CN111906267A - 一种连铸二次冷却段全气体冷却的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连铸二次冷却段全气体冷却的方法，所述方法通过使用不与高温铸坯发生氧化反应的气体，该气体以一定的速度通过气体喷嘴喷射到连铸二次冷却段高温铸坯表面，在高温铸坯表面发生强制对流换热和辐射传热从而实现高温铸坯凝固冷却。根据浇注钢种、铸坯拉速、钢水过热度和高温铸坯表面温度的不同对气体喷嘴喷射出的冷却气体流量进行相应的调整，实现连铸二次冷却段动态配气的过程。所述方法使用的冷却气体使用吸气口进行回收和使用气体冷却设备对其进行降温处理，降温后的冷却气体输送至气体喷嘴，实现冷却气体循环利用。本发明消除了连铸二次冷却段铸坯表面氧化问题，提高了铸坯冷却均匀性，增加了换热效率。

Description

一种连铸二次冷却段全气体冷却的方法及系统

技术领域

本发明属于冶金行业连铸领域，具体涉及一种连铸二次冷却段全气体冷却的方法及系统。

背景技术

高温液态钢水在连铸机结晶器内形成凝固坯壳，随后进入连铸二次冷却段继续凝固。传统连铸二次冷却段采用水雾冷却方式，即向高温铸坯表面喷射水雾，落在高温铸坯表面的水雾蒸发吸热以带走高温铸坯的热量，实现高温铸坯降温和凝固。但该方法存在以下问题：1.落在高温铸坯表面的水雾受重力影响，在高温铸坯表面很难均匀分布，从而导致铸坯表面温度不均，进而产生凝固裂纹或其它因温度不均导致的凝固缺陷，恶化铸坯质量；2.落在高温铸坯表面的水雾在铸坯表面形成“液膜”，降低了换热效率；3.水雾冷却法造成高温铸坯表面形成氧化层，恶化铸坯表面质量，不利于生产过程高温铸坯表面监测，减少了金属收得率；4.水雾冷却法耗水量大，且无法回收，浪费水资源；5.水雾冷却法造成二次冷却段工作环境差。6.水雾冷却法吸收的铸坯热量无法回收，造成能源浪费。根据世界钢铁协会统计数据，2019年全世界粗钢产量18.69亿吨，水雾冷却法连铸比例占96.6％。因此，水雾冷却法连铸造成的以上问题十分关键，亟待解决。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种连铸二次冷却段全气体冷却的方法及系统，本发明所述方法中，冷却气体经由气体喷嘴以一定的流量喷射到二次冷却段高温铸坯表面，在二次冷却段高温铸坯表面以强制对流换热和辐射换热方式与高温铸坯发生热交换实现高温铸坯的凝固和冷却，与高温铸坯发生热交换后的冷却气体由吸气口回收，并输送至气体冷却装置进行降温，而后再输送至气体喷嘴。

进一步地，所述冷却气体为惰性气体或其他还原性气体；

进一步地，所述连铸二次冷却段综合换热系数与拉速，钢水过热度，高温铸坯表面温度关系式见公式(1)；

式中h为连铸二次冷却段综合换热系数(w·m^-2·k^-1)，v_c为拉速(m·min^-1)，△T为钢水过热度(℃)Ts为高温铸坯表面温度(℃)，B、N和G为系数；

进一步地，所述气体喷嘴数量设计参照公式(2)；

式中n为连铸二次冷却段气体喷嘴个数，S为连铸二次冷却段铸坯表面积(m²)；

进一步地，所述气体喷嘴流量通过公式(3)进行计算：

式中：Q₁为单个喷嘴的冷却气体流量(m³·s^-1)，h为连铸二次冷却段综合换热系数(w·m^-2·k^-1)，L为直线距离最近的两个气体喷嘴之间的距离(m)，σ为波尔茨曼常数，ε为辐射系数，T_s为高温铸坯表面温度(℃)，T_e为环境温度(℃)，D为气体喷嘴直径(m)，λ为气体导热系数(w·m^-1·K^-1)，C、m、n、a、和b为系数，μ为气体动力粘度系数(Pa·S)，Pr为普朗特常数，H为气体喷嘴距离高温铸坯表面的高度(m)，ρ为冷却气体密度(m·s^-3)；

进一步地，根据公式(4)—(8)，计算回收气体理论平均温度；

Q_t＝n·Q₁ (4)

