CN109570463A - 一种采用二氧化碳—水喷雾冷却的连铸钢坯二冷方法 - Google Patents

一种采用二氧化碳—水喷雾冷却的连铸钢坯二冷方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用二氧化碳—水喷雾冷却的连铸钢坯二冷方法，属于冶金领域，解决了现有二冷技术不能满足连铸钢坯高质量发展要求的问题。本方法包括以下步骤：将二氧化碳气体通过压缩机加压至1.4～1.8MPa，并储存在二氧化碳气柜；将水通过加压泵加压至1.4～1.8MPa，并储存在高压水箱；将二氧化碳气柜中的二氧化碳气体通过管道输送至气体分配器，再由气体分配器输送至二冷排管；将高压水箱中的水通过管道输送至水量分配器，再由水量分配器输送至二冷排管；经过二冷排管上的雾化喷嘴将混合后形成的气雾喷射到二冷区铸坯表面对铸坯进行冷却。本发明减少了铸坯表面的氧化层，提高了金属收得率，减少了二冷水水量和气体用量。

Description

一种采用二氧化碳—水喷雾冷却的连铸钢坯二冷方法
技术领域
本发明属于冶金领域，具体涉及一种采用二氧化碳—水喷雾冷却的连铸钢坯二冷方法。
背景技术
在炼钢连铸生产过程中，钢水出结晶器后，初生坯壳进入二冷段，需要持续的冷却才能实现铸坯内部液芯的凝固，获得质量合格的连铸坯。目前大多数企业二冷区采用水雾化或者气—水喷雾冷却方式。雾化冷却方式是通过喷嘴将高压水或高压水和高压空气在喷嘴内混合，将水雾化成细小的液滴，喷射到铸坯表面达到冷却铸坯的效果。特别是压缩空气和水雾化后，水雾覆盖面积大，冷却效率高，冷却均匀；可以通过调节水压、气压和气水比，具有较好的冷却效果，对于铸坯质量提升起到了较好的作用。
空气—水雾化冷却在二冷技术取得了较好效果，但是高温的连铸坯，与雾化使用的空气中的氧或者水蒸气分解产生的氧发生氧化反应，在铸坯表面会生成一定的氧化铁皮，随着冷却的持续进行，氧也进一步从铸坯表面向里扩散形成了氧化铁皮，造成了大量金属料的氧化损失；由此衍生表面网状裂纹、表面凹坑、铁皮压入等连铸坯或钢材表面质量问题，造成钢材品质大幅下降。另外，连铸坯表面的氧化铁皮，直接影响气—水喷雾对铸坯表面的传热与冷却效果，造成气水量的严重浪费，还影响连铸坯的内部质量。
随着技术的发展，对于钢材质量要求日益提高，空气—水雾化的的技术已经不能满足发展的要求，需要开发新的连铸二冷技术，改变二冷区铸坯表面氧化性环境，减少铸坯表面氧化铁皮生成量，提高金属收得率、改善连铸坯表面与内部质量。
氮气—水雾化冷却具有减小气—水用量，提高金属收得率的特点，并有利于改善连铸坯表面与内部质量。该方法通过氮气代替空气，改变了二冷区铸坯表面的氧化性气氛，对于抑制铸坯氧化具有明显效果。但空气密度为1.29g/L，氮气的密度1.25g/L，气体分子密度变小，若减少气体用量，将造成雾化喷嘴处的雾化效果下降，虽然满足环境气氛氧势的改变，但是冷却效果甚至呈现下降趋势，抑制氧化铁皮产生的效果也将大打折扣，因此，氮气—水雾化冷却技术还是不能满足后续高质量发展的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用二氧化碳—水喷雾冷却的连铸钢坯二冷方法，以解决现有二冷技术不能满足连铸钢坯高质量发展要求的问题。
本发明的技术方案是：一种采用二氧化碳—水喷雾冷却的连铸钢坯二冷方法，其特征在于包括以下步骤：
A、将二氧化碳气体通过压缩机加压至1.4～1.8MPa，并储存在二氧化碳气柜；
B、将水通过加压泵加压至1.4～1.8MPa，并储存在高压水箱；
C、将二氧化碳气柜中的二氧化碳气体通过管道输送至气体分配器，再由气体分配器输送至二冷排管，气体分配器的支管压力为0.8～1.4MPa，保证二氧化碳气体进入雾化喷嘴前压力达到0.5～1.0MPa；将高压水箱中的水通过管道输送至水量分配器，再由水量分配器输送至二冷排管，水量分配器的支管压力为0.7～1.2MPa，保证水进入雾化喷嘴前压力达到0.4～0.7MPa；此时二氧化碳气体与水按照气水比为0.6～1.2（m3×h-1)/(L×min-1)的比例在二冷排管中进行混合；
