结晶器水设计
钢铁冶炼中的连铸结晶器设计分析
钢铁冶炼中的连铸结晶器设计分析钢铁工业是世界上最重要的基础工业之一，而连铸结晶器作为钢铁冶炼中的重要工艺设备，在钢铁生产中起着至关重要的作用。
它是将钢水连续铸造成铸坯的装备，也被称为CCM（Continuous Casting Machine ）。
在连铸过程中，结晶器是影响铸坯质量和生产效率的重要因素之一。
本文将对钢铁冶炼中连铸结晶器的设计分析进行探讨。
一、连铸结晶器的功能及结构连铸结晶器是用于生产钢铁板材，构造为铸件钢水进入结晶器后，在结晶器内先通过液态状况（即铸造生长过程，在结晶器内生长晶核，从而使废钢液态状况成为铸块的过程），然后在结晶器出口处形成固态状况。
由此长出的铸坯被拉拔出结晶器，进入辊道机，经过各种工艺制成板材。
连铸结晶器主要由上零件、下零件、水冷夹套等部分组成。
其中，上零件通常包括喷嘴、芯棒、雾化器等部分，是铸坯形状的决定因素；下零件通常包括结晶器底板、结晶器壁板等部分，能够起到硬质支撑作用；水冷夹套则被用来控制结晶器的温度，保证连铸过程中的均匀性及稳定性。
二、连铸结晶器设计分析1. 结晶器形状结晶器的形状是直接影响铸坯外形的关键因素，对于连铸生产来说，形状应该均匀，能够保持稳定的流动。
根据结晶器的形状不同，连铸结晶器可分为恒形、变形和弯形三种类型。
其中，恒形结晶器一般是采用椭圆形或圆形结构，无法适应精密产品的生产；变形结晶器适用于不同的产品，但其结构较为复杂；弯形结晶器为当前应用较为广泛的结构，因为其结构简单、适用性强。
2. 水冷结构在连铸生产过程中，由于高温状态和高速上下铸造的影响，结晶器壁面容易出现过热的现象，因此需要引入冷却水来降低壁面温度，以保证铸坯质量。
水冷结构主要包括结晶器壁面、底部和顶部。
其中，结晶器壁面使用内侧水冷夹套或内部金属套管，底部使用底部夹套进行冷却，顶部采用上喷雾式冷却，以达到均匀冷却效果。
3. 喷嘴设备喷嘴作为连铸结晶器结构的关键之一，其设计应当综合考虑稳定性、均匀性、流速和流量等因素。
结晶器设计计算
通过结晶器的热流量通过结晶器放出热流，可用下列计算Q=LEVP{C1（Te-Tl）+lf+cs（Ts-To）} （3.1）式中：Q：结晶器钢水放出的热量，kj/min；L：结晶器横截面周长，4.012m；E：出结晶器坯壳厚度，0.012m；V：拉速，2.2m/min；P：钢水密度，7.4×10⒊kj/kg·℃；由此可得： Q=LEVP{C1（Te-Tl）+lf+cs（Ts-To）}=62218kj/min结晶器水缝面积计算结晶器的水缝面积与单位水流量（冷却强度）铸坯尺寸的大小以及冷却水流速有关，结晶器水缝面积可用下式计算：F=QkS×106/（3600V）（mm2）（3.2）式中：Qk：单位水流量m3/n·m，经验值取100-500m3/n·m；取100m3/n·m。
S：结晶器周边长度，4×120×103m；V：冷却水流速，取6-10m/s，实际取8m/s；即结晶器水缝面积为：F+QkS×106/（3600v）=1.67×103mm33.5 结晶器的冷却系统为使结晶器壁有较高的导热系数，在铜壁与冷却水之间不能产生水垢和沉淀物。
由于结晶器的热负荷很高，接触结晶器壁的冷却水有时会达到汽化的温度。
为了防止出现水垢，水必须经过软化处理或脱盐处理[9]。
结晶器内冷却水的流量，一般按断面周长长度每毫米2-2.5每毫米计算。
经过净化及软处理的水一般都是循环使用。
采用封闭式供水系统。
充分利用回水系压有利于节能。
3.5.1 结晶器的倒锥度钢水在结晶器内凝固是因坯壳收缩形成气隙，通常是将结晶器作成倒锥度，后者定义为：△ =（S上—S下）/S上×L （3.3）式中：△：结晶器的倒锥度 %/m；S上，S下：结晶器的上边口，下边口长；L：结晶器长度。
倒锥度取值不能太小，也不能太大。
