連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)常用閥門(mén)的選用

黃晨輝

（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司第二煉鋼廠，江蘇南京 210000）

0 引言

閥門(mén)在連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，并且具有無(wú)可替代作用，連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)中閥門(mén)具有調(diào)節(jié)水流量、啟閉冷卻水系統(tǒng)、停機(jī)檢修等多用。既能保證連鑄機(jī)良好運(yùn)行，延長(zhǎng)使用壽命，又能提升鑄坯生產(chǎn)的合格率。但不同閥門(mén)有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，如果閥門(mén)選擇不合理，會(huì)影響冷卻水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，降低生產(chǎn)效率。本文結(jié)合理論實(shí)踐，對(duì)連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)常用閥門(mén)的選用做了如下探討。

1 連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)組成分析

根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)和功能的不同，連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)由4大系統(tǒng)共同組成。

（1）結(jié)晶冷卻水系統(tǒng)。此系統(tǒng)中應(yīng)用的水多為軟水，且對(duì)進(jìn)水壓和溫度有較高的要求。通常情況下，進(jìn)水壓力不能超過(guò)1.0MPa，運(yùn)行水的溫度要控制在（35～50）℃。

（2）設(shè)備間接冷卻水系統(tǒng)。對(duì)水質(zhì)的要求比較高，需要潔凈的循環(huán)水，且水壓在（0.6～0.8）MPa，運(yùn)行水溫度在（40～55）℃。

（3）二次冷卻水系統(tǒng)。對(duì)水質(zhì)的相對(duì)比較低，一般情況下濁循環(huán)水即可滿(mǎn)足運(yùn)行要求，但水壓要控制在1.0 MPa 以下，溫度要控制在（35～40）℃。

（4）設(shè)備直接冷卻水系統(tǒng)，可選擇濁循環(huán)水作為運(yùn)行水，水壓不能超過(guò)0.6 MPa，溫度要控制在（35～40）℃。

2 連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)中存在的問(wèn)題

2.1 單流二冷水控制難度較大

在整合連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)中，二冷系統(tǒng)為集中控制系統(tǒng)，如果在分段調(diào)節(jié)冷卻水時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)單獨(dú)調(diào)節(jié)，則只能通過(guò)調(diào)節(jié)單流調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)強(qiáng)制改變冷卻強(qiáng)度。在鑄坯生產(chǎn)過(guò)程中，合金鋼的種類(lèi)不同，拉速控制的范圍也各不相同，對(duì)二冷系統(tǒng)分段調(diào)節(jié)的強(qiáng)度存在較大差異。如果單流調(diào)節(jié)閥門(mén)選擇不當(dāng)，會(huì)增加冷卻強(qiáng)度控制的難度，從而導(dǎo)致鑄坯發(fā)生縱向斷裂、中心裂紋等內(nèi)部質(zhì)量問(wèn)題。

2.2 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)選擇不當(dāng)

在二冷水系統(tǒng)中，對(duì)閥門(mén)調(diào)節(jié)的精度有很高的要求，如果閥門(mén)選擇不當(dāng)，就無(wú)法準(zhǔn)確控制冷卻水的流量和強(qiáng)度，會(huì)影響鑄坯的冷卻效果，導(dǎo)致鑄坯表面分布不均勻，水流量大時(shí)，冷卻比較集中；水流量小時(shí)，難以達(dá)到冷卻效果，從而導(dǎo)致鑄坯角裂漏鋼、中心裂紋等質(zhì)量缺陷。

2.3 噴嘴容易發(fā)生堵塞

二冷水源對(duì)為濁循環(huán)水，懸浮物≤20×10-6，最大粒徑≤0.1 mm；全硬度≤140×10-6、鈣硬度≤75×10-6、氯離子≤140×10-6、硫酸根≤140×10-6。在運(yùn)行過(guò)程中，如果閥門(mén)選擇不合理，在這些雜質(zhì)的影響下，會(huì)造成噴嘴堵塞，降低冷卻效果，不利于鑄坯合格率的提升。

3 連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)常用閥門(mén)的選用

閥門(mén)是連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)的主要組成部分，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定性運(yùn)行有重要意義，此外，對(duì)鑄坯生產(chǎn)的質(zhì)量也有一定的影響。因此，需要根據(jù)連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況，選擇與之相適的閥門(mén)才能滿(mǎn)足實(shí)際需求。選擇閥門(mén)時(shí)，既要滿(mǎn)足一般性能的要求，也要滿(mǎn)足連鑄機(jī)特殊性的要求，常用的閥門(mén)有2 種。

