王显;王欣
【摘 要】通过在连铸工序采用工艺优化、设备维护和加强管理等多项技术,提高了连铸坯剪后温度,同时保证了各流连铸坯温度均匀,连铸坯热装温度比原来提高了100℃,吨钢煤气消耗降低了26m3,节能效果显著.研究结果表明:降低二冷区气体压力对提高连铸坯温度影响较小,提高拉速可使剪后温度提高60℃;统一更换滑块时间可使各流连铸坯温差由50℃降低到20℃;添加保温罩可使连铸坯表面温度提高50℃,角部温度提高80℃. 【期刊名称】怎么扣出水指法图《天津冶金》
212资源【年(卷),期】2017(000)005
【总页数】5页(P19-23)
包装箱制作【作 者】王显;王欣
【作者单位】河北钢铁集团唐山钢铁有限公司炼铁厂,河北唐山063000;河北钢铁集团唐山钢铁有限公司炼铁厂,河北唐山063000
【正文语种】中 文
连铸坯热送热装不仅降低轧钢加热炉的燃料消耗和金属烧损，而且减少了工序环节间的相互等待和阻塞，从而可以大大提高生产效率和经济效益。实行连铸坯热送热装轧制是根据轧制计划来进行组织炼钢和连铸生产[1,2]，因此它对铸坯的质量、钢坯进入轧钢加热炉时的组织、轧钢的宽度衔接和设备运行的可靠性等有非常高的要求。
在加热炉能耗相关的研究中[3]，稳定连铸坯热装温度的方法，前人已经做了很多研究。资料显示，连铸坯装炉温度每提高100℃，加热炉燃料就可节约5%～6%，燃料消耗随热装温度和热装率的提高而大幅度降低；连铸坯装炉温度提高，加热时间大幅缩短，钢坯氧化烧损相应减少。一般冷装炉钢坯的烧损为1.5%～2%，有的甚至高达2.5%以上，而热装条件下的氧化烧损可降至0.5%～0.7%，有利于提高成材率。
唐钢第二钢轧厂5号、6号连铸机为全弧形连铸机，弧半径6 m，6机6流，主要生产HRB40
高能量活化水0钢种，用来供棒材厂轧制建筑长材。生产工艺路线为：转炉冶炼—钢包全程底吹—连铸机—蓄热式加热炉—棒材生产线。连铸机和棒材轧机的布置方式如图1所示。
本文主要研究提高5号连铸机连铸坯热装温度的方法。铸坯由火焰切割机剪切后形成一定长度的铸坯，经由输送辊道输送进棒材加热炉，此段时间大致为3～4 min，铸坯的温降为50℃，因此提高铸坯进入加热炉的温度主要需要提高连铸坯经火焰切割机剪切后的温度。
从工艺角度讲，提高连铸坯剪后温度的措施一般有两种。一是提高连铸机拉速，缩短连铸坯的运行时间，避免热量损失；二是采用弱冷工艺，降低二冷区冷却水量，减少二冷水冷却铸坯时带走的热量。查阅文献时发现，国内有学者对出方坯结晶器后连铸坯的坯壳厚度做过研究。研究认为[4]，以包晶钢Q235为例，当连铸坯断面宽度小于250 mm时，随着断面宽度的增加，其安全坯壳厚度也随之增大。当断面宽度大于250 mm时，随着断面宽度的进一步增加，其安全坯壳厚度几乎不变。图2是方坯断面与安全坯壳厚度的关系。从图2可以看出，165 mm×165 mm安全坯壳厚度为13 mm。因此应优先考虑提高拉速来提高连铸坯剪后温度，从而提高连铸坯热装温度。
钢坯热装节约燃料的道理同预热器预热燃料、助燃空气将热量带到炉内起到直接节约燃料
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的道理是一样的。钢坯热装的节能率为：
式中：
Sf—节能率；
Q钢—吨钢热装坯带入的热量；
Q化—加热吨钢所用燃料的化学热：
Q物—加热吨钢所用燃料、助燃空气带入的物理热；
Q烟—加热吨钢所产生的烟气热损失。
根据文献[5]介绍，铸坯在不同阶段升高100℃所消耗的热焓是不同的，而铸坯热装温度在700～800℃时处于一个拐点，即铸坯从700℃提高到800℃消耗的热焓差比其它温度上升100℃要多，约是其它温度的2倍，图3为铸坯每提高100℃所消耗的热焓差。
为了方便计算，模型做如下假设[6]：（1）凝固坯壳散热以传导传热为主，液相穴中的对 流传热等效为传导传热来考虑，且随钢液状态的变化而变化；（2）忽略拉坯方向的传热，凝固传热简化为二维非稳态传导传热；（3）热物性（比热容、密度等）参数在液相区、液固相区以及固相区视为分段常数；（4）连铸二冷区同一冷却段铸坯表面冷却均匀；（5）铸坯内弧和外弧传热条件对称。
控制方程如下：
