CN114769546B - 一种提高铸坯冷却均匀性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于冶金工业连铸技术领域，具体为一种提高铸坯冷却均匀性的方法。二冷室内使用高压低温惰性气体对高温铸坯进行冷却。气体冷却的实施，极大改善了二冷室的恶劣环境，使跟踪铸机二冷室内铸坯表面温度的变化成为可能。通过设定气体喷嘴的类型和排布方式，可独立调节铸坯角部的冷却气量而不影响相邻位置的冷却射流量，可极大减少铸坯角部的温降，从而改善铸坯断面冷却均匀性。同时采用高温测温设备对铸坯不同位置温度进行测量，通过温度反馈实时调节不同位置喷嘴的气体喷射量。采用此方法后，可进一步提高铸坯冷却的均匀性，改善铸坯质量。

Description

一种提高铸坯冷却均匀性的方法

技术领域

本发明涉及冶金工业连铸技术领域，具体为一种提高铸坯冷却均匀性的方法。

背景技术

随着钢铁行业的不断发展，下游客户对钢材的产品质量要求越来越高。连铸作为炼钢和轧钢的衔接工序，其生产铸坯质量的好坏直接影响着产品的最终性能。

连铸是一个液态钢水不断冷却凝固的过程，冷却是否均匀与铸坯质量的好坏有直接关系。目前，连铸二冷区均采用气雾冷却模式，该模式下对铸坯冷却均匀性的影响存在以下几个问题：（1）气雾喷嘴的安装较复杂，且距离喷嘴中心越远，其喷射量越小，易造成冷却过程的不均匀；（2）连铸机二冷区由于导向辊的存在，铸坯内弧侧易造成冷却水的聚集，无形中造成铸坯内外弧的冷却强度不均；（3）气雾喷嘴在使用中由于水质问题，易出现喷嘴口堵塞，从而造成铸坯冷却强度不均。

由于上述问题的存在，专利CN111906267A中提出了“一种连铸二次冷却段全气体冷却的方法及系统”。采用气体冷却，由于气体比重小，可消除内弧侧冷却气体在导向辊位置的大量聚集，同时由于气体具有较高的纯净度，可极大降低喷嘴的堵塞概率，从而最大程度保证铸坯各面的均匀冷却。

众所周知，在大方坯的生产过程中，铸坯单面一般需设置两个以上的喷嘴进行冷却以覆盖整个截面，但铸坯角部属于二维传热，此时需适当减小角部的喷射量。气雾喷嘴喷射面一般为对称的扇形或矩形，降低角部的喷射流量后，也会同时降低角部相邻对称面的气雾冷却量，从而对整个截面的冷却均匀性产生影响。故在采用气体冷却的基础上，如何选择合适的喷嘴类型及设定合理的布置方式，尤其是对铸坯角部的冷却控制显得尤为重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种提高铸坯冷却均匀性的方法。本发明所述方法中，在连铸二冷区采用气体冷却的模式下，通过调整气体喷嘴的类型和排布方式，可独立调节铸坯角部的冷却气量而不影响相邻位置的冷却射流量，并通过铸坯不同位置处的温度反馈，保证铸坯冷却均匀性，改善铸坯的质量。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种提高铸坯冷却均匀性的方法，包括如下步骤：