过小则作用不大，过大则增大了拉坯阻力，甚至卡钢而不能出坯[9]。
结晶器设计计算
结晶器设计计算----2a54667e-6eba-11ec-8c1c-7cb59b590d7d 通过结晶器的热流量通过结晶器释放的热流可计算如下q=levp{c1（te-tl）+lf+cs（ts-to）}（3.1）式中：q：结晶器钢水放出的热量，kj/min；l：结晶器横截面周长，4.012m；e：出结晶器坯壳厚度，0.012m；v：拉速，2.2m/min；p：钢水密度，7.4×10⒊kj/kg℃由此可得：q=levp{c1（te-tl）+lf+cs（ts-to）}=62218kj/min结晶器水缝面积计算结晶器的水隙面积与单位水流量（冷却强度）、钢坯尺寸和冷却水流量有关。
模具的水隙面积可通过以下公式计算：f=qks×106/（3600v）（mm2）（3.2）式中：qk：单位水流量m3/nm，经验值取100-500m3/nm；取100m3/nm。
s：结晶器周边长度，4×120×103m；v：冷却水流速，取6-10m/s，实际取8m/s；即结晶器水缝面积为：f+q ks×106/（3600v）=1.67×103mm33.5结晶器的冷却系统为了使模具壁具有高导热性，铜壁和冷却水之间不会产生水垢和沉积物。
由于模具的高热负荷，接触模具壁的冷却水有时达到汽化温度。
为了防止结垢，水必须软化或脱盐[9]。
结晶器内冷却水的流量，一般按断面周长长度每毫米2-2.5每毫米计算。
经过净化及软处理的水一般都是循环使用。
采用封闭式供水系统。
充分利用回水系压有利于节能。
3.5.1结晶器倒锥钢水在结晶器内凝固是因坯壳收缩形成气隙，通常是将结晶器作成倒锥度，后者定义为：△ = （s向上-s向下）/s向上×L（3.3），其中：△: 结晶器反向锥度%/M；s上，s下：结晶器的上边口，下边口长；l：结晶器长度。
倒锥度值不应太小或太大。
如果它太小，它几乎没有影响，如果它太大，它增加了毛坯拉拔阻力，甚至阻止钢，不能生产[ 9 ]。
板坯连铸机结晶器的设计及计算
油缸卸压后 ， 靠碟形弹簧的压力使窄边夹紧。 （ ６ ） 各种冷却水配管 结晶器冷却水及板坯二次冷却喷水配管， 通过振
动 台上 的平 面密封 使水路 自行接通 。 （ ７ ） 润滑及液 压
３ ６ ２ ０ １ ／ ｍ ｉ ｎ
５ ０ ５ １ ／ ｍ ｉ ｎ
大连华锐重工集团股份有限公 司设计研 究院
摘 要： 通过 一 系列说 明 、 计算 ， 概 述 了板 坯连 铸机结 晶器
张梁敬
辛
鑫
的型式 、 功能特点及设计 要点。
关键词： 板坯连铸 ； 结 晶器 ； 冷却水量 ； 调宽装置 ； 内腔尺寸
板整体拆除刨修。 水箱内设有供结晶器冷却用的水冷 通道 ， 在与背板贴合 的铜板表面上开有水槽 ， 连续铸 钢期 间与宽 面铜板 接触 的钢水 热量通 过 这些水 槽 中
流动 的冷 却水导走 。
ｌ 概 述
结晶器是连铸机 中的铸坯成型设备。其作用是
将连续 不断 地 注入其 内腔 的钢 液通过 水冷 铜壁 强制
冷却 ， 导出钢液的热量 ， 使之逐渐凝固成为具有所要 求 的断面形状和一定坯壳厚度的铸坯 ，并使这种芯 部仍为液相的铸坯连续从结晶器下 口拉出，为其在 以后的二冷区域内完全凝固创造条件。文章围绕板 坯连铸机结晶器型式及功能予以阐述 ，并针对相关 应 用进行分 析计算 。
是通过长螺栓与内、 外弧水箱把合的， 在发生漏钢事 故或安装调整时操作方便 。用于冷却铸坯的喷水配 管分别安在内、外弧水箱 的底部通过喷嘴从两侧冷
却铸坯 。
（ ３ ） 左、 右窄边及窄边导向装置 左、 右窄边铜 板与背板把合后通 过卡板 与螺栓与 压板连在一起， 冷却水从窄面压板进出。与宽面铜板 样， 窄边铜 板也开有冷却水槽 对铜板进行 冷却 。
结晶器设计条件书.
