攀钢板坯连铸二冷配水模型地开发与应用陈永伍兵赵克文杨素波摘要：通过建立连铸板坯二维非稳态传热数学模型，分析了拉速、冷却强度和钢水过热度对铸坯表面温度地影响，改进和完善了现行地二冷配水制度.为进一步扩大攀钢板坯连铸新品种和提高铸坯质量奠定了基础.关键词：板坯连铸二冷配水数学模型Development and Application of Model of Secondary Cooling WaterDistribution in Slab Continuous Casting at Pan ZhihuaIron & Steel CompanyChen Yon gWu Bin gZhao Kewe nYang Subo(Pa n Zhihua Iron & Steel Research In stitute>Abstract: The effects of casting speed, cooling conditions and superheat on stra nd surface temperature have bee n an alyzed and the water distributi on in sec on dary cooli ng zones has bee n improved by using two-dime nsional tran sie nt mathematical model of heat tran sfer, which have provided refere nces for in creas ing new steel grades and improvi ng slab quality at Pan Zhihua Iron & Steel Compa ny.Keywrods：slab continuous castingsecondary cooling water distributio nm athematical model A1冃I」言攀钢1350板坯连铸机自投产以来,将所有生产钢种分为3组,套用意大利提供地3组连铸二冷水表(即3种配水制度>,用于浇注低碳铝镇静钢、普碳钢及优碳钢、低合金钢.各水表对应地最高拉速分别为:1.7、1.55和1.40m/min.因此，建立和完善离线二冷传热计算模型，制定适合以 1.8m/min拉速生产地二冷配水制度，是完成1.8 m/min高拉速攻关目标地需要.2数学模型地建立2.1凝固传热方程地导出连铸坯地凝固过程是通过水冷结晶器和二次喷淋冷却区把钢液热量带走，从而使之转变为固体地过程：1：.为了通过数模研究这一过程，以铸坯厚度方向为X轴,宽度方向为丫轴,拉坯方向为Z轴.考虑铸坯冷却地对称性,取1/4断面为研究对象，在建立数学模型前作如下假定：(1＞由于拉坯方向散热量很小，大约占刖％6%,故忽略Z方向传热。
(2＞拉速恒定时，传热条件不随拉速变化。
(3＞铸坯内两相区和液相区地对流传热用等效导热系数表示，将对流传热过程等效成传导传热过程。
（4＞凝固过程中比热c 地变化用转换热焓法处理 （5＞连铸机二冷区同一冷却段冷却均匀.经上述简化后，板坯凝固地二维传热微分方程为根据假设（3＞和（4＞,模型计算中引进如下方程：伞=汀一: d .心（2＞H = [ c （ T ）dT'（3＞将式（2＞和式（3＞代入式（1＞,得到如下地凝固传热方程：5 -山商尋）2.2初始条件和边界条件 初始条件：T （x,y ＞ |T=O =T O （浇注温度 ＞边界条件： 铸坯中心铸坯表面 （a ＞结晶器(7a>(7b>（b ＞二冷喷淋区(4>(5>(6>UJr = O—A ~~ 二7打-- T枣)(8a>(8b> (c＞空冷区£<?E(7； + 273尸—(了i + 273 / ](9a>arte T b + 273)4—( 丁它+ 273)4](9b>以上地导热方程加上初始条件和边界条件，构成了连铸坯地二维非稳态传热数学模型地基本方程组.采用有限差分法对上述方程进行离散化处理后，即可编写凝固传热数学模型.3数学模型地校验和验证3.1攀钢二冷条件下各冷却区“换热系数与水量(h-W＞关系”地确定根据不同拉速条件测温位置处地铸坯表面温度，及现场计算机系统采集地二冷相关参数，通过传热计算数学模型推算出各区地平均换热系数.应用最小二乘法原理，回归出攀钢连铸机二冷段各冷却区地平均换热系数与其水量地计算公式，各关系式表示如下：I区宽面：h=O.4218WT10(r=0.98>(10>U区：0 2740h=0.3243W (r=0.929>(11>川区内弧：h=0.3858诩3214(r=0.963>(12>W区内弧：h=0.4124WP5(r=0.962>(13>V区内弧：h=0.5482VF31(r=0.986>(14>3.2模型验证不同拉速条件下，根据现场实际水量模型计算地铸坯表面温度、凝固坯壳厚度和凝固终点位置与实际标定结果见表1(射钉法标定凝固终点>.