一種提高低拉速下二冷配水量的方法
【專利摘要】本發明提供一種提高低拉速下二冷配水量的方法，包括如下步驟：1）計算鑄坯拉速降低值Vsub；2）根據連鑄控制模型計算二冷水水量減小量Qsub；3）根據降速前水流量Q1計算當前二冷水供給量Q2=Q1?Qsub；4）對比Q2和當前分區N個噴嘴的最小允許流量Qmin=N×Qsingle_nozzle，當Q2≥Qmin時，轉步驟9），當Q2＜Qmin時，轉步驟5）；5）計算水量應補償值ΔQ=Qmin?Q2；6）根據公式計算所需的水溫提升量ΔT；7）啟動二冷水的加熱程序或降低循環二冷水的降溫幅度；8）計算得到升溫后的水流量Q3=Q2+ΔQ；9）正常生產。本發明提高了低拉速條件下鑄坯的表面質量，提高了經濟效益。
【專利說明】
-種提高低拉速下二冷配水量的方法
技術領域
[0001] 本發明設及連鑄領域，特別是設及一種提高低拉速下二冷配水量的方法。
【背景技術】
[0002] 連鑄是鋼鐵生產中的重要一環，其主要過程是高溫的鋼水在結晶器內部受強冷形 成一定厚度的巧殼，內部仍然為液態鋼液。從結晶器中出來的鑄巧，進入二冷區后，在水噴 嘴或汽水霧化噴嘴的強冷下，繼續冷卻降溫直至內部鋼液完全凝固。如圖1所示，在鑄巧的 冷卻過程中，鑄巧與支撐漉熱傳導帶走約15%的總熱量;鑄巧表面福射傳熱帶走約25%的 總熱量;氣-水噴射冷卻帶走約40%的總熱量;冷卻水加熱帶走約20%的總熱量，可W看出 冷卻水通過不同的方式總計可W帶走約60%的總熱量，因此，冷卻水傳熱能力的高低對鑄 巧的凝固具有決定性作用，并最終影響鑄巧的質量。
[0003] 根據目前學著的研究結果，在控制好二冷水整體的冷卻能力的前提下，還要對二 冷水的均勻分布加 W控制才能有效的保證鑄巧表面均勻的冷卻過程，保證較好的鑄巧質 量。但是在實際生產中，由于生產某些鋼種的生產需要，必須采取較低的拉速，控制較低的 冷卻效率，在目前冷卻水溫度不變的情況下，只能通過減小二冷水水量實現，但是根據如圖 2所示噴嘴的性能，當水流量降低到一定的極限時，噴嘴的霧化效果和覆蓋范圍就會和最開 始的設計出現較大的偏差，不能保證從噴嘴噴出的二冷水均勻地分布在鑄巧表面，在運種 情況下就會導致鑄巧表面冷卻速率不同，帶來質量問題。研究人員一直希望可W找到一種 在低拉速下既可W滿足較弱的冷卻能力，又有足夠大的水量可W保證噴嘴的霧化效果的方 法。
【發明內容】
[0004] 鑒于W上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種提高低拉速下二冷配 水量的方法，用于解決現有技術中因鑄巧的拉速降低，二冷區的配水量下降造成噴嘴霧化 效果降低，進而降低鑄巧表面質量的問題。
[0005] 為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種提高低拉速下二冷配水量的方 法，包括如下步驟：
[0006] 1)計算鑄；t丕拉速降低值Vsub(單位:m/min)。
[0007] 2)針對一個分區，根據連鑄控制模型計算得到二冷水水量減小量Qsub(單位:L/ min) ο
[000引3)根據降速前水流量化計算得到當前二冷水供給量化二化-Qsub (單位:L/min)。 [0009] 4)對比化和當前分區N個噴嘴的最小允許流量Qmin = NXQsingle_nozzle(單位:L/min)， 當化>Qmin時，轉步驟9 )，當化<Qmin時，轉步驟5 )。其中，N為正整數。
[0010] 5)計算水量應補償值AQ = ^in-跑。
[0011] 6)根據公式計算所需的水溫提升量Δ T。
[0012] 7)啟動二冷水的加熱程序或降低循環二冷水的降溫幅度。
[OOU] 8)二冷水水流量增加 Δ Q，得至Ij升溫后的水流量03 = 02+ Δ Q(單化L/min)，此處可 W為化= Qmin，當然也可W根據需要提升到其他水平。