公司名称
部门
负责人
电话
传真
客户类别
分类
介质情况
溶质名称
中文名称
如果溶剂不是水，请特别说明：
化学分子式
进料总量kg/h
进料浓度%
进料温度℃
溶液密度kg/h
动力粘度Pa.s
溶解度曲线作附件附后
溶液沸点℃
导热系数W/m.℃
PH值
晶体密度kg/m3
定压比热Kj/kg
溶液杂质及含量
或特别要求
结晶过程中有反应的反应热
水合物的种类及形成温度
性能要求
总结晶产量
Kg/h
产品的晶形(如果知道)
粒度温度℃
结晶温度
℃
分离后含水率
冷凝方式
材质要求
和物料接触方式
不和物料接触部分
冷凝器
其他
现有公用
工程
电装机容量
Kw
价格
元/度
蒸汽压力（表压）
Mpa
元/吨
冷却循环水温度
℃元Βιβλιοθήκη 立方冷冻水（如果有）℃
元/立方
流程简图
结晶器循环水冷却技术探讨
连铸机 以其能耗低、金属收得率 高、生产成本 低以及产品质量 高等特 点，在钢 铁行业得到了广泛地应用 。结晶器 作为连铸机的心 脏 ，高温钢 水在结晶器中凝固所释放 出的热量绝大部分是 由冷却水 带走的，因而，结晶器性能 的优劣对生产 效率和铸坯质量都会造成 直接影响。结 晶器性能受冷却 水水质 的影 响非常大。在实际操作 中， 冷却水的暂时硬度一般要控制在 ８ ０ ｍ ｇ ／ Ｌ（ 以Ｃ ａ ０计） 以内，补 充水 宜采用除盐水或软水。 在实际工作 中，为 了保 证结晶器具有 良好的传热效率 ，杜 绝水 垢的形成并尽可 能地延长结 晶器的使用寿命 ，采用何种冷 却方 式和 冷却水道结构能较经济 、合理 和适 用，需要技术人员根据所在钢铁 企业的客观实际情况进行不 断地探 索。本文 以某厂使用 的连铸机 为 实例，从技术和经济两个方面 对几种常见的结晶器循环水冷却 系统 进行了探讨 。 ２ 结 晶器 循 环 水 冷 却 系 统 简 介 ２ ． １ 开路 循 环 水 系 统 采 用 开 路 循 环 水 系 统 的 结 晶 器 回 水 直 接 利 用 余 压上 冷 却 塔 ， 经 冷却塔 降温后 的冷却 水再用泵加压送 回，此种系统一般采 用工业净
，
对所设计的三种循环水冷却系统 的能耗进行 比较 ，见表 ２所示 。
表 ２三种系统 的能耗对照表
名称 小 时补 充新 水量 年 补充 新水 量 小 时补 充 软水量 年 补 充软 水量 小时耗 电量 年耗 电量 敞开式 循环 水冷 却 系统 ７ ． ８ ０ ／ ｈ ５ ６ １ ６ ０ ０ ３ ５ ． ４ ｄ／ ｈ ２ ５ ４ ８ ８ ０ ｍ ３ ／ ａ ６ ０ ０ ｋ Ｗ ／ ｈ ４ ３ ２ ０ ０ ０ ０ ｋ ｗ ／ ａ 半 闭路循 环水 冷却 系统 ４ ３ ． ２ ０ ｍ ／ ｈ ３ １ ｌ Ｏ ４ Ｏ ７ ． ２ ０ ｄ／ ｈ ５ １ ８ ４ ０ ｍ ／ ａ ７ ３ ２ ｋ Ｗ ／ ｈ ５ ２ ７ ０ ４ ０ ０ ｋ Ｗ ／ ａ 闭路 循环 水冷 却系 统 ４ ３ ． ２ ０ ｍ ／ ｈ ３ １ ｌ ０ ４ ０ １ ． ４ ４ ｄ／ ｈ ｉ ０ ３ ６ ８ ｍ ／ ａ ５ ９ ０ ． ５ ｋ Ｗ ／ ｈ ４ ２ ５ １ ６ ０ ０ ｋ ｗ ／ ａ
连铸结晶器及二冷室冷却水系统优化
冶全
１ ７
连铸 结 晶器 及 二 冷 室 冷 却 水 系统 优 化
李叶军 徐 忠 良
（ 杭 州钢铁 集 团公 司转 炉炼钢 厂 杭 州 ３ １ ０ ０ ２ ２ ） 摘 要 ： 为减 少结 晶 器冷却 软水 的 消耗量 ， 降低 结 晶 器冷 却 水的硬 度 、 钙 离子 、 碱度、 氯 离子含 量 ， 降低 连铸
实 现一 台水泵 供一 台 连铸机 ， 结 晶器冷 却 水 实行 开 路循 环 ， 实行 两 开一 备 ， 三 台泵 前 后 通 过 公 用 管道
