一种提高低拉速下二冷配水量的方法
【专利摘要】本发明提供一种提高低拉速下二冷配水量的方法，包括如下步骤：1）计算铸坯拉速降低值Vsub；2）根据连铸控制模型计算二冷水水量减小量Qsub；3）根据降速前水流量Q1计算当前二冷水供给量Q2=Q1?Qsub；4）对比Q2和当前分区N个喷嘴的最小允许流量Qmin=N×Qsingle_nozzle，当Q2≥Qmin时，转步骤9），当Q2＜Qmin时，转步骤5）；5）计算水量应补偿值ΔQ=Qmin?Q2；6）根据公式计算所需的水温提升量ΔT；7）启动二冷水的加热程序或降低循环二冷水的降温幅度；8）计算得到升温后的水流量Q3=Q2+ΔQ；9）正常生产。本发明提高了低拉速条件下铸坯的表面质量，提高了经济效益。
【专利说明】
-种提高低拉速下二冷配水量的方法
技术领域
[0001] 本发明设及连铸领域，特别是设及一种提高低拉速下二冷配水量的方法。
【背景技术】
[0002] 连铸是钢铁生产中的重要一环，其主要过程是高溫的钢水在结晶器内部受强冷形 成一定厚度的巧壳，内部仍然为液态钢液。从结晶器中出来的铸巧，进入二冷区后，在水喷 嘴或汽水雾化喷嘴的强冷下，继续冷却降溫直至内部钢液完全凝固。如图1所示，在铸巧的 冷却过程中，铸巧与支撑漉热传导带走约15%的总热量;铸巧表面福射传热带走约25%的 总热量;气-水喷射冷却带走约40%的总热量;冷却水加热带走约20%的总热量，可W看出 冷却水通过不同的方式总计可W带走约60%的总热量，因此，冷却水传热能力的高低对铸 巧的凝固具有决定性作用，并最终影响铸巧的质量。
[0003] 根据目前学着的研究结果，在控制好二冷水整体的冷却能力的前提下，还要对二 冷水的均匀分布加 W控制才能有效的保证铸巧表面均匀的冷却过程，保证较好的铸巧质 量。但是在实际生产中，由于生产某些钢种的生产需要，必须采取较低的拉速，控制较低的 冷却效率，在目前冷却水溫度不变的情况下，只能通过减小二冷水水量实现，但是根据如图 2所示喷嘴的性能，当水流量降低到一定的极限时，喷嘴的雾化效果和覆盖范围就会和最开 始的设计出现较大的偏差，不能保证从喷嘴喷出的二冷水均匀地分布在铸巧表面，在运种 情况下就会导致铸巧表面冷却速率不同，带来质量问题。研究人员一直希望可W找到一种 在低拉速下既可W满足较弱的冷却能力，又有足够大的水量可W保证喷嘴的雾化效果的方 法。
【发明内容】
[0004] 鉴于W上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高低拉速下二冷配 水量的方法，用于解决现有技术中因铸巧的拉速降低，二冷区的配水量下降造成喷嘴雾化 效果降低，进而降低铸巧表面质量的问题。
[0005] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种提高低拉速下二冷配水量的方 法，包括如下步骤：
[0006] 1)计算铸；t丕拉速降低值Vsub(单位:m/min)。
[0007] 2)针对一个分区，根据连铸控制模型计算得到二冷水水量减小量Qsub(单位:L/ min) ο
[000引3)根据降速前水流量化计算得到当前二冷水供给量化二化-Qsub (单位:L/min)。 [0009] 4)对比化和当前分区N个喷嘴的最小允许流量Qmin = NXQsingle_nozzle(单位:L/min)， 当化>Qmin时，转步骤9 )，当化<Qmin时，转步骤5 )。其中，N为正整数。
[0010] 5)计算水量应补偿值AQ = ^in-跑。
[0011] 6)根据公式计算所需的水溫提升量Δ T。
[0012] 7)启动二冷水的加热程序或降低循环二冷水的降溫幅度。
[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(单化L/min)，此处可 W为化= Qmin，当然也可W根据需要提升到其他水平。
[0014] 9)正常生产。
[0015] 进一步地，所述步骤2)中，连铸控制模型采用的方法为比例法、有效拉速法或目标 表面溫度法，上述Ξ种方法均能准确计算出二冷水水量减小量Qsub。
[0016] 进一步地，所述步骤6)的公式包括：
[0020] W2 =化/(60XS) (d)；
[0021] W3 =化/(60XS) (e)〇
[0022] 进一步地，所述二冷水溫度为20-90°C。
[0023] 本发明主要适用于膜态沸腾传热的冷却水，同时适用于诸如社钢等工艺中采用水 流对高溫件进行冷却的情形。
[0024] 进一步地，所述步骤2)中，二冷区的喷嘴为汽水雾化喷嘴或水喷嘴。
[0025] 如上所述，本发明的提高低拉速下二冷配水量的方法，具有W下有益效果:通过提 高二冷水的溫度或者降低循环二冷水的降溫幅度来降低单位质量二冷水的传热效率，实现 在低拉速的工艺要求下，维持二冷区总的热流量不变的前提下，仍然保证较大的二冷水供 给量，保证喷嘴的雾化效果，可W改善由于喷嘴水量过小引起的雾化恶化，使得铸巧表面二 冷水均匀分布，有效地提高铸巧的表面质量，本发明还降低了二冷水冷却水系统对已用高 溫二冷水的冷却负荷，进而降低了经济成本。
