連鑄鋼坯二次冷卻制度的優(yōu)化研究

（河北唐銀鋼鐵有限公司，河北 唐山 064000）

摘 要：在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，鋼鐵生產(chǎn)處于重要地位，是重要的支柱產(chǎn)業(yè)，對國民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展有著重大的影響。連鑄是鋼鐵工業(yè)的核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)，對對于提高鋼鐵生產(chǎn)效率和質(zhì)量都有直接的影響，長期以來一直是鋼鐵工業(yè)的熱門研究內(nèi)容。在鋼鐵生產(chǎn)中二次冷卻制度對于連鑄的質(zhì)量有著重要影響。在實(shí)際的連鑄生產(chǎn)中，很多企業(yè)都存在著二次冷卻不規(guī)范問題，影響了連鑄鋼坯的質(zhì)量。本文從二次冷卻制度的特點(diǎn)和常見問題進(jìn)行論述，提出了幾點(diǎn)優(yōu)化建議。

關(guān)鍵詞：連鑄鋼坯;二次冷卻;優(yōu)化

連鑄鋼坯的質(zhì)量決定因素包括眾多方面，主要衡量標(biāo)準(zhǔn)是表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量。連鑄鋼坯的完成，需要經(jīng)過能量的釋放和熱量的傳遞，從液態(tài)鋼變?yōu)楣虘B(tài)鋼。這一過程，對冶煉工藝和設(shè)備都有極高的要求。在控制好冶煉工藝和設(shè)備后，最為重要過程就是二次冷卻了。能否生產(chǎn)出合格的連鑄鋼坯，全部由二次冷卻過程決定。因此，二次冷卻制度極為重要。

1 連鑄二次冷卻的作用和特點(diǎn)

連鑄鋼坯的生產(chǎn)過程，主要是通過對流傳熱和傳導(dǎo)、輻射等方式，使鋼水中的熱能釋放出去，轉(zhuǎn)為固態(tài)鋼坯。釋放的熱量主要是顯熱、潛熱、過熱這三部分的能量。過熱是從液態(tài)鋼水的澆鑄溫度TC到液相溫度T1時(shí)，所釋放出來的熱量。而潛熱則是從液相溫度T1到固線溫度Ts時(shí)送釋放的熱量。顯熱是從固相溫度Ts到普通的環(huán)境溫度T0這一冷卻過程釋放的熱量。

2 連鑄鋼坯質(zhì)量與二次冷卻的緊密關(guān)系

二次冷卻對連鑄鋼坯的質(zhì)量有著重要影響。連鑄鋼坯的生產(chǎn)過程中，影響其質(zhì)量的因素主要包括了鋼水溫度、拉速、鑄坯斷面以及結(jié)晶器和鋼種等。在操作工藝和鑄機(jī)設(shè)備條件固定的情況下，所有影響鋼坯質(zhì)量的因素中，只有二次冷卻這一因素可以人為控制。如果二次冷卻弱冷時(shí)，會降低鑄坯的凝固速度，雖然生產(chǎn)率有所下降，但可以在高溫下生產(chǎn)鋼坯，有利保證鋼坯的質(zhì)量。當(dāng)二次冷卻遇到強(qiáng)冷時(shí)，可以加快鑄坯的凝固速度和拉速，讓鑄機(jī)保持較高的生存率，但容易產(chǎn)生各種裂紋，使鑄坯存在缺陷。因此，如何的控制好二次冷卻就成為鑄坯生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

二次冷卻環(huán)節(jié)控制不好，使鑄坯容易出現(xiàn)的常見缺陷有以下幾種。

（1）內(nèi)部裂紋。主要包括了中心裂紋、三角區(qū)裂紋、中間裂紋以及皮下裂紋等。內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生主要是因?yàn)槎卫鋮s時(shí)，溫度變化超過控制范圍，造成冷卻不均勻。連鑄鋼坯多次出現(xiàn)熱循環(huán)，坯體承擔(dān)較大的溫度差。

（2）表面裂紋。指的是鑄坯的表面出現(xiàn)了網(wǎng)狀裂紋、縱向裂紋和橫向裂紋等。產(chǎn)生的主要原因是二次冷卻時(shí)溫度不均勻，低合金鋼和碳鋼，在鑄坯矯直，由于溫度處于這些鋼種的脆性區(qū)（750-900℃），使鋼坯的延展受到了極大的影響，從而在鋼坯的表面產(chǎn)生了橫裂紋。

