連鑄冷卻噴嘴的維護與應用

王娟 薛延峰（天津天鐵冶金集團熱軋板有限公司，河北省涉縣056404）

連鑄冷卻噴嘴的維護與應用

王娟 薛延峰（天津天鐵冶金集團熱軋板有限公司，河北省涉縣056404）

介紹了冷卻噴嘴在二次冷卻系統中的重要作用，結合常見板坯缺陷現象，分析了噴嘴性能與二冷系統及產品質量的內在關系，提出了噴嘴檢測方法及日常維護措施。經過采取一系列行之有效的措施，噴嘴連續使用率得到提高，噴嘴堵塞問題得到有效地控制，鑄坯合格率穩步提升，為保持生產長期穩定順利運行奠定了堅實的基礎。

連鑄鑄坯噴嘴二次冷卻系統堵塞改進

1 前言

天鐵熱軋板坯連鑄機代表當今連鑄機先進水平，其中鑄坯二次冷卻技術采用水冷與氣霧冷卻相結合的技術（主要為氣霧噴嘴），連鑄噴嘴本身的性能與噴嘴的布置、冷卻控制一起，構成了連鑄機的二次冷卻系統。二冷傳熱占板坯全部凝固傳熱的60%[1]。而二次冷卻系統的主要構成部分是噴嘴，噴嘴性能的好壞與是否正常工作是決定連鑄機最大拉速、作業率和鑄坯品種質量水平的關鍵因素之一。生產初期，檢修經驗不成熟，點巡檢的不及時，噴嘴堵塞問題處理滯后，嚴重影響噴嘴性能的發揮。經過一年多的實踐，檢修技術不斷提高，噴嘴堵塞問題得到很好的控制，運行良好。

2 二次冷卻系統工作原理

二次冷卻的目的是使鑄坯離開結晶器后接受連續冷卻直至完全凝固，一方面實現連鑄坯在盡可能短的時間內凝固完畢，以提高連鑄機的生產能力；另一方面是在實施二次冷卻的過程中，控制鑄坯表面溫度處于要求范圍并使波動最小，以獲得良好的鑄坯內、外部質量。連鑄機噴嘴分布從結晶器出口開始，到水平扇形段為止的整個二次冷卻區域，如圖1所示。

連鑄噴嘴對二次冷卻的影響主要是對鑄坯熱應力的影響，二次冷卻不良是產生表面縱裂紋的重要影響因素。所以二次冷卻系統的好壞是板坯表面質量和內部質量的一個決定性因素，而噴嘴性能的好壞又是二冷系統能否正常工作的決定性因素。噴嘴性能的好壞與更換是否及時對鑄坯質量乃至最終鋼材的質量、拉速、生產事故、設備維修和能介消耗均有十分重要的影響。

3 板坯質量問題與噴嘴性能的關系

在噴嘴位置，冷卻控制和噴嘴維修正常的情況下，連鑄生產常見事故和鑄坯質量問題與噴嘴性能的相互關系可以作以下分析，如表1。

表1 鑄坯質量與噴嘴性能關系

4 常見故障現象及分析

4.1 直接觀察

板坯連鑄機二冷設備較復雜，可直接觀察出結晶器后進入二冷區鑄坯的顏色來判斷噴嘴的性能，鑄坯四個面和角部顏色為均勻的暗紅色，說明噴嘴性能好；而鑄坯個別角部或面部發黑，發亮就表明冷卻不均勻，有可能是噴嘴性能不好，也不排除噴嘴布置不合理。

4.2 產品質量分析

鑄坯出現較嚴重的中間裂紋，中心偏析；板坯出現表面裂紋等缺陷，雖然影響因素是多方面的，但通常采用排除法先確定噴嘴性能是否有問題。

如發現中間裂紋位置處于鑄坯內弧側，裂紋數量有2處，裂紋長度最大為2 cm，最小為1 cm，裂紋在鑄坯表面至鑄坯中心二分之一厚度上，裂紋沿鑄坯寬度方向垂直分布于晶界，中間裂紋形貌特征為“河流狀”，裂紋長度分布區間為85 mm~105 mm。

4.3 檢修

在檢修中經常發現結晶器、零號段、扇形段的噴嘴頭上多數粘有堵塞物，使噴嘴頭呈蘑菇狀，零號段有時半個月噴嘴就堵成蘑菇狀，使得噴嘴流量減少、噴水角度、形狀、扇面改變，造成板坯表面局部冷卻不均，板坯產生裂紋、縮孔、中心疏松、偏析、鼓肚等缺陷。輥子輥皮上也結有一層水垢，經常在對弧時要先將垢打磨掉，給維修造成困難，損傷輥皮。

5 噴嘴性能的檢測方法及日常維護

5.1 定期直接查看、記錄二冷調壓閥后壓力

制造良好的噴嘴，無論是水噴嘴，還是氣霧噴嘴，其水流量都與其入口壓力準確的成線性關系，所以有的時候都把噴嘴替代流量計使用。這樣二冷調壓閥后的水壓力就與每個控制回路的所有噴嘴總噴水流量成一定關系。通過記錄、分析閥后壓力就能發現如下問題：

（1）閥后壓力均勻降低，可能說明所有的噴嘴均勻磨損，且可以計算出磨損引起流量增加值，可以根據鋼種質量要求確定是否要更換；

（2）閥后壓力突然降低，可能說明個別噴嘴脫落、管路漏水；

（3）閥后壓力突然升高，可能說明個別噴嘴堵塞了。

一般二冷室調節閥后都設有壓力表，但需要特別注意表的精度和量程。在計量準確的前提下，一旦實際流量比設計值增加15%，就應該是必須更換噴嘴的信號，從而可以據此反算閥后壓力的降低值。