D、经过二冷排管上的雾化喷嘴将混合后形成的气雾喷射到二冷区铸坯表面对铸坯进行冷却。
作为本发明的进一步改进，在步骤D中，根据所生产的连铸钢坯的钢种和铸坯断面的不同，设定二冷比水量为0.4～0.9L/kg。
作为本发明的进一步改进，在步骤A中，所述二氧化碳气体的来源如下：将转炉放散煤气二次燃烧后，通过压缩机加压至1.2～1.6Mpa，并储存在预储存气柜，然后将预储存气柜中的气体通入二氧化碳分离设备，分离出二氧化碳气体。将转炉放散煤气进行利用，经济环保。放散煤气经二次燃烧后可去除其中的一氧化碳气体，保证后续生产的安全进行。
作为本发明的进一步改进，经二氧化碳分离设备分离出的二氧化碳气体的体积分数不小于98%。
作为本发明的进一步改进，在进行步骤A之前，先将二冷室根据现场实际进行封闭；还包括步骤E，将二冷室中的蒸汽及二氧化碳气体通过排雾风机通入冷凝器进行气水分离，分离出的气体经压缩机加压后，输送至预储存气柜进行循环使用。
作为本发明的进一步改进，在步骤C中，在连铸机开浇前30分钟，将高压水箱中的水通过管道输送至水量分配器。其目的是对水系统进行检查，保证水系统的正常运行。
作为本发明的进一步改进，所生产的连铸钢坯铸坯断面宽度为150～350mm，长度为150～1850mm。
与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：
1. 本发明采用二氧化碳和水混合喷雾的方式，对连铸钢坯进行二冷处理，生产过程按照拉速匹配的配水要求，连铸机自带系统自动调整二氧化碳气体及水流量，最终通过雾化喷嘴雾化后，均匀的喷在铸坯表面，二氧化碳气体密度较空气大，从雾化喷嘴喷出后在铸坯表面形成一层气膜，隔离了铸坯与空气中的氧气，减轻了环境气氛造成的铸坯氧化，有利于减少铸坯表面的氧化层，提高了金属收得率。
2. 利用气—水喷雾冷却方式，当雾化水喷到高温铸坯表面时，水就会分解成氢气和氧气，氧气将造成铸坯表面氧化。利用空气或者氮气作为雾化气时，氧气的密度比两者都大，水分解产生的氧气贴近铸坯表面，为铸坯表面氧化提供了便利条件。而本发明采用二氧化碳作为雾化气，二氧化碳的密度大于氧气的密度，由于密度差异问题，水蒸气产生的氧气将在二氧化碳的作用下快速上升，缩短了水分解产生的氧气与铸坯接触的时间，进一步减少了氧化铁皮的产生，提高了金属收得率。
3. 利用气—水喷雾冷却方式，当雾化水喷到铸坯表面上时，由于水气化会在铸坯表面形成蒸汽膜，蒸汽膜的存在阻碍了部分雾化水直接与铸坯接触，弱化了整体的冷却效果；由于蒸汽膜存在的不均匀性，会造成铸坯表面冷却强度不均，造成铸坯表面氧化层薄厚不一，严重时形成表面凹坑；另外，铸坯内部也由于冷却不均匀，造成内部裂纹等缺陷。本发明使用的二氧化碳气体的密度比空气和氮气的密度都大，在出口气体压力相同的条件下，雾化水具有更大的动能。雾化水动能越大，越有利于击破铸坯表面的蒸汽膜，提升二冷水的冷却效果，减少了二冷水水量和气体用量，而且保证铸坯表面冷却均匀，减少了表面由于氧化形成的凹坑及内部冷却不均匀造成的裂纹，有利于铸坯质量的提升。
4. 本发明方法中，使用后的气体由二冷室的排雾风机吸走，通过管道送至冷凝器进行气水分离，分离出的气体通过管道输送至预储存气柜，作为高纯气源进行分离后进入后续程序，这不但减少了气体分离提纯成本，而且保证了二氧化碳的循环利用。
具体实施方式
以下实施例可以进一步说明本发明，但不以任何形式限制本发明。
以下实施例中，所采用的二冷系统包括依次连接的第一压缩机、预储存气柜、二氧化碳分离设备、第二压缩机和二氧化碳气柜，二氧化碳气柜后续连接有气体分配器，还包括与加压泵相连接的高压水箱，高压水箱上连接有水量分配器；气体分配器的支管和水量分配器的支管分别与二冷排管相连，雾化喷嘴按照工艺要求分布在排管上；将二冷室根据现场实际进行封闭，二冷室安装有排雾风机，排雾风机出口连接有冷凝器，冷凝器的出气口与第一压缩机的进气口相连通；在气体分配器与二冷排管之间、以及水量分配器与二冷排管之间均设有切断阀和电磁阀。