（3）形狀缺陷。主要包括了鼓肚和菱變。在連鑄過程中如果二次冷卻溫度達(dá)不到一定的強(qiáng)度時(shí)，就很容易造成鋼液壓力過大，限制連鑄鋼坯的變形，往往是出現(xiàn)各種鼓肚和變形。造成凌變的主要原因是冷卻效果和溫度。在進(jìn)行二次冷卻時(shí)，因?yàn)檫B鑄坯的受熱不均勻，最后造成坯體四面發(fā)生嚴(yán)重的凌變。

3 二次冷卻制度優(yōu)化的措施

結(jié)合已有的技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，二次冷卻制度的優(yōu)化可以利用凝固熱傳熱數(shù)學(xué)模型，使用冶金準(zhǔn)則和目標(biāo)溫度反算進(jìn)函數(shù)優(yōu)化。

3.1 目標(biāo)溫度反算法

首先，需要結(jié)合冶金原則和鋼的高溫力學(xué)性質(zhì)，再融合二冷的配水工藝，設(shè)置出二次冷卻的鋼坯表面溫度模型。將鋼坯冷卻時(shí)的表面溫度作為鑄坯二次冷卻區(qū)域中的溫度模型的邊界條件，利用二次冷卻水的溫度、結(jié)晶器傳熱。每隔一段固定時(shí)間，對鑄坯表面的溫度進(jìn)行計(jì)算，比較預(yù)先設(shè)定的鑄坯表面溫度與實(shí)際計(jì)算出的溫度是否存在誤差，結(jié)合對比的差值，對二次冷卻區(qū)域的各部分的冷卻水進(jìn)行固態(tài)的調(diào)整。這種二次冷卻優(yōu)化方法，優(yōu)點(diǎn)是操作簡單方便，缺點(diǎn)是不能控制二次冷卻完成的鋼坯的表面溫度以及鑄坯的內(nèi)部溫度。

3.2 冶金準(zhǔn)則函數(shù)優(yōu)化法

這種方法是借助連鑄鋼坯的過程的冶金數(shù)值是否符合固定的函數(shù)模型的方法。進(jìn)行優(yōu)化主要是確保各項(xiàng)數(shù)值計(jì)算出的函數(shù)值達(dá)到小。在一定的連鑄工作環(huán)境下，函數(shù)的計(jì)算與連鑄坯的實(shí)際溫度有極大關(guān)聯(lián)。在二次冷卻優(yōu)化時(shí)，可以運(yùn)用梯度法，帶入到傳熱數(shù)學(xué)的模型中，計(jì)算出二次冷卻各個(gè)過程的理論傳熱系數(shù)。在利用冶金數(shù)值函數(shù)模型，看如何才能實(shí)現(xiàn)函數(shù)值最小。得出一個(gè)最為科學(xué)和合理的傳熱系數(shù)，來進(jìn)行二次冷卻。

同時(shí)，還需要進(jìn)行坯齡控制。坯齡這指的是連鑄坯的從液態(tài)鋼水到固態(tài)鋼坯的過程中，坯殼形成所需要的時(shí)間。控制坯齡也需要經(jīng)過科學(xué)的計(jì)算，與冶金準(zhǔn)則的函數(shù)數(shù)值進(jìn)行對比。從水量對坯齡的影響入手。在坯殼的形成過程中，受到拉速的影響較小。拉速主要決定了鑄坯的位置。這時(shí)候，在固定了鑄坯的配置后，要對水量進(jìn)行控制。確保水量在合理的范圍內(nèi)，并對水量隨時(shí)的進(jìn)行微調(diào)，確保坯齡數(shù)值正常，為二次冷卻創(chuàng)造良好的工作環(huán)境和條件。

4 結(jié)論

如果鋼坯的連鑄過程中溫度波動(dòng)差異明顯，不能均勻的實(shí)現(xiàn)冷卻，會對鋼坯的質(zhì)量產(chǎn)生極大的影響。對連鑄鋼坯的二次冷卻實(shí)現(xiàn)有效的控制，可以消除溫度變化劇烈?guī)淼馁|(zhì)量問題，實(shí)現(xiàn)連鑄鋼坯充分、合理和均勻的冷卻。因此，必須嚴(yán)格的控制二次冷卻的工作環(huán)節(jié)，認(rèn)真落實(shí)各項(xiàng)數(shù)據(jù)要求，從而提高連鑄鋼坯的質(zhì)量。

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作者簡介：黨明星（1981-），男，河北撫寧人，大專，助理工程師，主要從事：煉鋼精煉連鑄方面的研究和生產(chǎn)實(shí)踐。