改善连铸机气雾喷嘴性能的设计

fangnan

1前言

　　在设计高效的二冷喷嘴系统之前必须先研究喷嘴的特性。为此，制定了一套完整的冷却方式和热传递测量试验过程。下列因素尤为重要：
2喷嘴类型的选择
　　必须根据铸机的设计和产品大纲选择适合的喷嘴类型。高效喷嘴冷却系统所要达到的目标就是生产出无缺陷的板坯、方坯或异形坯，且操作成本也较低。喷嘴制造商必须对操作条件下的喷嘴的特性及铸机构造有详尽的了解。
3喷嘴的热传递
　　为了给每个位置都挑选出合适的喷嘴，必须测量喷嘴的导热系数(HTC)。“移动喷嘴”试验是其中的一种测量方法，带有24个埋在2.5mm深处的热电偶的钢板在惰性气氛中被加热至1200℃。钢板的上表面被绝缘，而底面被要试验的喷嘴所冷却。喷嘴集管中的喷嘴被置于一个移动臂上以便喷嘴能通过计算机控制的电动机平行于钢板移动。
为了模拟铸坯从某辊缝向另一辊缝的移动，计算机操纵移去折向板以起动冷却过程。然后喷嘴随着折向板的打开而从左向右移动，又随着折向板的关闭反向移动。同时测量水和板的温度直至钢板达到与水一样的温度。与钢板有关的温度历史记录以及喷嘴位置的有关信息贮存于数据记录器中。然后用这些数据评定热传递状态并计算HTC。HTC值是确定二冷系统布局的热力学模型的重要输入数据。
4气—水比
　　较高的水流量并不是导热系数唯一的决定性因素。喷嘴喷射角度和喷射高度也同样起着重要作用。两者均决定着喷射的“足迹”(即喷射宽度和喷射高度)，并因此成为喷水密度(水流量)和喷射冲力的影响因素。除了这两个变量外，压缩空气量和水流量之间的比率则是另一个必须考虑到的重要因素。铸坯上的喷射冷却包括钢表面上汽层的沸腾和形成。压缩空气提供液滴穿透汽层所必须的动能。
　　由于压缩控制系统很有效，且压缩空气耗用量较少，因此现代化的气雾喷嘴也有助于降低投资和运行成本。早几代的气雾喷嘴因需要消耗大量昂贵的压缩空气已不再受欢迎。高耗气量是某些连铸机控制与水流量有关的气压的结果。有时，气压下降到仅1bar，在低铸速时水流量低，压力低。然而，由于水和压缩空气的内在混合，使气压控制降低了喷嘴的调节比。
5水的调节比
　　正常操作，诸如起动、钢包或中间包变更或源于产品大纲(不同的钢种和铸坯尺寸)所造成的铸速的变化要求喷嘴具有一定的调节比。该比率确定某个水压范围内的最小和最大水流量之间的范围。了解实际气压及其是否恒定也很重要。人们希望气雾喷嘴的调节范围比较大，以使连铸机上喷嘴的变动减少到最少。
6水的分布
　　一旦完成了二冷系统的布局并了解了各段的机械设计，喷嘴设计的下一步工作便是在铸坯表面及整个调节比上提供均匀的水分布。多喷嘴排列情况下，当水压为1.0～7.0bar时，可以达到偏离平均值±15%的偏差。在双喷嘴排列中，水分布测量结果证实了这种偏差。试验中，最大偏差高出平均值13.9%，低于平均值11.2%。喷射宽度恒定在1300mm，这是现代气雾喷嘴技术的又一个成就。
7新喷嘴装置及喷嘴集管设计
　　气雾喷嘴需要两条单独的管道来输送压缩空气和水。直至最近，小径液压管才用于输送流体并固定喷嘴就位。只有在特殊情况下，某种流体直接由软管输送时，才提供附加的支架。安装于这些小管上的传统气雾喷嘴隐藏在扇形段框架内。由于喷嘴安装得离铸坯很近，因此难以清洗或调节，除非将该区段从连铸机上移走。此外，在拉漏时，必须彻底更换喷嘴，这个代价是非常高的。
8喷嘴维护与模块组件体系
　　以“边/缘控制”为特征的现代板坯连铸机常常需要喷嘴延伸弯管，从而导致在库中必须保留大量不同的特制喷嘴种类作为备件。另外，拉漏时，喷嘴必须彻底更换，代价极高。新型喷嘴采用组合原理，带有套筒混合室和分离管，成功地解决了上述问题。气、水混合舱不再直接制作进喷嘴体内，而是形成一个新的构件一套筒。套筒可以和喷嘴分开，维修方便。
9结语
　　新型的喷嘴和气/水系统提供了更好的水分布，减少了表面缺陷、角裂及中心偏析，不仅提高了产品质量和生产力，还具有很大的成本效益。