Q_A＝q_A·L_A·ρ_s·S₁ (6)

T_F＝T₀+ΔT_f (8)

式中，Q_t为连铸二次冷却段各区总气体流量(m³)，m为连铸二次冷却段内冷却气体总质量(Kg)，L_A为全气体连铸机二次冷却段总长度(m)，Q_A为连铸二次冷却段各区域理论回收热量(KJ)，q_A为连铸二次冷却段理论回收热量系数(KJ·kg^-1)，ρ_S为铸坯密度(7020Kg·m^-3)，S₁铸坯横截面积(m²)，C_p氩气恒压比热容(0.52KJ·Kg^-1·K^-1)△T_f为冷却气体温度差(K)，T_F为回收气体理论平均温度(K)，T₀为气体喷嘴喷射出气体温度(K)。

进一步地，本发明还提供一种连铸二次冷却段全气体冷却系统，所述系统包括：

引锭杆，用于从结晶器牵引出具有一定拉速和钢水过热度的高温铸坯；

二冷段夹辊，用于支撑高温铸坯并传送高温铸坯；

二冷段，提供高温铸坯运动，使其与冷却气体对流；

气体喷嘴，将冷却气体以一定的流速，喷射至铸坯表面而发生强制对流换热和辐射换热，从而使高温铸坯冷却；

吸气口，用于对与高温铸坯发生热交换后的冷却气体进行回收；

所述气体喷嘴置于高温铸坯表面上方；

所述气体喷嘴以三角形布置；

所述吸气口朝向与气体喷嘴朝向一致；

进一步地，所述吸气口位于最近三个气体喷嘴几何中心上方，吸气口与高温铸坯表面距离大于或等于气体喷嘴与高温铸坯之间的距离；

进一步地，所述吸气口数量为气体喷嘴数量的二倍；

进一步地，所述吸气口流量为气体喷嘴流量的一半；

所述气体喷嘴和吸气口内有两条通路，一条为冷却气体通路，用于输送冷却气体；另一条为冷却介质通路，用于输送冷却介质以冷却气体喷嘴和保持冷却气体温度；

进一步地，所述冷却气体由吸气口回收后由外部冷却设备对其进行降温至25±5℃再输送至气体喷嘴。

本发明至少具有如下有益技术效果：

1)本发明可以实现连铸机二次冷却段铸坯气冷，避免了传统水雾冷却造成的铸坯表面氧化和冷却不均，提高了铸坯成材率，提高了换热效率，解决了因冷却不均导致的铸坯凝固缺陷问题；

2)本发明消除了水雾冷却法导致的高温铸坯表面氧化，改善了高温铸坯表面质量，有利于生产过程高温铸坯表面质量监测；

3)本发明节约水资源和改善二次冷却段工作环境，冷却气体循环利用节约了生产成本，回收的高温气体可以用于发电或其他用途以节约能源；

4)本发明可以指导不同钢种、铸坯拉速、钢水过热度和高温铸坯表面温度下的二次冷却段各区气体喷嘴的配气量，实现连铸过程的动态配气。

5)本发明通过开创性的对全气体连铸冷却方案进行了设计，对冷却的各个参数进行了创新性设计，使得全气体冷却得以落地实施，大大提高了连铸冷却效率和连铸坯质量，更容易控制，并且对环境友好，不会产生污染。

6)本发明中公式(1)开创性的解析了钢水过热度，铸坯表面温度，拉速与二次冷却段综合换热系数的关系，为连铸二次冷却段冷却气体配气量计算和连铸二次冷却段全气体冷却方法的实现提供理论支撑。

7)本发明中公式(2)开创性的提出了气体喷嘴个数计算原则，为实际生产提供更加合理的设计依据。

8)本发明中公式(3)提出了气体流量与综合换热系数的计算方法，结合公式(1)可以得出不同钢水过热度，铸坯表面温度，以及拉速下所需的气体流量，从而实现不同钢种、拉速、钢水过热度、二次冷却段的精准动态配气，能有效提高各种工况下连铸二冷段全气体冷却效率。

9)本发明中公式(4)—(8)能够预测发生热交换后冷却气体理论回收温度，为连铸二次冷却段设备的耐高温设计提供理论指导依据，保证了连铸二次冷却段全气体冷却在生产过程的安全性。

