品种钢优特钢连铸结晶器及二次冷却

品种钢优特钢连铸结晶器及二次冷却

1 为什么圆坯结晶器铜管比方坯结晶器铜管抗变形能力差?

众所周知，方坯结晶器铜管与规格相当的圆坯结晶器铜管由形状决定了强度的不同，方坯结晶器铜管强度比圆坯结晶器铜管强度大，因此抗热变形能力不同。常规的设计标准，铜管壁厚方坯取铸坯名义尺寸的8％～10％；例如：150方结晶器铜管壁厚为12～15mm，而圆坯结晶器铜管同样取8％～10％，因为圆坯结晶器铜管容易变形，为此，大连大山结晶器有限公司在设计圆坯结晶器铜管时，壁厚取铸坯名义尺寸的9％～11％，提高了结晶器铜管的强度。 2 为什么整体矩形坯宽窄面比按常规设计不能超出1：27

因为管状的整体矩形坯，如果宽窄面比值大于两倍以上，制造难度比较大，拉钢故障比较多，为此一般情况下，宽窄面比不大于两倍。如果需要大于两倍的，大连大山结晶器有限公司采取如下措施：宽窄面的锥度比合理分布，宽面锥度取0.4％～0.7％，窄面取0.9％～1.2％，采取多环拉制成型，解决生产和使用中存在的问题。

3 为什么结晶器铜镀铬层有时会不耐磨，甚至铬层全部脱落而变成粉末状?

这是因为结晶器铜管母材和镀层之间存在电位差，存放时间长了的结晶器铜管从镀铬层微裂纹中进行电流释放，造成镀层剥落、粉化；在结晶器铜管弯月面处由于钢水温度高，热流大，保护渣、润滑油分解和钢水中的有害元素容易对该部位的镀层产生很强的腐蚀；在结晶器铜管下口，由于二冷段的水汽上升进入连铸坯和结晶器铜管之间的气隙，在高温下急剧膨胀，水滴爆炸轰击结晶器铜管内壁产生汽蚀。

4 为什么无足辊装置结晶器总成生产圆铸坯易产生纵向裂纹?

早期的圆铸坯结晶器设计理论认为，圆铸坯由于周向受结晶器铜管限制，径向受力均匀，因此结晶器总成设计时都不加足辊装置。但是在使用过程中，连铸坯在拉矫机拉矫力的作用下，往往容易在结晶器铜管下口内外弧方向产生偏磨，造成连铸坯与结晶器铜管内腔之间气隙分布不均匀，影响连铸坯坯壳壁厚均匀形成，因而易产生纵向裂纹。大连大山结晶器有限公司在总结国内外经验的基础上，在江阴华润钢铁有限公司圆坯改造工程中增加足辊装置，较好解决了结晶器铜管下口侧磨和纵向裂纹问题。

5 为什么低拉速连铸坯易产生横向裂纹? 连铸坯在低拉速情况下，由于铸坯在结晶器铜管内冷却时间过长、坯壳增厚、刚性增加、拉坯阻力增大、铸坯易产生振颤、低温矫直等，这些因素都增加了横向裂纹倾向。

6 为什么浇钢液面过低易产生连铸坯脱方、漏钢?

浇钢液面过低，连铸坯初生坯壳形成的位置与结晶器铜管设计参数不匹配，因此坯壳厚度形成不均匀，冷却时间减少，坯壳变薄，强度减弱，易产生连铸坯脱方、漏钢。

7 为什么数控加工整体方坯、圆坯水套性能优于压制焊接水套和整体拉制水套性能?

压制焊接水套和整体拉制水套在加工过程中，存在加工精度低，内应力大，内腔表面粗糙度大，易造成通过水缝的水流阻力大，冷却不均匀等缺陷。国内自主开发的数控加工整体方坯、圆坯水套在提高精度、消除应力、减小内腔表面粗糙度等方面较好地解决了上述问题。

8 为什么二次修复结晶器铜管综合使用费用高?

二次修复的结晶器铜管由于经过高温作用，材质晶粒增大，物理、化学性能发生根本性变化，在强度、电导率、硬度等方面与新结晶器铜管相差很大，由于内腔经过磨损，在修复过程中，锥度曲线参数、内腔、外廓尺寸有所改变，很难保证安装精度与钢水的收缩参数相匹配，漏钢、脱方发生概率大，过钢量低，因此综合使用费用较高。

9 为什么在钢厂未使用的结晶器铜管时间长了锥度会发生变化?

这是因为结晶器铜管都是经过冷拔加工成型的，其内部存在一定的应力，当长时间不用时，内部应力就会缓慢释放，造成结晶器铜管锥度发生变化。 10 可调式小断面板坯结晶器总成有什么优点?

国内研发的可调式小端面板坯结晶器总成在不锈钢行业生产应用中，具有结构紧凑，安装、调整方便的优点，一台总成可进行多端面、多规格铸坯的生产，解决了不锈钢行业生产中规格、品种多，设备投入费用高等问题。 11 为什么在硅钢生产中，矩形坯易变形?

这是因为生产硅钢的结晶器总成大部分都是生产普碳钢用的，两种钢的冷却方式不同，普碳钢要求在结晶器总成中，坯壳形成厚度不至于被钢水静压力压裂就可以了，然后通过二冷再进一步冷却直至完全凝固；硅钢则要求在结晶器总成中，坯壳必须定型，二冷段缓冷，否则铸坯易出现裂纹。生产普碳钢的结晶器总成往往不能满足硅钢的冷却要求。

12 为什么在结晶器铜管内腔有时出现不规则烧坑?

这是由于连铸坯由于夹渣、局部黏钢及烧氧等原因，造成局部坯壳减薄，使已经形成的坯壳再次被撕裂，形成“内出血”，大多数发生在内外弧面上，高温钢水在静压力作用下喷射在结晶器铜管内表面，就形成烧坑；有时吹氧管操作瞬间冲向结晶器铜管内表面也形成烧坑，这一般发生在弯月面。

13 如何确定特殊钢大小方坯结晶器冷却水流量?

