方坯連鑄機(jī)二冷配水的優(yōu)化計(jì)算

1、方(矩)坯連鑄機(jī)二冷配水的優(yōu)化計(jì)算 坯連鑄機(jī)二冷配水的優(yōu)化計(jì)算發(fā)表日期：2007-9-21 閱讀次數(shù)：519摘要 摘要:介紹了華西方坯和矩坯連鑄機(jī)的二冷配水在生產(chǎn)實(shí)踐中遇到的問(wèn)題及優(yōu)化原則，通過(guò)對(duì)二冷影響因素的分析和優(yōu)化計(jì)算，確定了較合理的工藝參數(shù)，并取得了顯著效果。1 前言華西鋼鐵廠兩臺(tái)連鑄機(jī)均采用上重礦的設(shè)備，6 米弧、塞棒控流、漸近矯直；l#機(jī)主要生產(chǎn)150× 150mm2 方坯供給高線(xiàn)廠，而 24 機(jī)主要生產(chǎn) 165&

2、#215;180、225、280mm2 矩坯供給冷、熱帶和扁鋼廠。投產(chǎn)后，所生產(chǎn)的鋼種分為 4 組：低碳鋼、中高碳鋼、低合金鋼和電工鋼，二冷配水套用上重礦提供的 l～5 號(hào)曲線(xiàn)：隨著生產(chǎn)節(jié)奏的變化，加上新品種鋼的不斷開(kāi)發(fā)，原二冷配水曲線(xiàn)已無(wú)法滿(mǎn)足要求，需要對(duì)原有的二冷水表進(jìn)行優(yōu)化，并開(kāi)發(fā)出新的連鑄二冷水表，以滿(mǎn)足新品種鋼開(kāi)發(fā)的需要和現(xiàn)有鋼種質(zhì)量提高的要求。2 二次冷卻的基本計(jì)算2.1 二冷水量的計(jì)算二冷水量的計(jì)算公式如下：Q=f

3、3;a·b·ρ·Vg，式中 Q 一二冷總水量，L/min；f 一比水量，L/Kg；a·b 一鑄坯的斷面，m2；ρ 一鋼水密度，Kg/m3；Vg 一拉坯速度，m/min。為避免鑄坯在 700～900℃的裂紋敏感區(qū)矯直，一般連鑄機(jī)都選擇軟冷，坯溫以控制在1000±50℃為宜。二次冷卻方式確定后，二冷水量 Q(或比水量 f)的大小主要根據(jù)各鋼種在矯直前凝固到 1000±50℃時(shí)釋放出

4、的熱量大小來(lái)確定，故影響二冷水量大小的因素主要有：鋼水的溫度(液相線(xiàn)溫度+過(guò)熱度)、拉速和凝固潛熱等。2.2 二冷水量的三段分配當(dāng)鑄坯剛從結(jié)晶器中拉出的時(shí)候，坯殼較薄，熱阻小，散熱快，且內(nèi)部有大量的熱量，必須加大水量實(shí)現(xiàn)強(qiáng)冷以增加坯殼的厚度；隨著坯殼的不斷下移冷卻，坯殼厚度增加，熱阻增大，從鑄坯表面需帶走的熱量減少，應(yīng)相應(yīng)減少水量；也就是說(shuō)，二冷水量與坯殼的厚度成反比①。根據(jù)凝固定律：坯殼厚度 e=k(t)1/2=k(Hi/V)l/2，

5、其中 k 一凝固系數(shù)，t 一時(shí)間，Hi 一到結(jié)晶器的距離，V 一拉速。在拉速一定的情況下，坯殼厚度與該處到結(jié)晶器的距離的平方根成正比②；所以由①和②最終可以得出二冷各段水量與該段到結(jié)晶器距離的平方根成反比，用公式可表示如下：Q1：Q2：…Q4=(1/H11/2)：(1/H21/2)：…(1/H41/2)Hi=πR·(A0+A1+A2+…Ai，2)/1804 影響二次冷卻計(jì)算的因素4.1 鋼水溫度對(duì)二冷比水量的影響鋼水溫度=液相

6、線(xiàn)溫度+過(guò)熱度，各鋼種由于本身液相線(xiàn)溫度的不同，加之為滿(mǎn)足流動(dòng)性而設(shè)定的過(guò)熱度不同，所以各鋼種的鋼水溫度也各不相同，相差很大，同樣冷卻到 1000±50℃的情況下需冷卻的程度不同；故根據(jù)二冷程度=λ·f·[ab/2(a+b)]·ρ，鋼水溫度高的鋼種二冷比水量必須要大。4.2 斷面大小對(duì)二冷比水量的影響事實(shí)上鑄坯進(jìn)拉矯機(jī)前的冷卻包含了一冷、二冷和空冷三個(gè)過(guò)程，它們之間的關(guān)系見(jiàn)表 1，因空冷散熱的比例

7、小，且不同斷面空冷散熱量相差不大，故計(jì)算時(shí)可按照一冷：二冷=4：6 的比例計(jì)算。表 1 方坯連鑄各冷卻區(qū)的相互關(guān)系冷卻區(qū) 一冷 二冷 空冷冷卻比例 40％ 55％ 5％一次冷卻程度的大小可表示如下：一冷程度=導(dǎo)熱系數(shù)×比表面積×溫度梯度×水流量×時(shí)間=λ·[2(a+b)/ρa(bǔ)b]·△T·Q·(L/V)，△T 一鋼水與冷卻水的溫差，L 一指銅管長(zhǎng)度，λ 一導(dǎo)

8、熱系數(shù)，與坯殼熱阻和銅管錐度等有關(guān)。連鑄機(jī)的斷面不管大小，同一鋼種進(jìn)拉矯機(jī)前的鑄坯冷卻程度必須相同，以 165×180 和165×280 兩個(gè)斷面為例，為保證冷卻程度相同，有兩種方式：1)一冷程度 280=一冷程度 180，二冷程度 280=二冷程度 180；則：結(jié)晶器流量Q280/Q180=0.78，二冷比水量 f280/f180=0.83。2)結(jié)晶器流量保持不變；則：f280/f180=0.724.3 凝固潛熱對(duì)

9、二冷比水量及三段分配的影響根據(jù) Fe—C 相圖可知，碳含量不同，從液態(tài)到固態(tài)的凝固特性不同，其凝固過(guò)程散發(fā)的熱量不同，所以相應(yīng)的冷卻強(qiáng)度也要作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。以 Q235 鋼為例，該鋼種碳含量在 0.14～0.22 之間，處于包晶反應(yīng)區(qū)，而其合金含量又不高即合金對(duì)凝固特性的影響不大，所以該鋼種在凝固的時(shí)候會(huì)有大量凝固潛熱釋放出來(lái)，凝固速度相對(duì)較慢，導(dǎo)致凝固時(shí)長(zhǎng)時(shí)間處于固一液兩相區(qū)，固一液兩相區(qū)的強(qiáng)度較差，在各種應(yīng)力作用下，易于形成裂紋。故