附图说明

图1为本发明所述方法的流程步骤图；

图2为本发明中气体喷嘴，吸气口以及冷却装置连接示意图；

图3为本发明中气体喷嘴和吸气口布置方式示意图；

图4为本发明实施例1中连铸二次冷却段各区不同拉速下单个气体喷嘴气体流量示意图；

图5为本发明实施例2中连铸二次冷却段各区不同拉速下单个气体喷嘴气体流量示意图；

图6为本发明实施例3中连铸二次冷却段各区不同拉速下单个气体喷嘴气体流量示意图；

其中，图2中1—气体喷嘴，2—吸气口，3—冷却介质冷却装置，4—气体冷却装置。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明涉及一种连铸二次冷却段全气体冷却的方法及系统，如图1所示，所述方法通过使用不与高温铸坯发生氧化反应的气体，该气体以一定的速度通过气体喷嘴喷射到连铸机二次冷却段高温铸坯表面，在高温铸坯表面发生强制对流换热和辐射传热从而实现高温铸坯凝固冷却。根据浇注钢种、铸坯拉速、钢水过热度和高温铸坯表面温度的不同对气体喷嘴喷射出的冷却气体流量进行相应的调整，实现连铸二次冷却段动态配气的过程。所述方法使用的冷却气体使用吸气口进行回收和使用气体冷却设备对其进行降温处理，降温后的冷却气体输送至气体喷嘴，实现冷却气体循环利用。与水雾冷却法连铸二次冷却段相比。所述方法中，连铸二次冷却段的高温铸坯不接触水，所使用的冷却气体不会与高温铸坯发生氧化反应，避免高温铸坯表面发生二次氧化，提高了成材率；连铸二次冷却段高温铸坯表面没有氧化层，改善了高温铸坯表面质量，有利于生产过程高温铸坯质量的精准监测；水雾冷却连铸二次冷却段中的水雾落在高温铸坯表面时受重力作用而分布不均，从而导致铸坯表面温度不均匀，而连铸二次冷却段全气体冷却法提高了铸坯冷却均匀性，增加了换热效率，可以解决因高温铸坯表面温度不均导致的铸坯缺陷问题；连铸二次冷却段全气体冷却法节约了水资源，同时改善了二次冷却段工作环境，回收的高温气体可以用于发电或其他用途，从而实现钢铁厂节能降耗目标和能源的高效利用。

实施例1

参考图2和图3，在本实施例中，以150×150mm小方坯，浇注钢种为Q235钢为例介绍一种连铸二次冷却段全气体冷却的方法及系统。

所述方法如图2所示，粗实线为冷却气体通路，细实线为冷却介质通路。吸气口与气体喷嘴的朝向一致。冷却气体采用氩气，氩气从气体喷嘴喷射至铸坯表面，以强制对流换热和辐射换热方式带走铸坯凝固释放的热量，而后氩气由吸气口回收，并送至冷却设备对其进行降温，氩气温度降为25±5℃后，再输送至喷嘴以循环使用。本实施例中冷却介质为水。本实施例中气体喷嘴排列方式见图3。

所述气体喷嘴直径20mm；

所述气体喷嘴置于高温铸坯表面上方40mm；

所述气体喷嘴以三角形布置，气体喷嘴之间直线间距40mm；

所述吸气口朝向与气体喷嘴朝向一致；

所述吸气口位于最近三个气体喷嘴几何中心上方，吸气口距离高温铸坯表面的高度为80mm；

所述气体喷嘴和吸气口为铜或其它耐高温金属材料制成；

所述气体喷嘴和吸气口内有两条通路，一条为冷却气体通路，用于输送冷却气体；另一条为冷却介质通路，用于输送冷却介质以冷却气体喷嘴和保持冷却气体温度；

所述冷却气体温度为25±5℃；

所述冷却介质为水，所述水温度为25±5℃；

本实施例中，钢水过热度19℃，连铸二次冷却段分为四个区域，各区铸坯表面平均温度分别为863℃，918℃，973℃，和1026℃。拉速为4m·min^-1时各区综合换热系数分别为2635.7w·m^-2·k^-1，1822.6w·m^-2·k^-1，835.5w·m^-2·k^-1和314.5w·m^-2·k^-1。拟合可得公式(1)中各个系数分别为B＝-50、N＝957.72，G＝-0.0028。