目前结晶器冷却水量的计算方法主要有以下三种：

(1)结晶器热平衡法。假定结晶器钢水热量全部由冷却水带走，则结晶器钢水凝固放出的热量于冷却水带走的热量相等，即： W=Q/(C·△θ)

式中 Q—结晶器内钢水凝固放出热量，kJ/min； W一结晶器冷却水量，L/min； C—水的比热容，kJ/(kg·℃)； △θ—结晶器进出水温差，℃。

(2)根据冷却水流速，确定冷却水流量。结晶器冷却水量形可根据下式计算： W=0.0036FV

式中W一结晶器冷却水量，m3/h；

F—结晶器水缝总面积，mm2； V—水缝内冷却水的流速，m/s，对于方坯结晶器来说，流速要保证大于6m/s，一般取6～9m/s。

(3)根据经验计算结晶器水量。结晶器冷却水量按结晶器周边长度计算： W=2(L+D)·QK

式中W一结晶器冷却水量； L—铸坯宽度，mm； D—铸坯厚度，mm；

QK—单位长度的水流量，L/(min·mm)，对于小方坯结晶器可取2.0～3.0L/(min·mm)。

14 目前结晶器铜管锥度种类有哪些?

铸坯在结晶器内由于凝固过程的收缩，使铸坯脱离结晶器壁形成气隙，影响结晶器的导热性能和坯壳的生长。因此，在结晶器的设计时，将结晶器制成下口断面比上口断面略小，形成倒锥度。目前结晶器铜管锥度主要有：单锥度、双锥度、连续锥度、抛物线形等。

15 各种铜管的适用范围及对铸坯质量有什么影响?

单锥度铜管的缺点是不能阻止在负滑动时结晶器与铸坯的相互作用，也不能消除在结晶器下部坯壳与铜管内壁间形成空隙；双锥度、连续锥度等是为了减少或消除负锥度，因而可以减少振痕深度，减少偏离角内裂；抛物线形结晶器可以认为是双锥度或三锥度结晶器的进一步发展，其使用效果更优于这两种结晶器。结晶器的倒锥度是一个十分重要的参数。如果倒锥度过小，坯壳会过早地脱离结晶器内壁形成气隙，影响结晶器的冷却效果，致使坯壳过薄，出现鼓肚变形，甚至拉漏；如果倒锥度太大，会使铸坯与结晶器的摩擦阻力增加，加速结晶器内壁，特别是下口的磨损。因此选择合适的结晶器倒锥度时，必须对钢种在高温状态下的收缩系数进行测定和研究。 16 怎样计算出结晶器坯壳厚度?

利用凝固平方根定律可以计算出结晶器坯壳厚度，该定律表示为：

要准确计算结晶器内坯壳厚度，关键是选择合适的K值。通常，结晶器的K值对于小方坯可取20～26；对于板坯取17～22。可以利用拉漏坯壳进行实际测定以求得实际的K值，这样计算出的结晶器坯壳厚度更准确。 17 如何确定各断面、各钢种的振动参数，这些参数对铸坯表面质量有什么影响? 结晶器的主要振动参数是振幅和频率。结晶器振动波形、频率和振幅要根据铸坯断面尺寸和浇注速度来合理选择。为改善铸坯质量，形成表面光滑的铸坯，现在振动多采用高频小振幅，振频最高可达300rpm以上，如采用液压振动，振动频率可更高。

一般情况下，频率越高，则振幅越小，可使铸坯表面上的振动波纹较浅，振痕变短，有利于提高铸坯表面质量，对于采用液压振动的结晶器，可任意调整波形，改善铸坯的内部质量。

18 液压振动对提高铸坯表面质量和内部质量有什么意义?

结晶器液压振动较以往的振动方式具有很明显的特点，包括：频率可调、振幅可整、振动曲线可调及高振频低振幅等特点。这些特点能够充分满足整个连铸工艺对包括铸坯振痕在内的表面质量及部分内部质量的要求。

19 振动有哪几种形式，各振动形式的适用范围有哪些?

结晶器实施有规律的往复运动可以防止拉坯时坯壳与结晶器壁黏结，同时可以获得良好的铸坯质量。连铸结晶器振动方式从发展历程看主要可归纳为四种：同步振动(矩形波)、负滑振动(梯形波)、正弦振动和非正弦振动。

同步振动、负滑振动在当今工业生产中已不再被采用；正弦振动是目前连铸生产中广泛使用的振动方式；而非正弦振动更适应高拉速连铸过程。

20 怎样判定结晶器铜管的到期寿命?

结晶器是连铸机的核心设备，承担着钢液凝固成形的作用。连铸过程中，结晶器铜管的内表面与高温钢液接触，受到钢水的化学腐蚀、热侵蚀以及与坯壳之间的摩擦力等的综合影响，铜管容易发生热变形和表面划伤，影响到连铸生产顺行，恶化铸坯质量。由于生产的品种、管理制度不同，不同钢铁厂家的结晶器铜管报废标准也不尽相同。通常用结晶器的过钢量来标定结晶器寿命，结晶器铜管到期寿命的判定主要依据两个重要参数，即倒锥度和磨损量，而实际上这两个参数也是相互影响的。

为消除或减少气隙的影响，结晶器内腔应按钢种的不同收缩特性和结晶器铜板的热变形程度，设计成一定的倒锥度。结晶器倒锥度的选择应遵循以下原则：钢种的凝固收缩特性，结晶器内腔形状应最大限度地适合结晶器内凝固坯壳的实际形状，使整个结晶器中气隙厚度降到最低程度，改善结晶器的传热效果，以保证结晶器内坯壳厚度的均匀性及结晶器下口坯壳厚度。铜管在使用后，如果检修跨已不能将结晶器的倒锥度修复至钢厂所要求的标准范围，则判定结晶器铜管寿命到期。

倒锥度的存在改进了结晶器的传热效率，但同时也加大了结晶器下部铸坯与铜管间的摩擦力，这就要求铜管内表面应具备良好的耐磨性，生产上一般在铜管内表面增加了厚度为0.06～0.08mm的镍基镀层，当下口磨损量超过1mm时认为结晶器寿命到期。

21 抛物线形、凸形、钻石形结晶器铜管各有什么特点?

