1、150 方坯二冷装置设计研究摘 要连续铸钢过程中，从结晶器出来的铸坯凝固壳很薄，需要对铸坯进行支承和夹持，同时要对铸坯喷水强制冷却，使铸坯坯壳继续增厚，直至大部分凝固，这就是铸坯导向和二次冷却装置的作用。而小方坯连铸机导向段浇注段面较小，冷却快，钢水静压力小，铸坯出结晶器坯壳已可以支承自身，鼓肚倾向小。 关键词小方坯 二冷装置 喷水冷却系统 结晶器 中图分类号：TP391.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0256-03 AbstractIn Continuous casting process，the Slab solidification shell fro
2、m the crystallizer is very tin， Need for support and gripping to casting blank，At same time the casting blank need forced cooling，Make casting billet shell continue to thickening，Until most of the casting blank solidified，This is the role of the casting blank oriented and Second cooling device.The b
3、illet casters oriented segment casting section is smaller， cooled faster，the static pressure of molten steel is small，when the casting blank out of crystallizer，So only a small roller guide device for dummy bar guiding.rocessing，quality won the full affirmation Key words150 continuous blillet-castin
4、g；support-oriented device； cooling spgay system； crystallizer 本钢集团北营炼钢厂（简称北营炼钢厂）二区 2#方坯 6 流150150mm 铸机承担北营公司主要方坯品种的生产。为了更好的改善缩孔、火焰点、中心偏析、疏松等质量缺陷，本文对 2#方坯 6 流150150mm 铸机二冷装置冷却原理进行简单的阐述，确保生产出高品质铸坯。 1.二冷装置的作用及工艺要求 二冷装置的作用：对铸坯进行均匀强制冷却，使铸坯在出二冷装置时全部凝固；如果带液芯矫直，二次装置要将铸坯凝固到足够的厚度。对铸坯进行支撑和导向，防止铸坯变形。同时送引锭时，对引锭杆
5、起导向和支撑作用。 工艺对二冷装置要求是自高温铸坯作用下有足够的刚度和强度；还要求结构简单，能适应改变铸坯断面的要求，能在线快速处理事故的要求：在结构设计上容易对弧赵正，调整、维修方便。如图 1 所示： 1.1 二冷装置的类型和结构 弧形连铸机的二冷装置基本分为箱式结构和房式结构两种。箱式结构是所有的支撑导向部件和冷却水喷嘴都装在封闭的箱体内，箱式结构刚性较好且排蒸气容易，但结构复杂。目前常见的房式结构，房式机架是敞开式的。整个二冷冷却区封闭在封闭罩内。小方坯采用房式结构，因它机构简单，观察设备和铸坯方便等优点。 1.2 二冷支撑导向装置和主要参数 二冷支撑导向装置的主要工艺参数是夹棍辊径和辊
6、距，对其计算称为辊列计算。 1.2.1 钢水静压 钢水静压力随着钢水的深度而变化，令其为 P，则有 P=rh（Mpa） h-计算钢水压力头（cm） ，h=R1Sina r-钢水密度，取为 7750kg/m3若夹棍辊距为 l（cm） ，则夹棍所受的静压力为 Ps 为 Ps=Pl（B-2）（N）式中 B、-分别为铸坯与坯壳的厚度。 1.2.2 辊距 坯壳的最大允许挠度计算辊距，若假设：坯壳厚度在横向是均匀的，且忽略铸坯窄面对宽面的静不定影响及冷缩作用，则在这种情况下，坯壳挠度 y 可按如下近似公式来计算，y=PhL4/200EJ（mm） J-单位宽度坯壳在相当于 a 角处的惯性矩（nm4）E-计算