连铸二次冷却段分为四个区域，各区长度分别为0.5281m，1.81313m，1.829m和1.829m。

由公式(2)计算得出连铸二次冷却段各区喷嘴数量分别为665，1569，1584和1584个；

连铸二次冷却段各区吸气口数量分别为1330，3138，3168和3168个；

利用公式(3)计算出不同拉速下，钢水过热度为19℃时，连铸二次冷却段各区单个气体喷嘴的气体流量，计算结果见图4；

式中h为连铸二次冷却段综合换热系数(w·m^-2·k^-1)，v_c为拉速(m·min^-1)，△T为钢水过热度(℃)，B、N和G为系数，n为连铸二次冷却段气体喷嘴个数，S为连铸二次冷却段铸坯表面积(m²)，Q₁为单个喷嘴的冷却气体流量(m³·s^-1)，L为直线距离最近的两个气体喷嘴之间的距离(m)，σ为波尔茨曼常数(5.7×10^-8)，ε为辐射系数(0.8)，Ts为铸坯表面温度(℃)，T_e为环境温度(25℃)，D为气体喷嘴直径(m)，λ为气体导热系数(w·m^-1·K^-1)，C＝0.94、m、n＝0.69、a＝-0.568、和b＝-0.273为系数，μ为气体动力粘度系数(Pa·S)，Pr为普朗特常数，H为气体喷嘴距离高温铸坯表面的高度(m)，ρ为冷却气体密度(Kg·m^-3)；

连铸二次冷却段耗水量为0；

连铸二次冷却段释放热量为每公斤铸坯释放约226.8KJ。因此，连铸二次冷却段理论回收热量约为226.8KJ/kg；

根据公式(4)—(8)，实施例1中，喷嘴喷射气体温度为25℃时，回收气体理论平均温度约为58℃；

Q_t＝n·Q₁ (4)

Q_A＝q_A·L_A·ρ_s·S₁ (6)

T_F＝T₀+ΔT_f (8)

式中：Q_t为连铸二次冷却段各区总气体流量(m³)，m为连铸二次冷却段内冷却气体总质量(Kg)，L_A为连铸二次冷却段总长度(m)，Q_A为连铸二次冷却段各区域理论回收热量(KJ)，q_A为连铸二次冷却段理论回收热量系数(226.8KJ·kg^-1)，ρ_S为铸坯密度(7020Kg·m^-3)，S₁铸坯横截面积(m²)，C_p氩气恒压比热容(0.52KJ·Kg^-1·K^-1)△T_f为冷却气体温度差(K)，T_F为回收气体理论平均温度(K)，T₀为气体喷嘴喷射出气体温度(K)。

对比例1

与实施例中1浇注相同钢种，钢水过热度相同的情况下，水雾冷却连铸二次冷却段分为四个区域，各区长度分别为0.5281m，1.81313m，1.829m和1.829m，实施例1中连铸二次冷却段各区长度与对比例1中水雾冷却连铸二次冷却段各区长度一致。

水雾冷却连铸二次冷却段耗水量约为948L/min；

水雾冷却连铸二次冷却段回收热量为0；

实施例2

参考图2和图3，在本实施例中，以280×325mm大方坯，浇注钢种为42CrMo，为例介绍一种连铸二次冷却段全气体冷却的方法及系统。

所述方法如图2所示，粗实线为冷却气体通路，细实线为冷却介质通路。吸气口与喷嘴的朝向一致。冷却气体采用氩气，氩气从喷嘴以射出至铸坯表面，以强制对流换热和辐射换热方式带走铸坯凝固释放的热量，而后氩气由吸气口回收，并送至冷却设备对其进行降温，氩气温度降为25±5℃后，再输送至喷嘴，以循环使用。本实施例中冷却介质为水。本实施例中气体喷嘴排列方式见图3。

所述气体喷嘴直径40mm；

所述气体喷嘴置于高温铸坯表面上方60mm；

所述气体喷嘴以三角形布置，喷嘴之间直线间距60mm；

所述吸气口朝向与气体喷嘴朝向一致；

所述吸气口位于最近三个气体喷嘴几何中心上方，吸气口距离高温铸坯表面的高度为120mm；

所述气体喷嘴和吸气口为铜或其它耐高温金属材料制成；

所述气体喷嘴和吸气口内有两条通路，一条为冷却气体通路，用于输送冷却气体；另一条为冷却介质通路，用于输送冷却介质以冷却气体喷嘴和保持冷却气体温度；

所述冷却气体温度为25±5℃；

所述冷却介质为水，所述水温度为25±5℃；

本实施例中，钢水过热度44.7℃，拉速为2m·min^-1，连铸二次冷却段分为五个区域，各区铸坯表面平均温度分别为1002.7℃，1005.9℃，996.2℃，987.4℃，和983.5℃。该拉速下，二次冷却段各区综合换热系数分别为813.96w·m^-2·K^-1，414.96w·m^-2·K^-1，279.3w·m^-2·K^-1，227.43w·m^-2·K^-1，203.62w·m^-2·K^-1，拟合可得公式(1)中系数分别为B＝3.2、N＝5.3×10^-95，G＝0.21702。