(1)抛物线形结晶器。对于小方坯本身的收缩，根据铸坯凝固规律，坯壳厚度的增长与凝固时间的平方根成正比，为了适应坯壳的这种收缩特性，需要把结晶器锥度设计成抛物线形式。锥度公式如下： d=& #402;∫t(z)dz

式中d—总收缩尺寸，mm；

& #402;一铸坯断面尺寸，mm； t(z)—连续变动锥度，％/m； z—结晶器纵坐标，m。

根据铜管热变形和小方坯收缩确定的结晶器抛物线锥度，能大大提高坯壳在结晶器整个长度上的接触，使坯壳均匀、充分地生长。

(2)凸形结晶器

凸形结晶器是康卡斯特公司推出的一种高效方坯结晶器技术，又名Convex结晶器。它的基本特征是：结晶器上部内腔铜壁面向外凸出，往下沿整个结晶器长度方向上逐渐变为平面。上部凸面区传热效率高，角部气隙小，能使坯壳与结晶器尽可能保持良好接触；坯壳向下运动时，逐渐冷却收缩并自然过渡到平面，结晶器下部壁面呈平面正好适应了坯壳自身的自然收缩，使结晶器传热效率大为改善。

(3)钻石形结晶器

钻石结晶器是VAI公司推出的一种高效方坯结晶器，又称DIAMOND。VAI采用比常规抛物线锥度大一些的新抛物线锥度，提高整个结晶器长度方向上坯壳与结晶器的接触，便于坯壳在结晶器内均匀生长。同时为了减小摩擦力，VAI采用从距结晶器顶部300～400mm处开始，一直到下口为止结晶器角部区域没有锥度，而且越往下，角部无锥度区域越大。这样既保证了结晶器内坯壳的均匀生长，又有效防止了结晶器中尤其是下部摩擦力的过分增大。

22 控制结晶器水量的压差、温差有什么实际意义?

冷却水压力是保证冷却水在结晶器水缝之中流动的主要压力。提高水压可以加大流速，同时能够避免水缝产生问歇式沸腾，防止结晶器铜管变形，亦可以减少铸坯菱变和角裂，还有利于提高拉坯速度。

结晶器进出水温度差一般控制在8～9℃以下；出水温度不高于45～50℃；出水温度过高，结晶器容易形成水垢，影响传热效果。保持进出温度差的稳定，有利于坯壳均匀生长。

23 上进水结晶器(顺向拉坯方向)与下进水结晶器(逆向拉坯方向)及传统结晶器的热流值有没有区别?

有区别。上进水结晶器热流值低。冷却水进入结晶器后温度不断升高，而结晶器上部传热条件优于下部，水从结晶器下部进入才能保证水升温过程中的传热效率。另外，上进水不能保证结晶器内四周冷却均匀。 24 结晶器铜管壁厚对结晶器热流值有什么影响?

结晶器内传热的热阻包括凝固坯壳热阻、气隙热阻(或坯壳与结晶器铜管间的热阻)、结晶器铜管热阻和结晶器冷却水的热阻。结晶器铜管必须具有一定的厚度以保证其高温状态下的强度，但厚度增加，结晶器铜管的热阻亦增加，降低结晶器向外传热。因此，结晶器铜管应有一个合适的厚度选择。

25 铸坯的振痕深度与哪些工艺参数有关，与哪些设备因素有关? 影响振痕深度的因素主要有：

(1)振动频率和振幅。高频率振动下的振痕深度较浅。振幅增加，振痕深度增加。

(2)拉速。其他条件不变的情况下，拉速提高，振痕深度变浅。 (3)负滑脱时间越长，坯壳凹陷的越深，振痕也就越深。

(4)结晶器超前量。超前量越大，形成沟状振痕的机会越大。 (5)保护渣黏度越大，振痕越浅。

(6)采用抛物线结晶器、曲面结晶器、钻石形结晶器都会减少振痕深度。

26 保护浇铸和敞开浇铸结晶器在弯月面的传热有何区别?

在钢液弯月面处，由于钢水静压力的作用，坯壳贴靠于结晶器内壁，坯壳与结晶器壁紧密接触，此时冷却较快，结晶器热流值较大。大约在弯月面以下200～250mm处时，坯壳厚度达到能抵抗钢水静压力，气隙开始稳定存在。气隙形成后，热阻增加，结晶器热流值明显减小。当采用保护浇注时，保护渣加在结晶器钢液面上，形成液渣层，结晶器振动时，在弯月面处液渣被带入气隙中，坯壳表面形成均匀的渣膜，用于填充气隙改善传热。渣膜使结晶器上部传热减少15％左右，使下部的传热增加20％～25％，使得结晶器传热比较均匀。

27 在同样的水量下，结晶器水缝大小与结晶器热流值有什么关系?

在水量相同的情况下，结晶器水缝的大小直接影响着冷却水的流速，水缝越大，冷却水流速越低。试验表明，冷却水流速增加，可明显降低结晶器冷面温度，避免间歇式的水沸腾，消除了热脉动，可减少铸坯菱变和角部裂纹。但是，水速超过一定范围时，随着水速的增加，热流值增加的很少。因此，在水量相同的情况下，随着水缝宽度的减小，结晶器热流值增加，当热流值增加到一定程度后，继续减小水缝宽度对结晶器热流值影响不大。

28 在浇铸品种钢时，大小方坯结晶器的最佳水缝各为多少?