【附图说明】
[00%]图1显示为连铸二冷区传热原理示意图。
[0027] 图2显示为喷嘴流量与冷却水覆盖面积的关系示意图。
[0028] 图3显示为水的沸腾传热曲线。
[0029] 图4显示为二冷水溫度升高对冷却速率的影响曲线图。
[0030] 图5显示为二冷水溫度升高对热流密度的影响曲线图。
[0031] 图6显示为二冷水水量提升与水溫升高的对应关系曲线图。
[0032] 图7显示为本发明实施例1的二冷水流量控制流程图。
【具体实施方式】
[0033] W下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所掲露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可W通过另外不同的具体实 施方式加 W实施或应用，本说明书中的各项细节也可W基于不同观点与应用，在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0034] 实施例1
[0035] 本实施例W连铸工艺中二冷区的冷却水流量控制为例。
[0036] 本发明结合图3所示的水的沸腾曲线，研究二冷区的铸巧喷水冷却过程，提出一种 在低拉速的工艺要求下，维持二冷区总的热流量不变的前提下，仍然保证较大的二冷水供 给量，保证喷嘴的雾化效果的方法，即提高低拉速下二冷配水量的方法。由于二冷区内的铸 巧表面溫度在500-70(TCW上，此时水的传热过程主要为膜态沸腾传热，单位质量水的传 热效率随着铸巧表面和二冷水溫差的减小而降低，因此可W通过提高二冷水的水溫降低单 位质量水的传热效率，从而实现在保证二冷区总的热流量不变的前提下，提高二冷水水量。 根据论文"水在不同溫度和流速下冷却能力的测量"可知，周樹等人通过实验的方法研究了 不同水溫时冷却水对金属的冷却能力，实验结果如图4所示，可W看出，随着水溫的升高，水 的传热能力明显降低，为本发明提供了理论支撑。
[0037] 根据M.Shimada等人的研究，连铸二冷区水冲击传热热流密度计算公式为：
[003引 q = 1.57W°'55(l-0.0075Tw)(Ts-Tw) (f)
[0039] 式中；
[0040] q-热流密度，kW/(m2 · °C );
[0041] W-水流密度，L/(m2 · s);
[0042] Tw-二冷水溫度，°C ;
[0043] Ts-铸巧表面溫度，°C。
[0044] 采用此公式计算了二冷水溫度Tw升高对二冷区水冲击传热热流密度的影响，在计 算的过程中，考虑了实际的连铸工艺，即铸巧由结晶器出口到凝固末端，其表面溫度是从高 到底逐渐降低的，因此计算了不同铸巧表面溫度下，二冷水溫度Tw升高对二冷区水冲击传 热热流密度的影响，计算结果见图5,计算结果表明，二冷水溫度Tw升高对传热热流密度有 较大的影响，并且随着铸巧表面溫度的降低，水溫变化对传热热流密度的影响逐渐增大，因 此，可W通过提高水溫的方法降低热流密度，提高二冷水水量。
[0045] 基于前面的理论基础，通过数学变换，可W得到当需要提高一定量水量时，水溫需 要升高的变化量。在保证提升水溫后，冷却能力不变的前提下，由公式(d)得到：
[0046] 升溫前热流量=升溫后热流量
[0047] 即：
[0化4]
[0055] W2 =化/(60XS) (d)
[0056] W3 =化/(60XS) (e)
[0057] 式中；
[0化引S-当前分区覆盖的铸巧表面积，m2;
[0化9]化一升溫前分区水流量，L/min;
[0060] 化一升溫后分区水流量，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)，默认可W是保证喷嘴正常工作的最小设计水流 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-铸巧表面溫度，。C;
[0066] Δ T-二冷水溫度提升量，°C ;
[0067] Μ为中间过程变量，没有具体意义，是为了简化方程而使用的字符。
[0068] 此处的升溫和降溫是根据循环水回水溫度和升溫后溫度Tw3的关系决定，如果回水 溫度低于Tw3，就要升溫，升溫幅度为Tw3-Tw2 ;如果回水溫度高于Tw3，就要降溫，降溫幅度为 Tw2 一 Tw3。
[0069] 为了使计算结果更具有说明性，根据现场生产经验，设定正常工况的二冷水的溫 度为3(TC，由于生产过程中拉速的降低，导致水量减小，为了维持喷嘴正常的雾化效果，需 要提高二冷水水量，计算不同二冷水水量提升幅度所对应的二冷水水溫提升量如图6,计算 结果表明，在所计算范围内，为满足所需要的二冷水水量提升量，并不需要对水溫做出很大 的提高，一方面表明本发明具有较高的可实现性；另一方面表明实现本发明所需要的经济 成本较低，可W在提高铸巧质量的同时获得较好的经济效益。
