板坯连铸机结构设计

(5)采用合适的结晶器保护渣 ;
下技术 ,对改善板坯中心偏析和疏松效果明显 。
(6)采用结晶器液面自动控制 ,保持结晶器 2. 2. 4 表面质量的控制
液面稳定 ,防止保护渣卷入 ;
(1)采取全程保护浇铸 ,防止钢水二次氧化 ;
(7)采用垂直弯曲型连铸机 ,有足够长的垂
( 2 )采用合适的结晶器保护渣及合理形状的
序号
技术装备名称
1 号连铸机
1 具有回转 、升降 、称量及钢水罐加盖保温的多功能钢水罐回转台
√
2 钢水罐下渣检测
√
3 大容量带挡渣墙中间罐及塞棒控制系统
√
4 中间罐钢水称量 、中间罐升降及对中
√
5 中间罐钢水液位自动控制
√
6 中间罐钢水连续测温
√
7 中间罐浸入式水口快速更换及事故闸板装置
√
8 钢水全程无氧化保护浇铸
图 1 中间罐流场仿真图 Figure 1 Simulation draw ing of tundish flow field
4. 3 结晶器温度场仿真计算 对结晶器铜板做了温度场仿真计算 ,针对不
同的铜板水缝结构和结晶器冷却水量进行了结晶 器铜板的温度场仿真 ,为结晶器设备设计及结晶 器冷却水量的优化提供了理论依据 ,并为改善铸 坯表面质量增加了一条可靠的途径 。
20 二冷模型动态控制
√
21 板坯质量管理
√
22 最佳切割长度优化模型
√
23 基础自动化和过程计算机 2级控制
√
15
No. 3 Sep tember 2009
《中国重型装备 》 CH INA HEAVY EQU IPM ENT
表 2 连铸机性能参数 Table 2 Performance param eters of con tinuous ca ster
《中国重型装备 》 CH INA HEAVY EQU IPM ENT
No. 3 Sep tember 2009
(3)稳定中间罐液位 ,尽可能减小由于中间 固末端的鼓肚导致的凝固过程中富集杂质的钢水
罐液位不稳定造成的结晶器液位波动 ;
向中心集中而形成偏析 ;
(4)采用合适的浸入式水口形状 ;
(3) 2号板坯连铸机采用凝固末端动态轻压
和二冷动态控制模型 。在设计中从根本的传热机 理入手建立了正确的板坯连铸二冷凝固传热数学 模型 ,并结合适宜的目标温度曲线进行仿真计算 , 在实际应用中既可实现二冷喷淋的水表控制又能 实现动态模型控制 。二冷动态控制模型可根据对 铸坯在线的跟踪和凝固传热模型的仿真计算 ,并 充分考虑铸坯的整个冷却历史过程 ,对各二冷回 路的喷淋水量进行实时控制 ,并及时反应工艺操 作参数变化对铸坯冷却状况的实际影响 。
关键词 :板坯连铸机 ;结构 ;设计 中图分类号 : TF777. 1 文献标识码 : A
Structural Design for Slab Caster
Zhang Yadong, M ao J inghua, L uo L ihua
Abstract: This paper describes overall layout, technique and equipment as well as p rocess data of No. 1 slab con2 tinuous caster p roject in Tiantie HotM ill Co. , L td. Advanced design methods are adop ted in this p roject, such as inte2 gral finite element analysis for ladle turret, the flow field calculation & water mould test of tundish, simulation calcula2 tion of temperature field in the mold as well as simulation calculation & dynam ic control model of secondary cooling wa2 ter, etc. which make this equipment have good operating condition after putting into p roduction.
