动态轻压下技术在板坯连铸机上的应用实践.pdf
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1、设计计算动态轻压下技术在板坯连铸机上的应用实践黎建全 何 博 谢 鑫 周明佳 曾 武 吴晨辉 马玉堂 李伟峰(.攀枝花钢钒有限公司 提钒炼钢厂 四川 攀枝花 .中国重型机械研究院股份公司陕西 西安 .攀钢集团研究院有限公司 四川 攀枝花)摘 要:轻压下可显著改善铸坯中心偏析与缩孔、疏松缺陷 以某公司新改建投产的板坯连铸机为对象 针对其二冷传热、理论压下量与压下效率开展了理论计算研究 并在此基础上开展了现场试验 结果表明:拉速对铸坯表面温度、压下区间和理论压下量无显著影响 但拉速增加 /两相区增长 结晶器出口坯壳厚度减薄约 铸坯中心固相率 由 增加至 时 压下效率由 近似线性降低至 现场试验表明
2、 对 厚度的 钢采用 压下量时 可更显著的改善其中心偏析与缩孔疏松缺陷 且未引发压下裂纹关键词:板坯 连铸 动态轻压下 中心偏析 中心疏松中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.):./.:收稿日期:修订日期:作者简介:黎建全()男 工程硕士 教授级高级工程师 研究方向:连铸工艺技术及质量控制 前言中心偏析与缩孔、疏松是连铸坯常见的内部质量缺陷 对钢材质量性能带来诸多负面影响 如严重的中心偏析与缩孔、疏松缺陷可导板材分层、探伤性能不合 影响钢材的焊接性能 甚至导致断带 影响生产顺利进行为改善连铸坯中心偏析与缩孔、疏松缺陷冶金工作者提出并应用了多项工艺技术 包括电磁搅拌、轻压下、低过热度浇铸等
3、技术 工业实践表明 轻压下是一项可高效改善铸坯上述 重 型 机 械内部质量缺陷的工艺技术 目前已在国内外较先进连铸机上得到普遍推广应用 该技术通过扇形段收缩辊缝对铸坯厚度方向施加一定的机械压下变形 对铸坯心部凝固收缩进行补偿 可有效改善铸坯中心缩孔、疏松缺陷 同时 机械压下过程对铸坯心部区域产生挤压作用 促使枝晶间富含偏析溶质元素的钢水向上游流动 从而改善铸坯中心偏析缺陷 为制定合理的轻压下工艺 较多学者采用现场试验、数值计算等手段 围绕压下过程中的压下区间、压下效率、压下量 开展了系统研究 为轻压下工艺参数的制定提供理论指导 其中 关锐等建立了考虑凝固末端机械压下的多相凝固模型 系统分析了坯
4、壳变形对板坯内部钢液流动、凝固组织生长、溶质传输等行为的影响 提出了控制板坯内部溶 质 偏 析 行 为 的 最 佳 压 下 区 间 林 启 勇等 以压下过程铸坯横断面内的两相区面积变化定义压下效率 并基于铸坯压下过程三维热/力耦合模型计算铸坯横断面凝固形貌变形特征 定量研究了不同钢种、断面尺寸的板坯压下效率 刘珂等 基于不同固相率时的铸坯压下变形特征 绘制了合理压下量 固相率关系图 实现了不同压下位置的合理压下量快速准确制定某公司板坯连铸机经改造后 铸机具备了动态轻压下功能 浇铸过程中 在线热跟踪模型可实时计算铸流温度场与铸坯中心固相率 具备远程辊缝功能的 扇形段根据铸坯中心固相率与设定压下量
5、 在设定压下区间()内对铸坯厚度方向自动实施轻压下 本文围绕新铸机设备参数和功能 针对动态轻压下工艺开展了理论计算与现场工业试验 成功实现了动态轻压下工艺技术的稳定投用 有效改善了铸坯中心偏析与缩孔、疏松缺陷 压下过程仿真计算研究 铸机特点及参数某公司双流板坯连铸机于 年 月改造完成并投产 断面为 改造后 该铸机的主机区域采用 扇形段设备 与改造前相比 扇形段具备远程辊缝调整功能 为动态轻压下技术的实施提供设备保障 同时该连铸机配有动态轻压下控制系统 可实现压下量、压下区间等压下参数调整 连铸机主要参数见表 新铸机釆用直弧形连续弯曲、连续矫直辊列设计表 连铸机装备及主要技术参数项目参数连铸机类
6、型直弧形板坯连铸机台数 机数 流数 铸机基本半径/拉矫机工作拉速/(/)调速范围 稳定拉速范围 板坯弯曲/矫直连续弯曲/连续矫直垂直段高度/流间距/铸坯规格(厚度 宽度 长度)/()结晶器长度/结晶器振动方式液压振动 实现正弦、非正弦曲线 可动态调整波形偏斜率等振动参数冶金长度/(液面至末辊外弧弧线长度)连铸机高度/(液面至出坯辊面高度)扇形段具备远调辊缝调节和实施动态轻压下功能二冷传动交流驱动 每段内弧带 根驱动辊、每段各带 对驱动辊 每流驱动电机总功率:()浇注形式塞棒控流、分节式浸入式水口可快速更换、氩气保护浇注冷却方式水冷 气水冷却重 型 机 械 凝固传热模型连铸过程铸坯凝固传热模型主
7、要负责在线计算铸坯温度场信息 包括铸坯的表面温度、中心温度、凝固坯壳厚度、两相区位置和凝固终点位置等 为动态压下控制提供基础计算数据凝固传热模型以铸坯横断面/作为计算域 建立了如图 所示的二维凝固传热有限元模型 建模铸坯断面尺寸为 采用 节点四边形单元对计算域进行网格划分单元边长为 计算过程采用自动时间步长最短时间步长 最大时间步长 图 二维凝固传热模型计算区域示意凝固传热模型以钢种(本文以 为研究对象 主要元素的质量分数分别为:()、()、()、()、()的过热度、拉速和二冷水量等工艺参数为条件 模拟铸坯的凝固过程 模型计算过程的钢种物性参数、换热边界条件等 见作者相关文献不同拉速时铸坯宽面
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