连铸机冷却水系统常用阀门的选用

黄晨辉

（南京钢铁联合有限公司第二炼钢厂，江苏南京 210000）

0 引言

阀门在连铸机冷却水系统中的应用非常广泛，并且具有无可替代作用，连铸机冷却水系统中阀门具有调节水流量、启闭冷却水系统、停机检修等多用。既能保证连铸机良好运行，延长使用寿命，又能提升铸坯生产的合格率。但不同阀门有其独特的结构和性能，如果阀门选择不合理，会影响冷却水系统的调节能力，降低生产效率。本文结合理论实践，对连铸机冷却水系统常用阀门的选用做了如下探讨。

1 连铸机冷却水系统组成分析

根据系统运行结构和功能的不同，连铸机冷却水系统由4大系统共同组成。

（1）结晶冷却水系统。此系统中应用的水多为软水，且对进水压和温度有较高的要求。通常情况下，进水压力不能超过1.0MPa，运行水的温度要控制在（35～50）℃。

（2）设备间接冷却水系统。对水质的要求比较高，需要洁净的循环水，且水压在（0.6～0.8）MPa，运行水温度在（40～55）℃。

（3）二次冷却水系统。对水质的相对比较低，一般情况下浊循环水即可满足运行要求，但水压要控制在1.0 MPa 以下，温度要控制在（35～40）℃。

（4）设备直接冷却水系统，可选择浊循环水作为运行水，水压不能超过0.6 MPa，温度要控制在（35～40）℃。

2 连铸机冷却水系统中存在的问题

2.1 单流二冷水控制难度较大

在整合连铸机冷却水系统中，二冷系统为集中控制系统，如果在分段调节冷却水时，不能实现单独调节，则只能通过调节单流调节阀门来强制改变冷却强度。在铸坯生产过程中，合金钢的种类不同，拉速控制的范围也各不相同，对二冷系统分段调节的强度存在较大差异。如果单流调节阀门选择不当，会增加冷却强度控制的难度，从而导致铸坯发生纵向断裂、中心裂纹等内部质量问题。

2.2 气动调节阀门选择不当

在二冷水系统中，对阀门调节的精度有很高的要求，如果阀门选择不当，就无法准确控制冷却水的流量和强度，会影响铸坯的冷却效果，导致铸坯表面分布不均匀，水流量大时，冷却比较集中；水流量小时，难以达到冷却效果，从而导致铸坯角裂漏钢、中心裂纹等质量缺陷。

2.3 喷嘴容易发生堵塞

二冷水源对为浊循环水，悬浮物≤20×10-6，最大粒径≤0.1 mm；全硬度≤140×10-6、钙硬度≤75×10-6、氯离子≤140×10-6、硫酸根≤140×10-6。在运行过程中，如果阀门选择不合理，在这些杂质的影响下，会造成喷嘴堵塞，降低冷却效果，不利于铸坯合格率的提升。

3 连铸机冷却水系统常用阀门的选用

阀门是连铸机冷却水系统的主要组成部分，对整个系统持续、稳定性运行有重要意义，此外，对铸坯生产的质量也有一定的影响。因此，需要根据连铸机冷却水系统运行实际情况，选择与之相适的阀门才能满足实际需求。选择阀门时，既要满足一般性能的要求，也要满足连铸机特殊性的要求，常用的阀门有2 种。

3.1 蝶阀

蝶阀也被称为翻板阀，是一种结构相对简单调节阀，可应用在低压管道介质开关控制中，蝶阀的工作原理是通过阀瓣或者碟版围绕阀轴的转动来达到介质开关的一种阀门。按照结构的不同可分为中心密封蝶阀、单偏心密封蝶阀、双偏心密封蝶阀和三偏心密封蝶阀。

在连铸机冷却水系统中常用的蝶阀有两种，一种是中心密封蝶阀，另一种是双偏心密封蝶阀。其中后者在0°～90°阀门开启时，阀瓣只需要从0°转到8°～10°即可，操作比较变便捷，而且对阀瓣和阀座的磨损比较小，可提升阀门的使用寿命[1]。连铸机冷却水系统在运行过程中，为提升冷却效果，需要对过滤器在进行定期清洗和检修，避免水中杂质堆积过多而影响冷却水运行效率。因此，在过滤器的进出口，比较适合安装双偏心密封蝶阀。其与位置可采用中心密封蝶阀，既能满足连铸机冷却水系统良好运行的需求，又能提升阀门使用寿命。和其他阀门相比蝶阀所具有的优势主要体现在以下2 个方面。