水缝尺寸大小是以保证冷却水具有所要求的水速为原则。结晶器水缝厚度一般为4～6mm。为了保证冷却均匀，水缝应按要求设计，周边对称均匀，尤其是小方坯连铸机，应保持水缝沿结晶器高度上周边的均匀性。

29 什么是非正弦振动。其冶金效果如何?

结晶器非正弦振动是指结晶器在进行振动时，其位移量在与正弦振动相同的情况下，结晶器向上振动时间大于向下振动时间。其主要有以下一些特点： (1)正滑动时间里，结晶器向上的振动速度与拉速之差减小，可减少结晶器施加给铸坯向上的摩擦力，即可减少坯壳中的拉应力，减少拉裂。

(2)负滑动时间里，结晶器振动速度与拉速之差增大，因此，作用于坯壳压力增大，有利于铸坯脱模。

(3)负滑动时间短，有利于减轻铸坯表面振痕深度。

(4)正滑动时间较长，可增加保护渣的消耗量，有利于结晶器的润滑。

30 在方坯连铸中。低、中、高碳钢对结晶器水量的控制有何要求?

结晶器冷却水量可根据经验按结晶器周边长度计算。对于方坯结晶器冷却水量可取结晶器周边每毫米长度供水2.0～3.0L/min。根据这一原则，可计算出不同断面方坯结晶器的供水量，见表8—1。

表8—1方坯结晶器的供水量

铸坯断面，mm 结晶器供水量，m3/h 150×150 72～108

120×120 57.6～86.4 90×90 43.2～64.8 对于凹陷比较敏感的低碳钢种，结晶器采用弱冷，冷却水量取下限；对于中、高碳钢种，结晶器采用强冷，冷却水量取上限。

31 在方坯连铸中。低、中、高碳钢对铜管锥度有何要求?

铸坯在结晶器内由于凝固过程的收缩，使铸坯脱离结晶器壁形成气隙，影响结晶器的导热性能和坯壳的生长。因此，在结晶器设计时，将结晶器制成下口断面比上口断面略小，形成倒锥度。要选择合适的结晶器倒锥度就必须对各钢种在高温状态下的收缩系数进行测定和研究。钢中碳含量对钢液凝固收缩的影响近似为线性关系，如表8—2所示。

表8—2碳含量对凝固收缩的影响 w(C)/％ 0.10 0.25 0.35 0.45 0.70

凝固收缩率％ 2.0 2.5 3.0 4.3 5.3 由表可以看出，随着碳含量的增加，钢液的凝固收缩逐渐增加的。此外对于包晶钢在凝固过程中，由于发生δ→γ相变，体积进一步收缩，气隙变大，在设计结晶器倒锥度时还应考虑这一相变收缩率。

32 在结晶器材质中。磷脱氧铜、铬一锆铜及银一铜各有什么特点。怎样选用?

对于制作结晶器材质的要求是：导热性好、强度高、高温下膨胀小、易于切削加工和表面处理。目前结晶器材质使用较多的是磷脱氧铜、铬一锆铜和银一铜。这三种材质综合性能对比如表8—3所示。

表8—3三种材质的综合性能

材质 性能 电导率 热导率 热膨胀系数 再结晶温度 抗拉强度 硬度 单位 M/Ωmm2 W/m·K 10—6/K ℃ N/mm2 HB 磷脱氧铜 48 340 17.7 350 295 85～95

银一铜 55 377 17.7 370 285 85～95 铬一锆铜 50 355 18 700 425 120～140 具体采用什么样的结晶器材质，除了考虑使用性能外，还应考虑价格及经济因素。现在小方坯、方坯、矩形坯和管坯的结晶器铜管在国内多用磷脱氧铜和银一铜，大方坯和大板坯连铸机一般采用铬一锆铜较为经济可靠，虽然一次性投入较大，但吨钢成本却大大降低，维修费用较少，作业率提高，有较大的综合收益。

33 特殊钢连铸配水原则是什么? 特殊钢配水应遵从以下一些原则：

(1)在整个二冷区应当采取自上到下冷却强度由强到弱的原则。结晶器拉出的铸坯进入二冷区上段时，内部液芯量大，此时加大冷却强度可使铸坯厚度迅速增加，保证铸坯在较高的拉速下也不会拉漏。当坯壳厚度增加到一定程度以后，随着坯壳热阻的增加，应逐渐减小冷却强度，以避免铸坯表面热应力过大产生裂纹。

(2)避免铸坯表面局部降温剧烈而产生裂纹，使铸坯表面横向及纵向都能均匀冷却。通常铸坯表面冷却速度应<200℃/m，铸坯表面温度回升应<100℃/m。 (3)避开700～900℃的高温脆性区进行矫直。

此外，在确定冷却强度时还必须适应不同钢种的需要，特别是裂纹敏感性强的钢种，要采用弱冷。

34 特殊钢配水有几种常用模型?

目前二冷配水主要有以下几种控制方法：

(1)比例控制。将二冷区分成若干段，根据工艺条件设定每一段的给水量，通过调节器按比例调节。

(2)比水量控制。根据不同钢种的工艺要求，确定比水量。浇注过程中，水量随拉速的变化而变化，但整个过程中比水量保持不变。

(3)参数控制。按Q=Aυ2+υ+C进行配水。不同钢种，选取不同的控制参数A、B、C。 (4)表面温度动态控制。按照铸坯表面的温度在二冷区的各段应达到所规定的范围，以此为目标来控制给水量。

35 在相同条件下各钢种对比水量的要求有哪些?

