連鑄冷卻噴嘴的維護(hù)與應(yīng)用

王娟 薛延峰（天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板有限公司，河北省涉縣056404）

連鑄冷卻噴嘴的維護(hù)與應(yīng)用

王娟 薛延峰（天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板有限公司，河北省涉縣056404）

介紹了冷卻噴嘴在二次冷卻系統(tǒng)中的重要作用，結(jié)合常見板坯缺陷現(xiàn)象，分析了噴嘴性能與二冷系統(tǒng)及產(chǎn)品質(zhì)量的內(nèi)在關(guān)系，提出了噴嘴檢測(cè)方法及日常維護(hù)措施。經(jīng)過(guò)采取一系列行之有效的措施，噴嘴連續(xù)使用率得到提高，噴嘴堵塞問(wèn)題得到有效地控制，鑄坯合格率穩(wěn)步提升，為保持生產(chǎn)長(zhǎng)期穩(wěn)定順利運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

連鑄鑄坯噴嘴二次冷卻系統(tǒng)堵塞改進(jìn)

1 前言

天鐵熱軋板坯連鑄機(jī)代表當(dāng)今連鑄機(jī)先進(jìn)水平，其中鑄坯二次冷卻技術(shù)采用水冷與氣霧冷卻相結(jié)合的技術(shù)（主要為氣霧噴嘴），連鑄噴嘴本身的性能與噴嘴的布置、冷卻控制一起，構(gòu)成了連鑄機(jī)的二次冷卻系統(tǒng)。二冷傳熱占板坯全部凝固傳熱的60%[1]。而二次冷卻系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分是噴嘴，噴嘴性能的好壞與是否正常工作是決定連鑄機(jī)最大拉速、作業(yè)率和鑄坯品種質(zhì)量水平的關(guān)鍵因素之一。生產(chǎn)初期，檢修經(jīng)驗(yàn)不成熟，點(diǎn)巡檢的不及時(shí)，噴嘴堵塞問(wèn)題處理滯后，嚴(yán)重影響噴嘴性能的發(fā)揮。經(jīng)過(guò)一年多的實(shí)踐，檢修技術(shù)不斷提高，噴嘴堵塞問(wèn)題得到很好的控制，運(yùn)行良好。

2 二次冷卻系統(tǒng)工作原理

二次冷卻的目的是使鑄坯離開結(jié)晶器后接受連續(xù)冷卻直至完全凝固，一方面實(shí)現(xiàn)連鑄坯在盡可能短的時(shí)間內(nèi)凝固完畢，以提高連鑄機(jī)的生產(chǎn)能力；另一方面是在實(shí)施二次冷卻的過(guò)程中，控制鑄坯表面溫度處于要求范圍并使波動(dòng)最小，以獲得良好的鑄坯內(nèi)、外部質(zhì)量。連鑄機(jī)噴嘴分布從結(jié)晶器出口開始，到水平扇形段為止的整個(gè)二次冷卻區(qū)域，如圖1所示。

連鑄噴嘴對(duì)二次冷卻的影響主要是對(duì)鑄坯熱應(yīng)力的影響，二次冷卻不良是產(chǎn)生表面縱裂紋的重要影響因素。所以二次冷卻系統(tǒng)的好壞是板坯表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量的一個(gè)決定性因素，而噴嘴性能的好壞又是二冷系統(tǒng)能否正常工作的決定性因素。噴嘴性能的好壞與更換是否及時(shí)對(duì)鑄坯質(zhì)量乃至最終鋼材的質(zhì)量、拉速、生產(chǎn)事故、設(shè)備維修和能介消耗均有十分重要的影響。

3 板坯質(zhì)量問(wèn)題與噴嘴性能的關(guān)系

在噴嘴位置，冷卻控制和噴嘴維修正常的情況下，連鑄生產(chǎn)常見事故和鑄坯質(zhì)量問(wèn)題與噴嘴性能的相互關(guān)系可以作以下分析，如表1。

表1 鑄坯質(zhì)量與噴嘴性能關(guān)系

4 常見故障現(xiàn)象及分析

4.1 直接觀察

板坯連鑄機(jī)二冷設(shè)備較復(fù)雜，可直接觀察出結(jié)晶器后進(jìn)入二冷區(qū)鑄坯的顏色來(lái)判斷噴嘴的性能，鑄坯四個(gè)面和角部顏色為均勻的暗紅色，說(shuō)明噴嘴性能好；而鑄坯個(gè)別角部或面部發(fā)黑，發(fā)亮就表明冷卻不均勻，有可能是噴嘴性能不好，也不排除噴嘴布置不合理。

