安装、检修和事故处理；(3)冷却系统具有足够的冷却强度和均匀性，并可适当调节。

传热方式有铸坯表面向空气的辐射热，由铸坯温度高低而定；空气和铸坯表面间的对流传热，此值小可忽略；夹辊和铸坯表面的传导传热；水滴打在铸坯上水蒸发直接散热；水滴沾到铸坯表面被加热等5种。

其中喷雾水滴直射铸坯表面，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复杂的传热过程，它受喷水强度、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。

其中喷水强度则与喷嘴类型、喷射距离、水压、水温密切相关。

冷却方式有水喷雾冷却、气一水喷雾冷却或干式冷却(不喷水或喷少量水)。

通常喷水冷却水压力约O．3～O．6MPa，一般通过喷嘴将水雾化成细滴，以很高的速度打到铸坯上。

采用哪种冷却方式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条件来决定。

喷嘴有压力型、气一水型两种，材质系铜。

压力喷嘴常用的有扁、螺旋、圆锥、薄片等多种；气～水喷嘴是利用压缩空气将水雾化，使铸坯连liar、冷却更加均匀且节水的一种高效冷却喷嘴。

由于从结晶器出口处拉出的铸坯进入二冷上段时，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，可施以强冷却。

随着坯壳厚度增加，热阻加大，铸坯进入二冷下段后，要逐渐减小冷却强度。

铸坯连铸二次冷却模型的研究与开发

铸坯连铸二次冷却模型的研究与开发连铸二次冷却在连续铸钢过程中占有非常重要的作用，与铸坯的质量和产量都有密切的联系，所以二次冷却模型越来越受到了人们的关注。

随着科学技术的不断进步，计算机技术逐渐应用到了二次冷却当中，为连铸提供了很大的便利。

本文将从二次冷却的重要性出发，分析铸坯二冷配水数学模型的建立，以及铸坯连铸二次冷却仿真软件的开发。

标签：铸坯连铸技术连铸二次冷却模型仿真软件引言伴随着我国产业结构的转型，钢铁工业的发展也受到了一定的影响，为了在降低生产成本的基础上，产出更加优质的钢材，以提高企业的经济效益，必须要对整个生产过程进行优化，其中最先创新的就是连铸二次冷却的过程了，接下来我们就对此进行简要说明。

一、连铸二次冷却的作用1.缩短冷却时间连铸二次冷却对冷却区的设备、冷却工艺以及冷却水等方面都有很大的改进，使其可以在很大程度上缩短铸坯冷却的时间，从而降低时间成本，以提高连铸机的生产能力。

此外，当前我国对于连铸二次冷却的技术要求非常高，可以有效地保证整个连铸过程的安全性，从而可以尽最大可能的降低事故的发生的可能性，使机械设备能够更加高效地运转，达到较高的生产效率。

随着技术的发展，我国逐渐出现了多种多样的二次冷却模型，对于缩短冷却时间的意义十分重大。

2.获得良好的铸坯质量二次冷却最主要的目的是形成铸锭凝壳，这样可以使铸坯在离开结晶器之后，接受连续的冷却，直到铸坯完全凝固，从而使其获得良好的铸坯质量，以提高钢材的质量，比如，连铸二次冷却可以在一定的温度条件下实现弯曲、矫直等过程。

而且，连铸二次冷却可以很好的提高冷却效率，使铸坯表面的温度能够保证均衡，而且还能够根据不同的要求调整冷却的温度，这也就保证了铸坯的质量，从而促进钢铁企业经济效益的提高，使用先进的冷却技术，对于我国钢铁工业的进步有很大的推动作用。

二、数学模型的建立对于连铸二次冷却来说，数学模型是最常用到的，而且设计起来还是较为容易，操作过程也是比较方便快捷的，接下来，我们说明铸坯凝固传热数学模型和铸坯二冷配水数学模型这两种模型的建立。

连铸钢坯二次冷却制度的优化研究

连铸钢坯二次冷却制度的优化研究（河北唐银钢铁有限公司，河北唐山064000）在国民经济发展中，钢铁生产处于重要地位，是重要的支柱产业，对国民经济的健康发展有着重大的影响。