采用了大容量中间罐技术 ,有利于夹杂物的 充分上浮以保证铸坯的质量 ,且对于多炉连浇也 较为有利 。为进一步改善钢水在中间罐内的流动 条件 ,以防止短路流 、减小死区 、改进流线方向 、增 加钢液在中间包内停留时间 、使非金属夹杂物颗 粒尽可能在处于液体状态时排除掉 ,中冶赛迪采 用了流场仿真软件并结合水模实验对中间罐的内 腔结构和控流装置进行了优化分析 ,为工程设计 提供了重要的理论依据 ,中间罐流场仿真图见图 1。实验结果表明 :中间罐内设置挡墙和挡坝 ,大
√
9 可在线调宽的结晶器
√
10 结晶器漏钢预报
√
11 结晶器液面自动控制
√
12 结晶器高频率小振幅机械振动
√
13 垂直弯曲型多点弯曲多点矫直
√
14 密排辊 、小辊径 、分节辊辊列
√
15 二次冷却区喷水与气 —雾冷却
√
16 火焰切割机
Βιβλιοθήκη Baidu
√
17 板坯在线去毛刺机
√
18 板坯在线喷印机
√
19 板坯在线称量
√
中冶赛迪股份有限公司 (以下简称中冶赛 迪 )负责连铸机工程的工厂设计 ,并担任技术总 负责 ,含相关的工艺 、设备 、自动化 、公辅系统的设 计和设备总成套 。本文主要介绍其中的 1号双流 1 650 mm 板坯连铸机项目 。
1 工艺布置
连铸机横向布置在车间内 ,分浇铸跨 、切割 跨 、喷印跨和出坯跨等四跨 ,包括主机区域及相应 的中间罐维修区 、机械维修区 、铸坯堆存区等 。
+ 0. 8
15 年产量 /万吨
204
4 连铸机工程主要设计特点
4. 1 回转台整体有限元分析 钢水罐回转台为短连杆式 ,具有设备操作便
捷 ,维护工作量少 ,安全系数高等优势 。针对回转 台的设 计 , 中 冶 赛 迪 采 用 Inventer 和 ABAQUS / CAE软件对其进行了整体级有限元仿真计算 ,包 括整体结构有限元分析以及放包过程的动态响应 有限元模拟等 ,为回转台结构的合理优化和工程 设计提供了重要的理论依据 。在回转台调试阶 段 ,对高位时的钢水罐支座在满包工况下 、处于静 力平衡状态时的最大下降位移进行了测试 ,实测 值为 9. 0 mm ,而有限元分析得到的数据为 9. 6 mm[ 1 - 2 ] 。可见有限元模型的建立是非常合理的 。 4. 2 中间罐流场计算及水模试验
(1)严格控制内部夹杂物 ,要求夹杂物少 ,分 布均匀 ;
(2)严格控制内部裂纹 、中心偏析 、中心疏松 等缺陷 ;
(3)良好的表面质量 ; (4)很低的气体含量 。 针对热轧工序对板坯质量提出的严格要求 , 炼钢及连铸工序需执行严格的质量管理 。炼钢 (含炉外精炼 )工序要提高钢水洁净度 ,严格控制 钢水中 S、P 及残余杂质元素 、易偏析元素的含 量 ,降低夹杂物含量 ,改善夹杂物形态 。此外 ,连 铸工序也要从多方面提高板坯质量 。 2. 2 板坯连铸机为提高板坯质量所采取的技术 措施 2. 2. 1 夹杂物的控制 (1)采取全程保护浇铸 ,防止钢水二次氧化 ; (2)采用大容量带挡渣堰的中间罐 ;
7 板坯定尺长度 /mm
8 000～10 400
8 工作拉速 / (m /m in)
0. 8～1. 5
9 铸机长度 /m
～32. 4
10 引锭杆装入方式
下装引锭杆
11 送引锭杆速度 / (m /m in)
～5
12 板坯二次冷却方式
水冷 +气水冷却
13 板坯切断方式
火焰切割
14 出坯辊道辊面标高 /m
针对含 Nb等易出现表面横裂纹和角部裂纹 的钢种 ,通过改善结晶器冷却强度可在很大程度 上减少质量问题的出现 。
《中国重型装备 》 CH INA HEAVY EQU IPM ENT
No. 3 Sep tember 2009
4. 4 二冷水仿真计算和二冷动态控制模型 在铸坯二次冷却方面 ,采用了二冷仿真计算
铸坯产生内部裂纹 ;
(5)采用二次冷却动态模型控制 ;
(2)采用密排小辊径分节辊辊列 ,最大限度
(6)设置板坯清理设施 ,对有缺陷的板坯进
减少铸坯鼓肚变形 ,有效降低铸坯内部固液两相 行清理 ,消除表面缺陷 。
区的总变形率 ; (3)建立合理的铸坯气水二次冷却制度 。
3 连铸机主要技术装备和性能参数