S1. 液态高温钢液由结晶器冷却后形成初期坯壳，然后移动至二冷室进行气体冷却；

S2. 在二冷室采用高压惰性气体，通过气体喷嘴对高温铸坯进行冷却；

S3. 通过安装的高温测温设备对铸坯不同位置处温度进行测量，并根据温度场分布实时调整不同位置气体喷嘴的流量；

作为本发明所述的一种提高铸坯冷却均匀性的方法的优选方案，其中：所述步骤S2具体包括：

S2.1. 根据铸坯不同部位，设定特定形状的气体喷嘴，对高温铸坯进行冷却；

S2.2. 根据铸坯断面大小，设定气体喷嘴的布置方式，保证铸坯冷却的均匀性。

高温钢液经中间包注入结晶器中，结晶器冷却水带走凝固初期大量热量，使铸坯具有一定的坯壳厚度。随着结晶器的不断振动，具有一定坯壳厚度的铸坯移动至二冷区。

作为本发明所述的一种提高铸坯冷却均匀性的方法的优选方案，其中：所述步骤S2中，所述惰性气体为氩气。

作为本发明所述的一种提高铸坯冷却均匀性的方法的优选方案，其中：所述步骤S2中，所述惰性气体温度为10-20℃。

气体喷嘴与气雾喷嘴相比，其在喷射方向上的速度衰减远大于气雾喷射，故需适当减小喷嘴口喷射角度，同时喷嘴口距离铸坯表面的距离要适当减小，以保证高速低温气体与铸坯表面的高效换热。

作为本发明所述的一种提高铸坯冷却均匀性的方法的优选方案，其中：所述步骤S2.1中，所述铸坯角部附近位置的气体喷嘴为圆形喷嘴。

作为本发明所述的一种提高铸坯冷却均匀性的方法的优选方案，其中：所述步骤S2.1中，所述铸坯除角部附近位置以外的其他位置的气体喷嘴为矩形喷嘴。

作为本发明所述的一种提高铸坯冷却均匀性的方法的优选方案，其中：所述步骤S2.1中，所述气体喷嘴采用耐高温材质，所述耐高温材质包括不锈钢。

作为本发明所述的一种提高铸坯冷却均匀性的方法的优选方案，其中：所述步骤S2.1中，所述圆形喷嘴截面的直径为5-15mm；所述矩形喷嘴截面的长度为15-25mm，宽度为5-15mm；所述矩形喷嘴的喷射角度为90°，即矩形喷嘴垂直于铸坯表面。

圆形喷嘴距离铸坯表面的距离与矩形喷嘴一致，同一排喷嘴相邻排布且各喷嘴可单独控制流量，圆形喷嘴数量由铸坯断面尺寸决定。不同位置的圆形喷嘴喷射流量可通过气阀进行调节，越靠近角部位置流量越小。

作为本发明所述的一种提高铸坯冷却均匀性的方法的优选方案，其中：所述步骤S2.2中，根据铸坯断面尺寸的变化，喷嘴与铸坯表面距离设定为50-100mm。

作为本发明所述的一种提高铸坯冷却均匀性的方法的优选方案，其中：所述步骤S2.2中，根据喷嘴与铸坯表面距离的变化，同一行内相邻两矩形喷嘴间距离设定为40-100mm，喷嘴间隔随与铸坯距离增加而增加；同一行内圆形喷嘴紧密排列。

二冷区采用气体冷却后，可消除该区域的高湿度，从而为高温测温设备的使用奠定基础。在整个二冷室范围内，在二冷室上部、中部、下部三个特征位置处，紧邻喷嘴安装的高温测温设备对铸坯不同位置进行测温，根据温度分布可动态控制不同位置喷嘴的喷射流量，提高铸坯冷却均匀性。高温测温设备采用耐高温设计，外部设保护罩，停止测温时保护罩关闭，以保护测温设备。

作为本发明所述的一种提高铸坯冷却均匀性的方法的优选方案，其中：所述步骤S3中，高温测温设备为红外线高温探头。

本发明的有益效果如下：

本发明提出一种提高铸坯冷却均匀性的方法。二冷室内使用高压低温惰性气体对高温铸坯进行冷却。气体冷却的实施，极大改善了二冷室的恶劣环境，使跟踪铸机二冷室内铸坯表面温度的变化成为可能。通过设定气体喷嘴的类型和排布方式，可独立调节铸坯角部的冷却气量而不影响相邻位置的冷却射流量，有效减少铸坯角部的温降。同时采用高温测温设备对铸坯不同位置温度进行测量，通过温度反馈实时调节不同位置喷嘴的气体喷射量。采用此方法后，可进一步提高铸坯冷却的均匀性，改善铸坯质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明所述方法的流程图；