所述连铸二次冷却段分为五个区域，各区长度分别为0.5m，1.21m，1.35m，1.97m，和2.04m。

由公式(2)计算得出连铸二次冷却段各区气体喷嘴数量分别为992，2113，2357，3440个，和3562个

连铸二次冷却段各区吸气口数量分别为1984，4226，4714，6880和7124个；

利用公式(3)计算出不同拉速下连铸二次冷却段各区单个气体喷嘴所需气体流量，计算结果见图5。

式中h为连铸二次冷却段综合换热系数(w·m^-2·k^-1)，v_c为拉速(m·min^-1)，△T为钢水过热度(℃)，B、N和G为系数，n为连铸二次冷却段气体喷嘴个数，S为连铸二次冷却段铸坯表面积(m²)，Q₁为单个喷嘴的冷却气体流量(m³·s^-1)，L为直线距离最近的两个气体喷嘴之间的距离(m)，σ为波尔茨曼常数(5.7×10^-8)，ε为辐射系数(0.8)，T_s为铸坯表面温度(℃)，T_e为环境温度(25℃)，D为气体喷嘴直径(m)，λ为气体导热系数(w·m^-1·K^-1)，C＝0.94、m、n＝0.69、a＝-0.568、和b＝-0.273为系数，μ为气体动力粘度系数(Pa·S)，Pr为普朗特准数，H为气体喷嘴距离高温铸坯表面的高度(m)，ρ为冷却气体密度(Kg·m^-3)；

连铸二次冷却段全气体冷却法耗水量为0；

连铸二次冷却段释放热量为每公斤铸坯释放约260KJ，因此，所述连铸二次冷却段理论回收热量约为260KJ/kg；

根据公式(4)—(8)气体喷嘴喷射气体温度为25℃时，回收气体理论平均温度约为145.09℃；

Q_t＝n·Q₁ (4)

Q_A＝q_A·L_A·ρ_s·S₁ (6)

T_F＝T₀+ΔT_f (8)

式中：Q_t为连铸二次冷却段各区总气体流量(m³)，m为连铸二次冷却段内冷却气体总质量(Kg)，L_A为连铸二次冷却段总长度(m)，Q_A为连铸二次冷却段各区域理论回收热量(KJ)，q_A为连铸二次冷却段理论回收热量系数(260KJ·kg^-1)，ρ_S为铸坯密度(7020Kg·m^-3)，S₁铸坯横截面积(m²)，C_p氩气恒压比热容(0.52KJ·Kg^-1·K^-1)△T_f为冷却气体温度差(K)，T_F为回收气体理论平均温度(K)，T₀为气体喷嘴喷射出气体温度(K)。

对比例2

与实施例2中浇注相同钢种，钢水过热度相同的情况下，水雾冷却连铸二次冷却段分为五个区域，各区长度分别为0.5m，1.21m，1.35m，1.97m，和2.04m，实施例2中连铸二次冷却段各区长度与对比例2中水雾冷却连铸二次冷却段各区长度一致。

水雾冷却连铸二次冷却段回收热量为0；

水雾冷却连铸二次冷却段耗水量约为115.1L/min；

实施例3

参考图2和图3，在本实施例中，以220×1800mm板坯，浇注钢种为Q235B，为例介绍一种连铸二次冷却段全气体冷却的方法及系统。

所述方法如图2所示，粗实线为冷却气体通路，细实线为冷却介质通路。吸气口与气体喷嘴的朝向一致。冷却气体采用氩气，氩气从气体喷嘴射出至铸坯表面，以强制对流换热和辐射换热方式带走铸坯凝固释放的热量，而后氩气由吸气口回收，并送至冷却设备对其进行降温，氩气温度降为25±5℃后，再输送至气体喷嘴，以循环使用。本实施例中冷却介质为水。本实施例中气体喷嘴排列方式俯视图见图3。

