连铸机铸坯冷却系统优化改造分析

贺海伟

陕西龙门钢铁有限责任公司  陕西 韩城 715404

摘要：在中国，连续铸造工艺的发展，对连续铸造装备的研发起着举足轻重的作用。连铸结晶器与二冷系统是连铸过程中的关键环节，对其进行工艺优化是改善连铸过程质量的关键。为此，某大型钢铁企业，就其连铸过程中出现的主要问题，对连铸过程进行了系统优化研究。该项目的实施，一方面可以为改善连铸过程中的连铸过程提供理论依据；另一方面，本项目的研究成果将为提高我国钢铁企业的产品质量、降低成本等提供重要的理论支撑。

关键词：连铸机；铸坯；冷却系统

1某集团炼钢厂连铸机二次冷却系统基本情况

在某钢铁企业的连铸机组中，应用了冷却水喷射技术对钢坯进行了二冷。该二冷配水系统以静态配水为主。通过人工与自动两种水力配比的自动配比方式，实现二冷段水力配比与连铸速度的科学配比。其中，影响熔体质量的主要因素有：连铸钢种的主要组成部分、熔体温度等。在实际操作中，控制系统主要依据这两个要素对各个层级的冷却水进行分配。在连铸过程中，技术操作数据都保存在PLC控制系统中，而技术操作数据则需要人工操作。

2连铸机铸坯冷却时遇到的问题

首先，由于结晶器水间隙不能调整，导致铸型极易发生变形，且很难调整。足辊的调节比较困难，调节幅度也比较小。在多数情况下，弯管的要求得不到保障。其次，由于二冷部分具有较高的局冷强度，使铸坯产生了很大的热应力，极易产生各类质量缺陷。另外，由于二冷喷嘴支架为钢管悬臂式，在使用过程中极易产生变形，使得二冷喷嘴之间的相对位置发生改变，造成二冷喷嘴中性点的降低，从而使得二冷喷嘴的冷却效率降低，对铸坯质量也有较大影响。

3连铸机铸坯冷却系统优化改造分析

3.1结晶器优化改造分析

（1）结晶器试运行存在的问题

在连铸过程中，发现了连铸机存在的两个主要问题。①在结晶器运转时，很难对水套的上端孔进行有效的紧固，装好后又很难对其进行调节。该现象将造成以下两方面的问题：一是造成铸型水套筒与铜管间间隙不均，降低了铸型水的冷却效率；二是使铸型水套筒变薄，使铸型表面强度降低。其次是水口的处理工艺。本装置的结晶器内的水套管是以焊接的方式进行的，水套管不能进行调节，造成了水套管的加工误差问题。这将导致水套连接处出现严重的不均匀变形，从而影响水套的散热效果。②在连铸过程中，支撑辊的运转有问题。该控制方法在实际应用中有如下几个问题：一是各装置的支撑辊难以调节；其次，调整的幅度比较小；另外，对装置的弧度要求也难以实现。同时，该装置在使用过程中，也容易造成辊轴与支撑辊接触表面被碎片侵入，影响支撑辊的正常工作，增大了连铸坯运转的阻力。

（2）结晶器优化改造举措

为了解决该装置设计中存在的不足，对其进行了改造。优化方法主要有：①在改型过程中，尽量维持原状，减少改型费用，提高改型的精度。②对水套管组件进行技术改造的方法。结晶器水套件的改进主要有：第一，将水套件从焊件改为整体挤出件；第二，首先对水套式接头的上、下端进行了接头的设计，通过接头来完成水套式接头的准确定位与紧固；其次，对水套界面层的刚性进行了改进。通过这种方法，可以使界面和铜管间的水间隙保持较好的均匀性，使铸型和水套间的距离降至4mm，从而确保了系统的冷却品质。③对脚辊组装过程进行了改善。首先，对装备的承重装置进行了改进，将各弯道承重装置之间用框架连接起来，构成了一个完整的结构；其次，对足辊与销轴之间的连接进行了改进，采用了一种具有自润滑、抗磨损的轴套连接结构，以增加了装置旋转的柔韧性；最后，通过在转动的承重轮托架与承重轮架的连接点上加装不锈钢定位调整螺钉，实现对承重轮曲率的调整，从而使装置的调整范围更广，更方便。

3.2二次冷却系统优化改造分析

（1）二次冷却系统设计

在进行改造之前，对二冷系统进行了二次优化。研究工作主要有：第一，在二次冷却系统中，对二次冷却系统进行了改进。二是在原有设备基础上增加足辊喷淋管喷嘴由三个增加到四个，以改善铸件的冷却效果。三是对喷淋管的固定支座进行了优化设计，具体内容如下。首先，对该装置的供水部位进行了改造，使其位于喷头中部，并将其设置在较低的部位；其次，改造喷淋管的连接形式，采用不同支架方式进行连接，使喷淋管连接在下托架的环状管道上，以增强连接的平衡性、稳定性。

（2）二次冷却技术简化设置

在改造过程中，采取了八边形正方形管道的构造来支撑环形管道，并在装置的上部和下部安装了固定支架。同时，在各环管件上分别设置有一个冷却水进水口。在出料口位置上，各出料口可对应于连铸坯四个冷却面的不同冷却关系。该技术安装方式保证了供水的简单化，降低了系统的维修工作量。

3.3 动态配水模式优化改造分析

该厂采用的二冷配水方法，在生产高品质钢坯时，极易出现表面裂纹、中心偏析和内部气孔等问题。本项目以我国炼钢厂二冷配水系统为背景，以炼钢厂的产品、装备及工艺为背景，开展二冷配水控制模型及调速控制系统的研究。在此基础上，从凝固特性、水的优化控制及自动控制三个角度，改善了高品质铸坯的内外质量。二次冷却水配水调控系统改进：根据二次冷却水配水模型，优化并改进每个冷却阶段的调节阀，从而达到二次冷却水调控的目的。充分考虑到不同钢厂对二冷水的要求差异，以及由于二冷水量波动大而引起的铸坯质量问题，钢厂在每个冷却阶段都使用了并联的调节阀，以满足两种不同的生产要求。

4冷却系统优化改造效果分析

在对冷却系统进行改造后，对其进行了试验和分析。跟踪发现，最佳制冷系统有如下优势。一是对结晶器改型效率的影响。通过对结晶器进行改进，使结晶器零件的调节、更换变得更为容易，从而减轻了维护工作量，减轻了工人的工作强度；通过对结晶器水套进行技术改进，改善了铸件的冷却质量，降低了漏钢，从而提高了铸件的产量。二是对二冷系统进行了改进，并对其进行了优化。通过对二冷系统的改进与优化，使喷嘴的定位精度大幅度提高，有效地保障了连铸坯件的质量；通过对二冷系统管路进行优化处理，使管路失效现象得到有效降低，装置维修费用大幅度降低；这种新的工艺方法可以有效的节约转换时间，节约人力物力。三是实现了动态水资源配置的最优效应。通过改变水力分配方式，使连铸机既能满足特殊钢种的要求，又能满足一般钢种的要求，大大提高了企业钢种的生产率。

5结语

对连铸冷却系统进行优化改造，并在实际工程中进行了应用，较好地解决了前几年在生产过程中出现的一些技术难题。经过对结晶器、二次冷却系统、配水方式等进行适应性改进，使连铸机冷却系统中出现的一些问题得到了很好的解决，从而使铸坯的冷却效果得到了很好的改善，达到了生产工艺的要求，同时也减轻了工人的工作负担。这将有力地保障连铸坯质量的不断改善，并确保连铸机能够产出高质量的钢材。

参考文献：

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