[0014] 9)正常生產。
[0015] 進一步地，所述步驟2)中，連鑄控制模型采用的方法為比例法、有效拉速法或目標 表面溫度法，上述Ξ種方法均能準確計算出二冷水水量減小量Qsub。
[0016] 進一步地，所述步驟6)的公式包括：
[0020] W2 =化/(60XS) (d)；
[0021] W3 =化/(60XS) (e)〇
[0022] 進一步地，所述二冷水溫度為20-90°C。
[0023] 本發明主要適用于膜態沸騰傳熱的冷卻水，同時適用于諸如社鋼等工藝中采用水 流對高溫件進行冷卻的情形。
[0024] 進一步地，所述步驟2)中，二冷區的噴嘴為汽水霧化噴嘴或水噴嘴。
[0025] 如上所述，本發明的提高低拉速下二冷配水量的方法，具有W下有益效果:通過提 高二冷水的溫度或者降低循環二冷水的降溫幅度來降低單位質量二冷水的傳熱效率，實現 在低拉速的工藝要求下，維持二冷區總的熱流量不變的前提下，仍然保證較大的二冷水供 給量，保證噴嘴的霧化效果，可W改善由于噴嘴水量過小引起的霧化惡化，使得鑄巧表面二 冷水均勻分布，有效地提高鑄巧的表面質量，本發明還降低了二冷水冷卻水系統對已用高 溫二冷水的冷卻負荷，進而降低了經濟成本。
【附圖說明】
[00%]圖1顯示為連鑄二冷區傳熱原理示意圖。
[0027] 圖2顯示為噴嘴流量與冷卻水覆蓋面積的關系示意圖。
[0028] 圖3顯示為水的沸騰傳熱曲線。
[0029] 圖4顯示為二冷水溫度升高對冷卻速率的影響曲線圖。
[0030] 圖5顯示為二冷水溫度升高對熱流密度的影響曲線圖。
[0031] 圖6顯示為二冷水水量提升與水溫升高的對應關系曲線圖。
[0032] 圖7顯示為本發明實施例1的二冷水流量控制流程圖。
【具體實施方式】
[0033] W下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書 所掲露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可W通過另外不同的具體實 施方式加 W實施或應用，本說明書中的各項細節也可W基于不同觀點與應用，在沒有背離 本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0034] 實施例1
[0035] 本實施例W連鑄工藝中二冷區的冷卻水流量控制為例。
[0036] 本發明結合圖3所示的水的沸騰曲線，研究二冷區的鑄巧噴水冷卻過程，提出一種 在低拉速的工藝要求下，維持二冷區總的熱流量不變的前提下，仍然保證較大的二冷水供 給量，保證噴嘴的霧化效果的方法，即提高低拉速下二冷配水量的方法。由于二冷區內的鑄 巧表面溫度在500-70(TCW上，此時水的傳熱過程主要為膜態沸騰傳熱，單位質量水的傳 熱效率隨著鑄巧表面和二冷水溫差的減小而降低，因此可W通過提高二冷水的水溫降低單 位質量水的傳熱效率，從而實現在保證二冷區總的熱流量不變的前提下，提高二冷水水量。 根據論文"水在不同溫度和流速下冷卻能力的測量"可知，周樹等人通過實驗的方法研究了 不同水溫時冷卻水對金屬的冷卻能力，實驗結果如圖4所示，可W看出，隨著水溫的升高，水 的傳熱能力明顯降低，為本發明提供了理論支撐。
[0037] 根據M.Shimada等人的研究，連鑄二冷區水沖擊傳熱熱流密度計算公式為：
[003引 q = 1.57W°'55(l-0.0075Tw)(Ts-Tw) (f)
[0039] 式中；
[0040] q-熱流密度，kW/(m2 · °C );
[0041] W-水流密度，L/(m2 · s);
[0042] Tw-二冷水溫度，°C ;
[0043] Ts-鑄巧表面溫度，°C。