比水量的含义是单位时间内冷却水消耗量(L)和通过二冷区铸坯质量(kg)的比值，其单位为L/kg。比水量的大小随着钢种、铸坯断面尺寸以及拉坯速度等参数不同而变化，通常波动在0.5～1.5L/kg之间。针对各钢种的热物理性能(导热系数、热膨胀性)、高温力学性能(延伸率、高温强度)以及裂纹敏感性的不同，应选择不同的冷却强度。对于普碳钢和低合金钢，冷却强度一般为1.0～1.2L/kg；中高碳钢和合金钢为0.6～0.8L/kg；某些裂纹敏感性强的钢0.4～0.6 L/kg；高速钢为0.1～0.3L/kg。此外，应注意所用喷嘴喷淋冷却性对合适比水量的影响。

36 动态配水的方法有哪几种。什么是以时间为变量的配水方法，什么是以拉速为变量的配水方法?

根据二冷区铸坯冷却的实际情况及时改变二冷水量的自动控制法，叫动态控制法。连铸坯在二冷区的凝固有一定的要求，控制铸坯在每个部位的温度符合凝固要求，实现无缺陷坯的生产。实际生产中对二冷水量的分配有以下几种方案：

(1)等表面温度变负荷给水。铸坯一进入二冷区，立即加大冷却强度以加快铸坯的凝固速度，使铸坯表面温度迅速降至出拉矫机的温度，即900～1100℃。然后逐段减少给水量，使铸坯表面温度不变。

(2)分段按比例递减给水。将二冷区分成若干段，各段有自己的给水系统，可分别控制给水量，按照水量由上至下递减的原则进行控制。

(3)等负荷(等传热系数)给水。在二冷区的各段采用相同的给水量，保持传热系数不变。 (4)表面温度控制法：即按照铸坯表面的温度在二冷区的各段应达到所规定的范围，以此为目标来控制水量。这要求及时准确地测定铸坯不同部位的表面温度。为了避免测温误差及其他因素的影响，需借助凝固数学模型。即将钢种、铸坯尺寸、钢水过热度、拉速等数据输入计算机，计算出二次冷却区内各段铸坯的表面温度，通过调整二冷区各段的给水量，使铸坯表面温度稳定达到设定的最佳范围。

(5)拉速为变量的配水方法：二冷区总水量与拉速成比例调节。调节水量公式： Qi=Aiυ2+Biυ+Ci

式中Qi—二冷区各段水量，L/min； υ—拉速，m/min；

Ai、Bi、Ci—各段配水参数。

过程中根据拉速的变化得出某一数值的比水量，按上式求出冷却水流量值。这种方法配以长时间的自适应，可以取得很好的效果。

37 在特钢连铸中，哪些钢种需缓冷，各有什么要求?

对内部质量要求较高以及裂纹敏感性较强的钢种，一般二冷均采用弱冷(缓冷)。对内部质量要求较高的钢种主要如轴承钢、硬线钢、弹簧钢以及齿轮钢等中高碳钢，为了获得较大的等轴晶率，减小中心偏析，二冷采用弱冷。对于裂纹敏感性较强的钢，如易切削钢、低碳铝镇静钢以及冷镦钢等，为了防止铸坯在冷却过程中，表面和心部的温差产生较大的热应力，导致凝固前沿产生晶间裂纹，一般也必须采用二冷缓冷的冷却方式。

38 在特钢连铸二冷配水设计中，为获得良好的冷却效果。水喷嘴和气一水喷嘴各离铸坯距离多少合适?

水喷嘴冷却是通过专门喷嘴雾化后喷向铸坯表面。水喷嘴供水管路简单、维修方便、操作成本低，不足是铸坯表面冷却不易均匀。一般广泛用于小方坯连铸机。气一水喷嘴是利用压缩空气的能量把水滴进一步雾化，使喷出水滴直径细、速度高、喷水面积增大。气一水喷嘴冷却效率高、冷却均匀、铺展面大，不易堵塞。广泛用于板坯连铸机和大方坯连铸机。

无论是采用水喷嘴还是气一水喷嘴或者是喷嘴距铸坯的距离，只要设计的喷嘴能满足以下要求，就可以获得良好的冷却效果。

(1)在铸坯的宽度方向和拉坯方向，铸坯冷却均匀； (2)具有较高的喷射速度，打到高温铸坯上不易蒸发；

(3)能够按钢种及冷却工艺的要求，最大限度地调节冷却强度； (4)到达铸坯表面的水滴，覆盖面要大且均匀； (5)在铸坯上未蒸发的水停留时间越短越好。

39 圆坯连铸的二冷有什么特点?

连铸法生产圆坯主要是用于生产不同口径无缝钢管，主要通过对圆坯穿孔这一种苛刻的加工方法，对圆坯的质量要求非常严格。不仅要有良好的表面质量，还要有良好的中心致密度和低倍结构。因此对于圆坯二冷的要求也较为严格，冷却强度不仅要均匀而且要大小适中。如果冷却强度过小，圆坯在矫直时容易变成椭圆形，若冷却强度过大，对于增加等轴晶率，提高铸坯内部质量不利。

40 如何考虑二冷水的分配?

二次冷却段各段的分配原则是既要使铸坯散热快，又要防止铸坯内外有过大的温度差而引起热应力，使铸坯产生裂纹。因此，水量应从铸机上部到下部逐渐减少。弧形连铸机的内、外弧基本上是对称冷却。

由于合金钢连铸具有拉速较低、裂纹敏感性强等特点，一般选用较低的比水量，在比水量确定后，不论何种坯型，二冷水的分配都应避免局部冷却过强，尽量使坯子运输过程中温降及回温均匀。因此，二次冷却应该考虑冷却区间长一点、由上至下的冷却强度变化缓慢一点、冷却控制分段相对多一点、同冷却段铸坯表面水量分配尽量均匀一点。

41 为什么二冷一段需要实现快换?

因为：(1)管线复杂。二冷一段位于结晶器下口，既有二次冷却需要的水管和气管，也有设备自身需要冷却的水管。(2)二冷一段更换频繁。二冷一段辊子所处环境恶劣，容易损坏。(3)一般需要换断面时必须更换。

42 保证二冷一段正常工作的基本条件是什么?