4.2 產(chǎn)品質(zhì)量分析

鑄坯出現(xiàn)較嚴(yán)重的中間裂紋，中心偏析；板坯出現(xiàn)表面裂紋等缺陷，雖然影響因素是多方面的，但通常采用排除法先確定噴嘴性能是否有問(wèn)題。

如發(fā)現(xiàn)中間裂紋位置處于鑄坯內(nèi)弧側(cè)，裂紋數(shù)量有2處，裂紋長(zhǎng)度最大為2 cm，最小為1 cm，裂紋在鑄坯表面至鑄坯中心二分之一厚度上，裂紋沿鑄坯寬度方向垂直分布于晶界，中間裂紋形貌特征為“河流狀”，裂紋長(zhǎng)度分布區(qū)間為85 mm~105 mm。

4.3 檢修

在檢修中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)結(jié)晶器、零號(hào)段、扇形段的噴嘴頭上多數(shù)粘有堵塞物，使噴嘴頭呈蘑菇狀，零號(hào)段有時(shí)半個(gè)月噴嘴就堵成蘑菇狀，使得噴嘴流量減少、噴水角度、形狀、扇面改變，造成板坯表面局部冷卻不均，板坯產(chǎn)生裂紋、縮孔、中心疏松、偏析、鼓肚等缺陷。輥?zhàn)虞伷ど弦步Y(jié)有一層水垢，經(jīng)常在對(duì)弧時(shí)要先將垢打磨掉，給維修造成困難，損傷輥皮。

5 噴嘴性能的檢測(cè)方法及日常維護(hù)

5.1 定期直接查看、記錄二冷調(diào)壓閥后壓力

制造良好的噴嘴，無(wú)論是水噴嘴，還是氣霧噴嘴，其水流量都與其入口壓力準(zhǔn)確的成線性關(guān)系，所以有的時(shí)候都把噴嘴替代流量計(jì)使用。這樣二冷調(diào)壓閥后的水壓力就與每個(gè)控制回路的所有噴嘴總噴水流量成一定關(guān)系。通過(guò)記錄、分析閥后壓力就能發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題：

（1）閥后壓力均勻降低，可能說(shuō)明所有的噴嘴均勻磨損，且可以計(jì)算出磨損引起流量增加值，可以根據(jù)鋼種質(zhì)量要求確定是否要更換；

（2）閥后壓力突然降低，可能說(shuō)明個(gè)別噴嘴脫落、管路漏水；

（3）閥后壓力突然升高，可能說(shuō)明個(gè)別噴嘴堵塞了。

一般二冷室調(diào)節(jié)閥后都設(shè)有壓力表，但需要特別注意表的精度和量程。在計(jì)量準(zhǔn)確的前提下，一旦實(shí)際流量比設(shè)計(jì)值增加15%，就應(yīng)該是必須更換噴嘴的信號(hào)，從而可以據(jù)此反算閥后壓力的降低值。

5.2 噴嘴堵塞的分辨

分析了噴嘴使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，制定檢修計(jì)劃，針對(duì)噴嘴故障類型采取相應(yīng)的檢修措施。首先，經(jīng)常性清理二冷水過(guò)濾器，并利用較長(zhǎng)的停機(jī)時(shí)間進(jìn)行管道沖洗，從而使進(jìn)口水源質(zhì)量得到控制，預(yù)防噴嘴堵塞，其次采取以下措施加強(qiáng)檢修效果。

設(shè)置并聯(lián)的過(guò)濾器加強(qiáng)過(guò)濾，在此基礎(chǔ)上還應(yīng)在閥門室后加簡(jiǎn)易的并聯(lián)雙過(guò)濾器，其優(yōu)點(diǎn)是前后設(shè)壓力表，過(guò)濾器內(nèi)是否堵塞一目了然；需要清洗時(shí)不占用作業(yè)時(shí)間；清洗很方便。很重要用途的噴嘴，可以考慮在噴淋管接頭處或噴嘴入口處加過(guò)濾器，這可以解決閥門室管路銹蝕和檢修時(shí)不慎掉入管路的雜物。

5.3 選用耐磨性能好的噴嘴

曾分析過(guò)噴嘴的堵塞物，主要是氧化鐵、氧化鈣和氧化硅，這些材料就向水泥、涂料一樣，不斷在噴嘴內(nèi)腔粘結(jié)、累積疊加，最終堵塞了噴嘴。如果噴嘴耐磨性能好、就不容易黏結(jié)。從使用看，原用的噴嘴半個(gè)月就必須拆開進(jìn)行清洗，堵塞嚴(yán)重。更換具備良好耐磨性能的噴嘴后，在同樣的供水條件下可以用3個(gè)月不堵塞、不損壞。