[0044] 采用此公式計算了二冷水溫度Tw升高對二冷區水沖擊傳熱熱流密度的影響，在計 算的過程中，考慮了實際的連鑄工藝，即鑄巧由結晶器出口到凝固末端，其表面溫度是從高 到底逐漸降低的，因此計算了不同鑄巧表面溫度下，二冷水溫度Tw升高對二冷區水沖擊傳 熱熱流密度的影響，計算結果見圖5,計算結果表明，二冷水溫度Tw升高對傳熱熱流密度有 較大的影響，并且隨著鑄巧表面溫度的降低，水溫變化對傳熱熱流密度的影響逐漸增大，因 此，可W通過提高水溫的方法降低熱流密度，提高二冷水水量。
[0045] 基于前面的理論基礎，通過數學變換，可W得到當需要提高一定量水量時，水溫需 要升高的變化量。在保證提升水溫后，冷卻能力不變的前提下，由公式(d)得到：
[0046] 升溫前熱流量=升溫后熱流量
[0047] 即：
[0化4]
[0055] W2 =化/(60XS) (d)
[0056] W3 =化/(60XS) (e)
[0057] 式中；
[0化引S-當前分區覆蓋的鑄巧表面積，m2;
[0化9]化一升溫前分區水流量，L/min;
[0060] 化一升溫后分區水流量，L/min;
[0061] W2-升溫前水流密度，L/(m2 · S);
[0062] 化一升溫后水流密度，L/(m2 · S)，默認可W是保證噴嘴正常工作的最小設計水流 量；
[006引 Τ、ν,.-升溫自U一冷水溫度，C;
[0064] 7；，一升溫后二冷水溫度，°C ;
[00化]Ts-鑄巧表面溫度，。C;
[0066] Δ T-二冷水溫度提升量，°C ;
[0067] Μ為中間過程變量，沒有具體意義，是為了簡化方程而使用的字符。
[0068] 此處的升溫和降溫是根據循環水回水溫度和升溫后溫度Tw3的關系決定，如果回水 溫度低于Tw3，就要升溫，升溫幅度為Tw3-Tw2 ;如果回水溫度高于Tw3，就要降溫，降溫幅度為 Tw2 一 Tw3。
[0069] 為了使計算結果更具有說明性，根據現場生產經驗，設定正常工況的二冷水的溫 度為3(TC，由于生產過程中拉速的降低，導致水量減小，為了維持噴嘴正常的霧化效果，需 要提高二冷水水量，計算不同二冷水水量提升幅度所對應的二冷水水溫提升量如圖6,計算 結果表明，在所計算范圍內，為滿足所需要的二冷水水量提升量，并不需要對水溫做出很大 的提高，一方面表明本發明具有較高的可實現性；另一方面表明實現本發明所需要的經濟 成本較低，可W在提高鑄巧質量的同時獲得較好的經濟效益。
[0070] 在前面的理論基礎之上，提出在實際控制中實現本發明的一種如圖7所示的計算 過程，WA/XHP22鋼種為背景，鑄機斷面為250 X 2070mm，連鑄機一般具有多個二冷分區，本 發明在各個分區上的實施步驟是相同的，因此，此處僅選取一個分區進行詳細計算，具體步 驟如下：
[0071 ] 1)正常生產時拉速為Im/min，由于某種原因，拉速降低0.3m/min;
[0072] 2)本實施例連鑄控制模型采用目標表面溫度法控制，W第2個分區垂直段為研究 對象，由控制模型計算出當前分區二冷水量減小量Qsub為150.化/m i η;
[0073] 3)根據降速前該分區水流量Qi計算得到當前二冷水供給量化=91-93116 = 415- 150.2 = 264.化/min;
[0074] 4)當前分區有128個噴嘴，根據所選用的噴嘴型號得到保證單個噴嘴正常工作的 最小水流量為2.化/min，因此，此分區的最小允許流量Qmin = NX Qsingle_nozzle= 128 X 2.5 = 320L/min;
[0075] 5)計算水量應補償值Δ Q =也1廠化=320-264.8 = 55.化/min;
