一、水系统的内容

    连铸机的冷却水系统主要分为两种：一种是生产使用的工艺水，一种是设备保护用的设备冷却水。生产用的工艺水就是将钢水内大量的热量带走使得钢水由液态凝固成铸坯的冷却介质，也就是我们常说的连铸机一次冷却水和二次冷却水；由于设备所处环境均为高温环境，为了防止设备受到热损坏，必须使用冷却水进行保护，这部分水称为设备冷却水。本文就现代连铸机的工艺水即连铸机的一次冷却水和二次冷却水进行详细的介绍。

    二、连铸机工艺水

    1 结晶器水

    结晶器水即上述的一次冷却水。液态钢水进入结晶器后，热量迅速传导给结晶器铜板，结晶器水则高速从铜板另外一侧流过，将铜板吸收的热量带走，液态钢水通过如此连续进行的热交换，释放掉钢水内部的热量，在钢水与铜板的接触面之间形成坯壳，从而达到一次冷却的效果，图1为结晶器水工作示意图：
 
   
    图1 结晶器水工作示意图
    A区域为液态钢水，C为结晶器铜板，D为结晶器水，B为钢水凝固后形成的坯壳，液态钢水热量传导方向：A－B－C－D，最后由结晶器水带走。

    （1） 水流速度和流量控制

    根据生产状况和条件的改变，比如浇铸不同的钢种、使用不同的浇铸速度、钢水温度发生改变、结晶器水温度的改变，对D区的水流速度和流量要求均要随着变化，因此现代连铸机结晶器水的控制均采用计算机远程自动控制，如图2；图中控制阀组全部为远程无级调节阀，根据不同的生产条件，计算机二级系统会不断的给控制阀发出控制信号，从而控制热流速度达到控制坯壳凝固速度的目的。

    （2） 事故水系统的设置

    由于结晶器内部流动的是高温的钢水（A），而结晶器铜板（C）又是导热系数非常好的金属，因此对于结晶器水（D）的流速要求比较苛刻，流速高了，会导致冷却不均匀，且无法控制坯壳的生长速度；而流速低了，结晶器水槽内的水会沸腾产生高温高压蒸气，进一步影响水流速度，导致蒸气越来越多，最后可能会导致爆炸，加上结晶器周围全是液态钢水，爆炸会把液态钢水喷洒出去，这将是非常可怕的事故。因此无论发生什么生产情况，结晶器内的水流速度必须保证，这就产生了事故水的问题，如图3，在进水总管道上增加一个高位水箱或者水塔，事故状态时，水箱或者水塔内的水在重力作用下进入结晶器，此时事故阀门打开，回水呈现无压状态，确保结晶器进出水压差，达到事故状态水流速度的稳定要求；为了保证事故状态事故阀事故水无压排放，事故阀设置采用了并联两个阀门的方案，事故时同时动作，即使有阀门发生故障，另外一个阀门依然可以满足排水要求，确保生产安全进行。

    （3） 结晶器水的压力控制

    结晶器铜板很薄，目的是提高导热效果，但是对水压要求较高，过高的压力可能会导致渗水、铜板变形甚至损坏结晶器，为了防止水压波动带来的损坏，可在进回水管道上设置一个持压泄压阀，（图2中稳压阀）当水压力有波动时，持压泄压阀会稍微打开一点将多余的压力泄掉，保证结晶器的压力稳定在一定的范围内；在更换完结晶器后，结晶器内水被排空，这个时候如果直接打开主阀给结晶器注水，会产生水锤现象，对结晶器冲击很大，降低结晶器的寿命，严重时可能会损坏结晶器，为了防止这种损坏和影响，特意增加了充液阀，在打开主阀前，先使用充液阀将结晶器水充满，再打开主阀。关水时同样操作，先关闭主阀，再关闭充液阀。