3.1 蝶閥

蝶閥也被稱(chēng)為翻板閥，是一種結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)閥，可應(yīng)用在低壓管道介質(zhì)開(kāi)關(guān)控制中，蝶閥的工作原理是通過(guò)閥瓣或者碟版圍繞閥軸的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)達(dá)到介質(zhì)開(kāi)關(guān)的一種閥門(mén)。按照結(jié)構(gòu)的不同可分為中心密封蝶閥、單偏心密封蝶閥、雙偏心密封蝶閥和三偏心密封蝶閥。

在連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)中常用的蝶閥有兩種，一種是中心密封蝶閥，另一種是雙偏心密封蝶閥。其中后者在0°～90°閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，閥瓣只需要從0°轉(zhuǎn)到8°～10°即可，操作比較變便捷，而且對(duì)閥瓣和閥座的磨損比較小，可提升閥門(mén)的使用壽命[1]。連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，為提升冷卻效果，需要對(duì)過(guò)濾器在進(jìn)行定期清洗和檢修，避免水中雜質(zhì)堆積過(guò)多而影響冷卻水運(yùn)行效率。因此，在過(guò)濾器的進(jìn)出口，比較適合安裝雙偏心密封蝶閥。其與位置可采用中心密封蝶閥，既能滿(mǎn)足連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)良好運(yùn)行的需求，又能提升閥門(mén)使用壽命。和其他閥門(mén)相比蝶閥所具有的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下2 個(gè)方面。

（1）蝶閥具有很高的密封性。蝶閥密封材料有兩種，一種是合成橡膠，另一種是聚四氟乙烯+合成橡膠構(gòu)成的復(fù)合閥座。其中合成橡膠在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中，會(huì)發(fā)磨損、老化、脫落等情況，會(huì)堵塞結(jié)晶器銅板水縫和軸承座，從而影響連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)的冷卻效果。而聚四氟乙烯+合成橡膠構(gòu)成的復(fù)合閥座則具有很高的強(qiáng)度、耐久性、耐腐蝕性等，對(duì)系統(tǒng)的影響比較小。因此，在選擇密封材料時(shí)，聚四氟乙烯+合成橡膠構(gòu)成的復(fù)合閥座更加適用于鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)中，既能保證水量調(diào)節(jié)的精度，又能延長(zhǎng)使用壽命，對(duì)提升鑄坯生產(chǎn)的合格率也有很大幫助。

（2）蝶閥在調(diào)節(jié)水流量時(shí)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)?shù)y開(kāi)啟角度在20°～70°時(shí)，即可對(duì)鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)中的水流量進(jìn)行靈敏控制，比較適用于結(jié)晶器銅板冷卻回路中，如何和結(jié)晶器銅板冷卻回路中的啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥和電池流量計(jì)相互配合使用，還能彌補(bǔ)啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥的實(shí)際調(diào)節(jié)范圍，提升應(yīng)用效果[2]。

通過(guò)上述分析可以看出，蝶閥具有密封性高、流量調(diào)節(jié)精度高等優(yōu)勢(shì)，可很大程度上滿(mǎn)足鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)對(duì)循環(huán)調(diào)節(jié)的需求。但蝶閥的也有一定的缺點(diǎn)，如：壓力損失比較大，是普通閘閥壓力損失量的3～5 倍。在選擇蝶閥時(shí)，要充分考慮壓力損失對(duì)鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)的影響，壓力損失計(jì)算公式為：

式中 ΔP——在鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)中蝶閥造成的全部壓力損失，MPa

K——閥門(mén)工作中壓強(qiáng)損失系數(shù)，和蝶閥閥瓣的厚度有關(guān)，通常在0.2～1.5

K1——閥門(mén)部分開(kāi)啟時(shí)造成的壓力損失系數(shù)，如果蝶閥全開(kāi)，則K1=1

V——鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)中水流的平均速度，m/s

ρ——循環(huán)水密度，kg/m3

3.2 球閥

球閥的啟動(dòng)件由閥桿帶動(dòng)，圍繞球閥的軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，可應(yīng)用在流體介質(zhì)的開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)中。整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，密封效果好，維護(hù)方便，不易被介質(zhì)沖蝕，主要應(yīng)用在截?cái)嗷蛘呓油ü苈方橘|(zhì)中。在鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)中常用的球閥有兩種，一種是浮動(dòng)球球閥，另一是V 形開(kāi)口球閥[3]。主要應(yīng)用在管路大于DN125 鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)管路中。其中前者主要起開(kāi)閉作用，而V 形開(kāi)口球閥則主要應(yīng)用是循環(huán)水流量調(diào)節(jié)中。球閥具有的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下3 個(gè)方面。