[0070] 在前面的理论基础之上，提出在实际控制中实现本发明的一种如图7所示的计算 过程，WA/XHP22钢种为背景，铸机断面为250 X 2070mm，连铸机一般具有多个二冷分区，本 发明在各个分区上的实施步骤是相同的，因此，此处仅选取一个分区进行详细计算，具体步 骤如下：
[0071 ] 1)正常生产时拉速为Im/min，由于某种原因，拉速降低0.3m/min;
[0072] 2)本实施例连铸控制模型采用目标表面溫度法控制，W第2个分区垂直段为研究 对象，由控制模型计算出当前分区二冷水量减小量Qsub为150.化/m i η;
[0073] 3)根据降速前该分区水流量Qi计算得到当前二冷水供给量化=91-93116 = 415- 150.2 = 264.化/min;
[0074] 4)当前分区有128个喷嘴，根据所选用的喷嘴型号得到保证单个喷嘴正常工作的 最小水流量为2.化/min，因此，此分区的最小允许流量Qmin = NX Qsingle_nozzle= 128 X 2.5 = 320L/min;
[0075] 5)计算水量应补偿值Δ Q =也1厂化=320-264.8 = 55.化/min;
[0076] 6)考虑到当前铸巧表面溫度为1300°C，提升溫度前水溫为30°C，提升溫度前水流 量为264.化/min,按照水量最小提升量，即达到喷嘴的最小水流量时有化= Qmin = 32化/min (本实施例W化二Qmin进行说明，当然也可W根据需要将喷嘴的水量提升到其他水平），根据 公式，计算所需的水溫提升量Δ T:
[0086] 7)启动二冷水的加热程序，对二冷水溫度进行提升，提升幅度为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保证每个喷嘴满足最小的水流量。
[0088] 9)正常生产。
[0089] 对其他分区采用相同的方法进行计算并提高水流量。
[0090] 综上所述，通过提高二冷水的溫度或者降低循环二冷水的降溫幅度来降低单位质 量二冷水的传热效率，可W实现在低拉速的工艺要求下，W及维持二冷区总的热流量不变 的前提下，仍然保证较大的二冷水供给量，保证喷嘴的雾化效果，使得铸巧表面二冷水均匀 分布，有效地提高铸巧的表面质量。
[0091] 本发明对所生产的钢种无特殊要求，可W用于目前各厂生产的各种钢种。
[0092] 本发明可W改善由于喷嘴水量过小引起的雾化恶化，同样也适用于在喷嘴正常水 流量范围内，为了某种需求而采用提高水溫，降低传热效率，最终提高水量的情况，此过程 亦在本发明保护范围之内。
[0093] 本发明专利通过提高二冷水水溫的方式，增大二冷水供水量，同时就降低了二冷 水冷却系统对已用高溫二冷水的冷却负荷，降低了经济成本。
[0094] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟 悉此技术的人±皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因 此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所掲示的精神与技术思想下所完 成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1. 一种提高低拉速下二冷配水量的方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 计算铸巧拉速降低值Vsub; 2) 针对一个分区，根据连铸控制模型计算得到二冷水水量减小量Qsub; 3) 根据降速前水流量化计算得到当前二冷水供给量化二化-Qsub; 4) 对比化和当前分区N个喷嘴的最小允许流量Qmin = NXQsingle_nozzle，当化>Qmin时， 转步骤9)，当化<Qmin时，转步骤5); 5) 计算水量应补偿值Δ Q = Qmin-化； 6) 根据公式计算所需的水溫提升量Δ T; 7) 启动二冷水的加热程序或降低循环二冷水的降溫幅度； 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) 正常生产。2. 根据权利要求1所述的提高低拉速下二冷配水量的方法，其特征在于：所述步骤2) 中，连铸控制模型采用的方法为比例法、有效拉速法或目标表面溫度法。3. 根据权利要求1所述的提高低拉速下二冷配水量的方法，其特征在于:所述步骤6)的 公式包括：胖2 =化/(60XS) (d)； 化二化/(60XS) (e)〇4. 根据权利要求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 水溫为20-90 °C。5. 根据权利要求1所述的提高低拉速下二冷配水量的方法，其特征在于：所述步骤2) 中，二冷区的喷嘴为汽水雾化喷嘴或水喷嘴。
【文档编号】B22D11/22GK105964968SQ201610345126
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】邓比涛, 韩志伟, 孔意文, 刘强
【申请人】中冶赛迪工程技术股份有限公司