(1)二冷一段辊子必须通水内冷，变形在允许范围内；(2)润滑正常，辊子正常旋转自如；(3)对弧准确；(4)辊缝准确；(5)设备本体二冷喷淋系统正常。

43 二次冷却区铸坯表面传热量及传递方式是什么。影响二次冷却传热的因素是什么? 二冷传热方式及所占比例大致如下： (1)纯辐射25％； (2)喷雾水滴蒸发33％； (3)喷淋水加热25％；

(4)辊子与铸坯的接触传导17％。 影响二冷传热的因素主要有以下几点： (1)铸坯表面温度； (2)水流密度； (3)水滴速度； (4)水滴雾化程度；

(5)喷嘴使用状况及铸坯与辊子接触状态等。

44 品种钢、优特钢二次冷却应遵循的原则是什么?

(1)上强下弱。铸坯出结晶器后，在二冷上段坯壳薄、热阻小、坯壳收缩产生的应力亦小，这些条件有利于强冷以增加坯壳厚度，减少漏钢事故。随着铸坯不断地向二冷下段运动，坯壳逐渐加厚，热阻增大，为避免铸坯表面因应力过大而产生裂纹，要逐渐减小冷却强度(亦称比水量：即每千克钢耗水量L/kg)。采用上强下弱的冷却制度，控制铸坯的液芯长度在连铸机的冶金长度内，才能避免带液相矫直而产生内裂纹。适宜的冷却强度可以减轻或避免铸坯的裂纹、中心疏松等缺陷。

(2)保证铸坯表面均匀冷却。通过对喷嘴位置的适当调整，使铸坯角部冷却不至于过大，要求拉坯方向表面温差<200℃/m，横向表面温差<100℃/m。

(3)控制铸坯表面回温在允许范围内，防止凝固前沿的拉应力过大而导致内裂纹，应控制二次冷却空冷段铸坯表面的回温速度<100℃/m； (4)耗水量要能灵活调节，能适应特钢品种的多样性；

(5)避免在脆性区(700—900℃)矫直，现在通常采用高温矫直，即矫直点的铸坯温度>900cC；

(6)冷却效率要高，以加速热量的传递。

45 品种钢、优特钢二次冷却水分配原则及冷却方式有哪些? 冷却水分配原则：

(1)二冷区上下部冷却水分配。随着冷却进行，铸坯在二冷区内凝固壳逐渐增厚，铸坯表面的传热强度随凝固壳增厚而降低，因此铸机上部应采用强冷。同时沿着拉坯方向从上向下冷却段的长度应逐渐增大。

(2)铸机内弧与外弧的配水比。在弧形段、铸机内、外弧应分别配水。内弧表面的冷却效果比外弧好，所以通常内弧表面配水量为总水量的1/2～2/3，而且沿拉坯方向水量递减。在靠近结晶器下端的冷却段为垂直型，内弧与外弧采用相同的冷却水量配置。 冷却方式的选择：

根据钢种和产品质量的要求来选用不同的冷却方式。而冷却方式的选择与钢种的C含量、Mn/S比、微量元素含量(如Nb、V、Ti)、合金元素(如Cr、Ni)含量、钢的高温力学性能和产品性能等有关。对于裂纹不敏感的钢，二冷区上部强冷、下部缓冷；对于裂纹敏感的钢，二冷区从上到下全区缓冷；对于内裂比表面裂纹敏感的钢，二冷区上部缓冷、下部强冷。

46 影响连铸坯传热的因素及二冷目标控制的方法有哪些?

影响铸坯传热的因素有钢种、钢水温度、结晶器冷却、二次冷却、铸坯断面和拉速等。这些因素决定了连铸坯热量传递过程，即热历程。热历程和铸坯质量直接相关。在铸机设备和操作工艺一定的情况下，影响铸坯热量传递过程的诸因素中，唯一可控制的是二次冷却。

二冷目标控制是按不同钢种、浇注断面和铸坯的凝固传热状态计算沿拉坯方向的铸坯凝固壳厚度生长及表面温度的合理分布，控制各冷却段的冷却水量，使拉坯方向的铸坯表面温度与所浇钢种的目标表面温度相符，以保证铸坯质量。 二次冷却区常分为若干个冷却区段，每段都有一个目标温度值，浇注时根据拉速、铸坯断面尺寸和钢种等工艺条件调节各段的喷水量，使得铸坯均匀冷却且其表面温度接近目标温度。

47 二次冷却的控制方法有哪些?

(1)人工配水。开浇前根据钢种设定二冷总水量和各冷却段的水量。浇注过程之中水量不变，或用眼睛观察铸坯表面温度后作适当调整。

(2)比例控制。采用比水量的方法，人工按水表配水。即由Q=Kυ(υ为拉速，K为系数)确定各冷却段的冷却水量，调节阀门使冷却水量与拉速相适应。

(3)参数控制。根据钢种，按Q=Aυ2+Bυ+C一元二次方程进行配水。当拉速υ改变时，适时选用预先储存在智能仪表或控制计算机中的相应控制参数A、B、C，控制各冷却段的水量。

(4)目标表面温度动态控制：考虑钢种、拉速及浇注状态，由二冷配水控制数学模型每隔一段时间计算一次铸坯的表面温度，并与考虑了二冷配水原则所预先设定的目标表面温度进行比较，根据比较的差值结果给出各段冷却水量，以使得铸坯的表面温度与目标表面温度相吻合。这种计算和比较工作是由计算机完成的。

参数法和目标表面温度法是属于动态控制，都考虑了通过二冷各段配水使得铸坯的实际表面温度与目标表面温度相符合，只是后者考虑的影响因素更全一些，除了在线生产的钢种、断面尺寸、拉速以外，还考虑了中间包中钢水温度。目前连铸生产优特品种钢的过程中二次冷却的控制方法大多采用的是第二或第三种控制方法。

48 影响振痕深度的因素有哪些?