坯连铸机（ 以下简称 ： 连铸机）， １ 号连铸机 四机四 流， Ｒ ６ ｍ， 于２ ０ ０ ０年 ６月投 产 ， 产能 ６ ２万 ｔ ｈ
，
冶金
２ ０ １ ４ 年２ 月 第 一 期
２ 号水处理结结 晶器冷却水共用 四台冷 却 塔冷 却流 量为 ５ ０ ０ ｍ ３ ／ ｈ 。
１ ． ２ 连铸 水 系统水 质参 数
正常时某 日（ ７ 月份） 水质参数数据见表 １ 。
连铸 结 晶器 和二 次 喷淋 冷 却 水 系 统 设 备 运 行 表 １ 连铸 冷却 水水 质参 数
为了改善连铸机结 晶器 、 二 冷室冷却水水质 ， 减少 软 水 用 量 ， 确 保 连 铸 机 的设 备 正 常运 行 ， 改 善 铸坯冷却效果及提高铸坯质量 ， 为连铸机二冷水 冷 却今后采用气雾冷却创造条件 ， 同时提高冷却水循 环利用 率 ， 减少污水排放 ， 节 约 成 本 。公 司决 定 对 连铸水处理结晶器冷却水系统和二冷室冷却水 系 统进 行 改造 。水 质条件 的改 善 ， 可 以明 显 的改 善 连
铸机 铸 坯 质 量 ， 降低 废 品率 ， 改善 现 有 管 网 的工 作 状况 ， 延 长设 备 的使用 寿命 。
结晶器水冷却系统改进
两个液压伺服机构来分别控制两个液压缸的快速 升降， 从而带动结晶器快速上下振动。每个液压缸 上都装 有 一个 高精度 的位 置传感 器 ， 用于检 测液 压 缸 中活塞 杆 的移动位 置 ， 从而确定 振 动的振 幅 。
结 晶器另一个重要的部分是冷却系统 ， 冷却 介质是水 。冷却水通过不锈钢管连接到结 晶器内 部 的夹 套或 者蛇管 ， 用 于冷却 结 晶器 内的钢 水 。 由 于不 锈 钢 管 为 刚性 元 件 ， 而 结 晶 器 又 在 不 断地 振 动 ， 所 以钢管 与结 晶器 之 间 是 通 过 波 纹 管 来连接 的。由于结构上的原 因 ， 结 晶器 的振动不 可避免地造成 了冷却水的压力的变化。 改进前结晶器冷却水管路上采用的减振元件 是隔膜式球形蓄能器 ， 但是此类元件在现场 的使 用 中极易损坏 ， 造成冷却 系水压力峰值无法平滑， 各连接处螺栓易断裂 ， 造成系统橡胶补偿器 中部 螺栓疲劳断裂 ， 冷却水无法流出 ， 容易引起浇铸 中
（ Ｊ ｉ ｕ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ＆Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｊ ｉ ｕ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ３ ｓ ２ ｏ ｏ ￣
ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｍｏ ｄ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ｃ ｏ ｓ ｔ ， ｅ ａ ｓ ｙ ｍａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｈ ｉ ｇ ｈ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｉ ｓ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｍｉ ｎ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｈ ａ ｒ ｍ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｐ ｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｅ ｎ ｓ ｕ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ
