D esign and applica tion of dynam ic secondary cooling system of slab ca ster a t J iuquan Steel
CHEN Zhiling (CCTEC Engineering Co. , L td. , B eijing 100081)
1 连铸机的工艺特点
1. 1 基本条件 连铸机的设计年产量为 100万 t,与铸机配套的
冶炼条件见表 1。
表 1 铸机配套条件
120 t转炉 120 t精炼炉 (LF) 预留 RH - MFB
平均出钢量
3座 (第一期 1座 ) 3座 (第一期 1座 )
1座 120 t/炉
1. 2 产品大纲 产品大纲如表 2所示 。
酒钢 200万 t工程板坯连铸机投产以来 ,经过 5
个多月的生产实践 ,采用二冷动态配水生产 ,铸坯质
量合格率保持在较高水平 ,各项指标达到设计要求 。 典型铸坯的低倍检验结果如表 3所示 。
表 3 铸坯检验结果
编号
中心 中心 角部 中间 三角区
针孔状 蜂窝状
夹杂
偏析 疏松 裂纹 裂纹 裂纹
气泡 气泡
综合考虑 ,确定合理的二冷制度 。
二冷区喷水冷却铸坯凝固壳的导热为 :
<
λ =m
( TL
-
TS )
e
凝固前沿放出的潜热为 :
ρ de
Lf m dt
凝固前沿放出的潜热 =凝固壳的传导传热
ρ Lf
m
de
λ =m
dt
( TL e
TS )
积分得 : e =
ρ λ m
( TL
-
TS ) ·
t (1)
Lf m
固壳就会发生蠕变而产生鼓肚 。
(4) 中心裂纹 若二次冷却太弱 ,进入矫直区
没有完全凝固 ,即带液心矫直其最大允许变形率为
0. 5% ,单点矫直时变形率为 1. 5% ,两点矫直变形
率为 0. 75% ,均大于 0. 5%。所以在采用这两种矫
直时易产生中心裂纹 。
2. 2 二冷配水设计的基本原则
二冷配水设计应从铸机产量和铸坯质量两方面
即 e = k t
(2)
式中 TL ———液相线温度 / ℃;
TS ———铸坯表面温度 / ℃;
λ m
———钢的导热系数
/ kJ
/ kg·℃;
Lf ———潜热 / kJ / kg;
e ———凝固壳厚度 /mm;
k ———凝固系数 /mm /m in1/2 (二冷区
内 k = 22～33mm /m in1 /2 )
0
H=
T T0
c
(
T)
dT
(6)
工 艺 技 术
·15·
ρ5H 5t
=λ0
52 < 5x2
+
52 < 5y2
(7)
式中 < ———转换温度 ;
H ———转换热焓 ;
λ( T) 、c ( T) ———温度为 T时 ,钢的导热
系数 、比热 ;
λ 0
———
温度为
0℃时
,钢的导热系数 。
3. 2 数学模型的解法
因为板坯断面为中心对称 ,相互平行的冷却
条件也基本相同 ,故认为铸坯断面温度分布也呈中
心对称 ,取铸坯 1 /4断面 ,采用有限差分法求解传热
方程 。
3. 3 程序编制及计算结果
根据数学模型 ,编制计算机程序 ,模拟浇注条
件 ,计算出铸坯表面温度 。图 1 仿真计算的是连铸
成的原因 。
(2) 表面裂纹 由于二冷不当 ,矫直时铸坯温
度低 于 900℃, 刚 好 位 于“脆 性 区 ”再 有 A lN、Nb
(CN )等质点在晶界析出 ,降低钢的延性 ,因此在矫
直力的作用下 ,就会在振痕波谷处出现表面横裂纹 。
(3) 鼓肚 若二次冷却太弱 ,铸坯表面温度太
高 ,钢的高温强度太低 ,在钢水静压力的作用下 ,凝
ρ m
——— 钢的密度
/ kg /m3 ;
t ———时间 /m in。
由上式可以看出 ,凝固系数与钢种特性有关 。
铸坯坯壳的生长受坯壳热传导速率的限制 ,如果铸
坯表面无法将凝固前沿释放的潜热带走 ,坯壳无法
正常生长 ,但当铸坯的表面冷却强度增加到一定值
时 ,并不能加快坯壳的凝固速度 。因此 ,冷却制度要
均匀 ,就会导致铸坯表面温度呈周期性回升 。回温
·14·
连 铸 2008年第 3期
引起坯壳膨胀 ,当施加到凝固前沿的张应力超过钢
的允许强度和临界应变时 ,铸坯表面和中间就会出
现裂纹 。而温度周期性的变化会导致凝固壳发生反
复相变 ,δ→γ→α周期性的变化是铸坯皮下裂纹形
的传热 ,提高二冷区的冷却效果 ,加速铸坯凝固 。
从铸坯质量考虑 ,应满足 3 个要求 : 1 )二冷区
铸坯表面温度分布应符合钢的高温延性曲线 ,二冷
配水应使矫直时铸坯表面温度避开脆性“口袋区 ”,
控制℃,对于含铌钢 ,矫直时铸
