小方坯连铸二冷配水对凝固与传热的影响

北京科技大学科技成果——连铸二冷配水模型及自
动控制技术
成果简介
连铸二次冷却对铸坯的表面与内部质量具有显著的影响。

欲得到优质铸坯，重要的是合理地控制浇铸过程铸坯温度，而连铸二冷配水的目的是均匀冷却铸坯，使铸坯表面温度保持在允许的范围内，对提高连铸坯的质量和连铸生产具有重要的作用。

原冶金部科技司将此项目列为“八五”攻关课题“大型连铸机自动控制系统的研究开发”中一个重要研究课题，主要是以济钢板坯连铸机二冷控制为研究对象，应用二维传热数学模型，建立了板坯连铸机二冷配水计算模型，编制了二冷配水计算软件，完成了对不同钢种和断面的连铸冷却的配水计算和控制系统，实现了对连铸二冷配水的在线控制。

本项目主要用在板坯、矩形坯、方坯连铸机二冷配水控制系统，结合现场具体条件，利用传热学基本原理建立凝固传热数学模型和计算软件，计算配水参数，实现二冷水自动控制，从而确保连铸机高的产量和良好的质量。

经济效益及市场分析
本项目自1995年开发以来已与多家钢厂合作，如济钢、武钢、鞍钢等，连铸二冷配水自动控制系统投入应用后，铸坯质量明显改善，效果非常显著。

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。

2021/7/17
·收敛条件
（1）对于绝热边界节点AC边、C点、CB边和内部节点
t C(x)2
4(Khx)
（2）对于对流边界节点OA边、A点、B点、BO边
t C(x)2
4K
（3）对于角部节点O点
t C(x)2
2(2Khx)
在ΔX、ΔY一定时，Δt要从这三个数值中取最小值，才 能满足上述差分方程的收敛和稳定性条件。
选取差分网格大小必须考虑使其同时满足解法精度和 计算时间两者的要求。
50
计 算 时 间 （ s）
40
30
20
10
0
2
4
6
8
10
空 间 步 长 × 1 0 3（ m m ）
图3-7 计算时间与空间步长的关系(收敛标准取1.0℃)
（铸坯断面为260mm×180mm，计算长度为16.36m）
在工程上要求计算时间小于等于5秒，空间步长必须大 于等于4.1×10-3mm才能满足此要求；从利用软件进行计算
[K(T2,np+T1,n-1p-2T1,np)+h(Ta-T1,np)Δx] [K(2T2,jp+T1,j+1p+T1,j-1p-4T1,jp)+2h(Ta-T1,jp)Δx]
Ti,jp+1=Ti,jp+
t
C(x)2
[K(Ti+1,jp+Ti-1,jp+Ti,j+1p+ Ti,j-1p -4Ti,jp)]
方坯连铸二冷配水模型的研究
炼钢研究所
2021/7/17
第一章 文献综述 第二章 大方坯连铸二冷配水模型研究 第三章 大方坯连铸二冷配水软件设计 第四章 凝固传热模型计算结果与讨论 第五章 方坯连铸二冷配水模型及软件的应用 第六章 结论

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。