图2为本发明所述矩形喷嘴喷射面示意图；

图3为本发明所述圆形喷嘴喷射面示意图；

图4为本发明实施例1所述气体喷嘴安装示意图；

图5为本发明实施例2所述气体喷嘴安装示意图；

图6为本发明所述高温测温设备安装示意图。

图中，1-中间包、2-结晶器、3-结晶器电磁搅拌器、4-气体喷嘴、4.1-矩形喷嘴、4.2-圆形喷嘴、5-高温测温设备、6-导向辊、7-末端电搅器。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种提高铸坯冷却均匀性的方法。二冷室内使用高压低温惰性气体对高温铸坯进行冷却。通过设定气体喷嘴的类型和排布方式，可独立调节铸坯角部的冷却气量而不影响相邻位置的冷却射流量，有效减少铸坯角部的温降。同时采用高温测温设备对铸坯不同位置温度进行测量，通过温度反馈实时调节不同位置喷嘴的气体喷射量。采用此方法后，可进一步提高铸坯冷却的均匀性，改善铸坯质量。

本发明涉及一种提高铸坯冷却均匀性的方法。图1为所述方法的流程图。即首先根据连铸坯的基本连铸参数：如钢水过热度、拉速及铸坯断面尺寸等，确定二冷室内气体喷嘴的布置方式：如喷嘴形状、喷嘴与铸坯表面的距离、喷嘴间隔等。连铸坯冷却过程中，通过高温测温设备得到连铸坯不同位置的温度场，从而实时调控不同位置气体喷嘴的气体流量，保证连铸坯的均匀冷却，提高铸坯冷却质量。

通过该方法可实现铸坯内部及角部喷射冷却量的独立调整，有效降低铸坯角部的温降，提高连铸坯的冷却均匀性。气体冷却与气雾冷却相比，受重力影响小，可保证连铸坯内外弧面冷却气量的一致性；同时，采用气体冷却消除了冷却介质在铸坯内弧侧导向辊的聚集；除此以外，采用气体冷却后，降低了喷嘴的堵塞率。气体冷却的实施，极大改善了二冷室的恶劣环境，使跟踪铸机二冷室内铸坯表面温度的变化成为可能。生产过程中，采用气体喷嘴间安装的高温测温设备得到铸坯不同位置处的温度场，从而可实时调节不同位置喷嘴的气体喷射流量。故采用本发明方法可极大的提高铸坯的冷却均匀性，改善铸坯的最终质量。

实施例1

本实施例在某厂45#钢连铸车间进行，连铸参数为：

中包过热度30℃，断面尺寸220mm×220mm方坯连铸机，拉速1.0m/min。

冷却方式为：采用气体冷却，单面布置2个矩形喷嘴4.1，单面角部各布置4支圆形喷嘴4.2，共8支圆形喷嘴4.2。矩形喷嘴4.1气压设定0.5MPa，角部4支圆形喷嘴4.2由内向外气压依次设定0.2-0.1-0.05-0.05MPa。所述圆形喷嘴4.2截面的直径为10mm；所述矩形喷嘴4.1截面的长度为20mm，宽度为10mm；气体喷嘴距离铸坯表面60mm，矩形喷嘴4.1间距40mm，圆形喷嘴4.2相邻排布，由铸坯角部向内依次设置。

对比例1

与实施例1的不同在于，冷却方式为：

采用气体冷却，单面各布置2支矩形喷嘴，喷嘴气压设定0.5MPa。喷嘴距离铸坯表面60mm，喷嘴间距60mm。

表1 两种喷嘴布置方式下，铸坯不同位置温度值（℃）

利用气体喷嘴附近布置的4个高温测温探头对铸坯不同位置温度进行测量。不同冷却方式（即实施例1和对比例1对比）下，当铸坯中部位置2和位置3温度相近时，角部位置的温度测量值如表1所示。通过调整气体喷嘴的类型及布置方式，出二冷室时实施例1的铸坯角部温度相对于对比例1的铸坯角部温度提高约50℃，改善了铸坯的冷却均匀性。