初始条件：假定进入结晶器的钢水温度是均匀的，即
边界条件如下：
其中：
τ 为时间，s；
h为传热系数，kJ/（m2·℃）；
Ts、Tw为铸坯表面温度、冷却水温度，℃；
Ts、To为铸坯表面和环境温度，℃；
σ为波兹曼常数；
ε为辐射系数（黑度），取0.8。
连铸坯经过拉矫机后，对添加保温罩前后的温度变化，用数学模型做了模拟[7]，并作如下假设：1）不考虑辊道对连铸坯下表面传热的影响；2）铸坯的长度远大于宽度和厚度，故铸坯的传热可视为二维热传导问题；3）保温设备的热物性参数均视为常数。
初始条件：τ=0 时，连铸坯在切割后，t（x，y）=t0（x，y）。
无保温罩时的传热边界条件：
在运输过程无保温罩时，连铸坯在自然状态下冷却。此时影响铸坯热损失的主要是热辐射和热对流，连铸坯4个表面的对流系数相同。
有保温罩时的传热边界条件：
连铸坯在运输过程中有保温罩时，连铸坯以辐射和对流的方式传热给保温罩内表面，再通过保温罩将热量传递给外界空气，因此连铸坯外表面和保温罩内表面的温度较高，此时铸
坯的传热以辐射为主，计算时可忽略空气对流的影响。
式（7）、（8）中：ta为环境温度，℃；Ta为绝对温度，℃；t为连铸坯温度，℃；T为绝对温度，℃；h为表面自然对流的换热系数；ε为连铸坯黑度；σ0为斯蒂芬-波尔兹曼常数；εsw为连铸坯辐射率；Φsw为连铸坯对保温罩的角系数。
盛德提银机借助在连铸工序提高拉速、加强过程保温、保证各铸坯顺行等措施，开展了提高连铸坯热装温度的攻关工作，连铸坯热装温度有了很大提高，取得了明显的经济效益。
应用数值传热学基本理论，编制小方坯凝固传热软件[6]后，用软件对各段末端出坯壳厚度进行计算的结果表明，当拉速为2.4 m/min时，结晶器出坯壳厚度为14.2 mm，大于坯壳安全厚度，而5号连铸机目前拉速为1.9～2.0 m/min，因此适当提高拉速是可行的。各冷却段模拟结果如表1。
从表1可以看出，当拉速提高到2.4 m/min时，结晶器末端坯壳厚度14.2 mm，大于安全坯壳厚度12 mm，因此，在结晶器水量不变的情况下，可以采取提高拉速的措施。
在不同的拉速下，铸坯表面中心的温度变化见表2。
由表2可知，随着拉速的增加，各冷却段末端铸坯表面中心温度逐渐升高。拉速每提高0.1 m/min，切割处表面温度升高约13℃。实测拉速为2.2 m/min时，切割处铸坯表面中心温度为1 010℃，模拟温度1 033℃，经分析应该是实测温度受到了氧化铁皮的影响。
5号连铸机为6机6流，采用定径水口、快速更换上水口控制拉速，浇钢时各流滑块的口径以及更换时间都不同，各流拉速相差较大，流与流之间拉速相差最大时为0.41 m/min，各流铸坯的剪后表面温度相差最大时达到100℃；加热炉热装制度是以连铸坯最低热装温度为基础制定的，连铸坯各流温差大会导致加热炉增加不必要的煤气消耗。
由于中间包内钢水的粘度可以忽略、密度可视为恒定，因此中间包内钢水条件符合伯努利方程[8，9]，对于滑块处的钢水，则有：
式中：P-钢水压力，ρ-水的密度，v-钢水过滑块的速度，g-重力加速度，h-滑块处钢水高度
由于式（9）中 ρ、g、h 均为常数，则钢水过滑块的速度v与该处钢水静压力P有关。假设在实际浇铸过程中，中间包液面稳定，则钢水过滑块的流速也是一常数。在实际生产中，对每次使用过的滑块进行测量，内径由Ф18 mm扩大到Ф19 mm，此时滑块内径的变化与拉速如表3所示。
由表3可知，滑块内径的不同可以导致拉速相差0.23 m/min。因此，若想使各流拉速一致，必须固定滑块更换周期。当换滑块时间统一为4 h后，各流之间拉速的差别控制在0.10 m/min，各流温差由80℃降低到20℃，火焰切割机后铸坯温度大于960℃。
5号和6号连铸机二冷区实行气水雾化冷却。根据文献介绍，使用水喷嘴时，水滴直径在200-600μm，而使用气水喷嘴时，水滴直径在20-60μm之间，使用气水喷嘴比水喷嘴冷却效果好。之后，对气水比例进行了调整，把气压由原来的0.6 Mpa降低到0.4 Mpa，二冷区气水两相流应符合下列公式[10,11]：
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