(1)振动频率和振幅。高振频振动下的振痕深度较浅；振幅增加，振痕深度增加。

(2)拉坯速度。其他条件不变的情况下，拉坯速度增大，振痕深度变浅。

(3)负滑脱量和负滑脱时间。负滑脱量能够决定是否有沟状振痕存在，负滑脱时间决定坯壳凹陷的深度；负滑脱时间越长，坯壳凹陷的越深，振痕也就越深。 (4)结晶器超前量。超前量越大，形成沟状振痕的机会越大。

(5)保护渣性能对振痕深度的影响。保护渣黏度越大，振痕越浅。

(6)采用抛物线结晶器、曲面结晶器、钻石形结晶器都会减少振痕深度。

49 特钢小方坯连铸的“水缝式”结晶器有什么特点?

“水缝式”结晶器与喷淋式结晶器都属于管式结晶器；“水缝式”结晶器在结晶器铜管外加一个水套管，由结晶器铜管与水套管之间形成的水缝通水冷却；“水缝式”结晶器使用稳定，不易发生堵塞；目前特钢小方坯连铸普遍使用水缝<4mm的窄水缝结晶器，提高冷却水的流速，配合抛物线锥度铜管，取得了很好的效果 50 什么是连铸二冷配水与控制技术?

二冷是连铸生产的一个重要环节，良好的二冷模式应具有以下特点：(1)有助于铸坯内部质量乃至表面质量的提高；(2)能延长二次冷却区设备的使用寿命；(3)用水量少；(4)满足生产效率的要求。

当前，二冷水自动控制主要有两大类： (1)拉速相关控制法

目前运用最普遍的冷却方法是拉速相关控制法，也称水表法、比水量法或比例控制法，属于一级控制。即以拉速为控制参数，根据拉速的大小来决定冷却水量的大小。通常采用以下公式计算冷却水量： Qi=Aiυ2+Biυ+Ci或Qi=Aiυ 式中Q—冷却水量，L/min； A，B，C—设定的基本参数； υ—拉速，m/min；

i(下角标)—第i个冷却区。

这种控制方式简单易行，得到广泛应用。但其没有考虑浇注温度的变化，对钢的热特性差异的考虑也不够，非稳态浇注期间很难实现铸坯温度的相对稳定。 此外，拉速控制法在实际使用过程中容易出现不合理的人为干预。比如，可能是设备因素或水质问题造成的铸坯质量问题，人为修改比水量或分配系数等，而不能从根本上解决问题。

(2)基于目标表面温度的动态控制法

其依据是每一类钢种和特定断面的铸坯都应该有一个最佳的冷却历史和温度变化历程。为此，应该使用二级动态控制模型，依据当时的浇注温度和拉坯速度，适时地计算铸坯的温度场并进行比较反馈。即计算机根据二冷控制数学模型每隔一段时间计算一次铸坯各控制区的表面温度，并与设定的目标表面温度进行比较。根据比较的差值结果，适时调整各段的冷却水量，以使铸坯的表面温度与目标温度相吻合。

该方法对模型可靠性要求高，计算量也较大。为了减轻计算量以及减少热惯性对铸坯实际温度的影响，可以以“坯龄”(坯壳生成后所经历的时间)为控制参数进行冷却控制，根据铸坯坯龄的增长逐渐降低冷却水量；采用把整个铸坯纵向分割成足够小的小段，以这一小段铸坯具有同一个坯龄编写控制逻辑，跟踪整个二次冷却区内每个小单元所处的位置，记录它们的坯龄，再根据坯龄给予相应的冷却水量。

动态配水可以减少不合理的人为干预，但要求设计者熟知钢的凝固特性，制定合理的冷却制度，应该推荐使用。

实践表明，不管采用哪种控制模式，保证铸机对弧精度、合理布置喷嘴，并保证喷嘴的喷淋效果是保证铸坯质量的前提。

51 如何确定方坯连铸机结晶器铜管的内腔尺寸?

结晶器铜管的内腔尺寸分为名誉尺寸和实际尺寸两种。名誉尺寸一般以所生产的铸坯规格来命名。如生产150mm×150mm的铸坯，就将该铜管简称为150mm铜管。实际尺寸的确定一般从三个方面考虑：

(1)铸坯冷却的线收缩量。以结晶器下口作为基数，在名誉尺寸的数字上增加该尺寸的铸坯从1200℃左右冷却到常温时的线收缩量，对于150㎜的铸坯约为2mm。

(2)拉矫辊夹紧时的变形量。内外弧方向受拉矫辊的夹紧力作用，产生的变形量一般取1～1.5mm，结晶器下口内外弧方向的尺寸要加上此数值。 (3)目前连铸坯的国家标准和部颁标准的铸坯外形公差为：±4mm～±6mm有些厂愿意将铸坯尺寸控制在正公差，往往将内腔尺寸放大2～3mm，也有些厂是按铸坯的支数计算产量，要求将铸坯的尺寸控制在负公差，因此，将结晶器的下口尺寸设计成接近或略小于名誉尺寸。

52 何为结晶器的倒锥度，倒锥度如何计算?

为了适应铸坯在凝固过程中的收缩，减少铸坯表面与结晶器间形成气隙，将结晶器内腔设计成上口大，下口略小的形状，通常将这种形状称为结晶器的“倒锥度”。结晶器“倒锥度”的概念和几何学中“锥度”概念是不一样的，结晶器侮锥度ε的计算公式：

ε=[(St一Sb)/StL]×100％(％·m-1) 式中St—结晶器上口边长，mm；

Sb—与St同一面的结晶器下口边长，mm； L—结晶器长度，m。

一般情况下单锥度的结晶器ε大多选择：0.6％一0.9％/m。

53 结晶器的锥度有哪几种类型，各有什么特点，浇注特钢的结晶器选择哪种锥度更合适?