7、坯壳弹性模量（MPa） 。在实际计算时，应选第一段头两个辊之间坯壳的挠度计算，因该处的坯壳最薄，温度最高，虽然钢水静压较小但挠曲的程度较大，且应使所确定的辊距满足：yy 。铸坯允许的鼓肚变形时y不应超过坯壳的弹性范围，一般在二冷区第一段取 3mm。 1.2.3 夹辊直径的确定与校验 辊径计算依据是在辊距确定后，留出喷嘴的空位的 40-50cm，在确定辊径，并校验其强度和刚度。 刚度验算：确定验算第一段夹棍辊径时，应验算这段最末对辊子。如忽略坯壳四角静不定力矩的影响，即假定钢水静压力全部由夹辊承担，若铸坯中心处曲率半径为 R（cm） ，则夹辊最大挠度 yn 为yn=rBlLr3R1Sina（8-
8、4k2+k3）/384EJ。 B铸坯厚度 Lr夹棍轴承中心距 R1夹棍中心处曲径半径 E夹棍弹性模量。 J夹棍的断面惯性距 J0.05D4（cm） k比例常数，k=B/ Lr a该夹棍所处半径与圆弧水平线夹角。 夹辊的直径应满足 ynyn ， yn是夹辊许用挠度，可取 0.8-1mm。对于夹棍要求的绕度无法满足时，在设备上要对材质进行改进，在结构上可采用短夹棍式分节夹棍。 强度验算：改夹辊内所产生的最大应力 max，应满足max ，即 max=Mmax/W=RblLrSina（2-k）/8W （Mpa） -许用弯曲应力，对碳素钢可取为 98.1-117.7MPa Mmax-夹辊所承受的最大弯曲
9、力矩（N.mm）W-夹辊抗弯截面模量（mm3）对空心辊W=（0.1（p4-d4）/D，实心辊 0.1D3 D、d-夹辊外径，空心辊内径（mm） 2.喷水冷却系统 2.1 二次冷却水与拉速 拉速是十分重要的因素在二次冷却过程中，在一定的铸机条件下，决定凝固系数 K 值的主要因素就是冷却强度。即在一定的范围内增加冷却强度可加大 K 值。冷却水流量必须随着拉速变化而变化，以保持一个合适的冷却强度。为了实现这一点，通常采用二次冷却水自动控制，冷却水的增加和减少时根据拉速的变化而成比例地增减的。 2.2 喷嘴类型和特性 2.2.1 喷嘴类型 可分成两大类：水喷嘴和水汽喷嘴水喷嘴又称压力喷嘴，其靠水本身的
10、压力作为能量使水充分雾化，压力喷嘴按喷出的雾化形状可分为扇形喷嘴如图二和锥形喷嘴如图一。水汽喷嘴主要是靠气体压力使水雾化，水和气在水气喷嘴内或喷嘴外混合雾化形成非常细小的水雾。 2.2.2 喷嘴的特性 为获得良好的冷却效果，合适的喷嘴很重要。选择喷嘴时主要考虑喷嘴的冷态特性：（1）流量特性。 （2）水流密度。 （3）水雾直径。 （4）水滴速度。 （5）喷射面积。保证一定的锥底面积并在整个面积上水量分布均匀，保证均匀冷却。 2.3 冷却分段喷水比例的确定 在直接喷水冷却的条件下，铸坯便面热传递因铸坯坯壳厚度的增加而降低，因此，二冷区的喷水量应有所区别。刚离开结晶器坯壳厚度较薄，喷水量比其他区域要
11、大，坯壳厚度迅速增厚。随着铸坯在二冷区的移动，坯壳厚度逐渐增加，喷水量因逐渐降低。本设计二冷区分四段供水。 2.3.1 浇钢量 不同断面的连铸坯，只要以相同的浇钢量操作，理论上有相近的喷水量，只考虑比表面的不同做适当的调整。中间罐水口确定后，浇钢量的大小基本上就控制在一定范围内，因此按浇钢量确定比水量。仅根据断面的大小，在小范围内对比水量进行修正，即可满足使用条件. 2.3.2 比水量的确定 比水量是 L/kg（单位钢水所使用的冷却水量） ，水量 q 与拉速 Vc 的一次简单函数关系，q=K*Vc 系数 K 是一个同浇铸断面和比水量有关的函数。总水量确定后，经验确定各冷却段的水量分配比例，各段