    （4） 结晶器水的温度控制

    北方或者冬季时，如果长时间停产检修后，水温会比较低（一般低于5度），这个时候如果将水直接注入结晶器，铜板表面会产生一层冷凝水珠，这些水珠对生产非常不利，为了杜绝冷凝水珠带来的生产影响，可以先打开提温回路，将水循环起来，其中的调节阀起到节流升温的作用，在水温达到要求后在将水注入结晶器。

   
    图2 结晶器水控制原理图

    2 二冷水

    坯壳出了结晶器后，由于其内部仍然是液态钢水，此时，仍然需要大量的水将其内部液态钢水热量带走，这就是二冷水。如图3，图中灰色设备为结晶器，红色线条内为二冷水区域，坯壳内液态钢水内的热量在此区域内全部被二冷水/二冷雾化水带走，形成固体铸坯。

   
    图3 连铸机二冷水区域

    （1） 坯壳冷却中冷却水的运用

    在坯壳刚出结晶器的时候，坯壳很薄，为了使坯壳快速成长，在结晶器后面使用大量的水对坯壳进行冷却，为了达到这个目的，在连铸机的足棍、1段2段使用纯水冷却。如图4。在此后面的区域，为了防止铸坯过冷变形，且节约成本，使用雾化水进行冷却，如图5，原理就是使用少量的水，通过压缩空气作用，将水变成雾状以增加水与铸坯的接触面积，达到使用少量的水带走大量的热量的目的。

   
    图4 二冷水系统图前部

    （2） 冷却水的用量控制

    根据不同的钢种，不同的生产速度，冷却水的用量也是跟着变化的，因此所有水量控制阀均使用远程计算机自动控制，满足现代化快节奏的生产方式。如图4，图5中水控制阀组，这些控制阀在生产过程中不断的接受二级计算机系统发来的指令来控制和调整阀的开口度以达到控制模型中的水流量要求，如图3示意。

   
    图5 二冷水系统图后部

    （3） 宽度冷却分段控制

    对于宽厚板坯连铸机，由于使用同一台连铸机生产不同宽度的板坯（从950－2150mm），为了达到节能和防止在生产窄铸坯过程中，出现边部过冷的现象，现代化的连铸机会使用宽度冷却分段控制方式。如图6，红色区域为窄面板坯使用的区域，黄色区域为生产宽板坯时才打开的回路。
 
    
    图6 板坯冷却宽度控制

    （4） 加药设备的采用

    连铸机在生产过程中均会使用保护渣以保护钢水和润滑结晶器的功能，但是当二冷水与保护渣接触后，会产生弱酸性物质，这会腐蚀连铸设备，为了保护设备不受损伤，延长设备寿命，现代化的连铸机会使用加药设备将弱碱喷到保护渣上，使其在产生酸的同时中和成中性，避免产生酸性物质伤害设备。如图7，加药泵将碱打入水管，稀释后由喷嘴喷到铸坯表面，与保护渣发生化学反应，产生几乎中性的水。
 
   
    图7 加药装置

    （5） 渣沟氧化铁皮的清理

    连铸机生产过程中，会产生大量的氧化铁皮落进渣沟，老式铸机会单独设置一套冲渣水引进渣沟，利用这种水将氧化铁皮带走，但是工作过程中，为了节约成本，这种水水量不是很大，很难带干净渣沟中的铁皮，时间长了，渣沟内的铁皮越来越多，最后很难清理。为了避免类似的问题，现在一般采用二冷水来进行氧化铁皮的清理，也就是在生产的间隙，所以到设备的二冷水全部关闭，此时打开旁通阀，将大流量的二冷水送入渣沟，一方面达到系统卸压，保护设备的功能，另一方面，大量的二冷水将渣沟内氧化铁皮带走，达到清理渣沟的目的。实际生产证明这种方式清理渣沟效果非常好，而且节省了冲渣水设备的投资和运行费用，一举两得。

    三、 结语

    总之，现代化连铸机从设备配置到控制模型，均取得了很多有益的变革，对生产和维护均非常有利，对于老的生产厂，可以作为技术改造的范本；对于新筹备的生产线，也有很多可借鉴之处。