关于炼钢车间连铸结晶器冷却水调整的调研
关于炼钢车间连铸结晶器冷却⽔调整的调研关于炼钢车间连铸结晶器冷却⽔调整的调研调研初步⽅案问题建议调研：随着公司节能减排项⽬的深⼊开展，攻关⼩组对连铸⼀冷⽔（结晶器冷却⽔）进⾏了诊断，认为节能潜⼒较⼤，随即对该系统进⾏攻关，在对连铸⼀冷⽔进⾏诊断后，认为，尽管规程上要求⼀冷⽔的压⼒不低于0.8MPa，但实际上结晶器进⼝⽔压较低，从连铸计计说明上也可以看出，要素在于保证⽔量和温差，实际也没有保证进⼝的⽔压，因为在保证⽔压下，流量和温差就偏离参数太多了。
初步⽅案：根据此⼯艺条件，在保证每个结晶器的⽔流量和温差的前提下，可以适当降低⽔压，所以选⽤测试中要求⽔压较⾼的参数，即进连铸总管压⼒不低于0.65MPa为宜。
流量保证满⾜要求。
问题：正当⽔泵选型安装完⼯准备调试的时出现了新的问题，就是三个连铸机的结晶器中铜管、内⽔套图纸是⼀样的，但是，其外部表观参数却不⼀样，就是同⼀连铸机，三个流的参数差异也⾮常⼤，3#连铸机和1、2#机的差异最⼤，详见下表：压⼒单位MPa，流量单位M3/Hr,拉速m/min,温差℃开始，怀疑是结晶器内部隔板密封内漏造成的，拆解部分结晶器，有漏的可能，但好像没那么严重，后经过调查，发现了2点问题，⼀是在品种钢攻关的时候，订制了6个加宽⽔缝（由3.5mm到4.0mm）的结晶器内⽔套，后经过调查，是先订了6个，但是订错了，是只能3#机⽤，⼜订了6套带电磁搅拌的内⽔套，这样就混杂在其中，在⽣产过程中，遇到加宽⽔缝内⽔套的结晶器，在正常流量各温差的情况下，进⼝压⼒就低，遇到正常⽔缝内⽔套的时候就出现进⼝⽔压⾼的情况。
⼆是我公司现⽤的结晶器铜管有两种供应⽅式，就是全新铜管和(保过钢量的)返修铜管，新铜管在尺⼨上是⽐较符合图纸要求的，作为功能计价在保证过钢量的前提下，使⽤了⼀部分返修的，返修铜管在内部尺⼨上能达标，但外部尺⼨偏⼩（1mm），出现了⽔缝偏⼤的情况，即遇到返修结晶器铜管，配装未加宽⽔缝的内⽔套，⽔缝变成了4.5mm,遇到返修铜管配装加宽内⽔套的结晶器，⽔缝变成了5mm,这种情况，也是结晶器进⼝压⼒偏低的原因之⼀。
结晶器冷却水流量和压力双调节技术的应用
工调节方法牺牲 了系统 的 自动化 程度 ． 并存 在调压滞
后 现 象 ：供 给 冷 却 水 的 联 合 水 泵 房 距 离 连 铸 机 特 别 远． 管网对供 水压 力有 一定 的影 响 ． 通 常水泵 房 的出
结 晶器冷却水 由联合水泵房提 供 ． 供水 压力可 根据生 产 的需 要随时改动 。结晶器冷却水 系统如 图 ｌ 所示 。
源头稳定供 水压力 。另外 ， 在各流结 晶器入 口前增 加
调节 阀． 通 过 自动 化 程 序 控 制 ． 在保证 结 晶器流量 的
前提下 ． 调 整调节 阀的开度 来确保结 晶器运行在合 适
的压 力 下 。
ｌ存在的 问题
（ １ ） 压力波动 。
作者 简 介 ： 张彤 （ １ ９ ８ ３ － ） ， 工程 师 ， 从 事 自动化 研 究与 应 用
水压力 比连铸机侧 的供水压力 大 Ｏ ． １ ＭＰ ａ ，甚至更 多 ．
水泵房人员按连铸 主控要求调压 肯定不合适 ． 可 能 要 进行多次调整 ， 造 成 管 网 的压 力 波 动 （ ２ ） 各流结晶器无法单独控制 。