连铸是钢铁工业的核心生产环节，对对于提高钢铁生产效率和质量都有直接的影响，长期以来一直是钢铁工业的热门研究内容。

在钢铁生产中二次冷却制度对于连铸的质量有着重要影响。

在实际的连铸生产中，很多企业都存在着二次冷却不规范问题，影响了连铸钢坯的质量。

本文从二次冷却制度的特点和常见问题进行论述，提出了几点优化建议。

标签：连铸钢坯;二次冷却;优化连铸钢坯的质量决定因素包括众多方面，主要衡量标准是表面质量和内部质量。

连铸钢坯的完成，需要经过能量的释放和热量的传递，从液态钢变为固态钢。

这一过程，对冶炼工艺和设备都有极高的要求。

在控制好冶炼工艺和设备后，最为重要过程就是二次冷却了。

能否生产出合格的连铸钢坯，全部由二次冷却过程决定。

因此，二次冷却制度极为重要。

1 连铸二次冷却的作用和特点连铸钢坯的生产过程，主要是通过对流传热和传导、辐射等方式，使钢水中的热能释放出去，转为固态钢坯。

释放的热量主要是显热、潜热、过热这三部分的能量。

过热是从液态钢水的浇铸温度TC到液相温度T1时，所释放出来的热量。

而潜热则是从液相温度T1到固线温度Ts时送释放的热量。

显热是从固相温度Ts到普通的环境温度T0这一冷却过程释放的热量。

2 连铸钢坯质量与二次冷却的紧密关系二次冷却对连铸钢坯的质量有着重要影响。

连铸钢坯的生产过程中，影响其质量的因素主要包括了钢水温度、拉速、铸坯断面以及结晶器和钢种等。

在操作工艺和铸机设备条件固定的情况下，所有影响钢坯质量的因素中，只有二次冷却这一因素可以人为控制。

如果二次冷却弱冷时，会降低铸坯的凝固速度，虽然生产率有所下降，但可以在高温下生产钢坯，有利保证钢坯的质量。

当二次冷却遇到强冷时，可以加快铸坯的凝固速度和拉速，让铸机保持较高的生存率，但容易产生各种裂纹，使铸坯存在缺陷。

连铸二次冷却工艺的优化

R9m方坯连铸二次冷却工艺的优化发布时间:2006年12月7日1 前言山东石横特钢集团有限公司（简称石横特钢）现有R9m四机四流连铸机1台，浇注钢种有：碳素结构钢、合金结构钢、高碳钢、焊条钢等，生产150mm×150mm方坯供高速线材车间，其质量要求严格。

而方坯连铸二次冷却与铸坯质量有密切关系，在生产优钢过程中，由于二次冷却制度不当，出现一些铸坯缺陷：（1）内部裂纹，在二冷区，如果各段冷却不均匀，部分回温太大，或冷却强度大，都会导致内部裂纹。

（2）铸坯菱变（脱方），二冷区铸坯四个面的非对称性冷却，造成某两个面比另外两个面冷却得更快，在冷面产生沿对角线的应力，加重铸坯扭转，产生菱变。

（3）铸坯鼓肚，如二次冷却太弱，铸坯表面温度过高，钢的高温强度较低，在钢水静压力作用下，凝固壳就会发生蠕变而产生鼓肚。

（4）表面裂纹，由于二冷不当，矫直时铸坯表面温度低于900℃，刚好位于“脆性区”，再有AlN、Nb（CN）等质点存在，容易在振痕波谷处产生表面裂纹。

2 二次冷却工艺优化2.1 连铸坯配水基本原则铸坯出结晶器后，随二冷水喷向铸坯，凝固壳厚度加厚，其依据规律为：δ = K（τ）1/2 （1）式中δ——铸坯厚度；K——凝固系数；τ——凝固时间。

由式（1）可知：铸坯厚度δ是随凝固时间τ的平方根而增加，凝固壳厚度达到一定时，坯壳传热成为坯壳增长的限制环节，坯壳厚度越大，传热阻力增加，温差也越大。

因而冷却水量应随铸坯厚度δ的增加而降低，即二冷水量Q与铸坯厚度δ成反比。

所以不同位置的水量Q与（τ）-1/2成正比。

而τ ∝s/v（s为结晶器液面到二冷区某一点的长度，v为拉速），所以：Q ∝（s/v）-1/2 （2）当拉速v一定时，二冷水量Q与结晶器液面到二冷区某一点的长度s的平方根成反比，由此得到结论：二冷配水冷却水量沿铸坯方向从上到下应是逐渐减少的。

2.2 不同钢种二冷水的设定对于不同钢种，因其冷却特性不同，其二冷配水制度应该不同。

连铸二冷区技术原理

148CHINA INSTRUMENTATION2010年增刊由于铸坯凝固速度比拉坯速度慢很多，随着浇注的进行，铸坯内形成一个很长的液相穴。

铸坯带着液芯进入二冷区接受喷水冷却，目的是使铸坯完全凝固，表面温度分布均匀，内外温度梯度小，然后进入拉矫机。

铸坯在二冷区要全部凝固还需散出 210～294kJ/kg 的热量。

所以，从结晶器出口到拉矫机前的一定范围内设置一个喷水冷却区，叫二冷区，向铸坯表面喷射雾化水滴，铸坯表面温度突然降低，铸坯表面和中心之间形成了较大的温度梯度，这是铸坯向外传热的动力。

