浅谈二冷喷嘴对连铸板坯质量的影响

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【摘 要】在连铸过程中，连铸坯热量传递过程与铸坯质量是有着直接的联系，在连铸二冷区的传热方式中，喷嘴喷雾冷却是连铸二次冷却的一种主要的传热方式。为了能够了解二冷喷嘴对连铸板坯质量的影响，文章将以邯钢西区2150mm板坯铸机为例，从二冷喷嘴与铸坯的传热原理出发，对铸坯质量缺陷类型与位置以及对板坯质量的影响进行分析与探讨。

【关键词】二冷喷嘴；连铸板坯；质量

引言

邯钢西区2150mm板坯连铸机铸坯断面为（230～250）mm*（900～2150）mm，主要生产钢种是为普碳钢、低合金钢以及管线、船板钢等。该板坯连铸机在浇注过程中最常见的铸坯质量缺陷是表面角部出现横裂纹以及三角区出现裂纹的问题。二冷喷嘴是调节和控制连铸二次冷却的主要手段，通过喷淋水冷的方式，促使铸坯凝固，从而达到铸坯的工艺要求。为了能够降低连铸机在浇注过程中，铸坯质量出现裂纹等缺陷问题，对喷淋水与铸坯之间的传热喷嘴进行科学的、合理的选型与布置，能够在最大程度上提高铸坯的质量。

1 二冷喷嘴与铸坯的传热原理与特征

1.1 铸坯冷却的原理

在进行连铸时，将铸坯从结晶器中拉出后的外壳虽然经过凝固成型，但是其中心还是呈现一种高温液体的状态。为了能够帮助铸坯完全凝固，就需要在经过二冷区再次凝固。铸坯经过二冷区的喷淋水冷却，热量从铸坯内部进行热传递，传递到表面被冷却水带走，从而达到全部凝固。

1.2 二冷区与铸坯换热的特征

在二冷区对铸坯进行喷淋水是其主要的方式，喷淋水冷却将水雾转化为非常多的小水滴，并采用高速棚舍的方式，将小水滴全部喷射到铸坯的表面上。在小水滴经过高速喷射到铸坯表面上时，水滴碰壁发生碰壁的现象根据无量纲参数韦伯数主要可以分为三类。We=pdv2/q为无量纲参数韦伯数公式。以p为水滴密度kg/m3，d为水滴直径m，v为水滴流数m/s，q为水滴表面张力N/m2。⑴当We80时，水滴与铸坯表面接触后，分裂为若干小水滴；⑶当We

2 铸坯质量缺陷类型与位置

以邯钢西区2150mm板坯连铸机为例，铸坯出现的主要质量问题是内部三角区出现裂纹和表面角部出现横裂纹。该厂生产的包晶钢及普碳钢，两种都是属于裂纹敏感性钢的种类。

（1）三角区裂纹。三角区裂纹是一种在连铸板中一种最为常见的内部裂纹，其所在的位置是铸坯侧面的150mm的三角区部位，当中心的液体受到超过了钢的高温强度时，就会导致柱状晶开裂从而形成三角区裂纹；邯钢生产的包晶钢出现三角区裂纹一般是在板坯侧面的80～100mm处，裂纹长度约为45mm，是在铸坯三角区凝固的末端；普碳钢的三角区裂纹一般是在距离板坯侧面的60mm，裂纹长度在30mm，是在板坯侧面的内凹陷4mm的位置[5]。

（2）表面角部横裂纹。其形成在结晶器中，出现裂纹的部位是局部偏薄弱的部位。该种横裂纹一般是在二冷区因为冷却不够均匀，当温度达到了700℃时，就会出现裂纹。

3 影响二冷区与铸坯传热的因素

通过上文两个例子可以了解到，在二冷区，如传热不够均匀准确，就会导致铸坯表面出现裂纹，而影响其的主要因素主要有以下几点。

（1）表面温度：铸坯表面的温度与热流之间可以分为800℃。当800℃时，热流与表面温度无关，铸坯表面有着稳定的气膜，并且隔绝了喷射水与铸坯的接触。

（2）水滴速度！在上文的韦伯数式子可以了解到，水滴在碰撞到铸坯表面后，能够分裂或是不分裂为水滴，提高或是降低传热效率。当水滴的密度、直径以及表面的张力得到确定后，韦伯数就与水滴的速度成为正比，也就是提高水滴碰撞铸坯表面的速度，就可以提高水滴的传热能力。

4 喷嘴类型与布置方式对板坯质量的影响

对于板坯质量的影响，在二冷区可以根据喷嘴的类型与布置的方式进行控制。

（1）二冷区喷嘴类型对板坯质量的影响。目前在二冷区应用的比较广泛的方式是水冷与气-水雾化冷却的方式，一般水喷嘴是采用高压水流通过喷嘴破碎的方式，分裂成一滴滴的小水滴，从而进行喷雾冷却，一般适用在扁平形状、全锥形状等形状的喷嘴。气-水雾化喷嘴，是将空气压缩后引入喷嘴的内腔中，与内腔中的水分充分的混合后，以喷洒的方式形成一种高速的起伏，该种气雾中有着非常多的、速度非常快的小水滴。而气-水喷嘴冷却具有很强的可调性，其水的雾化程度比较高，覆盖均匀，冲击力比较大，比较适合邯钢西区这种裂纹比较敏感的钢种。气-水喷嘴对该种钢种进行喷雾后，钢的表面温度波动较小，冷却效果较好，能够降低铸坯中间出现裂纹的产生。

（2）喷嘴的布置对板坯质量的影响。板坯横断面方向采用单个喷嘴的方式进行喷射的话，范围比较小，因此可采用多个喷嘴组合的方式对铸坯进行喷洒冷却。在进行设计时，相邻的两个喷嘴之间的喷水区应当要有一定的重叠性，从而保证多个断面方面的冷却情况都是相同的。

5 结语

综上所述，为了能够避免在二冷区，铸坯的质量受到影响，文章通过对二冷区的传热理论与特征进行分析，并以邯钢西区铸坯为例，对铸坯质量缺陷类型与位置进行探讨，从而根据其缺陷类型与位置制定相关的影响铸坯质量的对策进行分析，了解到二冷区喷水对于铸坯冷去的影响取决于喷嘴的类型与布置，因此只有把握了喷嘴的特性，才能够保证在实际生产过程中铸坯的质量优良性。

参考文献：

[1]幸伟.二冷喷嘴对连铸板坯质量的影响[J].铸造技术，2012，33（11）：1321-1323.

[2]卿家胜，刘青，王欣等.板坯连铸二冷喷嘴对冷却效果影响的研究[J].炼钢，2010，26（1）：48-52.

[3]胡志刚，孙玉虎，赵彦华. 板坯连铸二冷喷嘴对冷却效果影响的研究[J]. 炼钢. 2010.07（01）：71-72.

[4]罗德洪.重钢新区1号板坯连铸二冷研究及应力分析[D].重庆大学，2012.05（11）：07-08

[5]王定标，梁珍祥，朱有健. 连铸钢坯二冷喷嘴热态特性的实验研究[J]. 中国机械工程. 2012.06（02）：58-59.