连铸机铸坯冷却系统优化改造分析

连铸机铸坯冷却系统优化改造分析

肖和佳

上海马钢机电科技有限责任公司 上海市 200092

摘要：随着社会的进步和国民经济的发展，人们在日常生产及生活活动中对各种资源的需求越来越高，对于金属资源开发与利用效率的关注程度日益提升。连铸机属于炼钢厂最主要的生产设备之一，其运行效果将直接影响到钢材产品的生产质量。本文主要以某炼钢厂生产运行实际情况为例，探讨了连铸机铸坯冷却系统的优化改造措施。

关键词：连铸机 铸坯 结晶器 二次冷却

各种现代高新科技的发展为我国工业生产注入了新的活力，对现有设备的升级改造也成为了促进社会生产力发展的主要途径之一。如何在充分了解连铸机铸坯冷却工作原理的前提下实现对系统的合理升级改造，促进生产质量和生产效率的提升，值得我们深思。

1、冷却系统对铸坯质量的影响

由中间包流出的液态钢经冷却获得铸坯的过程当中，需要进行一次冷却与二次冷却。其中，一次冷却主要在结晶器当中开展，凝固成为具备一定强度和刚度的坯壳，中心仍为液态钢水，为使铸坯可以继续凝固，在结晶器出口至拉矫机之前这一段区域当中配置喷水冷却装置，称之为二次冷却。连铸机中所配置的二次冷区装置主要作用在于对铸坯实施有效的冷却措施，结合铸坯钢种、拉速以及断面等因素，对喷嘴水量进行合理控制，从而实现对冷却强度的调节，让铸坯可以完全凝固。在此过程中，需要对铸坯作支撑与导向处理，使其可以沿着预设轨迹进行移动。与一次冷却相比，二次冷却对于连铸机实际生产效率、生产质量以及消耗指标的影响更大。铸坯传热的影响因素包括钢材种类、钢水温度、一次冷却、二次冷却、铸坯断面以及拉速等。上述因素不仅会对铸坯热量传递形成决定作用，还与铸坯生产质量直接相关^【1】。当连铸机设备及生产工艺固定的前提下，对铸坯热量传递的影响因素，只有二次冷却能够实现有效控制。倘若采取强冷方式作二次冷却处理，能使铸坯凝固的速度更快，提升拉速，可以在一定程度上促进连铸机生产效率的提升。但因为铸坯断面温度应力的提高，非常容易使铸坯遭到破坏，对生产质量产生不利影响。然而，在弱冷条件下，虽然生产效率较低，但能够有效改善铸坯的质量，对铸坯热送及热轧过程均形成良好保障。

2、连铸机铸坯冷却系统优化改造实例分析

2.1连铸机二次冷却系统概况

国内某炼钢厂连铸机铸坯二次冷却主要应用冷却水喷雾法进行处理，采取静态配水方式，其运行过程针对人工配水和自动配水比例进行自动化控制，使二次冷却各个阶段呈现出科学的配水量及连铸坯拉速。对此二次冷却系统的控制，需要充分考量连铸钢种所包含主要成分、铸造钢水过热度参数这两方面内容。当控制系统处于运行状态之下，要依据此两项因素对各阶段冷却水配给量进行科学配置^【2】。工程技术人员需要将相应控制数据存储于连铸机PLC系统当中，相应技术数据的修改必须要以手动方式进行。

2.2冷却生产中出现的主要问题

炼钢厂工程技术人员针对铸坯冷却效果和设备实际运行状态开展全面的检测与分析，明确目前所存在的主要问题包括：①在冷却过程中，连铸机的结晶器水缝无法进行有效调整，并且系统内四个喷淋集管之间不具备良好的关联性，使喷淋系统在运行过程中容易出现变形、调整困难等问题。此外，足辊系统的调整控制难度较大、调整幅度较小，严重影响到设备运行的弧度；②连铸机在二次冷却的过程中，各运行阶段局部冷却强度差异较大，继而导致连铸坯内部热应力增加，易使铸坯出现各种质量问题；③通常情况下，静态配水系统适用于对普通钢材连铸过程的冷却，对于特种钢材来说，很难适用^【3】。

2.3连铸机铸坯冷却系统改造措施

为优化连铸机中所配置冷却系统的实际冷却效果，工程技术人员在对结晶器和二次冷却设备进行深入监测与分析的基础之上，对其进行升级改造。所应用的技术改造措施主要包括：

2.3.1冷却结晶器改造

结晶器属于连铸机冷却系统当中最为重要的组成部分之一，炼钢厂工程技术人员针对实际生产中结晶器所呈现的各种问题，以提升其整体运行效果为目标展开一系列升级优化处理。

2.3.1.1试运行阶段的主要问题

结晶器处于运行状态之下的主要问题包括：①结晶器运行时水套上口部位很难进行有效固定，在安装套口之后也无法调整。因此会导致结晶管水套和铜管之间均匀度较差，降低结晶器整体冷却效果，造成铸造件表面所生成坯壳厚度过小，且强度较低；②因为该设备中结晶器内部水套采取焊接加工技术，无法对水缝加以调节，而且水套加工误差比较严重。上述问题导致水套水缝偏差较大，严重影响其实际冷却效果；③该设备中足辊系统主要应用偏心销轴和足辊滑动连接模式，相应对弧调整则采取旋转销轴实现控制。此种控制模式在实际运行中会出现多个问题：对不同排足辊进行调整难度较大；其调整控制的幅度相对较小；控制过程很难满足设备对弧度的需求^【4】。此外，此类设备在运行过程中经常会出现杂物侵入销轴和足辊之间配合面的情况，影响到足辊工作状态，提升拉坯运行所承受阻力，严重情况下甚至会出现漏钢、铸坯擦伤等质量问题。