二冷水的控制特点是要求流量控制范围大，控制精度高，因此常采用高精度的电磁流量计对水流量进行检测。

凌钢1700ASP 连铸铸坯生产过程中，边角温度下降快，二冷区采取气—水雾化冷却系统控制，借以避免局部水楔和开浇、停浇时残流所造成的冷却不均匀。

2 系统概况凌钢1700ASP 连铸二冷水系统采取气—水雾化冷却控制，即在8个冷却区中，第1区（即结晶器喷水区）喷水冷却，防止拉漏和鼓肚，2~8区采取气—水雾化冷却。

气—水冷却系统分区如图1所示。

以上各冷却区均设置流量调节阀，一级计算机根据钢坯横截面、拉速、钢种等修正参数、设定冷却水、二冷空气流量的设定值，同时控制各区的流量调节阀的开度，实现对气水配比控制。

二次冷却水流量与拉速满足以下关系:Qi A v B v C xax i i i 2=++b ^h 式中：Qi 为某一控制回路的流量设定值;连铸二冷区技术原理The Theory of Second Cooling Zone1 引言众所周知，在连铸生产工艺流程中，从结晶器拉出来的铸坯凝固成一个薄的外壳，而中心仍为高温钢水。

（1）中国仪器仪表 CHINA INSTRUMENTATION2010年增刊149v 为拉坯速度;α为过冷补偿系数;β为喷水宽度调整补偿系数（仅第三段控制回路有此项）。

3 气水冷却配比控制在汽水冷却段，为了达到气水喷雾冷却的预期效果，必须保证冷却水与压缩空气的正确配比。

大方坯连铸二次冷却工艺研究

大方坯连铸二次冷却工艺研究大方坯连铸二次冷却工艺是现代钢铁生产过程中重要的一部分，它是将原料连续铸造成长条形、宽板条型或其他形状的钢坯，再将其通过二次冷却的工艺精炼成各种形状的型材。

其主要特点有：高质量，高效率，绿色环保，低能耗，可以有效改善规格复杂的型材生产过程中的产品品质，节约能源，提高经济效益，满足多元化的需求。

一、大方坯连铸冷却工艺实现机制大方坯连铸二次冷却工艺分为两个主要阶段，即热处理阶段和冷却阶段。

热处理阶段：在这个阶段，钢坯经过精细煅烧，以提高坯体的力学性能。

其中，温度控制是调节材料性能的关键，温度的高低会影响材料的均匀性、微观结构、硬度等。

冷却阶段：在这个阶段，将已经加热的钢坯安装在专用的铸轧机上，然后通过冷却装置进行二次冷却，使其受热位移、变形膨胀和减薄膨胀回复形变等处理，最终得到熔融分离的长条或宽板条形。

二、连铸二次冷却工艺技术应用1.加工方面：连铸二次冷却工艺在加工方面，可以提供精密、灵活的加工对象，从而满足客户对型材外形质量及内外表面质量要求。

2.产量方面：连铸二次冷却工艺能满足客户的大批量订单要求，大大提高生产效率，提升经济效益。

3.产品质量方面：连铸二次冷却工艺能够有效改善型材内外表面质量，能达到抛光等级，提升产品品质。

4.技术先进性：连铸二次冷却工艺涉及技术比较复杂，在操作方面需要经验丰富的技术人员，生产时需要实时反馈、控制、调节，提高生产过程中的可靠性。

三、连铸二次冷却工艺部分设备1.冷却塔：冷却塔是连铸二次冷却工艺的核心设备，主要用于控制坯体的冷却温度，实现坯体表面温度的快速降温，控制坯体变形和减薄膨胀回复形变。

2.辊道：辊道是常用的连铸二次冷却工艺设备，主要用于拉伸坯体，实现改变坯体外形和精细加工坯体表面等。

3.焊接机：焊接机是连铸二次冷却工艺的支撑设备，主要用于连接各加工过程的设备，保证坯体的原位运动和防止污染。

4.水冷棒：水冷棒是一种现代的铸造工具，它可以根据客户的要求，调整坯体的厚度和形状，以达到精确的加工精度。

连铸二冷工艺优化与铸坯角部裂纹控制研究

连铸二冷工艺优化与铸坯角部裂纹控制研究河北省锻造用钢技术创新中心河北承德 067300摘要：连铸坯的二次冷却是连铸生产中的一个重要环节，极大的影响到铸坯内部的质量与连铸机生产的顺利进行。