所述气体喷嘴直径35mm；

所述气体喷嘴置于高温铸坯表面上方105mm；

所述气体喷嘴以三角形布置，喷嘴之间直线间距140mm；

所述吸气口朝向与气体喷嘴朝向一致；

优选地，所述吸气口位于最近三个气体喷嘴几何中心上方，吸气口距离高温铸坯表面的高度为210mm；

所述气体喷嘴和吸气口为铜或其它耐高温金属材料制成；

所述气体喷嘴和吸气口内有两条通路，一条为冷却气体通路，用于输送冷却气体；另一条为冷却介质通路，用于输送冷却介质以冷却喷嘴和保持冷却气体温度；

所述冷却气体温度为25±5℃；

所述冷却介质为水，所述水温度为25±5℃；

本实施例中，钢水过热度为25℃，拉速为1.5m·min^-1，连铸二次冷却段分为七个区域，各区铸坯表面平均温度分别为1140℃，1086.4℃，1056.4℃，995.4℃，和935℃，908.6℃，和875℃。该拉速下连铸二次冷却段各区综合换热系数分别为520w·m^-2·K^-1，340w·m^-2·K^-1，280w·m^-2·K^-1，260w·m^-2·K^-1，260w·m^-2·K^-1，230w·m^-2·K^-1，190w·m^-2·K^-1，拟合可得公式(1)中系数分别为B＝7.868、N＝3.77，G＝0.01706。

所述连铸二次冷却段各区长度为0.72m，2.6844m，1.8964m，3.8428m，3.8424m，4.248m，6.975m，和6.93m。；

由公式(2)计算得出连铸二次冷却段各区喷嘴数量分别为342，1278，903，1829，1829，2022，和3320个。

计算得出连铸二次冷却段各区吸气口数量分别为684，2556，1806，3658，3658，4044，和6640个。

利用公式(3)计算出不同拉速下连铸二次冷却段各区单个喷嘴所需气体流量，计算结果见图6。

式中h为连铸二次冷却段综合换热系数(w·m^-2·k^-1)，v_c为拉速(m·min^-1)，△T为钢水过热度(℃)，B、N和G为系数，n为连铸二次冷却段气体喷嘴个数，S为连铸二次冷却段铸坯表面积(m²)，Q₁为单个气体喷嘴的冷却气体流量(m³·s^-1)，L为直线距离最近的两个气体喷嘴之间的距离(m)，σ为波尔茨曼常数(5.7×10^-8)，ε为辐射系数(0.8)，T_s为铸坯表面温度(℃)，T_e为环境温度(25℃)，D为气体喷嘴直径(m)，λ为气体导热系数(w·m^-1·K^-1)，C＝0.94、m、n＝0.69、a＝-0.568、和b＝-0.273为系数，μ为气体动力粘度系数(Pa·S)，Pr为普朗特准数，H为气体喷嘴距离高温铸坯表面的高度(m)，ρ为冷却气体密度(Kg·m^-3)；

所述连铸二次冷却段耗水量为0；

所述连铸二次冷却段高温铸坯每公斤铸坯释放约315KJ热量，因此，连铸二次冷却段理论回收热量约为315KJ/kg；

根据公式(4)—(8)喷嘴喷射气体温度为25℃时，回收气体平均理论温度约为324℃；

Q_t＝n·Q₁ (4)

Q_A＝q_A·L_A·ρ_s·S₁ (6)

T_F＝T₀+ΔT_f (8)

式中：Q_t为连铸二次冷却段各区总气体流量(m³)，m为连铸二次冷却段内冷却气体总质量(Kg)，L_A为连铸二次冷却段总长度(m)，Q_A为连铸二次冷却段各区域理论回收热量(KJ)，q_A为连铸二次冷却段理论回收热量系数(315KJ·kg^-1)，ρ_S为铸坯密度(7020Kg·m^-3)，S₁铸坯横截面积(m²)，C_p氩气恒压比热容(0.52KJ·Kg^-1·K^-1)△T_f为冷却气体温度差(K)，T_F为回收气体理论平均温度(K)，T₀为气体喷嘴喷射出气体温度(K)。

