靳 星
（南京钢铁联合有限公司技术质量部，南京 210035）
摘 要 冷却用水作为钢铁生产的过程中的主要使用介质，它对钢铁产品质量的影响非常重要。本文结合连铸生产现场用水过程中铸坯出现的各种质量问题，分析连铸结晶器冷却用水对铸坯质量的影响，从冷却水的水质、水温方面考虑，提出结晶器冷却用水的基本要求，有利于结晶器内冷却均匀，从而保证良好的铸坯表面质量。 关键词 连铸结晶器水质水温
Investigation on Cooling Water for Continuous Casting Mold
Jin Xing数控卧式滚齿机
（Nanjing Iron and Steel United Co., Ltd., Technology and Quality Department, Nanjing, 210035）
Abstract It’s very important for cooling water effect steel product quality as the main media in the process of steel production.
In this paper, a variety of slab quality issues in the continuous casting have been analyzed, and the influence of cooling water on the slab quality has been evaluated. Water quality and water temperature requirement of mold cooling water have been put forward to keep uniform cooling of continuous mold for better slab surface quality.
Key words continuous casting, mold, water quality, water temperature
1 引言
近年来，随着钢铁形势逐渐严峻，钢铁市场竞争也日趋激烈，这对钢铁产品质量提出了更高的要求。能源介质作为钢铁生产的过程中的主要使用介质，它对钢铁产品质量的影响尤为重要[1,2]。许多冶金工作者对结晶器冷却用水的水处理相关技术进行了研究[3~8]，在循环水系统改造、水质稳定以及对结晶器寿命的影响等方面做了大量工作，着重从水处理专业的角度来考虑提高水的质量要求，忽略了水自身质量对钢铁产品质量的影响，结合产品质量进行系统分析的研究相对较少。
本文以连铸铸坯质量为立足点，着重分析连铸结晶器冷却用水对铸坯质量的影响，结合生产现场铸坯出现的各种质量问题，从水质、水温方面考虑，提出连铸结晶器冷却用水的基本要求。南钢炼钢厂现有四台方坯连铸机，以方坯生产为主，由于面临改造铸机设备条件有限，配套的水处理条件也有限，结晶器冷却水循环水采用工业清水。板卷厂有三台板坯连铸机，由于投产时间不同，三台连铸机分别
由各自的水循环系统，结晶器冷却水采用软水。
2连铸结晶器冷却水
2.1连铸结晶器冷却水水质问题
结晶器冷却水主要用于结晶器内液态钢水冷却，保证出结晶器时钢水凝固成一定厚度、形状的坯壳。如靳星, 男, 博士, 工程师, 从事炼钢-连铸工艺技术优化研究,*******************
果结晶器水质稳定性措施无法得到保障，在正常生产运行过程中将产生结垢、腐蚀、堵塞等情况，连铸生产过程也将相应出现铸坯裂纹、频繁黏结以及严重的漏钢事故。连铸结晶器冷却水水质为软水，在连铸生产中具有极其重要的作用。
对接扣件
由于面临改造，炼钢厂配套的水处理条件有限，水质条件也受到影响，因水质原因导致炼钢厂产品出现质量问题，主要工艺流程为转炉→精炼→矩型坯连铸(断面150mm×220mm)→带钢轧制，生产钢种为65Mn、SPA-H，坯料在轧制过程中，出现少数碎边开裂的情况(见图1)，而且在浇注过程中4流均出现了漏钢情况。对65Mn带钢缺陷位置进行扫描电镜分析(图2)，缺陷整体沿着原始铸坯的柱状晶分布，从断裂附近的组织及孔洞缺陷可以看出，开裂产生于发达的柱状晶间，可能由于结晶器冷却不均匀导致应力集中，在薄弱的铁素体内产生较大的内应力而导致开裂。
塑料切粒机图1 坯料轧制过程出现的边部开裂
涤绒
图2 缺陷部位扫描电镜分析
对更换的结晶器铜板进行检查，发现在结晶器铜胆上部（即结晶器出水口附近）出现白结垢状物质沉积，方形铜板的四面均出现此类物质。通过对白物质的分析检验，为碳酸钙沉积析出。图3给出了浇注30炉和浇注315炉下线的结晶器铜板，铜板表面结垢情况表明，在新上线铜板由于水质原因也出现了结垢情况，使用一定周期后，铜板表面的结垢情况更加严重。铜板表面碳酸钙的沉积与循环冷却水的硬碱度、水温、pH值等密切相关。水中溶解盐类产生固相沉淀是构成结垢（水垢）的主要因素，其产生固相沉淀的条件是：(1)随着温度的升高，某些盐类的溶解度降低，如Ca(CHO3)2、CaCO3等；(2)随着水分的蒸发，水中溶解盐的浓度增高，达到过饱和程度；(3)在被加热的水中产生
化学过程，某些离子形成另一些难溶的盐类离子；(4)有利于碳酸盐沉积所需的结晶核和粗糙表面，如铜板表面的粗糙度、水中含盐浓度及其他杂质等。
