王 詩(shī)（日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司，山東 日照 276806）

ESP薄板坯連鑄機(jī)斷面溫差控制原理與實(shí)踐

王 詩(shī)
（日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司，山東 日照 276806）

本文主要介紹ESP薄板坯連鑄機(jī)斷面溫差產(chǎn)生的原理以及所采取的控制措施和控制效果。

ESP；薄板坯鑄機(jī)；斷面溫差

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.206

1　引言

ESP（無(wú)頭帶鋼軋制）工藝中連鑄機(jī)與軋機(jī)硬性連接，鑄坯出扇形段后直接進(jìn)入三機(jī)架大壓下軋機(jī)。與傳統(tǒng)軋機(jī)相比，無(wú)感應(yīng)加熱爐進(jìn)行升溫和均勻鑄坯表面溫度，因此鑄坯出扇形段后的斷面溫差（鑄坯橫向表面溫度分布）對(duì)帶鋼板形及氧化鐵皮影響較大。ESP連鑄機(jī)斷面溫差控制在40℃以內(nèi)，可滿足ESP軋機(jī)要求。

2　斷面溫差產(chǎn)生的原理

初生坯殼在結(jié)晶器內(nèi)經(jīng)一次冷卻形成一定厚度后離開(kāi)結(jié)晶器進(jìn)入二次冷卻區(qū)域。從結(jié)晶器足輥至SEG11，鑄坯的冷卻主要是通過(guò)規(guī)則排布的噴嘴水冷實(shí)現(xiàn)。ESP連鑄機(jī)二冷分區(qū)如表1所示。

表1　ESP連鑄機(jī)二冷分區(qū)及冷卻類型

其中Ⅰ～Ⅵ區(qū)，即足輥、零段、弧形段為高壓水冷卻；Ⅶ～Ⅸ區(qū)，即矯直段與水平段為氣霧冷卻。同時(shí)，為有效控制斷面溫差及鑄坯角部溫度，零段（Ⅱ&Ⅲ區(qū)）水平方向又分為3個(gè)回路，分別為C、M1、M2；弧形段、矯直段及水平段分為C及M兩個(gè)回路。

二次冷卻主要原則為實(shí)現(xiàn)鑄坯的均勻冷卻，影響二次冷卻均勻性的主要因素為噴嘴的安裝高度、間距、噴射角度及噴嘴特性。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，零段對(duì)斷面溫差影響最大。

通常情況下，噴嘴噴出的扇面方向上的水流密度中心最大，向兩側(cè)逐漸減小，而兩噴槍間的重合區(qū)域水流密度疊加，可以提高該區(qū)域的水流密度，使鑄坯橫向上盡可能冷卻均勻。同時(shí)沿澆注方向，兩排噴槍交錯(cuò)布置，使水流密度高、低區(qū)域交替出現(xiàn)，以保證鑄坯冷卻均勻。

事實(shí)上，相鄰噴嘴噴淋區(qū)域交叉布置雖有利于水流密度的均勻分布，但如兩水頭對(duì)沖，會(huì)交區(qū)域水流密度下降，反而不利于水流密度的均勻分布。

另外，二冷區(qū)域的傳熱量是噴嘴傳熱系數(shù)和鑄坯表面溫度與噴淋水溫度的函數(shù)，如式（1）所示。

其中，hw是傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）；

Ts是鑄坯表面溫度，℃；

Tw是冷卻水水溫，℃。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得hw，如式（2）所示。

其中，a、b和c是系數(shù)，取決于噴嘴特性；W是水流密度，L/（m2·s）。

可見(jiàn)，在噴嘴固定，水流量相同的情況下，二冷水溫度和鋼水溫度都會(huì)影響二冷區(qū)域的傳熱量，從而影響斷面溫差。二冷水溫度低或鋼水溫度低均會(huì)使斷面溫差增大。

若扇形段內(nèi)弧有積水流到鑄坯上，必然會(huì)在鑄坯上產(chǎn)生黑線，尤其ESP連鑄機(jī)零段采用高壓水冷卻，水流量大，若不能將積水導(dǎo)出，將在鑄坯表面產(chǎn)生黑線，影響斷面溫差。

3　斷面溫差控制措施

3.1采用二代噴嘴，并使噴嘴傾斜安裝

二代噴嘴可有效降低噴淋水壓力并霧化冷卻水，使噴嘴的冷卻效率提高，達(dá)到同樣冷卻效果時(shí)噴水量降低，從而有效減少不可控冷卻水（未蒸發(fā)冷卻水），提高鑄坯冷卻的均勻性。同時(shí)安裝噴嘴時(shí)，噴嘴在垂直于澆注方向上有一定的傾斜角度，防止相鄰噴嘴水流對(duì)沖，真正實(shí)現(xiàn)水流密度疊加的效果（圖1）。

圖1　二代噴嘴安裝側(cè)視圖

3.2優(yōu)化二級(jí)配水模型，采用二冷水溫度補(bǔ)償及鋼水溫度修正

針對(duì)基礎(chǔ)水表，優(yōu)化不同拉速下的水量設(shè)定，優(yōu)化中間水與邊部水的比例系數(shù)，同時(shí)根據(jù)二冷水溫度及鋼水溫度修正各區(qū)水量設(shè)定，達(dá)到穩(wěn)定斷面溫差的目的。

3.3優(yōu)化零段導(dǎo)水板及導(dǎo)水槽，減少積水流至鑄坯表面

改進(jìn)零段導(dǎo)水板及導(dǎo)水槽，現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)看出，改進(jìn)后可避免零段積水流至鑄坯表面。同時(shí)在生產(chǎn)1250mm小斷面時(shí)，在SEG1兩側(cè)加裝防水膠皮，杜絕積水從窄面流至鑄坯表面。

3.4內(nèi)弧噴嘴型號(hào)修改

圖2　SEG1兩側(cè)防水膠皮

圖3　1527mm斷面鑄坯典型斷面溫差分布

圖4　1275mm斷面鑄坯典型斷面溫差分布

針對(duì)鑄坯表面的亮線及黑線位置，有針對(duì)性的改進(jìn)噴槍型號(hào)，以期改善斷面溫度分布。同時(shí)在水平段內(nèi)弧增加附加噴嘴針對(duì)性的冷卻鑄坯亮帶。

4　斷面溫差改善效果

采取上述措施后，無(wú)論是生產(chǎn)1527mm還是1275mm斷面，鑄坯斷面溫差均能控制在35℃以內(nèi)，滿足ESP鑄機(jī)對(duì)斷面溫差的要求。

5　結(jié)論

ESP薄板坯連鑄機(jī)與軋機(jī)硬性連接，對(duì)鑄坯斷面溫差要求苛刻。斷面溫差主要是由噴嘴布置本身的局限性以及二冷水溫度、鋼水溫度等工藝參數(shù)波動(dòng)造成。通過(guò)采取升級(jí)噴嘴型號(hào)、優(yōu)化配水、優(yōu)化零段導(dǎo)水板導(dǎo)水槽以及修改部分內(nèi)弧噴嘴型號(hào)等措施，可使斷面溫差控制在35℃以內(nèi)，滿足ESP軋機(jī)對(duì)斷面溫差的要求。

［1］張家蕓主編.冶金物理化學(xué)［S］.

［2］Siemens-VAI技術(shù)談判Annex No.2［Z］.