连铸冷却喷嘴的维护与应用

2010年第3期 天津法分 连铸冷却喷嘴的维护与应用 王娟 薛延峰 (天津天铁冶金集团热轧板有限公司，河北省涉县 056404) [摘要] 介绍了冷却喷嘴在二次冷却系统中的重要作用，结合常见板坯缺陷现象，分析了喷嘴性能与二冷系统及产品质 量的内在关系，提出了喷嘴检测方法及 日常维护措施。经过采取一系列行之有效的措施，喷嘴连续使用率得到提高，喷嘴堵塞 问题得到有效地控制，铸坯合格率稳步提升，为保持生产长期稳定顺利运行奠定了坚实的基础。 关键词 连铸 铸坯 喷嘴 二次冷却系统 堵塞 改进 1 前言 天铁热轧板坯连铸机代表当今连铸机先进水平， 其中铸坯二次冷却技术采用水冷与气雾冷却相结合 的技术(主要为气雾喷嘴)，连铸喷嘴本身的性能与喷 嘴的布置、冷却控制一起，构成了连铸机的二次冷却 系统。二冷传热占板坯全部凝固传热的60％m。而二次 冷却系统的主要构成部分是喷嘴，喷嘴性能的好坏与 是否正常工作是决定连铸机最大拉速、作业率和铸坯 品种质量水平的关键因素之一。生产初期，检修经验 不成熟，点巡检的不及时，喷嘴堵塞问题处理滞后，严 重影响喷嘴性能的发挥。经过一年多的实践，检修技 内 弧 外 弧 II● ● l i } 区 晶{ 术不断提高，喷嘴堵塞问题得到很好的控制，运行良 好。 2 二次冷却系统工作原理 二次冷却的目的是使铸坯离开结晶器后接受连 续冷却直至完全凝固，一方面实现连铸坯在尽可能短 的时间内凝固完毕，以提高连铸机的生产能力；另一 方面是在实施二次冷却的过程中，控制铸坯表面温度 处于要求范围并使波动最小 ，以获得 良好的铸坯内、 外部质量。连铸机喷嘴分布从结晶器出口开始，到水 平扇形段为止的整个二次冷却区域，如图 1所示。 ⋯IJ l LI U lJ⋯⋯ l⋯⋯l 卅lI讥 附 f Wl lW仉 {口l ’l{饥 ⋯⋯l⋯⋯l lI ， l l f1 ⋯1 rI『1 ⋯⋯ l⋯⋯l 2 IX I 3区 I 4区 I 5区 I 6 IX ㈣⋯ ij『1⋯ ⋯ 1『1l⋯ 。 ．f． 。I i。 ．f 。lL U．f 1 ．} L l lDl ⋯⋯! ⋯⋯l⋯⋯；⋯⋯l n aHn ⋯。 。 f1 舅 I I⋯ l I ⋯⋯l⋯⋯l⋯⋯lI 1 I I I I I li-j rj l』 li rL{1 i {f l‘I i f j f}。l i f 1 f f{l{ {}f l 1 1 i}{f丌。．『Dl。 『l 蚶 l f Ⅳ ．『_ ㈣ M ㈣㈣ ㈣ ㈨I㈣ ⋯㈣ l帆 曩． ! I 1 M n t{l I I I I⋯I l I l l t l}l ⋯i 1 l 。l』上l1 I 1。t． 注：II a o·☆ ．r—O o口 标注为各种型号的喷嘴 图 1 铸机喷嘴布置图 连铸喷嘴对二次冷却的影响主要是对铸坯热应 力的影响，二次冷却不良是产生表面纵裂纹的重要影 响因素。所以二次冷却系统的好坏是板坯表面质量和 内部质量的一个决定性因素，而喷嘴性能的好坏又是 二冷系统能否正常工作的决定性因素。喷嘴性能的好 坏与更换是否及时对铸坯质量乃至最终钢材的质量、 拉速、生产事故、设备维修和能介消耗均有十分重要 的影响。 3 板坯质量问题与喷嘴性能的关系 在喷嘴位置，冷却控制和喷嘴维修正常的情况 下，连铸生产常见事故和铸坯质量问题与喷嘴性能的 相互关系可以作以下分析，如表 l。 