2.3.1.2优化改造措施

工程技术人员就设备存在的设计缺陷，针对连铸结晶器开展一系列升级优化改造，具体改造措施包括：①对结晶器进行改造的过程中应保持其安装尺寸不变，在保证设备安装精准程度的前提下有小缩减成投入；②对于结晶器水套部件进行改造的措施包括：将水套部件由以往的焊接件转变为整体挤压成型件、将水套接口上下口位置设计成法兰结构。法兰结构可以实现对水套连接的准确定位，还能在一定程度上提升水套接口刚度。此种改造措施能够有效确保接口和铜管之间水隙的均匀性，将结晶器和水套之间的缝隙调整为4mm，从而保证系统实际冷却质量，有效缩减结晶器维护过程对水缝调整的工作量，使设备整体运行效率提升；③在对足辊部分进行改造的过程中，对各个弧面足辊采取框架形式连接成整体结构。将足辊和销轴之间的连接升级为自润滑耐磨连接结构，促进设备运转过程整体灵活性的提升。对足辊弧度的调整方法进行升级处理，在旋转足辊的支架及连接部位设置不锈钢定位螺栓，以提升其弧度调节范围和整体运行灵活性；④在结晶器位置安装独立存放支架，不仅有效节省了结晶器所占空间，还能对足辊喷淋集管形成一定保护作用。

2.3.2二次冷却系统改造

本次设备升级改造过程，工程技术人员针对二次冷却系统所采取的处理措施包括：

2.3.2.1系统二次设计

在对二次冷却系统进行升级改造之前，技术人员先对其开展了优化设计工作，主要设计内容包括：①将二次冷却改进成为水雾化冷却形式；②为促进连铸坯冷却质量的提升，以原有设备为基础，将足辊喷淋管喷嘴数量从三个改为四个；③针对喷淋管的固定支座加以优化设计，先将水介入部位从喷淋管中间改装至下部，随后使喷淋管连接模式变为在上部通过定位销和固定支座进行连接，下部则通过螺栓跟下支座环管之间相连，继而提升连接的准确性和稳定性^【4】。

2.3.2.2管路设置简化

工程技术人员应用八边形方管结构对环管进行支撑，同时在设备上下方分别配置固定支座。在每一个环管部件中都配置了单独的冷却进水口。对于出口的设置，让每个出口都能与铸坯冷却面形成良好的对应冷却关系。该种技术处理方式能够有效确保管路系统的简化性，大大缩减了系统维护工作的人力与时间成本消耗。

2.3.2.3配水控制系统改造

在对二次供水控制系统进行优化处理的过程中，技术人员依据钢材的类别，分别针对特种钢和普通钢配置两种控制模式，结合气动阀门实现分类管控，利用两路配水管道对相应配水冷却模式进行分别控制。

2.3.3动态配水系统改造

为有效缓解由于静态水配水模式所带来的冷却质量问题，优化设备冷却及连铸质量，工程技术人员对既有静态配水模式进行改造，变更为动态配水模式。在技术改造过程中，首先要构建起二次冷却配水的模型，随后依据模型系统具体推进各项改造措施。

2.3.3.1配水调节装置改造

在本次升级改造活动中，工程技术人员首先针对二次冷却系统当中的调节阀门加以改造处理，继而实现对冷却系统的高精度控制与调节。此种控制模式能够体现出以下优势：①对于特种钢和普通钢材相应冷却水量实现有效调节；②可以有效防止由于水量控制因素所带来的铸坯质量问题。工程技术人员针对特种钢和普通钢材中冷却段调节阀通过并联模式实现连接，使特种钢材应用新型调节阀，而普通钢材应用原有调节阀，充分满足各类钢材产品的实际生产需求。

2.3.3.2水量控制系统改造

针对水量控制系统，工程技术人员以冷却水的动态控制模型为基础，结合连铸生产进程当中的各项主要技术参数，实现对铸坯冷却过程中供水量的控制，优化冷却水量的相关控制参数，以此实现系统升级改造。

2.4连铸机铸坯冷却系统改造效果分析

在完成对冷却系统的升级改造之后，工程技术人员针对冷却系统开展了试用分析工作，发现经升级改造之后的冷却系统具体表现出以下优势：①对于结晶器进行改造之后，各部件调整和更换更为便捷，有效缩减了维修工作量及劳动强度。结晶器水套改造促进了连铸冷却质量的提升，实现了对连铸漏钢问题的有效控制，提升了连铸件的整体生产质量；②完成二次冷却系统优化改造之后，喷淋集管精度实现了大幅度提升，为连铸坯质量形成良好保障。对二次冷却部分室内管路进行优化处理之后，有效缩减了管路故障问题，在很大程度上降低了设备维护维修成本投入。此外，对新工艺的应用，实现了对人力、物力和时间的充分节约；③在配置动态配水模式之后，连铸机同时具备了对普通钢材和特种钢材的处理能力，提升了炼铁厂连铸生产的整体质量和效率。

结束语：

总而言之，铸坯冷却系统属于炼钢厂连铸机中的重要组成部分，其实际运行效果会直接影响到钢材产品的生产质量，值得广大工程技术人员投入更多时间和精力对其系统改造措施进行深入研究，通过技术创新为国家经济发展注入源源不断的活力。

参考文献：

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