2. 2. 3 中心偏析 、中心疏松的控制
根据以上控制措施的需要 ,考虑到提高连铸
(1)严格控制钢水过热度 ,增加板坯等轴晶 机的生产率及自动化水平 ,连铸机采用的主要技
率;
术装备见表 1。
(2)采用密排辊小辊径分节辊辊列 ,防止凝
连铸机的性能参数见表 2。
表 1 连铸机采用的主要技术装备
Table 1 M a in techn ica l equ ipm en ts used in the con tinuous ca ster
直段 ,以利于夹杂物的上浮 。
浸入式水口 ;
2. 2. 2 内部裂纹的控制
(3)采用结晶器液面自动控制 ,保持结晶器
(1)优化辊列设计 ,合理选用弯曲和矫直点 液面稳定 ,防止保护渣卷入 ;
的数量和半径 ,严格控制铸坯在凝固过程中 (尤
(4)合理的结晶器振动 ,减少板坯表面振痕
其是在弯曲 、矫直时 )固液两相区的变形率 ,防止 深度 ;
收稿日期 : 2009—07—28
14
2 连铸机主要工艺特点
2. 1 热轧对板坯的质量要求 连铸机的产品大纲有碳素结构钢 、优质碳素
结构钢 、焊接结构用耐候钢 、锅炉及压力容器钢 、 焊接气瓶用钢 、船用钢 、汽车大梁钢 、低合金结构 钢 、高耐候性结构钢 、桥梁用结构钢 、高层建筑结 构用钢 、高强度结构钢 、管线钢等 。要轧制这些钢 种 ,热轧工序对板坯的质量要求非常严格 ,包括 :
No. 3 Sep tember 2009
《中国重型装备 》 CH INA HEAVY EQU IPM ENT
板坯连铸机结构设计
张亚东 毛敬华 罗利华
(中冶赛迪工程技术股份有限公司连铸事业部 ,重庆 400013)
摘要 :介绍了天津天铁热轧板有限公司 1号板坯连铸机工程的总体布置 、技术装备及工艺参数 。该工程采 用了先进的设计手段 ,如 :回转台整体有限元分析 、中间罐流场计算及水模试验 、结晶器温度场仿真计算 、二冷 水仿真计算和二冷动态控制模型等 。该设备投产后运行状况良好 。
软件具有全面的功能模块 ,可以很方便地任 意添加或编辑连铸机的参数 ,然后通过合理的铸 坯目标表面温度曲线和迭代运算参数对各二冷回 路的水量进行设计 ,并结合针对连铸机的设计参 数 (厚度规格 、钢种组别和拉坯速度 )获得的水量 设计结果进行相应的水量分析和喷嘴分析 。为判 断设计结果的合理性 ,还可以在所设计水量的条 件下进行相应的二冷传热仿真分析 [ 4 ] 。
Key words: slab caster; structure; design
天津天铁冶金集团有限公司 (以下简称天 铁 )是国家重点冶金企业之一 。为了优化产品结 构 ,提高企业效益 ,天铁决定建设热轧板卷工程 。 该工程包括两座 180 t转炉 、两座 LF、一座 RH、两 台双流 1 650 mm 板坯连铸机及一套 1 750 mm 热 轧机 。工程投产后 ,预计年产 400万吨热轧板 。
16
型夹杂物排除效果明显提高 ;随着中间罐内钢水 液面的升高 ,夹杂物的排除效果更好 ;随着夹杂物 颗粒直径的增加 ,夹杂物排除率也相应的增加 ;随 着拉速的增加 ,夹杂物的排除效果变差 [ 3 ] 。
工程投产后通过钢水罐和结晶器取样对比发 现 ,中间罐能在很大程度上降低钢水中夹杂物及 有害元素的含量 。
序号
项目名称
1 号连铸机
1 连铸机机型
垂直弯曲型
2 基本半径 /mm
9 000
3 连铸机流数 /机 2流
2—2
4 垂直段长度 /mm 5 浇铸钢种 6 板坯规格 /mm
2 590 碳素结构钢 、优质碳素结构钢 、低合金高强度结构钢 、船用钢 、焊接结构钢 、焊瓶钢 、锅炉及 压力容器钢 、汽车大梁钢 、汽车结构钢 、耐候钢 、管线钢 、超深冲钢等 210、230 ×900～1 650
中间罐维修区两台连铸机共用 ,一步建成 ;机 械维修区 1号连铸机与 2 号连铸机独立设置 ;铸 坯堆存和清理区共用 。
连铸机的出坯区通过两条辊道与热轧相连 , 其中一条热送辊道与加热炉上料辊道相连 ,可将 铸坯直接送入热轧加热炉 ;另一条辊道与主轧线 辊道相连 ,铸坯既可下线又预留有直接轧制的可 能性 。