动态轻压下技术在连铸中的应用

Abstrac t: The princ iple and som e m odes of so ft reduction techn ique o f fina l stage of solid ification we re briefed. T he m ain techno log ical param eters of the technique w ere ana lyzed and d iscussed , such as po sition o f so ft reduction, so ft reduction ra tio , to tal so ft reduction am ount, so ft reduction rate, casting speed and so on. The application results o f th is techno logy w ere compared. It is concluded that th is techno logy is effec tive to abate centra l segrega tion, im prove qua lity o f produc t and pro duce high va lue added product. K ey word s: dynam ic soft reduction; cen tral seg regation; interna l soundness
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辊缝值 结晶器上口 结晶器下口 垂直段入口 垂直段出口 矫直一段入口 水平一段入口 水平末段出口 压下量 /mm 出口实际辊缝值 压下位置固相率
连铸
表 3 250mm 厚辊缝及压下参数值 Table 3 Param eters of 250mm th ick roll gap and redu ction
根据金属特性, 针对不同钢种, 分断面定义不同 的轻压下量、压下位置、辊缝间距, 具体数据如表 2 ~ 表 4。
辊缝值 结晶器上口 结晶器下口 垂直段入口 垂直段出口 矫直一段入口 水平一段入口 水平末段出口 压下量 /mm
出口实际辊缝值
压下位置固相率
Table 2
扇形段位置 /m 0
0. 80 1. 04 4. 00 15. 49 20. 21 34. 50
1 动态轻压下系统简介
1. 1 动态轻压下设备 莱钢 4#宽厚 板连 铸机 采用 了 VA I动 态 轻压
下和二冷配水技术, 动态轻压下系统主要由三大 部分组成, 其中动态轻压下和配水技术属于控制 部分, 带有液压缸可实现在线和远程控制的铸流 导向段设备系统是执行部分, 铸机主要技术参数 如表 1。 1. 2 动态轻压下技术的控制原理
实施轻压下时, 按工艺要求, 拉速恒定时, 不同拉 速水平下单位时间压下量应基本保持不变。但是, 在 动态轻压下的调整过程中, 即扇形段移动过程中, 这 一点却很难做到。当扇形段处于调整时, 铸坯承受的 总压下量为非调整时的两倍。如调整过程中的压下 参数无法保持恒定, 板坯的质量就不稳定。因此, 可 有可无的压下调整是有害的, 开发的动态轻压下模型 应尽可能减少不必要的调整, 争取一步到位。
由于动态轻压下比静态轻压下能更好的改善铸 坯内部质量, 因此现阶段关于轻压下技术的研究多 集中于动态轻压下。动态轻压下技术主要由热跟踪 模型、自动调节系统和能够实现远程控制的扇形段 3 部 分组 成。其 中热 跟踪 模 型和 自 动调 节 系 统 能够
在浇注过 程中, 根据 浇注工 艺条件 ( 钢种、浇注 速 度、冷却水量 ) 实时计算液芯及两相区位 置和目标 辊缝。远程控制扇形段则是执行系统, 它根据指令 动态调整液压缸压力设置, 改变辊缝和压下量, 从而 保证非稳态浇注的轻压下效果 [ 1] 。
由连铸二冷动态控制系统进行二冷系统的在线 控制, 根据钢种、钢水温度、拉速等实际数据计算出 铸坯表面、中心温度以及固相区与液相区并存的液 芯位置, 提供给动态轻压下控制系统, 按此选择轻压 下扇形段位置, 实施轻压下设定并且采集反馈的液 ห้องสมุดไป่ตู้缸与辊列位置信号再对实际控制进行修正。
作者简介: 胡晓红 ( 1973 ) , 女, 本科, 工程师; E m ai:l lh jhxh lzy@ 163. com; 收稿日期: 2010 04 11
中碳钢 /mm 215. 00 213. 00 212. 00 211. 00 208. 50 207. 50 206. 50 4. 50
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高碳钢 /mm 215. 00 213. 00 212. 00 211. 00 208. 70 207. 70 206. 70 4. 70
1. 3 实施动态轻压下技术的关键问题 1. 3. 1 中心凝固率计算
压下位置是否合适决定了轻压下的工艺效果, 而压下位置是根据中心凝固率确定的。众所周知, 中心凝固率的具体数值很难在线检测, 必须依赖模 型计算。所以, 中心凝固率的计算精度, 最终决定工 艺效果。为了解决这个问题, 国内外许多研究者认 真研究了连铸凝固过程中大量的细节问题, 如凝固 收缩、偏析对凝固终点的影响等。虽然这些研究是 有用的, 但仍然无法保证中心凝固率计算准确, 其最 主要的原因是固相线温度不准。很多研究者给出了 固相线温度的计算公式。但这些公式之间的差别很 大,都是通过 统计得到的经验公式, 而不是理论计算得出的。选 取的样本不同, 回归出来的经验公式就不一样, 因此 难以获得共识。而且, 由于连铸是迅速冷却过程, 实 际的凝固温度会比固相线低几十度, 即存在过冷现 象。这两个问题在理论界至今都没有解决, 也就很 难要求在技术开发的过程中解决。
第 6期
