立弯式铸机生产线结晶器循环冷却水温度控制

赵海鹰
（内蒙古包头钢铁公司，内蒙古 包头 014010）

　　摘　要：立弯式铸机生产线结晶器循环冷却水系统是闭路式的，其温度控制是靠板式换热器来实现的，实际运行中出现系统振荡和温度偏高的现象，通过对温控阀的品质调节，满足了运行的温度范围。
　　关键词：轧钢；结晶器；循环冷却水；温度控制
　　中图分类号：TU991.37；TF713.2
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009-2455(2002)02-0011-02

　　包钢立弯式铸机生产线（简称CSP）在热试阶段结晶器循环冷却水系统振荡和温度偏高，甚至超高的现象。由于CSP是全自动控制系统，水温超高，出现了铸机停浇的严重后果。

1 原因分析

　　立弯式铸机生产线结晶器冷却水属于闭路软水循环系统，炽热钢水（-1600℃）的初凝是在结晶器内完成的，形成3－8mm坯壳（中心仍是炽热钢水），在引锭杆作用下进人扇形段，进一步喷淋固化直至拉矫机，形成最终铸坯。如果在结晶器内冷却不均匀或成型不好，就出现拉漏、沾钢的严重后果。系统流程见图1。

　　系统设计水量是400～1560m³／h，浇铸水温是40～45℃，回水温度57℃，冷媒水温度是32℃，通过旁路回水与板式换热器的回水的混合，经热平衡达到工艺要求浇铸温度。其原理如下：

　　Q_放＝λm_放（t₁-t）
　　Q_吸＝m_吸（t-t₂）

　　式中：Q——旁路回水的放热量，J；
　　　　　λ——水的比热，J／（kg·k）；
　　　　　m_放——旁路水量，m³／h；
　　　　　t₁——旁路回水温度，K；
　　　　　t——混合温度（即浇铸温度），K；
　　　　　Q_吸——板式换热器的吸热量，J；
　　　　　m_吸——板式换热器支路水量，m³／h；
　　　　　t₂——板式换热器支路出水温度，K。
　　根据热平衡Q吸=Q放，得出，m_吸（t-t2）＝m_放（t1-t），按照浇注温度40～45℃时，水量由400～1560m³／h取点计算得知：m_吸分配量是48％～68％，m_放是32％－52％。在水温范围确定情况下，由温控阀来控制旁路和板式换热器支路的水量分配比例。
　　温度控制是通过换热器来实现的，经现场运行情况看，问题是2个二通温控阀的调节品质不好造成的。从工作站画面看，旁路上的温控间与板式换热器支路上的温控阀在不停地动作，调节回水量分配，出现系统振荡，温度偏高的现象。结晶器冷却循环水系统与铸机的浇注工艺具有信号交换及联锁。当冷却水一切参数符合浇注工艺时，在铸机操作室工作站画面上显示“水系统正常”字样及相关的参数，任何一项指标（流量、压力、温度或水质指标）出现超差时，铸机停止浇注。按照浇注曲线，若Ⅰ、Ⅱ流同时浇注或改变浇注板坯的规格、厚度（在线调整）时，冷却水系统的相应泵组和阀门都要启动（或停车）和调整（相互联锁），其中温度由铸机返回信号后，反馈到温控间上，从而作出温度调整，以达到所需浇注温度。

2 解决温控阀问题的步骤

2.1 设计方面

　　SMS（德国西马克公司）基础设计是三通温控阀（DN500），中方在做详细设计转化时，设计成M个直通式温控阀（2×DN250），原因是中方在国内采购不到这个温控间，这样就比三通阀的调节品质要差一些。在总流量不变的情况下，三通阀在开大一个的同时，另一个相应开度减少。调节好的三通阀，在温度信号输人到调节器后，经过比较得出偏差值，直接作用到执行机构，运转到位后，旁路水量与换热器支路水量自然就得出分配水量，从而满足热平衡所需的浇注温度；而改成两个直通单座阀，尽管已调整好（按照温度、分配水量通过热平衡式得出调整运行点），但两阀存在控制灵敏度、精度以及动作频繁程度和随之引起的磨损等方面的差异，从而出现调节品质不好的结果。
　　经现场运行观察，旁路温控间行程在开大的同时，换热器支路上的温控间在开大，但范围不明确，出现振荡、温控不好的情况，为此，对这二个阀参数进行了比较修正，如图2所示。

　　图2中的参数是按照热平衡式得出的，旁路流量32％－52％。（等百分比流量特性S＝0.5）板式换热器支路48％～68％，（直线注量特性S=0.5）的基础上绘制出来的，相对行程开度与流量范围变化的对应曲线图。
　　从2图中网状阴影可看出，旁路系统的行程开度在80％－100％之间，板式换热器支路在60％－100％两者匹配满足运行要求，其行程差值是20％，指在浇注温度范围确定的情况下，供水总流量由400－1560m³/h变化取点得出的旁路水量与换热器支路水量分配随相对行程变化而得出的相对流量变化曲线图。
　　曲线1是指旁路流量分配量为32％时的相对行程与相对流量的曲线（等百分比注量特性δ=0.5）。
　　曲线2是指旁路流量分配量为52％时的相对行程与相对流量的曲线（等百分比注量特性δ=0.5）。
　　曲线3是指旁路流量分配量为48％时的相对行程与相对流量的曲线（等百分比注量特性δ=0.5）。
　　曲线4是指旁路流量分配量为68％时的相对行程与相对流量的曲线（等百分比注量特性δ=0.5）。
　　图2中网状区阴影部分是指在供水总量在400－1560m3／h变化情况下，旁路温控间与换热器支路温控间满足浇注温度范围的行程调节幅度运行区域（两阀匹配的相应区域），也就是两阀真正满足工艺的运行区域，其余地方的行程开度就是未做调整时的对应的曲线。从图2中可以看出两阀匹配范围太大，导致两阀不停动作，出现系统振荡，温控调节品质不好，温度偏高的事故。
2.2 设备的调节；
　　按照这两个二通温控间的行程差值和网络区域的相对行程与相对流量的变化即（48％～68％）（θ/θmax）对应（56％～100%）（ρ/ρmax），对阀门的阀芯和行程进行了调整，如图3所示。

　　图3中实线为调整测试后的阀芯结构，虚线为原来的问芯，相对应的丝杠行程和极限也重新调整，将56％～100％改成0～100％，满足48％～68％的变化要求。对于旁路温控间则保持相对流量32％～52％，对应相对行程79％～100％变化不做调整。

3 运行情况

　　经过对这二个温控间行程变化与流量变化的准确计算对应，并据此对阀开启刻度重新定位后，运行稳定，不再出现振荡和温度偏高或超高的现象，满足了目前热试的正常生产。

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　　作者简介：赵海鹰（1966-），男，内蒙古包头人，工程师，内蒙古包钢薄板坯连轧厂，电话（0472）2187742或（0472）2187482。