板坯连铸动态轻压下系统参数的优化及应用_谢长川

板坯连铸动态轻压下系统参数的优化及应用

谢长川1,张炯明1,王新华1,陈志凌2,孙军2,焦玉亮3,王成3

(1.北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083;2.中冶连铸技术工程股份有限公司,湖北武汉430073;

3.泰山钢铁公司不锈钢厂,山东莱芜271100)

摘要:泰山钢铁公司不锈钢板坯铸机的动态轻压下系统,其扇形段设备、控制系统和计算模型全部为自主设计、制造,首次实现了动态轻压下系统的完全国产化。实践表明该铸机设备性能稳定、控制模型计算准确,铸坯质量良好。对轻压下过程中,扇形段的受力变形进行了有效的补偿。通过大量的生产试验,对动态轻压下技术的关键控制参数进行了优化,得出了最佳的轻压下参数。

关键词:板坯连铸机;动态轻压下;中心偏析

中图分类号:TF777.1文献标识码:A文章编号:100221043(2010)0120053205

Study on parameters for slab CCM dynamic soft reduction system XIE Chang2chuan1,ZH ANG Jiong2ming1,WANG Xin2hua1,CH EN Zhi2ling2,

SU N Jun2,JIAO Yu2liang3,WANG Chen3

(1.Metallurgical and Ecological Engineering school,U niversity of Science and Technology Beijing,Beijing100083,China;T EC Engineering Co.,Ltd,Wuhan430073,China;

3.Shandong T aishan Steel Grop Co.,Ltd,Laiwu271100,China)

Abstract:The Dynamic soft reduction system of stainless steel slab continuous casting machine in T aishan Steel including the segments,control system and calculation module are all domestic designed and manufactured and thus the aim of whole dynamic soft r e2 duction system made in China is realized for the first time.Practice shows that the cast2 ing machine is featured of high stability,calculation of the module is accurate and the quality of the slab is excellent.In the process of soft r eduction the defor mation of the segments is effectively compensated.T he critical control parameters for the dynamic soft reduction technology are optimized through a series of production experiments and the optimal parameters for soft reduction determined.

Key w or ds:slab continuous casting machine;dynamic soft r eduction;central segrega2 tion

凝固过程中,在固液界面富集的溶质原子将由于双扩散对流发生宏观迁移并向最后凝固的地方聚集,形成宏观偏析。在板坯连铸凝固过程中,凝固后期液相穴的相变体积收缩、尤其是由于坯壳鼓肚造成的内部负压差将加剧这种流动和溶质富积、从而加重中心偏析程度。连铸动态轻压下技术就是通过在线跟踪铸坯凝固进程,适时地在铸坯凝固末端给予一定的机械压下,以弥补末端两相区的凝固体收缩,从而减轻乃至消除中心偏析、疏松[122]。该技术问世以来一直受到广泛关注,长期以来我国对该技术始终依靠引进。

泰山钢厂220mm@1600mm不锈钢板坯铸机,是第1台实施了动态轻压下技术的国产板坯铸机。该铸机的机械设备、控制、液压系统以及动态配水、轻压下模型全部是自主开发、设计、制造。自2008年初投产以来,已顺利浇铸出了铁素体、马氏体不锈钢。本研究为了进一步提高铸坯质量,减小中心偏析程度,通过生产试验对相关参数

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2010年2月第26卷第1期

炼钢

Steelmaking

Feb.2010

Vol.26No.1

作者简介:谢长川(1976-),男,北京科技大学冶金与生态工程学院,工程师,博士生,从事连铸新技术的研究。

进行了优化。

1 动态轻压下技术系统构成

该铸机的动态轻压下系统由动态配水模型、动态轻压下模型、具有远程辊缝控制功能的扇形段系统三部分构成,如图1所示。动态配水采用坯龄模型来控制二冷水量,在坯龄模型中拉速不再直接决定水量的大小,而是通过拉速计算出某个铸坯切片

所在位置,依据它的位置和生成时间供给所需的水量。根据传热模型计算出的铸坯表面温度动态修正各区水量,使铸坯表面温度控制在目标温度范围内。同时给出铸坯中心固相率、坯壳厚度、凝固终点等参数。动态轻压下模型根据计算出的固相率和相关冶金数据库的设定值,向扇形段控制系统发出动作指令。扇形段控制系统动态调整相关扇形段的辊缝值,

对铸坯实施轻压下。

图1 动态轻压下技术系统构成图

通过模型计算得到的表面温度和中心固相率,分别是二冷配水和轻压下控制的基础。再通过测量铸坯表面温度和凝固终点温度对温度场计算模型进行修正、校核,确保计算结果与实际情况相吻合,从而得到理想的控制效果。

轻压下的3个关键参数是压下位置、压下速率和总压下量。

2 轻压下参数的优化试验

动态轻压下最终体现为控制扇形段辊缝值。模型计算准确是前提,执行机构必须能够动作到位,才能确保动态轻压下的顺利实施。这就要求扇形段本体有足够的强度,在压下时受到铸坯很大的反力而变形,必须对之进行补偿,国外进行了相关研究

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,国内还未见相关报道。通过受力分

析和ANSYS 模拟计算以及离线加载方法得出合理的补偿量。本铸机共设计了11个扇形段,全部采用带位移传感器的夹紧油缸,进行辊缝远程控制,控制精度可以达到?0.1mm 。拉坯过程中,根据生产状况对扇形段实施0.2~1.0mm 的动态补偿。为了检测辊缝控制状态和补偿量的准确设定。进行了以下优化对比试验。

2.1 动态配水、传热模型校核

对距结晶器液面9.74、13.58、20.33m 处,采

用红外连续测温仪进行了铸坯表面温度测量,结果如图2所示。图中横坐标是测量的时间,左边的纵坐标表示铸坯表面温度,右边的纵坐标表示拉坯速度。由图可以看到当拉速发生变化时,表面温度也随之发生变化。拉速变化时,要调整水量来稳定表面温度,但水量调整有滞后性,因此温度会发生波动。9.74m 处为靠近结晶器的区域,它的控制区范围小,水量调节速度快,温度波动可以控制在20e 以内。13.58、20.33m 处靠近铸机出口区,它们的铸坯温度受前面区域的影响较大,温度波动可以控制在35e 以内。测试结果表明,当铸机的拉速发生变化时,通过二冷水的动态控制,可以将铸坯的表面温度控制在很小的范围内波动。这有利于铸坯温度的稳定下降,降低热应力,提高铸坯质量,说明模型计算准确性较高。

采用射钉法对铸坯凝固终点进行校核,修正凝固传热计算模型。试验钢种为Q 235,在拉速分别为0.8m/min,1.0m/min,1.2m/min 的条件下,在离结晶器液面13.7m 和15.7m 处进行射钉试验。根据试验结果,修正传热模型的参数,使凝固终点的计算结果与实测一致。

2.2 参数优化试验

修正了传热模型后,设计了14组试验来优化轻压下的关键参数。轻压下的压下速率等于压下

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