ESP薄板坯連鑄機斷面溫差控制原理與實踐

王 詩（日照鋼鐵控股集團有限公司，山東 日照 276806）

ESP薄板坯連鑄機斷面溫差控制原理與實踐

王 詩
（日照鋼鐵控股集團有限公司，山東 日照 276806）

本文主要介紹ESP薄板坯連鑄機斷面溫差產生的原理以及所采取的控制措施和控制效果。

ESP；薄板坯鑄機；斷面溫差

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.206

1　引言

ESP（無頭帶鋼軋制）工藝中連鑄機與軋機硬性連接，鑄坯出扇形段后直接進入三機架大壓下軋機。與傳統軋機相比，無感應加熱爐進行升溫和均勻鑄坯表面溫度，因此鑄坯出扇形段后的斷面溫差（鑄坯橫向表面溫度分布）對帶鋼板形及氧化鐵皮影響較大。ESP連鑄機斷面溫差控制在40℃以內，可滿足ESP軋機要求。

2　斷面溫差產生的原理

初生坯殼在結晶器內經一次冷卻形成一定厚度后離開結晶器進入二次冷卻區域。從結晶器足輥至SEG11，鑄坯的冷卻主要是通過規則排布的噴嘴水冷實現。ESP連鑄機二冷分區如表1所示。

表1　ESP連鑄機二冷分區及冷卻類型

其中Ⅰ～Ⅵ區，即足輥、零段、弧形段為高壓水冷卻；Ⅶ～Ⅸ區，即矯直段與水平段為氣霧冷卻。同時，為有效控制斷面溫差及鑄坯角部溫度，零段（Ⅱ&Ⅲ區）水平方向又分為3個回路，分別為C、M1、M2；弧形段、矯直段及水平段分為C及M兩個回路。

二次冷卻主要原則為實現鑄坯的均勻冷卻，影響二次冷卻均勻性的主要因素為噴嘴的安裝高度、間距、噴射角度及噴嘴特性。實踐發現，零段對斷面溫差影響最大。

通常情況下，噴嘴噴出的扇面方向上的水流密度中心最大，向兩側逐漸減小，而兩噴槍間的重合區域水流密度疊加，可以提高該區域的水流密度，使鑄坯橫向上盡可能冷卻均勻。同時沿澆注方向，兩排噴槍交錯布置，使水流密度高、低區域交替出現，以保證鑄坯冷卻均勻。

事實上，相鄰噴嘴噴淋區域交叉布置雖有利于水流密度的均勻分布，但如兩水頭對沖，會交區域水流密度下降，反而不利于水流密度的均勻分布。

另外，二冷區域的傳熱量是噴嘴傳熱系數和鑄坯表面溫度與噴淋水溫度的函數，如式（1）所示。

其中，hw是傳熱系數，W/（m2·℃）；

Ts是鑄坯表面溫度，℃；

Tw是冷卻水水溫，℃。

根據經驗公式得hw，如式（2）所示。

其中，a、b和c是系數，取決于噴嘴特性；W是水流密度，L/（m2·s）。

可見，在噴嘴固定，水流量相同的情況下，二冷水溫度和鋼水溫度都會影響二冷區域的傳熱量，從而影響斷面溫差。二冷水溫度低或鋼水溫度低均會使斷面溫差增大。

若扇形段內弧有積水流到鑄坯上，必然會在鑄坯上產生黑線，尤其ESP連鑄機零段采用高壓水冷卻，水流量大，若不能將積水導出，將在鑄坯表面產生黑線，影響斷面溫差。

3　斷面溫差控制措施

3.1采用二代噴嘴，并使噴嘴傾斜安裝

二代噴嘴可有效降低噴淋水壓力并霧化冷卻水，使噴嘴的冷卻效率提高，達到同樣冷卻效果時噴水量降低，從而有效減少不可控冷卻水（未蒸發冷卻水），提高鑄坯冷卻的均勻性。同時安裝噴嘴時，噴嘴在垂直于澆注方向上有一定的傾斜角度，防止相鄰噴嘴水流對沖，真正實現水流密度疊加的效果（圖1）。

圖1　二代噴嘴安裝側視圖

3.2優化二級配水模型，采用二冷水溫度補償及鋼水溫度修正

針對基礎水表，優化不同拉速下的水量設定，優化中間水與邊部水的比例系數，同時根據二冷水溫度及鋼水溫度修正各區水量設定，達到穩定斷面溫差的目的。

3.3優化零段導水板及導水槽，減少積水流至鑄坯表面

改進零段導水板及導水槽，現場模擬試驗看出，改進后可避免零段積水流至鑄坯表面。同時在生產1250mm小斷面時，在SEG1兩側加裝防水膠皮，杜絕積水從窄面流至鑄坯表面。

3.4內弧噴嘴型號修改

圖2　SEG1兩側防水膠皮

圖3　1527mm斷面鑄坯典型斷面溫差分布

圖4　1275mm斷面鑄坯典型斷面溫差分布

針對鑄坯表面的亮線及黑線位置，有針對性的改進噴槍型號，以期改善斷面溫度分布。同時在水平段內弧增加附加噴嘴針對性的冷卻鑄坯亮帶。

4　斷面溫差改善效果

采取上述措施后，無論是生產1527mm還是1275mm斷面，鑄坯斷面溫差均能控制在35℃以內，滿足ESP鑄機對斷面溫差的要求。

5　結論

ESP薄板坯連鑄機與軋機硬性連接，對鑄坯斷面溫差要求苛刻。斷面溫差主要是由噴嘴布置本身的局限性以及二冷水溫度、鋼水溫度等工藝參數波動造成。通過采取升級噴嘴型號、優化配水、優化零段導水板導水槽以及修改部分內弧噴嘴型號等措施，可使斷面溫差控制在35℃以內，滿足ESP軋機對斷面溫差的要求。

［1］張家蕓主編.冶金物理化學［S］.

［2］Siemens-VAI技術談判Annex No.2［Z］.