坯表面温度应大于 980℃; 2 )控制铸坯表面温度变
8) 铸坯支撑导向采用密排夹辊 。
2 二冷动态配水设计的基本原则
2. 1 二次冷却对铸坯质量的影响
二次冷却与铸机产量和铸坯质量密切相关 。在
其它工艺条件不变时 ,二冷强度增加 ,拉速增大 ,则
铸机生产率提高 ;同时 ,二冷对铸坯质量也有重要影
响 ,与二次冷却有关的铸坯缺陷主要有以下几种 。
(1) 内部裂纹 在二冷区内 ,如果各段冷却不
Q1
A1 B 1 C1
Q2
…
A2
=…
B2
…
C2
…
Qn
An B n Cn
v2
v + f ( △T) 1
二级动态配水的控制原理见图 2。
图 1 仿真计算结果
图 2 动态配水的控制原理
通过温度场模型计算铸坯表面温度 ,与设定的
目标温度差值动态调整水量 ,实现动态控制 。 K为 智能控制器 。
5 生产使用效果
1) 钢流防氧化保护浇注系统 ;
2) 浸入式水口快速更换装置 ;
3) 结晶器液面检测及控制系统 ;
4) 结晶器漏钢预报系统 ;
5) 优化结晶器铜板结构 ,选用合适的材质和镀
层 ,提高冷却效果和使用寿命 ;
6) 采用液压振动 ,实现在线调整频率 、振幅 ,可
以实现非正弦振动 ;
7) 采用直弧型连续弯曲 、连续矫直机型 ;
充分考虑钢种特性 。
凝固壳的传导热流由喷射到铸坯表面的水滴带
λ 走 ,即 m
( TL
-
TS )
= h ( TS
-
TW )
kt
h ∝ 1 / t1 /2
(3)
h是与冷却水量成比例的 ,故 Q ∝ 1 / t1 /2
t = H /V (H为液相穴长度 , V 为拉速 )因此 Q ∝ 1 / (H /V ) 1 /2
(1) 运用数值模拟技术 ,可以研究模拟连铸坯 的凝固过程 ,有利于制定冷却制度 、研究钢种特性 。
(2) 数值模拟技术与现场工艺生产实际相结 合 ,采用人工智能化设计才能使连铸动态配水发挥 巨大的作用 。
坯两相区分布情况及铸坯表面温度 。
计算软件分仿真功能模块及配水计算功能模 块 。这两个基本功能模块与控制策略相对应 。仿真 功能模块根据现场的实际浇注条件 ,计算铸坯温度 、 凝固曲线 。配水功能计算模块根据现场的实际浇注 条件计算冷却水量 。
4 二冷动态配水的控制策略
二冷动态配水的控制策略根据连铸机控制水平的 具体情况确定 。酒钢新建板坯连铸机控制采用二级计 算机控制系统 ,二冷动态配水的控制策略相应采用二 级控制策略。一级控制采用如下水量 ———拉速控制模 型 。控制模型由仿真功能模块离线多次计算确定 。
化速率 。一般要求沿铸坯长度方向冷却速率不超过
200℃ /m; 3)控制二冷区铸坯温度回升速率不大于
100℃ /m。
二冷动态配水目标温度是基于上述原则确定的 。
3 板坯连 铸 二 冷 配 水 模 型 及 动 态 配 水 的 软
件的编制
3. 1 板坯连铸二冷配水模型
对板坯来说采用二维传热微分方程 ,其传热的
定尺 5～14m
正常工作拉速 1～2. 2m /m in
机长
31965. 9mm (液面至末辊外
弧弧线长度 )
铸机高度 12778. 34mm (液面至出坯辊
面高度 )
引锭装入方式 下装式
1. 4 主要技术工艺装备
为了实现高效化生产合格铸坯 ,连铸机采用先
进的工艺装备设施和生产操作措施 。
B205100232 C类 1. 0 1. 0 0 0 0. 5 0. 5 0. 5 0
B205100237 C类 1. 5 1. 0 0 0. 5 0. 5 0. 5 0. 5 0
6 结语
酒钢 200万 t工程常规板坯连铸机动态二冷配 水设计与生产实践证明 ,合理的二冷配水是生产合 格铸坯的重要保障 。
工 艺 技 术
·13·
酒钢板坯连铸二冷动态配水设计与应用
陈志凌
(中冶连铸技术工程股份有限公司 ,北京 100081)
摘 要 介绍了酒钢 200万 t工程常规板坯连铸机二冷动态配水系统的技术特点 、设计以及生产使用情况 。 关键词 板坯连铸机 ,二冷配水 ,铸坯质量 中图分类号 TF777. 1 文献标识码 B
ABSTRACT The technical feature, design and app lication of dynam ic secondary cooling system of slab caster at J iuquan Iron and Steel Company were introdued. KEY WO RD S slab caster, secondary cooling, strand quality