连铸冷却喷嘴的维护与应用 表 1 铸坯质量与喷嘴性能关系 常见事故和铸坯 喷嘴性能因素 质量问题 漏钢 裂纹 缩孔、中心疏松偏析 板坯鼓肚 喷嘴全部堵塞，流量减少 、形状改变 严重磨损后 ，流量增加，打击力降低 喷嘴加工质量差或维修不好引起的流量偏差大 ，冷却不均 加工质量差，维修不好引起喷嘴射角偏差大 加工质量差或维修不好，喷嘴喷水分布严重不均 喷嘴加工质量差或维修不好引起的流量偏差大，冷却不均 加工质量差，维修不好引起喷射角偏差大 加工质量差或维修不好，喷嘴喷水分布严重不均 加工质量差，维修不好引起的喷射角偏差大 喷嘴的加工质量差或维修不好引起的流量偏差大，冷却不均 相邻喷嘴或相邻冷却段直接喷嘴流量偏离设计值过多 相邻辊缝间喷水量偏差过大 4 常见故障现象及分析 4．1 直接观察 板坯连铸机二冷设备较复杂，可直接观察出结晶 器后进入二冷区铸坯的颜色来判断喷嘴的性能，铸坯 四个面和角部颜色为均匀的暗红色，说明喷嘴性能 好；而铸坯个别角部或面部发黑，发亮就表明冷却不 均匀，有可能是喷嘴性能不好，也不排除喷嘴布置不 合理。 4．2 产品质量分析 铸坯出现较严重的中间裂纹，中心偏析；板坯出 现表面裂纹等缺陷，虽然影响因素是多方面的，但通 常采用排除法先确定喷嘴性能是否有问题。 如发现中间裂纹位置处于铸坯内弧侧，裂纹数量 有 2处，裂纹长度最大为 2 em，最小为 1 cm，裂纹在 铸坯表面至铸坯中 1、5,--一分之一厚度上，裂纹沿铸坯宽 度方向垂直分布于晶界，中间裂纹形貌特征为“河流 状”，裂纹长度分布区间为85 mm～105 mm。 裂纹距离铸坯表面长度可根据凝固坯壳厚度理 rT 论计算5． ／ ，则计算出凝固区间为4段至7段 V V 之间(第44—64辊之间)。从中间裂纹的形貌特征上可 以看出，铸坯钢水在凝固区间内承受了一定的机械应 力，裂纹从零段第 13辊开始出现，且在二冷区进行扩 展延伸。根据铸坯内裂纹产生的位置，判断区间喷嘴 冷却的状况(喷嘴堵塞、水流分布等)，采取措施检修。 4．3 检修 在检修中经常发现结晶器、零号段、扇形段的喷 嘴头上多数粘有堵塞物，使喷嘴头呈蘑菇状，零号段 有时半个月喷嘴就堵成蘑菇状，使得喷嘴流量减少、 喷水角度、形状、扇面改变，造成板坯表面局部冷却不 均，板坯产生裂纹、缩孑L、中心疏松、偏析、鼓肚等缺 陷。辊子辊皮上也结有一层水垢，经常在对弧时要先 将垢打磨掉，给维修造成困难，损伤辊皮。 5 喷嘴性能的检测方法及日常维护 5．1 定期直接查看、记录二冷调压阀后压力 制造良好的喷嘴，无论是水喷嘴，还是气雾喷嘴， 其水流量都与其人口压力准确的成线性关系，所以有 的时候都把喷嘴替代流量计使用。这样二冷调压阀后 的水压力就与每个控制回路的所有喷嘴总喷水流量 成一定关系。通过记录、分析阀后压力就能发现如下 问题 ： (1) 阀后压力均匀降低，可能说明所有的喷嘴均匀 磨损，且可以计算出磨损引起流量增加值，可以根据 钢种质量要求确定是否要更换； (2) 阀后压力突然降低，可能说明个别喷嘴脱落、管 路漏水； (3) 阀后压力突然升高，可能说明个别喷嘴堵塞了。 一 般二冷室调节阀后都设有压力表，但需要特别 注意表的精度和量程。在计量准确的前提下，一旦实 际流量比设计值增加 15％，就应该是必须更换喷嘴的 信号，从而可以据此反算阀后压力的降低值。 5．2 喷嘴堵塞的分辨 分析了喷嘴使用过程中出现的问题，制定检修计 划，针对喷嘴故障类型采取相应的检修措施。首先，经 常性清理二冷水过滤器，并利用较长的停机时间进行 管道冲洗，从而使进口水源质量得到控制，预防喷嘴 堵塞，其次采取以下措施加强检修效果。 