一般将结晶器的锥度分为以下3种类型： (1)单锥度结晶器；

(2)多锥度结晶器(包括双锥度)；

(3)抛物线连续锥度结晶器(也有将它简称为“连续锥度结晶器”)，见图8—1。

图8—1为3种类型锥度曲线的示意图。从图中可见单锥度结晶器的内腔尺寸的变化随着结晶器长度相对应的是线性关系。它不能适应结晶器不同区域内钢液凝固特性及其收缩量的不同，因此它的锥度只能取平均值。对上口来说锥度太小，而下口锥度又显过大，下口容易磨损使铸坯产生菱变。多锥度结晶器是由两个或两个以上的单锥度相连接而成。它可以克服单锥度的缺点，在不同的区域采用不同的锥度，基本能满足要求，但其在两个不同锥度连接处加工较为困难，有时会出现过渡不平滑的现象。抛物线连续锥度结晶器能较好地解决上述问题，其曲线形状可以通过下列二次方程式，设置不同的参数计算得到。 y=& #402;(x2)或y=ax2+bx+c

目前康卡斯特的CONVEXMOULD(凸面结晶器)和奥钢联的DAIMOLD(凹面结晶器)都采用抛物线连续锥度曲线；但是实际上由于结晶器锥度变化的绝对值很小(一般在10-2～10-3mm之间)，因此，只要多锥度曲线的连接点及锥度参数选择得当，它与抛物线连续锥度的实测值相差很小，很难分得清。 特钢连铸的结晶器锥度以选用多锥度或抛物线连续锥度为宜。由于特钢的品种非常多，不可能每个钢种选用一种锥度，必须将性能近似的钢种归纳在一起，从兼用角度考虑。结晶器锥度的选择，在一个厂内一般不宜超过两种。 54 结晶器水缝内水的流速选择多大较为合适?

要回答这个问题，首先要搞清水在水缝内的流动状态，国外有个专业结晶器制造公司对这个问题做了研究，现叙述如下： (1)水流速度<4.5m/s时，水开始转变为蒸汽； (2)水流速度为4.5～12m/s时，水流呈层流状； (3)水流速度>12m/s时，水流开始产生紊流现象； (4)水流速度>18m/s时，水流出现严重的紊流。

将水的吸热量作为水流速度的函数，得到下述结论：

(1)水流速度<4.5m/s时水变为蒸汽，吸热量很低，是一个危险区域，有可能会造成结晶器爆炸；

(2)水流速度在4.5～12m/s时，吸热量与水流速度成线性关系，热传导较为稳定；

(3)水流速度在12～18m/s时水流中紊流的比例不断增加，水的吸热量虽有增加但已不呈线性；

(4)当水速>18m/s时，水流呈严重紊流状态，传热速度迅速下降。

由此可见，结晶器水缝内的水流速度控制在9～12m/s为佳，最大不超过15m/s。

55 结晶器水量如何计算?

结晶器的水量可按下式计算： Qmax=[(a+2δ)(b+2δ)一a×b]×Vmax×60 Qmin=[(a+2δ)(b+2δ)一a×b]×Vmin×60 Qalarm=[(a+2δ)(b+2δ)一a×b]×Valarm×60

式中Qmax、Qmin、Qalarm—分别为结晶器冷却水最大流量、最小流量、报警流量，L/min；

a、b—分别为方坯铜管结晶器外表面的高度和宽度，dm； δ—水缝宽度，dm；

Vmax、Vmin、Valarm—分别为结晶器水缝内的最大水速、最小水速和报警水速，dm/s；报警水速可取45dm/s。

56 在二冷气一水喷嘴控制中。恒气压和变气压的控制各有什么特点?

连铸用的气雾喷嘴必须采用适当的控制方式对供气系统进行控制，才能保证良好的雾化效果。目前常见的有以下三种控制方式：

(1)恒定气水比控制。即压缩空气和所喷射液体的质量或体积比恒定。当液体流量变化时，气体流量按照设定的恒定比例随之变化；

(2)恒定压力控制。即流体流量变化时，雾化气体的压力保持不变； (3)恒定流量控制。即流体流量变化时，雾化气体的流量保持不变。

无论采用哪种控制方式，目的是要保证气液平衡，液体雾化好。相比之下，采用恒定压力控制，系统会简单一些，造价低，操作和维修也容易一些。 57 在连铸机的二冷设计中。二冷总水量和冷却总长度分别是如何确定的?

在连铸机二冷设计中，二次冷却区总水量的大小与铸坯断面、拉速和钢种有关。二次冷却区水量Q可通过下式计算： Q=DWVρδ

式中Q—二次冷却区总水量，L/min； W一铸坯宽度，m； D—铸坯厚度，m； V—拉速，m/min；

ρ—钢的密度，kg/m3； δ—比水量，L/kg。

当铸坯断面及拉速确定后，二冷总水量的大小由二冷冷却强度(比水量) δ决定。δ取决于钢种，以小方坯为例(大方坯δ值偏小)，对于普碳钢和低合金钢，δ取1.0—1.2L/kg；中高碳钢和合金钢为0.6～0.8L/kg；某些裂纹敏感性强的钢0.4～0.6L/kg；高速钢为0.1～0.3L/kg。

理论上，冷却总长度应该等于冶金长度，冶金长度可由下式计算： L=Dmax2·Vmax/(4K2)

式中L—铸机的冶金长度，m；

Dmax—设计的最大铸坯厚度，mm； Vmax—设计的最大拉速，m/min； K—综合凝固系数，mm·min-1/2。

K值决定于二次冷却区的喷水量，见图8—2。

确定完冶金长度后，二次冷却区的长度可由下式计算： LS=L—LM一0.1

式中LS—二次冷却区总长度，m； LM—结晶器长度，m。

原则上应在整个二次冷却区长度上布置喷嘴，但也可仅在2/3的长度范围内喷水。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pvpg.html