从表1可以看出，模型计算值与实测值基本吻合，说明所建立地数学模型真实地描述了攀钢板坯连铸凝固传热过程•表1不同拉速下凝固坯壳厚度和铸坯表面温度实测值与计算地对比注:射钉位置在7〜8号扇形段之间,铸坯断面1/4处.4数学模型地应用4.1分析影响铸坯表面温度变化地主要因素4.1.1拉速地影响拉速对二冷传热和凝固过程影响极其明显，图1为二维传热模型地计算结果•由图1可知,在水量不变时，随着拉速地提高，铸坯表面温度升高.拉速每增加0.1m/min,铸坯表面温度升高15C .图1拉速对铸坯表面温度地影响4.1.2比水量地影响拉速一定时，比水量对铸坯表面温度有较大地影响，如图2所示.模 拟计算结果表明，铸坯表面温度随比水量地增加而降低.比水量每增加 0.05L/kg,在二冷区I 〜V 区铸坯表面温度平均降低 12C .图2比水量对铸坯表面温度地影响4.1.3钢水过热度地影响数学模型计算结果表明，钢水过热度对铸坯表面温度影响不显著，女口 图3所示.过热度每增加10°C ,在二冷段地I 、U 区铸坯表面温度平均 升高6〜8C ,在二冷段地M 、W 、V 区铸坯表面温度平均升高 2〜4C .但过热度高对铸坯内部质量不利，因此根据钢种和产品质量要求把过热 度控制在适宜地范围内.5fi JIA*"13和九 0 L i k[ O 范連v-1.辰旨in.比*■ 0組讯L /kg A HA *-i 触皿叽址木■ 0幅館L/ke v tiB ^1. /怙g It* * 0 &W1 Ltcoo1200F1：SO 11(XJ1050 &5030拉逢 18ni/fni prtH0?a L/kg o0. S528 L/k«為此水■ 0. 902a L/k ev B524 L /k<旄童月面聽倉加拉速 1. BmZnln比水翟0. B53A L A H a 洌水过热陵15'C 口鬻水过轉用2^ C 吕钢水过轴皿259Plfl 水ff 撐厦1时施实測値） o 钢术过陽度22弋（实潮伍』950 900,I图3钢水过热度对铸坯表面温度地影响4.2优化二冷配水制度攀钢板坯连铸自投产以来，一直沿用地是意大利提供地3组连铸二 冷水表（即3种配水制度 >,而这3种配水制度中最高拉速仅有1.7m/min,因此，为保证1.8m/min 拉速攻关目标地实现,必须建立与1.8m/min 相适应地二冷配水制度.同时,随着市场地不断变化及对产品 质量要求地日益苛刻，客观上要求攀钢扩大连铸新品种和提高铸坯质量. 对此，在Gleeble 1500热模拟实验机上进行连铸钢种地高温塑性测试， 根据具体钢种地高温延塑性性能，结合攀钢连铸机地具体情况制定各冷 却区地铸坯表面目标温度，在此基础上，利用传热计算模型计算出各冷却 区地水量及其分配. 4.2.1 1.8m/min 拉速实验及效果目前,利用修订和完善后地08AI 系列钢种地水表已成功地开展了 5 个中间包次1.8m/min 拉速地考核实验.每个包次以1.8m/min 拉速浇钢 都在3〜5炉以上，出矫直区铸坯表面实测温度与目标温度差值见图 4.血EJI VOM9 31 Si ■ Jt.i? J? J>34：M测溟时闻相戸rate图4出矫直区铸坯表面实测温度与目标温度差值由图4可见，出矫直区铸坯表面实测温度与目标温度差为-4〜13C . 同时,实验期间所浇铸坯表面、内部质量良好，这说明新开辟地连铸二冷 水表满足攀钢高拉速连铸生产地需要. 4.2.2 二冷配水制度优化调整后地现场使用效果1015 2Q距赶尺硯距希（E1200£ 1050^& » i6boT QV1 «丹邛土匚）譬于■•雲-10 ■ HR ILF自1998年9月以来,现场生产全面使用优化调整后地二冷水表.水表调整具有以下特点：一适当增加比水量，二将前两个冷却区地水量分配比例适当减少，而将第M、W、V区水量分配比例适当增加•表2对比了二冷配水制度分配调整前后地铸坯低倍检验部分结果.表2二冷水量分配调整前后地铸坯中心偏析比较从表2可见,铸坯地中心偏析缺陷得到了一定程度地改善，且现场铸坯表面质量检查，没有发现明显地角横裂纹等与二冷制度有关地缺陷•因此,二冷配水制度地优化满足了攀钢连铸地品种对二冷制度地需求.5结论(1＞凝固传热数学模型计算结果与现场实测结果基本吻合，准确地反映了攀钢连铸板坯凝固过程地实际情况，可用于指导连铸生产实践•(2＞经反复验证通过实验研究得到地各冷区地平均换热系数与水量地关系式是可靠地，为攀钢开展二冷配水制度地优化研究提供了可靠地依据•(3＞根据典型钢种高温延塑性能测定结果，改进和优化了连铸钢种地二冷配水制度，一年来地生产实践表明，优化后地二冷配水制度取得了改善铸坯内部质量地明显效果.这对今后攀钢开发连铸新钢种制定配水制度以及提高铸坯质量都具有重要地实用价值• 附符号表：T――铸坯温度/Cc——钢地比热/kJ ' kg-1' T-1入一一导热系数/WmT c-1T b――二冷区环境温度/ Ch ---- 平均换热系数/kWmf.C-1X D2――铸坯厚度地一半/mm© ――变换温度/C（T――斯蒂芬-波尔兹曼常数/kWmTk-4时间/sec钢地密度/kg .m-3&铸坯表面黑度q――热流密度/kW.m-2. -2. -1W水流密度/L.m.secY B2――铸坯宽度地一半/mmH热焓/kJ 'kg-1下标：宽一宽面。