为此，对二冷工艺进行改善，已经成为连铸工艺发展中及其重要的课题。

很多钢铁生产企业，在生产前期因二冷系统的缺陷，致使铸坯脱方和内裂，导致质量不合格，因此对铸坯的合格率以及轧钢的成材率产生严重的影响。

为将铸坯质量有效改善，就必须加强对连铸二冷工艺优化，进而减少铸坯质量的缺陷问题。

关键词：连铸二冷工艺；铸坯角部；裂纹1 连铸二冷的作用及原理连铸坯二次冷却的作用，是将铸坯利用工业用水进行二次冷却。

当铸坯离开一冷（结晶器冷却）之后，虽然其表面形成了一定厚度的坯壳，但还需要进而二次冷却，利用二冷水使坯壳继续均匀加厚，并加速凝固；通过夹持辊与导向辊，对带液芯的铸坯起支撑和导向的作用，并防止其鼓肚变形；对引锭杆也起到起导向及支撑的作用；对带直结晶器的直弧型连铸机来说，也起到在二冷区将其完成铸坯的顶弯作用。

二冷水对于水质的要求相对严格，越是钢级较高的钢种要求也越高。

必须是经过精细过滤装置的工业用水。

但是对于二冷水的使用量还是需要进行精确计算，对铸坯的质量做出低倍分析之后，再进行翻转调整。

大部分的喷嘴堵塞，都是由于对二次冷却水的过滤不够精细而导致的。

2 二次冷却工艺缺陷致使连铸坯出现角部裂纹连铸二次冷却效果的好坏，将会直接影响到铸坯质量与连铸机的产量，也是致使连铸坯出现角部裂纹的最主要的原因。

在所有能够影响钢坯质量的因素中，唯有二次冷却这一因素是可以进行人为控制的。

对二次冷却工艺进行优良化，也是改善铸坯质量以及提升连铸机生产量的重要方式。

在连铸过程中，由于进行二次冷却的强度偏大，尤其是在冬季，当二冷遇到强冷空气时，二次冷却的水温比较低，在喷水量相同的情况下，对于钢坯的冷却强度却更大，可以加快钢坯的凝固速度与拉速，这样虽然会使连铸机保证较高的生存力，但是会让铸坯产生各种裂纹，使其存在缺陷，并严重影响到铸坯的质量。

特钢连铸二冷技术研究

特钢连铸二冷技术研究钢的连铸与有色金属的一个重要差别是连铸钢坯内有较长的液芯。

这就需要对温度高、刚度低的坯壳进行冷却和支撑，这也是二冷段的基本作用。

浇铸速度越高，坯壳越薄液芯也越长，这些作用越重要。

在特殊钢连铸中，为了提高铸坯内部质量，可以采用末端电磁搅拌（F-EMS）或轻压下等技术措施。

这些措施的效果和使用方式也依赖于二次冷却技术。

1．二冷区传热基本原理在连铸机中钢液冷却到最后完全凝固时，其热量分别在水冷结晶器(一次冷却区)、喷雾水区（二次冷却区）和铸还的自然冷却区(三次冷却区)散失。

二冷水分布主要根据冶金技术要求、钢种在高温状态下的力学性能和铸坯的断面尺寸确定。

二冷区的各段的喷水量有所区别，出结晶器时铸坯表面温度高，坯壳薄，喷水量要大，以迅速增加坯壳厚度；随着铸坯的移动，铸坯表面温度降低，坯壳厚度逐渐增加，喷水量减小。

对二冷传热的影响因素有以下几个方面：(1)铸坯表面温度冷却水喷在连铸坯表面的冷却效果用综合换热系数或热流来衡量。

换热系数或热流基本取决于铸坯表面温度和喷水密度，见图1。

由图1可知，热流与表面温度不是直线关系：1) Ts＜300℃，热流随Ts而增加，此时为对流传热；2) 300℃＜Ts＜800℃，随温度提高热流下降，在高温表面有蒸汽膜，有核态沸腾状态；3) Ts＞800℃，热流几乎与表面温度无关，甚至于呈下降趋势，表面形成稳定蒸汽膜阻止喷射水滴与铸坯接触；由图可知，热流与表面温度不是线性关系，但在一定温度范围内，随喷水强度增加热流增大。

图1 表面温度与热流的关系(2)水流密度水流密度是指铸坯在单位时间单位面积上所接受的冷却水量。

水流密度增加，传热系数增大，它们之间关系以经验公式表示：换热系数h=hW n（1）为常数，W为喷水密度，n=0.45—0.75这里，h这个关系式可以在实验室研究测定。

但对于连铸坯而言，这仅仅是喷水的一个局部某一时刻的换热系数，不是一个段的或整个铸机上的换热系数。