12、互不影响，在系统调节上个单元往往单独设定。 生产中根据钢种的特性确定比水量，常规低碳钢采用强冷却，因此在同样冶金长度下，可提高拉速。对于不同钢种比水量是不同的，比水量确定是要考虑断面的影响。断面大，比表面小，比水量相对要大一些。拉速对比水量有影响，拉速高时铸坯通过喷嘴时间短，对一单元铸坯某一位置来说，相对铸坯的凝固层薄，表面散热显大，因此喷水量就应适当加大，所以就提高相对比水量大。 2.3.3 喷淋强度 即单位面积铸坯在单位时间中的喷水量。它能在一定程度上反映出铸坯冷却的热力学特性。各段喷淋强度 Pn=RVcABn/2（A+B）Ln R-比水量/L.kg-1；Vc-拉速/m.min-1；-钢的
13、比值 7800/kg.m-3；n-计算喷淋段的配水比%；A、B-方坯边长/m；当 n=1，Ln=l（铸机喷淋总长度）时，计算结果为铸机平均喷淋强度。 3.结论 铸机型号的确定 6 机 6 流弧形 150150 小方坯连铸机。如图 4 所示。3.1 支撑辊的强度校核 第一段夹辊直径校核计算： 第一段夹辊采用简单的自由辊支承，铸坯通过第一段辊的时候并未完全凝固，此时坯壳受力较为复杂。在这里通过比校核的方法来计算，忽略铸坯静不定影响及冷却作硬用。改第一段辊径为 180mm 的情况下对夹辊进行以下计算。 （1）钢水静压力 钢水的静压力随钢水的深度而变化，令其为 P，则有P=h=0.007792.5Si
14、n13.275=1.27MPa h-计算处钢水静压头（cm） ，h=R1Sina=182cm -钢水密度为 0.007kg/cm3 若夹辊辊距为 l（cm） ，则夹辊所受静压力 P 为 Ps 为：Ps=Pl（B-2） （N）式中 B、-分别为铸坯、坯壳厚度。 （2）最大挠度计算辊距 y=PhL4/（200El）=1.2718202704/（20020600084375000）=0.0353（mm） （3）夹棍最大挠度计算 max=Mmax/W=BlLrR1Sina（2-K）/8W=7000150150180Sin13.275（2-150/180）/（80.1200）=8.59 W-夹辊抗弯截面
15、模量（mm3） ，对空心辊有 W=0.1D3 3.2 总耗水量的确定与各段冷却水量的分配 理论小时产量为 Gh（th）则二次冷却总耗水量 Q，Q 为：Q=KGh（t/h）K-冷却强度是指连铸坯单位重量在二次冷却时所消耗的水量，随钢种不同而异，如表 1： 各段水量分配原则是：既要使铸坯散热快，又要防止铸坯在冷凝收缩时坯壳内外温差所产生的热应力超过坯壳的强度而产生裂纹。凝固强度与时间的平方根成反比，因此喷水量也应大致按时间平方根的倒数成比例递减。当拉速一定时，时间与拉出铸坯长度成正比。固各段水量的分配可参照下列公式和图三计算。 Q1：Q2：Qi：Qn=：L1、L2、Li、Ln-分别为各段值钢液面的
16、平均距离。总耗水量的计算 Q=fabVPQ-二冷区总耗水量 L/min f-比水量取 0.1-1.5L/kg a、b-铸坯断面 m2V-铸坯拉速 m/min P-铸坯密度，取 7750kg/m？Q=fabVP=1.21501501.57750=89.5 二冷段水量分配计算：Q0；Q1：Q2：Q3= L0=7925Sin3.7mm L1=7925Sin14.2mm L2=7925Sin28.1mm L3=7925Sin43.24mm 经计算得 Q0：Q1：Q2：Q3=4：2：1.5：1.5 有 Q=Q0+Q1+Q2+Q3 所得出每个区的用水量为：Q0=89.54/9=39.7t/h Q1=89.
17、52/9=19.85t/h Q2=89.51.5/9=14.9t/h Q3=89.51.5/9=14.9t/h 二冷区包括零段、一段、二段、三段共四个冷却区，每个区都是独立冷却，且每个区喷淋架都单独通水，每个喷淋架水压通过压力控制阀单独控制，最终共同用一总小管。 参考文献 1 炼钢机械（第二版）M，冶金工业出版社，2006 2 刘青等，方坯高效连铸技术的发展，钢铁J，1994 3 陈登福等，小方坯连铸机二冷制度分析及优化D，特殊钢，2002 4 王雅贞等，新编连续铸钢工艺及设备M，北京，冶金工业出版社，1999 作者简介 李娟（1980-） ，女，大学本科学历，助理工程师，2003 年毕业于内蒙古农业大学机械制造及其自动化专业，现从事连铸中控工作。