以下实施例中，所采用的水为满足对应的连铸工艺二冷水指标的工业用水。
以下实施例中，所使用的二氧化碳分离设备采购自杭州快凯高效节能新技术有限公司，型号为50kt/a，采用膜分离技术。
实施例1、采用方坯连铸机生产钢种为HRB400连铸方坯，断面尺寸为150mm×150mm。二冷方法包括以下步骤：
A、将转炉放散煤气二次燃烧后，通过压缩机加压至1.5Mpa，并储存在预储存气柜，然后将预储存气柜中的气体通入二氧化碳分离设备，分离出二氧化碳气体，所分离出的二氧化碳气体纯度（体积含量）不小于98%，无一氧化碳气体残留；将分离出的二氧化碳气体通过压缩机加压至1.6MPa，并储存在二氧化碳气柜；
B、将水通过加压泵加压至1.5MPa，并储存在高压水箱；
C、将二氧化碳气柜中的二氧化碳气体通过管道输送至气体分配器，再由气体分配器输送至二冷排管，气体分配器的支管压力为0.9MPa，保证二氧化碳气体进入雾化喷嘴前压力达到0.7MPa；在连铸机开浇前30分钟，将高压水箱中的水通过管道输送至水量分配器，再由水量分配器输送至二冷排管，水量分配器的支管压力为0.8MPa，保证水进入雾化喷嘴前压力达到0.5MPa；此时二氧化碳气体与水按照气水比为0.7（m3×h-1)/(L×min-1)的比例在二冷排管中进行混合；
D、设定二冷比水量为0.65L/kg，经过二冷排管上的雾化喷嘴将混合后形成的气雾喷射到二冷区各扇形段的连铸坯表面进行冷却。
E、将二冷室中的蒸汽及二氧化碳气体通过排雾风机通入冷凝器进行气水分离，分离出的气体经压缩机加压后，输送至预储存气柜进行循环使用。
本实施例中，生产HRB400连铸方坯的二冷水消耗量比采用空气—水喷雾冷却时减小0.15m3/吨铸坯，气体用量减少1.8m3/吨铸坯，氧化铁皮生成量为1.8kg/吨铸坯，比采用空气—水喷雾冷却时减少85%；铸坯表面质量缺陷率较采用空气—水喷雾冷却方式减小0.4%，内部裂纹几乎消除。
实施例2、采用板坯连铸机生产钢种为Q235连铸板坯，断面宽度为220mm、长度为1350mm。二冷方法包括以下步骤：
A、将转炉放散煤气二次燃烧后，通过压缩机加压至1.6Mpa，并储存在预储存气柜，然后将预储存气柜中的气体通入二氧化碳分离设备，分离出二氧化碳气体，所分离出的二氧化碳气体纯度（体积含量）不小于98%，无一氧化碳气体残留；将分离出的二氧化碳气体通过压缩机加压至1.6MPa，并储存在二氧化碳气柜；
B、将水通过加压泵加压至1.6MPa，并储存在高压水箱；
C、将二氧化碳气柜中的二氧化碳气体通过管道输送至气体分配器，再由气体分配器输送至二冷排管，气体分配器的支管压力为1.2MPa，保证二氧化碳气体进入雾化喷嘴前压力达到0.9MPa；在连铸机开浇前30分钟，将高压水箱中的水通过管道输送至水量分配器，再由水量分配器输送至二冷排管，水量分配器的支管压力为1.0MPa，保证水进入雾化喷嘴前压力达到0.6MPa；此时二氧化碳气体与水按照气水比为1.0（m3×h-1)/(L×min-1)的比例在二冷排管中进行混合；
D、设定二冷比水量为0.85L/kg，经过二冷排管上的雾化喷嘴将混合后形成的气雾喷射到二冷区各扇形段的连铸坯表面进行冷却。
E、将二冷室中的蒸汽及二氧化碳气体通过排雾风机通入冷凝器进行气水分离，分离出的气体经压缩机加压后，输送至预储存气柜进行循环使用。
本实施例中，生产Q235连铸板坯的二冷水消耗量比采用空气—水喷雾冷却时减小0.2m3/吨铸坯，气体用量减少2m3/吨铸坯，氧化铁皮生成量为1.6kg/吨铸坯，比采用空气—水喷雾冷却时减少84%以铸坯表面质量缺陷率较采用空气—水喷雾冷却方式减小0.6%，内部裂纹几乎消除。