对比例3

与实施例3中浇注相同钢种，钢水过热度相同的情况下，水雾冷却连铸二次冷却段分为七个区域，各区长度分别为0.72m，2.6844m，1.8964m，3.8428m，3.8424m，4.248m，6.975m，和6.93m。实施例3中连铸二次冷却段各区长度与对比例3中水雾冷却连铸二次冷却段各区长度一致。

水雾冷却连铸二次冷却段耗水量约为2772L/min；

水雾冷却连铸二次冷却段回收热量为0。

以上对本申请实施例所提供的一种连铸二次冷却段全气体冷却的方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种连铸二次冷却段全气体冷却的方法，其特征在于，所述方法包括：将具有一定拉速和钢水过热度的高温铸坯，由引锭杆从结晶器牵引而出，二次冷却段夹辊支撑高温铸坯并传送高温铸坯在二次冷却段内运动，二次冷却段内采用冷却气体对铸坯进行冷却，冷却气体以一定的流速，自气体喷嘴喷射至铸坯表面而发生强制对流换热和辐射换热将高温铸坯冷却。

2.根据权利要求1所述的一种连铸二次冷却段全气体冷却的方法，其特征在于，所述连铸二次冷却段的综合换热系数与钢水过热度，高温铸坯拉速，以及高温铸坯表面温度之间关系如公式(1)所示：

其中，h为连铸二次冷却段综合换热系数，单位：w·m^-2·k^-1；v_c为高温铸坯的拉速，单位：m·min^-1；△T为钢水过热度,单位：℃；T_s为高温铸坯表面温度，单位：℃；B、N和G为系数。

3.根据权利要求1所述的一种连铸二次冷却段全气体冷却的方法，其特征在于，所述气体喷嘴按照一定的形状进行排列，所述气体喷嘴数量设计如公式(2)所示：

其中，n为连铸二次冷却段气体喷嘴个数，S为二次冷却段铸坯表面积，单位：m²，L为直线距离最近的两个气体喷嘴的距离，单位：m。

4.根据权利要求3所述的一种连铸二次冷却段全气体冷却的方法，其特征在于，所述冷却气体流量与连铸二次冷却段综合换热系数之间的关系如公式(3)所示：

其中，Q₁为单个喷嘴的冷却气体流量，单位：m³·s^-1；h为连铸二次冷却段综合换热系数，单位：w·m^-2·k^-1；σ为波尔茨曼常数，ε为辐射系数，Ts为高温铸坯表面温度，单位：℃；T_e为环境温度，单位：℃；D为气体喷嘴直径单位：m；λ为气体导热系数，单位：W·m^-1·K^-1；C、m、n、a、和b为系数，μ为气体动力粘度系数，单位：Pa·S；Pr为普朗特常数，H为气体喷嘴距离高温铸坯表面的高度，单位：m；ρ为冷却气体密度，单位：m·s^-3。

5.根据权利要求1所述的一种连铸二次冷却段全气体冷却的方法，其特征在于，所述冷却气体为惰性气体或还原性气体。

6.一种连铸二次冷却段全气体冷却系统，基于上述权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述系统包括：

引锭杆，用于从结晶器牵引出具有一定拉速和钢水过热度的高温铸坯；

二冷段夹辊，用于支撑高温铸坯并传送高温铸坯；

二冷段，提供高温铸坯运动，使其与冷却气体对流；

气体喷嘴，将冷却气体以一定的流速，喷射至铸坯表面而发生强制对流换热和辐射换热，从而使高温铸坯冷却；

吸气口，用于对与高温铸坯发生热交换后的冷却气体进行回收。

7.根据权利要求6所述的一种连铸二次冷却段全气体冷却系统，其特征在于，所述吸气口位置距离高温铸坯表面的高度大于或等于气体喷嘴距离高温铸坯表面的高度。

8.根据权利要求6所述的一种连铸二次冷却段全气体冷却系统，其特征在于，所述气体喷嘴和吸气口内部均设有两条通路，一条为冷却气体通路，用于输送冷却气体；另一条为冷却介质通路，用于输送冷却介质以冷却气体喷嘴和保持冷却气体温度。

9.根据权利要求6所述的一种连铸二次冷却段全气体冷却系统，其特征在于，所述气体喷嘴以三角形分布的方式进行布置。

10.根据权利要求9所述的一种连铸二次冷却段全气体冷却系统，其特征在于，所述吸气口朝向与气体喷嘴朝向相同，所述吸气口位于呈三角形分布的三个气体喷嘴几何中心的上方。

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