设置并联的过滤器加强过滤 ，在此基础上还应在 2010年第3期 天舜 舌4"- 阀门室后加简易的并联双过滤器，其优点是前后设压 力表，过滤器内是否堵塞一目了然；需要清洗时不占 用作业时间；清洗很方便 。很重要用途的喷嘴，可以 考虑在喷淋管接头处或喷嘴人口处加过滤器，这可以 解决阀门室管路锈蚀和检修时不慎掉入管路的杂物。 5．3 选用耐磨性能好的喷嘴 曾分析过喷嘴的堵塞物，主要是氧化铁、氧化钙 和氧化硅，这些材料就向水泥、涂料一样，不断在喷嘴 内腔粘结、累积叠加，最终堵塞了喷嘴。如果喷嘴耐磨 性能好、就不容易黏结。从使用看，原用的喷嘴半个月 就必须拆开进行清洗，堵塞严重。更换具备良好耐磨 性能的喷嘴后，在同样的供水条件下可以用 3个月不 堵塞、不损坏。 5．4 采用通孔大的喷嘴 同样流量但不同生产厂家的喷嘴通孔尺寸不一， 喷嘴结构不同通孔也不同，比如日本喷雾公司一种新 型椭圆喷嘴，在相同的压力流量下，其通孔是普通的 广泛用于板坯的椭圆喷嘴的两倍，也不易堵塞。选择 新型喷嘴，比如选用 120。x30。的矩形喷嘴纵 向布置， 用于板坯，不仅喷射距离可以远一些 ，防止喷嘴被撞 坏或烧坏，而且一个喷嘴的覆盖面积相当于两个或多 个一般圆锥形喷嘴，单个喷嘴的流量大、通孔大，自然 不容易堵塞。 5．5 延 长气体吹扫 连铸工艺的一个特点是在拉尾坯、快换中间包和 短时事故停浇时需要停止喷水，此时喷嘴内残留的少 量水分就会在铸坯高温辐射热作用下迅速蒸发，水中 的细小杂质就会黏结在喷嘴内表面。针对这种情况对 现在使用的这种气雾型喷嘴，在停喷水后延时停压缩 空气，这样可以有效防止黏结引起的喷嘴堵塞。 5．6 加强水质控制 在正常生产中要求连铸二次喷淋水水质指标如 下 ： pH值：7～9 悬浮物 ／mg／l：≤20 悬浮物中最大粒径 ／mm：0．2 总含盐量 ，mg／l：≤1 000 碳酸盐硬度(CaCO 计)／mg／1：~<200 硫酸盐(SO 一计)／mg／l：~<600 氯化物(Cl一计)，mg／l：~<400 硅酸盐(SiO2计)，mg／l：≤150 全铁 ，mg／l： 油 ／mgA：≤15 电导率 ／us／cm：～l 200 因为堵塞物的主要分成是碳酸盐(如CaCO )、硫 酸盐(SO )、硅酸盐(如 SiO：)，所以我们经过仔细对 比，确认为二冷水水质不达标，硬度太高。经过和水处 理协调在连铸水池中另外加入适量的硫酸等药剂改 善水质，现在水质问题已经得到很大程度的改善。 5．7 加强巡检维修 加强点巡检，跟踪喷嘴在线使用的喷水效果是否 良好，发现堵塞及时清理或更换。下线喷嘴进行分类， 内腔堵塞的拆开喷头清理干净；喷头堵塞的用煤油浸 泡、打磨，以便再次使用，节约成本。 6 结束语 经过采取多项改进措施和检修技术的不断娴熟， 喷嘴的检修水平和使用效率都有明显提高，喷嘴连续 使用频率已由原来的两个星期延长到目前的两个月， 而且现场观察下线喷嘴情况明显比以前好很多，喷嘴 上基本没有成块的水垢，段子辊皮和框架上也比以前 更加干净，喷嘴堵塞问题得到有效控制，喷嘴冷却的 重要用途得到充分发挥，铸坯合格率稳步提升，为工 艺生产的顺利进行打好基础。 (收稿 2010—03—20 责编 赵实鸣) 参考文献 [1]刘青，王良周，曹立国，等．连铸二次冷却研究的进展[J】．钢铁研 究学报，2005，(06)：39～41． 作者简介 王娟，2006年 7月毕业于内蒙古农业大学 ，助理 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师，现在 天铁热轧板有限公司热轧连铸作业部从事离线设备检修工作。