实施例3、采用板坯连铸机生产钢种为SPHD连铸板坯，断面宽度为240mm、长度为1600mm。二冷方法包括以下步骤：
A、将转炉放散煤气二次燃烧后，通过压缩机加压至1.2Mpa，并储存在预储存气柜，然后将预储存气柜中的气体通入二氧化碳分离设备，分离出二氧化碳气体，所分离出的二氧化碳气体纯度（体积含量）不小于98%，无一氧化碳气体残留；将分离出的二氧化碳气体通过压缩机加压至1.6MPa，并储存在二氧化碳气柜；
B、将水通过加压泵加压至1.6MPa，并储存在高压水箱；
C、将二氧化碳气柜中的二氧化碳气体通过管道输送至气体分配器，再由气体分配器输送至二冷排管，气体分配器的支管压力为0.9MPa，保证二氧化碳气体进入雾化喷嘴前压力达到0.7MPa；在连铸机开浇前30分钟，将高压水箱中的水通过管道输送至水量分配器，再由水量分配器输送至二冷排管，水量分配器的支管压力为0.9MPa，保证水进入雾化喷嘴前压力达到0.55MPa；此时二氧化碳气体与水按照气水比为0.85（m3×h-1)/(L×min-1)的比例在二冷排管中进行混合；
D、设定二冷比水量为0.8L/kg，经过二冷排管上的雾化喷嘴将混合后形成的气雾喷射到二冷区各扇形段的连铸坯表面进行冷却。
E、将二冷室中的蒸汽及二氧化碳气体通过排雾风机通入冷凝器进行气水分离，分离出的气体经压缩机加压后，输送至预储存气柜进行循环使用。
本实施例中，生产SPHD连铸板坯的二冷水消耗量比采用空气—水喷雾冷却时减小0.2m3/吨铸坯，气体用量减少2.2m3/吨铸坯，氧化铁皮生成量为1.6kg/吨铸坯，比采用空气—水喷雾冷却时减少83%；铸坯表面质量缺陷率较采用空气—水喷雾冷却方式减小0.6%，内部裂纹几乎消除。
实施例4、采用板坯连铸机生产钢种为IF连铸板坯，断面宽度为350mm、长度为1850mm。二冷方法包括以下步骤：
A、将转炉放散煤气二次燃烧后，通过压缩机加压至1.6Mpa，并储存在预储存气柜，然后将预储存气柜中的气体通入二氧化碳分离设备，分离出二氧化碳气体，所分离出的二氧化碳气体纯度（体积含量）不小于98%，无一氧化碳气体残留；将分离出的二氧化碳气体通过压缩机加压至1.8MPa，并储存在二氧化碳气柜；
B、将水通过加压泵加压至1.8MPa，并储存在高压水箱；
C、将二氧化碳气柜中的二氧化碳气体通过管道输送至气体分配器，再由气体分配器输送至二冷排管，气体分配器的支管压力为1.4MPa，保证二氧化碳气体进入雾化喷嘴前压力达到1.0MPa；在连铸机开浇前30分钟，将高压水箱中的水通过管道输送至水量分配器，再由水量分配器输送至二冷排管，水量分配器的支管压力为1.2MPa，保证水进入雾化喷嘴前压力达到0.7MPa；此时二氧化碳气体与水按照气水比为1.2（m3×h-1)/(L×min-1)的比例在二冷排管中进行混合；
D、设定二冷比水量为0.9L/kg，经过二冷排管上的雾化喷嘴将混合后形成的气雾喷射到二冷区各扇形段的连铸坯表面进行冷却。
E、将二冷室中的蒸汽及二氧化碳气体通过排雾风机通入冷凝器进行气水分离，分离出的气体经压缩机加压后，输送至预储存气柜进行循环使用。
本实施例中，生产IF连铸板坯的二冷水消耗量比采用空气—水喷雾冷却时减小0.2m3/吨铸坯，气体用量减少2.2m3/吨铸坯，氧化铁皮生成量为1.6kg/吨铸坯，比采用空气—水喷雾冷却时减少83%；铸坯表面质量缺陷率较采用空气—水喷雾冷却方式减小0.6%，内部裂纹几乎消除。
实施例5、采用板坯连铸机生产钢种为50#连铸板坯，断面宽度为220mm、长度为1650mm。二冷方法包括以下步骤：
A、将转炉放散煤气二次燃烧后，通过压缩机加压至1.2Mpa，并储存在预储存气柜，然后将预储存气柜中的气体通入二氧化碳分离设备，分离出二氧化碳气体，所分离出的二氧化碳气体纯度（体积含量）不小于98%，无一氧化碳气体残留；将分离出的二氧化碳气体通过压缩机加压至1.4MPa，并储存在二氧化碳气柜；
B、将水通过加压泵加压至1.4MPa，并储存在高压水箱；
