[科普中國(guó)]-比水量

比水量是連鑄機(jī)二冷區(qū)單位時(shí)間內(nèi)消耗的總水量與單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)二冷區(qū)鑄坯質(zhì)量的比值，以L/kg為單位。它是連鑄二次冷卻噴水強(qiáng)度的指標(biāo)。1

研究背景連鑄機(jī)正常生產(chǎn)的要求是得到高的生產(chǎn)率和合格的鑄坯質(zhì)量。這兩個(gè)要求往往是相互矛盾的。在生產(chǎn)上，鑄機(jī)產(chǎn)量和鑄坯質(zhì)量是受鑄坯凝固冷卻過(guò)程的傳熱狀態(tài)和所承受的應(yīng)力狀態(tài)控制的。就傳熱狀態(tài)而言，它決定了鑄坯凝固過(guò)程的“冶金標(biāo)準(zhǔn)”，如出結(jié)晶器坯殼厚度、液相穴深度、鑄坯表面溫度等。因此，應(yīng)該確定合理的連鑄工藝參數(shù)，以滿足達(dá)到良好鑄坯質(zhì)量的“冶金標(biāo)準(zhǔn)”。

因此，研究操作參數(shù)如拉速、比水量、二冷區(qū)水量分布、鋼水過(guò)熱度、液相穴內(nèi)鋼水對(duì)流運(yùn)動(dòng)和二冷水溫度等對(duì)連鑄坯凝固“冶金標(biāo)準(zhǔn)”的影響具有重要意義。2

比水量的確定比水量是連鑄軋鋼二次冷卻噴水強(qiáng)度的指標(biāo)。比水量大小會(huì)影響鑄坯在二冷區(qū)表面溫度分布、鑄坯裂紋和偏析。此值主要決定于鋼種，一般為0.5～1.5L/kg。低碳鋼或裂紋不敏感的鋼種取高值；高碳鋼、高錳鋼、合金鋼或?qū)α鸭y敏感的鋼取低值。1

在生產(chǎn)中，根據(jù)鋼種特性確定比水量，對(duì)常規(guī)低碳鋼常采用強(qiáng)冷卻，增大冷卻凝固系數(shù)，縮短凝固時(shí)間，因此在同樣的冶金長(zhǎng)度下，可提高拉速，也就提高了連鑄機(jī)生產(chǎn)率。強(qiáng)冷卻的比水量為1.0～1.2L//kg 鋼。

如果鋼的裂紋敏感性增大，對(duì)連鑄坯的質(zhì)量要求較高，往往采用中等強(qiáng)度的冷卻。如中碳鋼、部分合金結(jié)構(gòu)鋼等，其水量為0.7～1.0L/kg鋼。

如果鋼的裂紋敏感性很強(qiáng)，如Cr系不銹鋼等，則要用弱冷卻。有時(shí)為抑制柱狀晶生長(zhǎng)，增大截面上等軸晶面積比亦要降低冷卻強(qiáng)度。采用弱冷卻比，水量小于0.7L/kg鋼時(shí)，鑄坯的表面溫度較高，結(jié)晶結(jié)構(gòu)上柱狀晶被抑制，等軸晶面積比相對(duì)提高。

因此對(duì)不同鋼種比水量是不同的，特別是合金鋼廠，由于鋼種多，比水量變化相當(dāng)大，從0.4～0.6L/kg變化到1.5～2.0L/kg。如按過(guò)去的配水方法，按澆鑄特性，把鋼種分成數(shù)類，每類一種配水方案，就要編制數(shù)個(gè)系列的配水表。每次根據(jù)鋼種調(diào)用和調(diào)整，人為輸入調(diào)整系數(shù)，調(diào)整后重新核算比水量，工作煩雜，使用不便 。

比水量確定時(shí)，要考慮斷面的影響。斷面大，比表面小，比水量相對(duì)要大一些。拉速對(duì)比水量亦有影響，拉速高時(shí)鑄坯通過(guò)噴嘴的時(shí)間短，對(duì)一單元鑄坯在某一個(gè)位置來(lái)說(shuō)，相對(duì)鑄坯的凝固層薄，表面散熱量大，因此噴水量就應(yīng)適當(dāng)加大。所以拉速高相對(duì)比水量大?？梢愿鶕?jù)凝固理論計(jì)算和按實(shí)際經(jīng)驗(yàn)建立拉速-比水量的函數(shù)關(guān)系。原則上拉速提高比水量也相應(yīng)增大，但不是比例函數(shù)關(guān)系。3

計(jì)算關(guān)系及舉例關(guān)系比水量又稱為冷卻比、冷卻強(qiáng)度，用W表示，是二冷區(qū)每千克鑄坯消耗冷卻水量，單位是L/kg。若二冷水流量為Q，澆注速度為G，則：

就是比水量=二冷區(qū)水流量/澆注速度。

舉例已知四流鑄機(jī)，鑄坯斷面175mm×225mm，vc=3m/min，若鑄坯比水量為1.0L/kg，求四流鑄坯二冷總水量（鑄坯密度ρ=7.6t/m3）。4

解：由

有

對(duì)生產(chǎn)的影響比水量對(duì)液相穴深度和鑄坯表面溫度影響如圖所示：

液相穴深度隨比水量增加而減少，當(dāng)比水量增加0.1L/kg時(shí)，液相穴深度減少約0.12-0.35m；鑄坯表面溫度隨比水量增加而下降，當(dāng)比水量增加0.1L/kg時(shí)，鑄坯表面溫度平均下降15-20℃。在一定拉速下。二冷區(qū)應(yīng)有合適的比水量。如坯厚170mm，拉速1.6m/min，比水量1.2-1.4L/kg；坯厚210mm，拉速1.1m/min，比水量0.9-1.0L/kg；坯厚250mm，拉速0.8m/min，比水量0.8-09L/kg。

在拉速相同時(shí)，比水量越大，坯殼表面溫度越低。而比水量相同時(shí)，拉速越大，坯殼溫度下降區(qū)越小。也就是說(shuō)，提高比水量或拉速，都可增加凝固殼內(nèi)溫度梯度(△T/△x)。但前者是增加△T，而后者是減小△x，是從兩個(gè)不同角度來(lái)提高溫度梯度。因此，調(diào)整比水量，對(duì)鑄坯表面溫度影響較大，而對(duì)凝固殼厚度影響較小；而調(diào)整拉速，對(duì)凝固殼厚度影響較大，但對(duì)鑄坯表面溫度影響較小。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張磊 - 副教授 - 西南大學(xué)