胡晓红等: 动态轻压下技术 在连铸中的应用
9
项目
机型
设计工作拉速 /m m in- 1 轻压下范围 /m 中包容量 /t 轻压下区域
主要生产钢种 设计产量 /t
铸坯断面 /mm
表 1 铸机 主要技术参数
Tab le 1 M ain techn ica l param eters of casting m ach ine
中碳钢 /mm 267. 00 265. 00 264. 00 263. 00 259. 50 258. 50 257. 50 5. 00 252. 50 a 50% b 95%
高碳钢 /mm 267. 00 265. 00 264. 00 263. 00 260. 00 259. 00 258. 00 5. 50 252. 50 a 50% b 95%
表 2 200mm 厚辊缝及压下参数值
Param eters of 200mm th ick roll gap and redu ction
低碳钢 /mm 215. 00 213. 00 212. 00 211. 00 207. 30 206. 30 205. 30 3. 30
包晶钢 /mm 215. 00 213. 00 212. 00 211. 00 208. 50 207. 50 206. 50 4. 50
固相线温度是否 准确对凝固率计 算的影响很 大, 根据仿真研究固相线温度对凝固终点的影响约 30~ 60mm /! 。因此 100 ! 误差就会引起凝固终点 3~ 6m 差异, 如考虑过冷, 影响更大 [ 2] 。由于人们 采用的固相线温度计算公式都是经验公式, 计算误
差与钢种有关。因此, 即使某些钢种恰好准确, 也不 能说明整个模型就是准确的。另外, 模型所采用的 换热系数也是一个经验公式, 存在一定的误差。这 两个因素都使凝固计算的精度很难保证。 1. 3. 2 压下时机的选取
辊缝值 结晶器上口
结晶器下口 垂直段入口 垂直段出口
矫直一段入口 水平一段入口 水平末段出口 压下量 /mm 出口实际辊缝值 压下位置固相率
表 4 300mm 厚辊缝及压下参数值 Table 4 Param eters of 300mm th ick ro ll gap and redu tion
扇形段位置 /m 0
低碳钢 /mm 319. 00
包晶钢 /mm 319. 00
中碳钢 /mm 319. 00
轻压下技术是在收缩辊缝技术的基础上发展而 来, 它是通过在连铸坯液芯末端附近施加适当压力, 产生一定的压下量来补偿铸坯的凝固收缩量。一方 面可以消除或减少铸坯收缩形成的内部空隙, 防止 晶间富集溶质元素的钢液向铸坯中心横向流动; 另 一方面, 轻压下所产生的挤压作用还可以促进液芯 中溶质元素富集的钢液沿拉坯方向反向流动, 使溶 质元素在钢液中重新分配, 从而使铸坯的凝固组织 更加均匀致密, 起到改善中心偏析和减少中心疏松 的作用。轻压下技术出现之初并没有静态和动态之 分, 直到 20世纪 90年代中后期, 随着远程控制技术 的进步, 才提出了动态轻压下的概念。静态轻压下 是在浇注前预先设定好辊缝, 按照设定的拉速和工 艺条件进行浇注, 而动态轻压下则是在浇注过程中 能够跟踪凝固终点, 并随着终点的变化动态调整辊 缝的一种方法。
说明 一机一流直弧型
0. 7~ 1. 9
10~ 34. 49
40 Seg#l - 14#具备动态轻压下功能
中、低碳合金钢 150
200、250、300* 1 600 ~ 2 500
备注
垂直段长 1. 64m 根据钢种确定
固相率 fs: 50 ~ 105% 满中间包
采用分节辊、全液压控制
船板、管线系列 万 t/年
应用动态轻压下模型的目的是让压下位置随凝 固状态的变化而变化, 要减少调整, 就要理解液芯变 化的规律和特征。由于冷却强度是由钢种决定的, 在同一个连续浇注过程中, 影响液芯位置的独立参 数主要包括拉速、钢种和钢水温度。在这 3个因素 中, 拉速变化的影响最为复杂。拉速变化与液芯变 化不同步, 拉速变化后, 液芯需 要经过 20 ~ 30m in 才能稳定 [ 3] 。 1. 4 动态轻压下参数的定义
Application of Dynam ic Soft R eduction Technique in Continuous Casting
HU X iao hong, YU M ing jie, CH EN Yong sheng, HU Zeng yue, SH I L ei
( Steelm aking P lant o f L a iwu Iron and Stee l Co, L a iwu 271104, Shandong, Ch ina)
第 6期 2010年 11月
连
铸
C on tinuou s C asting
N o. 6 N ovem ber 2010
动态轻压下技术在连铸中的应用
胡晓红, 于铭杰, 陈永生, 胡增跃, 石 磊
( 山东莱钢股份有限公司炼钢厂, 山东 莱芜 271104)
摘 要: 简述了凝固末端轻 压下技术的原理, 对其主要工艺参数轻压下的位置、压下率、总 压下量、压下速率和拉速 等的确定进行了讨论和 分析。对 比了使用末端轻压下技术的效果。末端轻压下技术对 减少中心偏 析很有效, 对提 高产品质量、生产高附加值产品有重要意义。 关键词: 动态轻压下; 中心偏析; 内部质量 中图分类号: TF 777 文献标志码: A 文章编号: 1005 4006( 2010) 06 0008 04
扇形段位置 /m 0
0. 80 1. 04 4. 00 15. 49 20. 21 34. 50
低碳钢 /mm 267. 00 265. 00 264. 00 263. 00 259. 50 258. 50 256. 50 4. 00 252. 50 a 50% b 95%
包晶钢 /mm 267. 00 265. 00 264. 00 263. 00 259. 50 258. 50 257. 50 5. 00 252. 50 a 50% b 95%