该连铸 机前 期设 计 时没有 考虑 多断 面 同时生 产 的情形 ． 各 流的结 晶器供水管 道都是直接 连接供水 主
自动 化 应 用 ２ ０ １ ５ ｉ ４期 ｉ ４ ８
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４ — １ １ － ２ ６
ＨＭ Ｉ 及
ＰＬＣ 控 制 系 统
联 网完 成 后 ． 利用停 机时间修改连铸公用 Ｐ Ｌ Ｃ硬 件 网 络 组 态 ．建 立 连 铸 公 用 Ｐ Ｌ Ｃ与 水 泵 房 Ｐ Ｌ Ｃ 的 Ｔ Ｃ Ｐ ／ Ｉ Ｐ网 络 连 接 ． 并修 改连铸公 用 Ｐ Ｌ Ｃ程 序 ， 把 供 水
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在方坯连铸中，低、中、高碳钢对结晶器水量的控制有何要求？
09-29
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1。
表1 方坯结晶器的供水量
铸坯断面，mm
150×150
120×120
90×90
结晶器供水量，m3/h
72~108
57.6~86.4
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。
矩型坯连铸机二冷水控制数学模型的实现
∙作者：王博弥春霞
∙出处：
∙阅读：
∙发布时间：2003-11-24 0:00:00
∙供稿：山东莱芜钢铁集团有限公司自动化部钢区车间炼钢站
1 概述
目前钢铁生产厂的铸坯生产大多都采用立弯式连铸机，该类型的连铸机从浇注到成材需要经过两次水冷却，即一次冷却和二次冷却。
一次冷却是由结晶器来完成，这个阶段的目的是使钢水冻结成型，然后钢坯进入二冷区，二次冷却水在整个连铸生产阶段是最重要的，它的冷却效果直接影响着钢坯的质量。
根据钢坯的规格，对二次冷却水的要求也是不一样的，本文
主要介绍大方坯连铸机的二次冷却水模型。
2 二冷水的工艺简介及控制思路
钢水从钢包注入中间罐后，经由水口进入结晶器进而冻结成型，然后在引锭杆的牵引下钢坯进入二冷区。
二冷水的控制方式根据现场实际工艺要求（包括钢种、规格、质量等要求），理论上确定沿浇铸方向预测凝固厚度梯度和温度分布变化，与实测表面温度和拉速来控制冷却水的流量和压力。
再经过PID调节对钢坯进行不同程度的冷却。
3 二冷水数学模型的控制方式
首先要对矩形坯连铸机的生产工艺特点及设计控制系统的优缺点进行具体的分析，掌握各设备的控制方法和控制参数，然后确定相应的计算方法。
3.1 二冷水控制方法
配水系统分为结晶器冷却水和二次冷却水两大部分，结晶器冷却为全水冷却，分为宽窄两个回路，水量不同；二次冷却水分四段进行配水控制，即足辊段、Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段,共分为七个回路。
其中足辊段为全水冷，单一回路。
其他三段为水汽喷雾冷却，依据内外弧和窄边分为六个回路。
结晶器水量为固定参数，不予调节。
二冷各段采用水表控制。
各回路二冷水量分配比:
4.2 主要实验
理论上较理想的配水曲线应该是一条二次曲线：Q=aV2+bV+c，但实际上计算a、b、c系数是十分困难的，所以一般用折线仿真曲线的方法进行配水控制，即每一段的配水根据拉速的变化计算公式为：
Qi=Ai*V+Bi
V---拉速M/分；
Qi---各段水量L/分；
Ai,Bi----二冷配水参数，随冷却方式和铸坯断面不同而不同。
计算所得Qi值作为每段水量的给定
值，然后PLC按照该给定值进行PID控制。
各回路冷却水量算法为：