C、将二氧化碳气柜中的二氧化碳气体通过管道输送至气体分配器，再由气体分配器输送至二冷排管，气体分配器的支管压力为0.8MPa，保证二氧化碳气体进入雾化喷嘴前压力达到0.5MPa；在连铸机开浇前30分钟，将高压水箱中的水通过管道输送至水量分配器，再由水量分配器输送至二冷排管，水量分配器的支管压力为0.7MPa，保证水进入雾化喷嘴前压力达到0.4MPa；；此时二氧化碳气体与水按照气水比为0.6（m3×h-1)/(L×min-1)的比例在二冷排管中进行混合；
D、设定二冷比水量为0.4L/kg，经过二冷排管上的雾化喷嘴将混合后形成的气雾喷射到二冷区各扇形段的连铸坯表面进行冷却。
E、将二冷室中的蒸汽及二氧化碳气体通过排雾风机通入冷凝器进行气水分离，分离出的气体经压缩机加压后，输送至预储存气柜进行循环使用。
本实施例中，生产50#连铸板坯的二冷水消耗量比采用空气—水喷雾冷却时减小0.2m3/吨铸坯，气体用量减少2.2m3/吨铸坯，氧化铁皮生成量为1.6kg/吨铸坯，比采用空气—水喷雾冷却时减少83%；铸坯表面质量缺陷率较采用空气—水喷雾冷却方式减小0.6%，内部裂纹几乎消除。
本发明适用于所有钢种。本发明利用二氧化碳气体的特性，提高了冷却效率，减少了二冷水水量和气体用量，降低了铸坯表面质量缺陷率。本发明对改变现有的二冷工艺、提升铸坯质量具有明显的意义。

Claims (7)

1.一种采用二氧化碳—水喷雾冷却的连铸钢坯二冷方法，其特征在于包括以下步骤：
A、将二氧化碳气体通过压缩机加压至1.4～1.8MPa，并储存在二氧化碳气柜；
B、将水通过加压泵加压至1.4～1.8MPa，并储存在高压水箱；
C、将二氧化碳气柜中的二氧化碳气体通过管道输送至气体分配器，再由气体分配器输送至二冷排管，气体分配器的支管压力为0.8～1.4MPa；将高压水箱中的水通过管道输送至水量分配器，再由水量分配器输送至二冷排管，水量分配器的支管压力为0.7～1.2MPa；此时二氧化碳气体与水按照气水比为0.6～1.2（m3×h-1)/(L×min-1)的比例在二冷排管中进行混合；
D、经过二冷排管上的雾化喷嘴将混合后形成的气雾喷射到二冷区铸坯表面对铸坯进行冷却。
2.根据权利要求1所述的一种采用二氧化碳—水喷雾冷却的连铸钢坯二冷方法，其特征在于：在步骤D中，根据所生产的连铸钢坯的钢种和铸坯断面的不同，设定二冷比水量为0.4～0.9L/kg。
3.根据权利要求2所述的一种采用二氧化碳—水喷雾冷却的连铸钢坯二冷方法，其特征在于：在步骤A中，所述二氧化碳气体的来源如下：将转炉放散煤气二次燃烧后，通过压缩机加压至1.2～1.6Mpa，并储存在预储存气柜，然后将预储存气柜中的气体通入二氧化碳分离设备，分离出二氧化碳气体。
4.根据权利要求3所述的一种采用二氧化碳—水喷雾冷却的连铸钢坯二冷方法，其特征在于：经二氧化碳分离设备分离出的二氧化碳气体的体积分数不小于98%。
5.根据权利要求4所述的一种采用二氧化碳—水喷雾冷却的连铸钢坯二冷方法，其特征在于：在进行步骤A之前，先将二冷室根据现场实际进行封闭；还包括步骤E，将二冷室中的蒸汽及二氧化碳气体通过排雾风机通入冷凝器进行气水分离，分离出的气体经压缩机加压后，输送至预储存气柜进行循环使用。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种采用二氧化碳—水喷雾冷却的连铸钢坯二冷方法，其特征在于：在步骤C中，在连铸机开浇前30分钟，将高压水箱中的水通过管道输送至水量分配器。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的一种采用二氧化碳—水喷雾冷却的连铸钢坯二冷方法，其特征在于：所生产的连铸钢坯铸坯断面宽度为150～350mm，长度为150～1850mm。
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