[发明专利]一种确保结晶器冷却水温度稳定的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在连铸生产过程中，确保结晶器水温度稳定的装置和方法，属于连铸设备与方法技术领域。

背景技术

热流密度也称热通量，是指单位时间内通过物体单位横截面积上的热量。对于连铸生产而言，结晶器热流密度(以下简称：热流密度)是指单位时间内结晶器冷却水通过铜板从单位面积上的铸坯表面带走的热量，它的稳定性会影响结晶器内铸坯坯壳厚度的均匀性，从而影响铸坯表面质量和生产的稳定性，因此该指标通常被用来衡量铸坯表面冷却效果的优劣以及连铸生产控制水平的高低。当热流密度的稳定性较好时，即：前后时刻热流密度差值的绝对值比例不超过5％时，铸坯表面质量较好，不会产生表面纵裂纹；而当热流密度的稳定性较差时，即：前后时刻热流密度差值的绝对值比例超过5％时，铸坯表面质量乃至生产就会受到很大的影响，即：要么铸坯表面出现严重的纵裂纹缺陷，从而影响最终的产品质量，要么发生漏钢事故，影响整个连铸工序的稳定运行。因此，对结晶器热流密度的稳定控制是连铸生产工艺过程中最重要的环节之一。

通常，影响结晶器热流密度稳定性的因素主要包括：拉速、钢水成分、浇铸温度、保护渣性能、冷却水流量、结晶器铜板厚度、结晶器铜板水槽尺寸、结晶器锥度、结晶器长度、铜板表面状况、结晶器进水温度、结晶器冷却水水质。因此，如果能够采取有效措施，稳定上述因素，就能够有效提高结晶器热流密度的稳定性。

近年来，随着设备性能以及工艺控制水平的提升，与结晶器热流密度的大部分因素均得到了有效的控制，如：针对拉速、钢水成分、浇铸温度、保护渣性能因素，生产现场通过提升工艺控制水平有效提升了其稳定性；而针对冷却水流量、结晶器铜板厚度、结晶器铜板水槽尺寸、结晶器锥度、结晶器长度、铜板表面状况、结晶器冷却水水质因素，生产现场则通过提高设备的加工精度、仪表的检测精度以及提高自动设备的自动控制精度有效解决了上述因素的稳定性。因此，如果再能够确保结晶器冷却水温度稳定在一个工艺允许的温度范围内，就能够最终实现结晶器热流的稳定。

根据工艺要求，通常需要将结晶器冷却水温度稳定控制在30～38℃范围内，在这个范围内可以确保铸坯表面不产生总裂纹以及连铸生产的稳定运行。但目前实现该水温控制范围的难度较大，其主要原因是其通常会受到现场实际工况以及季节的双重影响。具体原因是：由于结晶器冷却水循环系统(简称：循环系统)属于内循环方式，即冷却水在一个封闭的管道内流动，在通过结晶器铜板冷却铸坯表面的同时，冷却水也会因吸收大量的热量而导致其温度的逐渐升高，当冷却水温度超过要求的范围时，就会对连铸生产造成影响。此外，水温升高会导致冷却水大量蒸发，从而造成总水量的减少，进而影响冷却水流量，最终会导致结晶器铜板工作寿命的大幅度降低。因此，为解决上述问题，生产现场会根据实际工况，不定期的向结晶器冷却水循环系统中补加一定量的冷却水。由于新补加的冷却水的水温受季节的影响，与原循环系统中的冷却水水温存在较大的差别，因此在补加冷却水后，结晶器冷却水循环系统中冷却水的温度会较前一时刻出现较大的波动，进而导致结晶器热流密度出现较大幅度的波动，从而对铸坯表面质量以及生产节奏造成很大的影响。

传统的解决方法是减少一次加入结晶器冷却水循环系统的水量并加快冷却水循环速度，从而最大限度的降低水温波动。但这种方式是以牺牲结晶器铜板寿命以及影响整个生产节奏实现的，同时操作方式较为繁琐，且受人为操作的影响程度较大，因此通过该种方式实现结晶器冷却水温度稳定的效果并不理想。

目前，随着技术的发展，一些结晶器冷却水水温稳定技术被开发出来，这些方法集中在使用换热介质对冷却水进行冷却处理的方向，如采用热水、冷水、液氮等对结晶器冷却水进行强制换热。这些方法尽管能够对结晶器的水温稳定起到一定的作用，但存在的缺点主要为：

1、控制方式较为粗放，无法对结晶器冷却水的温度进行较为精确的控制；

2、需要设置专门的外部冷却装置，由于结晶器冷却水循环系统规模较大，因此冷却装置的体积也必须较大，需要的占地面积也将较大；

3、需要制作专用的换热介质，而无法使用现场现有的换热介质，因此运行成本较高；

4、由于是在冷却水管道外部进行冷却，因此受热胀冷缩的影响，管道极容易破裂，导致设备的损坏，从而影响到连铸生产的正常运行。