[0076] 6)考慮到當前鑄巧表面溫度為1300°C，提升溫度前水溫為30°C，提升溫度前水流 量為264.化/min,按照水量最小提升量，即達到噴嘴的最小水流量時有化= Qmin = 32化/min (本實施例W化二Qmin進行說明，當然也可W根據需要將噴嘴的水量提升到其他水平），根據 公式，計算所需的水溫提升量Δ T:
[0086] 7)啟動二冷水的加熱程序，對二冷水溫度進行提升，提升幅度為9.52°C。
[0087] 8)二冷水水流量增加55.2L/min，得到升溫后的水流量化=264.8+55.2 = 32化/ min，可W保證每個噴嘴滿足最小的水流量。
[0088] 9)正常生產。
[0089] 對其他分區采用相同的方法進行計算并提高水流量。
[0090] 綜上所述，通過提高二冷水的溫度或者降低循環二冷水的降溫幅度來降低單位質 量二冷水的傳熱效率，可W實現在低拉速的工藝要求下，W及維持二冷區總的熱流量不變 的前提下，仍然保證較大的二冷水供給量，保證噴嘴的霧化效果，使得鑄巧表面二冷水均勻 分布，有效地提高鑄巧的表面質量。
[0091] 本發明對所生產的鋼種無特殊要求，可W用于目前各廠生產的各種鋼種。
[0092] 本發明可W改善由于噴嘴水量過小引起的霧化惡化，同樣也適用于在噴嘴正常水 流量范圍內，為了某種需求而采用提高水溫，降低傳熱效率，最終提高水量的情況，此過程 亦在本發明保護范圍之內。
[0093] 本發明專利通過提高二冷水水溫的方式，增大二冷水供水量，同時就降低了二冷 水冷卻系統對已用高溫二冷水的冷卻負荷，降低了經濟成本。
[0094] 上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟 悉此技術的人±皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因 此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所掲示的精神與技術思想下所完 成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1. 一種提高低拉速下二冷配水量的方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 計算鑄巧拉速降低值Vsub; 2) 針對一個分區，根據連鑄控制模型計算得到二冷水水量減小量Qsub; 3) 根據降速前水流量化計算得到當前二冷水供給量化二化-Qsub; 4) 對比化和當前分區N個噴嘴的最小允許流量Qmin = NXQsingle_nozzle，當化>Qmin時， 轉步驟9)，當化<Qmin時，轉步驟5); 5) 計算水量應補償值Δ Q = Qmin-化； 6) 根據公式計算所需的水溫提升量Δ T; 7) 啟動二冷水的加熱程序或降低循環二冷水的降溫幅度； 8) 二冷水水流量增加 Δ Q，得到升溫后的水流量化=〇2+ A Q; 9) 正常生產。2. 根據權利要求1所述的提高低拉速下二冷配水量的方法，其特征在于：所述步驟2) 中，連鑄控制模型采用的方法為比例法、有效拉速法或目標表面溫度法。3. 根據權利要求1所述的提高低拉速下二冷配水量的方法，其特征在于:所述步驟6)的 公式包括：胖2 =化/(60XS) (d)； 化二化/(60XS) (e)〇4. 根據權利要求1所述的提高低拉速下二冷配水量的方法，其特征在于:所述二冷水的 水溫為20-90 °C。5. 根據權利要求1所述的提高低拉速下二冷配水量的方法，其特征在于：所述步驟2) 中，二冷區的噴嘴為汽水霧化噴嘴或水噴嘴。
【文檔編號】B22D11/22GK105964968SQ201610345126
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月23日
【發明人】鄧比濤, 韓志偉, 孔意文, 劉強
【申請人】中冶賽迪工程技術股份有限公司