5.4 采用通孔大的噴嘴

同樣流量但不同生產(chǎn)廠家的噴嘴通孔尺寸不一，噴嘴結(jié)構(gòu)不同通孔也不同，比如日本噴霧公司一種新型橢圓噴嘴，在相同的壓力流量下，其通孔是普通的廣泛用于板坯的橢圓噴嘴的兩倍，也不易堵塞。選擇新型噴嘴，比如選用120°×30°的矩形噴嘴縱向布置，用于板坯，不僅噴射距離可以遠(yuǎn)一些，防止噴嘴被撞壞或燒壞，而且一個(gè)噴嘴的覆蓋面積相當(dāng)于兩個(gè)或多個(gè)一般圓錐形噴嘴，單個(gè)噴嘴的流量大、通孔大，自然不容易堵塞。

5.5 延長(zhǎng)氣體吹掃

連鑄工藝的一個(gè)特點(diǎn)是在拉尾坯、快換中間包和短時(shí)事故停澆時(shí)需要停止噴水，此時(shí)噴嘴內(nèi)殘留的少量水分就會(huì)在鑄坯高溫輻射熱作用下迅速蒸發(fā)，水中的細(xì)小雜質(zhì)就會(huì)黏結(jié)在噴嘴內(nèi)表面。針對(duì)這種情況對(duì)現(xiàn)在使用的這種氣霧型噴嘴，在停噴水后延時(shí)停壓縮空氣，這樣可以有效防止黏結(jié)引起的噴嘴堵塞。

5.6 加強(qiáng)水質(zhì)控制

在正常生產(chǎn)中要求連鑄二次噴淋水水質(zhì)指標(biāo)如下：

pH值:7～9

懸浮物/mg/l:≤20

懸浮物中最大粒徑/mm:0.2

總含鹽量/mg/l:≤1 000

碳酸鹽硬度（CaCO3計(jì)）/mg/l：≤200

硫酸鹽（SO4－計(jì)）/mg/l：≤600

氯化物（Cl－計(jì)）/mg/l：≤400

硅酸鹽（SiO2計(jì)）/mg/l：≤150

全鐵/mg/l：

油/mg/l：≤15

電導(dǎo)率/us/cm：～1 200

因?yàn)槎氯锏闹饕殖墒翘妓猁}（如CaCO3）、硫酸鹽（SO4）、硅酸鹽（如SiO2），所以我們經(jīng)過(guò)仔細(xì)對(duì)比，確認(rèn)為二冷水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，硬度太高。經(jīng)過(guò)和水處理協(xié)調(diào)在連鑄水池中另外加入適量的硫酸等藥劑改善水質(zhì)，現(xiàn)在水質(zhì)問(wèn)題已經(jīng)得到很大程度的改善。

5.7 加強(qiáng)巡檢維修

加強(qiáng)點(diǎn)巡檢，跟蹤噴嘴在線使用的噴水效果是否良好，發(fā)現(xiàn)堵塞及時(shí)清理或更換。下線噴嘴進(jìn)行分類，內(nèi)腔堵塞的拆開噴頭清理干凈；噴頭堵塞的用煤油浸泡、打磨，以便再次使用，節(jié)約成本。

6 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)采取多項(xiàng)改進(jìn)措施和檢修技術(shù)的不斷嫻熟，噴嘴的檢修水平和使用效率都有明顯提高，噴嘴連續(xù)使用頻率已由原來(lái)的兩個(gè)星期延長(zhǎng)到目前的兩個(gè)月，而且現(xiàn)場(chǎng)觀察下線噴嘴情況明顯比以前好很多，噴嘴上基本沒有成塊的水垢，段子輥皮和框架上也比以前更加干凈，噴嘴堵塞問(wèn)題得到有效控制，噴嘴冷卻的重要用途得到充分發(fā)揮，鑄坯合格率穩(wěn)步提升，為工藝生產(chǎn)的順利進(jìn)行打好基礎(chǔ)。

（收稿2010－03－20責(zé)編趙實(shí)鳴）

[1]劉青,王良周,曹立國(guó),等.連鑄二次冷卻研究的進(jìn)展[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào),2005,(06)：39~41.

Maintenance and Application of CCM Cooling Nozzle

Wang Juan,Xue Yanfeng

The paper introduces the important function of cooling nozzle in secondary cooling system,analyzes the internal relationship of nozzle property with secondary cooling system and product quality and proposes nozzle inspection method and routine maintenance measures.After a series of effective measures are taken,nozzle continuous utilization rate is increased and nozzle clogging problem is under well control.The billet qualification rate goes up stably.A solid foundation is laid for the stable and smooth long term running of production.

continuous casting,billet,nozzle,secondary cooling system,clogging,improvement

王娟，2006年7月畢業(yè)于內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，助理工程師，現(xiàn)在天鐵熱軋板有限公司熱軋連鑄作業(yè)部從事離線設(shè)備檢修工作。