（1）蝶阀具有很高的密封性。蝶阀密封材料有两种，一种是合成橡胶，另一种是聚四氟乙烯+合成橡胶构成的复合阀座。其中合成橡胶在长时间使用过程中，会发磨损、老化、脱落等情况，会堵塞结晶器铜板水缝和轴承座，从而影响连铸机冷却水系统的冷却效果。而聚四氟乙烯+合成橡胶构成的复合阀座则具有很高的强度、耐久性、耐腐蚀性等，对系统的影响比较小。因此，在选择密封材料时，聚四氟乙烯+合成橡胶构成的复合阀座更加适用于铸机冷却水系统中，既能保证水量调节的精度，又能延长使用寿命，对提升铸坯生产的合格率也有很大帮助。

（2）蝶阀在调节水流量时具有明显的优势。当蝶阀开启角度在20°～70°时，即可对铸机冷却水系统中的水流量进行灵敏控制，比较适用于结晶器铜板冷却回路中，如何和结晶器铜板冷却回路中的启动调节阀和电池流量计相互配合使用，还能弥补启动调节阀的实际调节范围，提升应用效果[2]。

通过上述分析可以看出，蝶阀具有密封性高、流量调节精度高等优势，可很大程度上满足铸机冷却水系统对循环调节的需求。但蝶阀的也有一定的缺点，如：压力损失比较大，是普通闸阀压力损失量的3～5 倍。在选择蝶阀时，要充分考虑压力损失对铸机冷却水系统的影响，压力损失计算公式为：

式中 ΔP——在铸机冷却水系统中蝶阀造成的全部压力损失，MPa

K——阀门工作中压强损失系数，和蝶阀阀瓣的厚度有关，通常在0.2～1.5

K1——阀门部分开启时造成的压力损失系数，如果蝶阀全开，则K1=1

V——铸机冷却水系统中水流的平均速度，m/s

ρ——循环水密度，kg/m3

3.2 球阀

球阀的启动件由阀杆带动，围绕球阀的轴线进行旋转，可应用在流体介质的开关和调节中。整体结构简单紧凑，密封效果好，维护方便，不易被介质冲蚀，主要应用在截断或者接通管路介质中。在铸机冷却水系统中常用的球阀有两种，一种是浮动球球阀，另一是V 形开口球阀[3]。主要应用在管路大于DN125 铸机冷却水系统管路中。其中前者主要起开闭作用，而V 形开口球阀则主要应用是循环水流量调节中。球阀具有的特点主要体现在以下3 个方面。

（1）耐磨性比较高。在铸机冷却水系统中应有的球阀阀芯为合金钢喷焊，密封圈则为合金钢堆焊，在进行开关操作时，并不会对造成太大的磨损，硬度系数在65～70。

（2）密封性比较高。密封球阀采用人工研磨密，直到球阀阀芯和密封圈完全吻合后才能继续使用，因此，具有极高的密封性。

（3）开关比较轻。硬密封球阀的密封圈底，通过弹簧将密封圈和阀芯紧密连接到一起，当外界力量超过弹簧自身的预紧力时，开关启动非常轻。

和蝶阀相比，V 形开口球阀在流量调剂方面具有更好效果，特别是采用涡轮传统的V 形开口球，对流量调节的精度更高，并且还具有实时定位的功能，可调节的范围比较大，最大可调比达到100∶1，这一点是蝶阀无法比拟。

当球阀开度为10%时，可调节水量在4%在左右；开度为20%时，调节水量在8%在左右；当球阀开度为30%时，可调节水量在14%在左右；当球阀开度为40%时，可调节水量在18%在左右；当球阀开度为50%时，可调节水量在20%在左右；当球阀开度为60%时，可调节水量在24%在左右；当球阀开度为70%时，可调节水量在34%在左右；当球阀开度为80%时，可调节水量在54%在左右；当球阀开度为90%时，可调节水量在62%在左右，当球阀开度为100%时，可调节水量在100%在左右[4]。

从这几组数据中可以看出，随着球阀开挖的增加，调节量也随之增加，并且开度越大，调节范围变化量就越大。此类球阀比较适用于二次冷却系统支路循环水调节中。如果和回路中的气动阀以及电池流量计相互配合，则能进一步提升气动阀的调节范围。在设备间接冷却水回水支路中应用时，配合就地显示流量计，可精确分配水量，保证铸坯冷却效果，提升铸坯生产的合格率。

4 结束语

文本结合实践，探讨了连铸机冷却水系统常用阀门的选用，探讨结构表明，冷却水系统是连铸机持续稳定运行的关键系统，对铸坯生产质量和生产效率有重要影响。就目前连铸机冷却水系统运行现象而言，存在问题85%以上和阀门选型不合理直接关系，因此，为提升连铸机冷却水系统运行效率，必须根据系统结构和功能的不同，选择与之相适的阀门。如：双偏心密封蝶阀适用于启动比较频繁的过滤器进出口中，中心密封蝶阀则比较适用于结晶器回水管路的选择上，但在应用过程中，要充分考虑压力损失，避免影响调节精度。在二次冷去支路和设备间接冷却回水支路上适用涡轮传动V 形开口球阀。