（1）耐磨性比較高。在鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)中應(yīng)有的球閥閥芯為合金鋼噴焊，密封圈則為合金鋼堆焊，在進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作時(shí)，并不會(huì)對(duì)造成太大的磨損，硬度系數(shù)在65～70。

（2）密封性比較高。密封球閥采用人工研磨密，直到球閥閥芯和密封圈完全吻合后才能繼續(xù)使用，因此，具有極高的密封性。

（3）開(kāi)關(guān)比較輕。硬密封球閥的密封圈底，通過(guò)彈簧將密封圈和閥芯緊密連接到一起，當(dāng)外界力量超過(guò)彈簧自身的預(yù)緊力時(shí)，開(kāi)關(guān)啟動(dòng)非常輕。

和蝶閥相比，V 形開(kāi)口球閥在流量調(diào)劑方面具有更好效果，特別是采用渦輪傳統(tǒng)的V 形開(kāi)口球，對(duì)流量調(diào)節(jié)的精度更高，并且還具有實(shí)時(shí)定位的功能，可調(diào)節(jié)的范圍比較大，最大可調(diào)比達(dá)到100∶1，這一點(diǎn)是蝶閥無(wú)法比擬。

當(dāng)球閥開(kāi)度為10%時(shí)，可調(diào)節(jié)水量在4%在左右；開(kāi)度為20%時(shí)，調(diào)節(jié)水量在8%在左右；當(dāng)球閥開(kāi)度為30%時(shí)，可調(diào)節(jié)水量在14%在左右；當(dāng)球閥開(kāi)度為40%時(shí)，可調(diào)節(jié)水量在18%在左右；當(dāng)球閥開(kāi)度為50%時(shí)，可調(diào)節(jié)水量在20%在左右；當(dāng)球閥開(kāi)度為60%時(shí)，可調(diào)節(jié)水量在24%在左右；當(dāng)球閥開(kāi)度為70%時(shí)，可調(diào)節(jié)水量在34%在左右；當(dāng)球閥開(kāi)度為80%時(shí)，可調(diào)節(jié)水量在54%在左右；當(dāng)球閥開(kāi)度為90%時(shí)，可調(diào)節(jié)水量在62%在左右，當(dāng)球閥開(kāi)度為100%時(shí)，可調(diào)節(jié)水量在100%在左右[4]。

從這幾組數(shù)據(jù)中可以看出，隨著球閥開(kāi)挖的增加，調(diào)節(jié)量也隨之增加，并且開(kāi)度越大，調(diào)節(jié)范圍變化量就越大。此類(lèi)球閥比較適用于二次冷卻系統(tǒng)支路循環(huán)水調(diào)節(jié)中。如果和回路中的氣動(dòng)閥以及電池流量計(jì)相互配合，則能進(jìn)一步提升氣動(dòng)閥的調(diào)節(jié)范圍。在設(shè)備間接冷卻水回水支路中應(yīng)用時(shí)，配合就地顯示流量計(jì)，可精確分配水量，保證鑄坯冷卻效果，提升鑄坯生產(chǎn)的合格率。

4 結(jié)束語(yǔ)

文本結(jié)合實(shí)踐，探討了連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)常用閥門(mén)的選用，探討結(jié)構(gòu)表明，冷卻水系統(tǒng)是連鑄機(jī)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵系統(tǒng)，對(duì)鑄坯生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率有重要影響。就目前連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)象而言，存在問(wèn)題85%以上和閥門(mén)選型不合理直接關(guān)系，因此，為提升連鑄機(jī)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行效率，必須根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的不同，選擇與之相適的閥門(mén)。如：雙偏心密封蝶閥適用于啟動(dòng)比較頻繁的過(guò)濾器進(jìn)出口中，中心密封蝶閥則比較適用于結(jié)晶器回水管路的選擇上，但在應(yīng)用過(guò)程中，要充分考慮壓力損失，避免影響調(diào)節(jié)精度。在二次冷去支路和設(shè)備間接冷卻回水支路上適用渦輪傳動(dòng)V 形開(kāi)口球閥。