实施例2

本实施例在某厂Q335B钢连铸车间进行，连铸参数为：

中包过热度25℃，200×1000mm板坯连铸机，拉速0.70m/min。

冷却方式：采用气体冷却，宽面布置10个矩形喷嘴4.1，宽面角部各布置6支圆形喷嘴4.2，喷嘴距离铸坯表面80mm，同一行喷嘴间距70mm；窄面布置1支矩形喷嘴4.1，窄面角部各布置4支圆形喷嘴4.2，喷嘴距离铸坯表面90mm。所述圆形喷嘴4.2截面的直径为11mm；所述矩形喷嘴4.1截面的长度为22mm，宽度为11mm；宽面喷嘴气压设定0.6MPa，窄面喷嘴气压设定0.45MPa。宽面角部6支圆形喷嘴4.2由内向外气压依次设定0.2-0.15-0.1-0.05-0.05-0.05MPa，窄面角部4支圆形喷嘴4.2由内向外气压依次设定0.2-0.1-0.05-0.05MPa。

对比例2

与实施例2的不同在于，冷却方式为：

采用气体冷却，不在铸坯角部安装圆形喷嘴，宽面布置10支喷嘴，喷嘴距离铸坯表面80mm，同一行喷嘴间距80mm；窄面布置1支矩形喷嘴，喷嘴距离铸坯表面90mm。宽面喷嘴气压设定0.6MPa，窄面喷嘴气压设定0.45MPa。

表2 两种喷嘴布置方式下，铸坯不同位置温度值（℃）

利用喷嘴附近布置的6个高温测温探头对铸坯不同位置温度进行测量。不同冷却方式（即实施例2和对比例2对比）下，当铸坯中部位置2-5的温度相近时，角部位置的温度测量值如表2所示。通过调整气体喷嘴的类型及布置方式，出二冷室时实施例2的铸坯角部温度相对于对比例2的铸坯角部温度提高约40℃，改善了铸坯的冷却均匀性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种提高铸坯冷却均匀性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.液态高温钢液由结晶器冷却后形成初期坯壳，然后移动至二冷室进行气体冷却；

S2.在二冷室采用高压惰性气体，通过气体喷嘴对高温铸坯进行冷却；

S3.通过安装的红外线高温探头对铸坯不同位置处温度进行测量，并根据温度场分布实时调整不同位置气体喷嘴的流量；

所述步骤S2具体包括：

S2.1.根据铸坯不同部位，设定特定形状的气体喷嘴，对高温铸坯进行冷却；铸坯角部附近位置的气体喷嘴为圆形喷嘴；铸坯除角部附近位置以外的其他位置的气体喷嘴为矩形喷嘴；

S2.2.根据铸坯断面大小，设定气体喷嘴的布置方式，保证铸坯冷却的均匀性；同一行内相邻两矩形喷嘴间距离设定为40-100mm；同一行内圆形喷嘴紧密排列。

2.根据权利要求1所述的一种提高铸坯冷却均匀性的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述惰性气体为氩气。

3.根据权利要求1所述的一种提高铸坯冷却均匀性的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述惰性气体温度为10-20℃。

4.根据权利要求1所述的一种提高铸坯冷却均匀性的方法，其特征在于，所述步骤S2.1中，所述气体喷嘴采用耐高温材质，所述耐高温材质包括不锈钢。

5.根据权利要求1所述的一种提高铸坯冷却均匀性的方法，其特征在于，所述步骤S2.1中，所述圆形喷嘴截面的直径为5-15mm。

6.根据权利要求1所述的一种提高铸坯冷却均匀性的方法，其特征在于，所述步骤S2.1中，所述矩形喷嘴截面的长度为15-25mm，宽度为5-15mm；所述矩形喷嘴的喷射角度为90°。

7.根据权利要求1所述的一种提高铸坯冷却均匀性的方法，其特征在于，所述步骤S2.2中，所述气体喷嘴与铸坯表面距离设定为50-100mm。

Images