对结晶器冷却水水质情况进行测定，结晶器进出水温度、温差正常，原结晶器水浊度要求≤10mg/L，而实际情况超过10mg/L，甚至20mg/L。另外，水硬度也严重超标，碳酸钙硬度高达220mg/L，这可能是导致结晶器铜板结垢的主要原因。为了保证结晶器冷却强度，对连铸机结晶器冷却水进行系统整改，要求对结晶器冷却用水硬度、浊度每小时检测一次，平均浊度应控制在10mg/L以下，硬度控制在正常水平，碳酸钙硬度要求≤180 mg/L。通过对炼钢厂水质调整和改造，结晶器冷却水水质达到要求，铸坯质量问题得到明显改善。
图3 结晶器铜板结垢照片(左-浇注30炉，右-浇注315炉)
2.2连铸结晶器冷却水水温问题
板卷厂现有3台板坯连铸机的水处理系统相对独立，采用密闭结晶器冷却水系统，由于钢种、断面、产
品结构等原因，铸机生产换组频繁，正常换组时间约2h，换组期间结晶器冷却水水温下降较大，开浇炉次
结晶器水温与正常浇注相差较大，冬季温差表现更加明显。另外，铸坯断面厚度范围为150~260mm，宽度
范围为1600~2800mm，宽度较大，容易出现冷却不均匀导致表面质量问题，如纵裂纹和碎裂纹等。
图4给出了某钢种坯料表面纵裂发生率随时间的变化关系，发生率较高的时间主要集中在1月、2月、11月、12月，而在这段时间结晶器冷却水浇注过程中水温变化相对较大，表1给出了对应月份的开浇和正
常浇注过程结晶器冷却水进水温度，与正常水平相比相差10℃左右，这也是对应时间铸坯纵裂发生率较高
的主要原因。
图4 坯料纵裂发生率随时间的变化关系
表1连铸结晶器冷却水进水温度
时间1月6月9月 11月 12月开浇结晶器冷却水温度/℃25 30 30 25 24 正常浇注过程结晶器冷却水温度/℃34 36 37 33 34
为了进一步比较结晶器冷却水水温对铸坯表面质量的影响，分别选取冬季和夏季某一浇次的数据进行比较，生产钢种为150mm×2800mm的中碳合金钢，工况条件1和条件2分别为1月份某一浇次和7月份某一
浇次(图5、图6)。前者开浇时结晶器进水温度为24~25℃，正常浇注过程中水温为30~31℃，结晶器宽面固
定侧和宽松侧热通量分别为1.2MW/m2、1.3MW/m2，纵向裂纹发生率为0.5%；后者开浇时结晶器进水温度
为32℃，正常浇注过程中水温为34~35℃，宽面固定侧和宽松侧热通量分别为1.1MW/m2、1.15MW/m2，无
纵向裂纹发生。比较两种条件下的生产数据，在结晶器进水水温较低时，铜板热通量高出约10%，冷却均
匀性要差于同等生产条件，铸坯质量稳定性受到影响，容易出现表面质量问题。
图5 结晶器水温和热流变化曲线(1月份某一浇次)
图6 结晶器水温和热流变化曲线(7月份某一浇次)
3连铸结晶器冷却用水水质、水温要求讨论
结晶器冷却用水的质量直接影响到结晶器冷却的均匀性，只有保证良好的冷却水使用条件，才有利于结晶器内传热均匀，保证铸坯良好的表面质量。
表2给出目前连铸工程设计和宝钢对结晶器冷却用水的要求。一般情况下，由于结晶器铜板单位时间的热通量较大，为了保证传热均匀性，要求水质硬度越小越好，部分钢铁企业采用纯水，以减少水垢的产生，保证良好的传热效果。结晶器水质的pH值不宜过高，工艺要求范围为7~9，同时对氯离子、硫酸根离子、电导率、全铁也有相应的要求，避免结晶器循环水使用的封闭罩被过度腐蚀，防止腐蚀物要避免进入循环水池内，确保循环水水池水位及水泵位置，避免水泵将水池底部沉积物抽至循环系统。板卷厂连铸结晶器冷却水主要采用软水循环水，通过除盐措施可以将碳酸盐硬度控制在10mg/L以下，有效地防止结晶器铜板结垢。
连铸工程设计规范中要求结晶器冷却水进水温度范围为35~45℃，当冷却水进水温度在此范围时，结晶器铜板传热效率最高。当水温过低时，结晶器冷却均匀性变差；当水温过高，传热效率下降，当水温超过50℃后，水中的矿物质将开始分解，增加了水垢形成的可能性。因此，结晶器冷却水进水温度应控制在一定范围内，如宝钢结晶器冷却水温度控制在38℃左右，夏天最高时到40℃。考虑到板卷厂
三台铸机的冷却系统独立，换组时间过长时容易导致水温下降过大，尤其是在气温较低的冬季，结合实际生产质量情况，正常浇注条件下结晶器冷却水进水温度控制在33~38℃。
表2 结晶器冷却水质量要求对比 项目
pH 总硬度（CaCO 3） T Fe 油 悬浮物 悬浮物最大粒径 水温 单位
— mg/L mg/L mg/L mg/L mm ℃ GB50580—2010
7~9 10~80 0.5~3.0 <2 <20 0.2 35~45 宝钢
7~9 纯水 — — — — 38~40 结晶器水质要求 7~9 ≤10 ≤0.85 — ≤20 0.2 33~38 注：1. 表中水质要求中氯离子、硫酸根离子、电导率未列出相关数据。2. GB50580—2010为连铸工程设计规范。
4 结论
（1）炼钢厂方坯连铸结晶器冷却水循环水采用工业清水，结晶器冷却水浊度应控制在10mg/L 以下，碳酸钙硬度控制小于180 mg/L ，保证铸坯质量稳定。
（2）板坯连铸机结晶器冷却水采用密闭软水循环，碳酸钙硬度保证在10mg/L 以下，为了保证铸坯表
ccc360面质量稳定，建议结晶器冷却水进水温度控制在33~38℃范围内，有利于结晶器内均匀传热，保证较好的铸坯表面质量。
参 考 文 献
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