5.2 噴嘴堵塞的分辨

分析了噴嘴使用過程中出現的問題，制定檢修計劃，針對噴嘴故障類型采取相應的檢修措施。首先，經常性清理二冷水過濾器，并利用較長的停機時間進行管道沖洗，從而使進口水源質量得到控制，預防噴嘴堵塞，其次采取以下措施加強檢修效果。

設置并聯的過濾器加強過濾，在此基礎上還應在閥門室后加簡易的并聯雙過濾器，其優點是前后設壓力表，過濾器內是否堵塞一目了然；需要清洗時不占用作業時間；清洗很方便。很重要用途的噴嘴，可以考慮在噴淋管接頭處或噴嘴入口處加過濾器，這可以解決閥門室管路銹蝕和檢修時不慎掉入管路的雜物。

5.3 選用耐磨性能好的噴嘴

曾分析過噴嘴的堵塞物，主要是氧化鐵、氧化鈣和氧化硅，這些材料就向水泥、涂料一樣，不斷在噴嘴內腔粘結、累積疊加，最終堵塞了噴嘴。如果噴嘴耐磨性能好、就不容易黏結。從使用看，原用的噴嘴半個月就必須拆開進行清洗，堵塞嚴重。更換具備良好耐磨性能的噴嘴后，在同樣的供水條件下可以用3個月不堵塞、不損壞。

5.4 采用通孔大的噴嘴

同樣流量但不同生產廠家的噴嘴通孔尺寸不一，噴嘴結構不同通孔也不同，比如日本噴霧公司一種新型橢圓噴嘴，在相同的壓力流量下，其通孔是普通的廣泛用于板坯的橢圓噴嘴的兩倍，也不易堵塞。選擇新型噴嘴，比如選用120°×30°的矩形噴嘴縱向布置，用于板坯，不僅噴射距離可以遠一些，防止噴嘴被撞壞或燒壞，而且一個噴嘴的覆蓋面積相當于兩個或多個一般圓錐形噴嘴，單個噴嘴的流量大、通孔大，自然不容易堵塞。

5.5 延長氣體吹掃

連鑄工藝的一個特點是在拉尾坯、快換中間包和短時事故停澆時需要停止噴水，此時噴嘴內殘留的少量水分就會在鑄坯高溫輻射熱作用下迅速蒸發，水中的細小雜質就會黏結在噴嘴內表面。針對這種情況對現在使用的這種氣霧型噴嘴，在停噴水后延時停壓縮空氣，這樣可以有效防止黏結引起的噴嘴堵塞。

5.6 加強水質控制

在正常生產中要求連鑄二次噴淋水水質指標如下：

pH值:7～9

懸浮物/mg/l:≤20

懸浮物中最大粒徑/mm:0.2

總含鹽量/mg/l:≤1 000

碳酸鹽硬度（CaCO3計）/mg/l：≤200

硫酸鹽（SO4－計）/mg/l：≤600

氯化物（Cl－計）/mg/l：≤400

硅酸鹽（SiO2計）/mg/l：≤150

全鐵/mg/l：

油/mg/l：≤15

電導率/us/cm：～1 200

因為堵塞物的主要分成是碳酸鹽（如CaCO3）、硫酸鹽（SO4）、硅酸鹽（如SiO2），所以我們經過仔細對比，確認為二冷水水質不達標，硬度太高。經過和水處理協調在連鑄水池中另外加入適量的硫酸等藥劑改善水質，現在水質問題已經得到很大程度的改善。

5.7 加強巡檢維修

加強點巡檢，跟蹤噴嘴在線使用的噴水效果是否良好，發現堵塞及時清理或更換。下線噴嘴進行分類，內腔堵塞的拆開噴頭清理干凈；噴頭堵塞的用煤油浸泡、打磨，以便再次使用，節約成本。

6 結束語

經過采取多項改進措施和檢修技術的不斷嫻熟，噴嘴的檢修水平和使用效率都有明顯提高，噴嘴連續使用頻率已由原來的兩個星期延長到目前的兩個月，而且現場觀察下線噴嘴情況明顯比以前好很多，噴嘴上基本沒有成塊的水垢，段子輥皮和框架上也比以前更加干凈，噴嘴堵塞問題得到有效控制，噴嘴冷卻的重要用途得到充分發揮，鑄坯合格率穩步提升，為工藝生產的順利進行打好基礎。

（收稿2010－03－20責編趙實鳴）

[1]劉青,王良周,曹立國,等.連鑄二次冷卻研究的進展[J].鋼鐵研究學報,2005,(06)：39~41.

Maintenance and Application of CCM Cooling Nozzle

Wang Juan,Xue Yanfeng

The paper introduces the important function of cooling nozzle in secondary cooling system,analyzes the internal relationship of nozzle property with secondary cooling system and product quality and proposes nozzle inspection method and routine maintenance measures.After a series of effective measures are taken,nozzle continuous utilization rate is increased and nozzle clogging problem is under well control.The billet qualification rate goes up stably.A solid foundation is laid for the stable and smooth long term running of production.

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王娟，2006年7月畢業于內蒙古農業大學，助理工程師，現在天鐵熱軋板有限公司熱軋連鑄作業部從事離線設備檢修工作。