正常拉速下按比例供水，各回路的水流量与拉速成正比，当拉速小于0.3m/min时，各回路水流量取恒值，即取拉速为0.3m/min时的水流量。
公式为：
Qi=Ai*V （V>0.3m/min）
Qi=Qi (V≤0.3m/min)
式中，Qi——各回路水流量，1/min
V---拉速, m/min
Ai、Bi——常数
按这个冷却制度进行320*410mm断面热试，存在如下问题：
在拉速低于0.47m/min时，矫直点温度在927℃-964℃之间波动，铸坯表面质量良好，配水制度合理；但拉速高于0.47m/min时，逐渐出现不正常现象，拉速约在0.47-0.6m/min
范围时，出现由轻到重的边角发黑现象；当拉速达到0.67m/min，也是本次热试的最高拉速时，铸坯表面出现横裂纹，裂纹在边角界面比较集中，铸坯表面温度低于900℃。
我们对这种表面质量问题进行了分析，并对给定配水制度作了评价。
这种现象明显表明冷却强度过大，从铸坯质量考虑，二冷区冷却制度应该根据钢种.钢的高温脆性来决定。
如4-1图所示：
由上图可以看出，钢脆性曲线可以分为三个区：
a)高温区（1300℃以上）在此区内钢的高温塑性和强度明显降低，使钢的脆性增加。
b)中温区（900-1300℃）在此温度区，钢处于奥氏体相区，的强度较高。
c)低温区（700-900℃）在这个区延展性降低，形成一个脆性区。
每一个钢种都有一条相应的脆性曲线，700-900℃是钢延展性最低的区段，钢坯如果在此区段内矫直，将形成表面横裂纹，因此，在二冷区铸坯表面温度应控制在中温区，在矫直点前应在900℃以上。
热试中之所以出现表面裂纹问题，就是因为冷却强度太大，造成在低温区矫直。
调节冷却强度的一般思路是减小各段配水系数，我们实验了这种方法，效果并不满意，虽然矫直点温度有所提高，但是，足辊段和二冷一段出口水温升高，冷却水量不够。
4.3 主要技术指标及达到的目的
我们对配水的数学模型进行了分析，认为问题的根源在于理想配水曲线的线性化模型不精确，偏差过大。
两种曲线对比如下图2：
从图2中可以看出，给定的配水曲线对理想曲线的抛物线作了二段线性逼近。
在低速段（依据以上分析，我们重新设计了配水模型，抛弃原二段线性化模型，采用三段线性化模型。
如图3所示：
如图3所示，在理想配水曲线的极点A处设置一个折点，使二段线性逼近变成三段逼近，新曲线与理想曲线吻合得相当好，减小了Ⅱ段折线的斜率，从而也减小了线性化曲线与理想曲线在Ⅱ段范围内的差值，使实际配水曲线更接近理想曲线。
我们根据新的配水模型计算了配水参数，经过实验，新的配水模型较好地解决了铸坯表面质量问题铸坯矫直点温度上升到960-1100℃之间，避开了700-900℃的高温脆性区。
5 结束语
该系统具有很高的控制水平，控制功能丰富、完善，实用性强；自投运以来，运行十分稳定可靠，故障率极低，所有信号处理及联锁控制均在PLC内自动完成，并可通过MMI进行在线监控及历史记录分析，使得电气线路变得十分简捷、可靠，减少了故障处理时间，减少了不安全因素，有效地提高了劳动生产率，改善了工作人员的工作环境，减轻了工作人员的劳动强度，取得了十分显著的经济效益。
由于该控制系统取得了极好的经济效益，具有很强的实用性、可移植性，在本行业及其它相关行业具有很高的推广价值。
参考文献：
1、厦门艾伦-布拉德利有限公司PLC-5 编程软件软件组态与维护，1993北京
2、厦门艾伦-布拉德利有限公司PLC-5 编程软件指令集，1993北京
作者简介：
1.王博，工程师，现从事冶金自动化控制工作。
（271104 山东莱芜钢铁集团有限公司自动化部钢区车间炼钢站）
2.弥春霞，工程师，现从事冶金自动化控制工作。
（271104 山东莱芜钢铁集团有限公司自动化部钢区车间炼钢站）。