喷嘴喷淋距离对连铸小方坯二冷均匀性的影响

研究了不同喷淋距离下连铸小方坯二冷喷嘴的水量分布,建立了凝固传热模型分析了82B钢连铸坯的热行为。该模型特别考虑了二冷区铸坯表面宽度方向的水流密度分布,并根据铸坯表面测温结果进行了模型校正。采用凝固传热模型研究了喷嘴喷淋距离对连铸二冷均匀性的影响。结果表明:喷嘴喷淋距离的增加有助于提高二冷水横向分布的均匀性,导致铸坯表面温度横向均匀性降低、纵向均匀性提高。这些效果有助于改善铸坯内部裂纹,但是会对角部裂纹产生不利影响。在二冷区前段喷嘴采用低喷淋距离,二冷区末段采用高喷淋距离,既可以提高铸坯角部温度,又能降低表面最大回温速率,有助于同时改善连铸坯角部和内部裂纹。在此基础上,提出了一种连铸小方坯二冷喷嘴布置方式,即二冷区每段喷嘴喷淋距离沿拉坯方向逐渐增加,该方法有助于提高连铸坯“纵?横”冷却均匀性。      

动态配水在方坯连铸机中的应用

在坯龄模型基础上,根据计算出的铸坯表面温度与目标温度的差值进行优化调节水量。设计了宣钢150t1#方坯连铸机二冷动态配水模型,实现了铸坯表面温度自适应控制。该模型使二次冷却更加均匀,减少了铸坯表面回温,以便达到控制铸坯组织和内部质量的目的。     

圆坯连铸凝固传热数学模型及应用

建立了34Mn5V钢Φ400 mm圆坯连铸过程中的凝固传热数学模型,运用该模型计算得到的二冷各区控制点的表面温度与现场实测结果一致。用该模型计算得出,钢水过热度对铸坯表面温度影响较小,拉速和二冷区冷却强度对铸坯温度影响较大。生产实践表明,当生产Φ400 mm铸坯的拉速达到0.4～0.6 m/min时,自动控制的二次冷却制度能满足工业连铸要求,可得到优质铸坯。     

连铸坯凝固传热数学模型的研究与应用

以安阳永兴钢铁公司1#方坯连铸机为研究对象，建立连铸坯凝固传热数学模型。研究了不同拉速、过热度及二冷比水量对铸坯表面中心和角部温度及铸坯凝固终点位置的影响。并对铸坯表面温度进行了实测，实测结果与模型计算基本吻合。与现场生产实际结合，优化二次冷却制度，铸坯质量得到明显提高。     

连铸二冷区冷却水检验的计算模型

为了保证无缺陷铸坯的生产,本文从连铸二冷区辊子间存在不同传热方式出发,根据铸坯表面温度的变化,检验二冷区冷却水的用量。通过生产实际数据的计算表明,该模型是可行的。     

连铸板坯二冷高温区传热均匀性研究与优化

在板坯连铸过程中,二冷区传热的均匀性对铸坯表面与内部质量均有重要的影响。首先对国内某钢厂二冷各区的喷嘴进行了喷淋性能测试,根据各冷却区喷嘴的布局及2 000 mm×250 mm断面包晶桥梁钢板坯连铸生产过程的各区水量分布,建立了铸坯三维凝固传热有限元计算模型,模拟分析了铸坯在二冷区内的动态凝固传热行为。在此基础上,优化调整了连铸二冷高温区的喷嘴布局。结果表明,某钢厂原二冷区喷嘴布局条件下,其高温区的铸坯表面温度沿其横向波动较大。典型生产工艺下,二冷4区出口处的铸坯宽面表面横向温差最大,即距角部313 mm处的宽面表面温度最高为1 073 ℃,而距角部873 mm处的宽面表面温度最低为996 ℃,温差达77 ℃。而当铸坯进入二冷弧形区时,铸坯表面的横向温度分布逐渐趋于均匀。将二冷2区的喷嘴安装高度由距铸坯表面170提升至200 mm、3区和4区的喷嘴安装高度由距铸坯表面200提升至240 mm,可使铸坯在高温区内的表面横向温差最大值降至30 ℃以下,大幅改善铸坯表面温度分布的均匀性。     

异型坯连铸二冷工艺优化研究

  基于二冷区传热的基本原理和异型坯凝固传热特点,建立了异型坯凝固传热模型;通过现场测试铸坯表面温度和坯壳厚度对数学模型进行修正,得到了异型坯连铸过程中表面温度随时间变化的规律;同时,对原有二冷制度进行了评估,提出了合理的二冷改进措施。通过二冷工艺的优化,提高了二次冷却的均匀性,铸坯表面和内部质量大幅度提高。     

板坯连铸二冷制度优化

应用二冷区铸坯表面温度测定和连铸坯硫印、低倍检验等方法，分析评价了攀钢板坯连铸现行二冷制度对铸坯内部质量的影响，并在此基础上优化完善了连铸二冷配水制度。结果表明，采用增大二次冷却强度、增加二冷段后区铸坯冷却能力的配水制度对减轻铸坯中心偏析、扩大铸坯等轴晶率、提高铸坯内部质量有明显效果，为进一步完善连铸二冷控制制度提供了坚实的技术基础。     

板坯连铸过程数值模拟分析

基于传热学基本原理、凝固理论和有限单元法,建立了凝固传热有限差分数学模型,对连铸凝固全过程进行模拟分析,结果表明,拉速越大,铸坯中心及表面温度越高,出结晶器坯壳厚度越薄;过热度增大,铸坯中心及表面温度均上升,出结晶器坯壳厚度减薄;冷却水量相对增大时,铸坯出结晶器坯壳厚度增大,二冷区温度下降较快。连铸坯凝固模型可用来确定常规拉速范围及不同拉速下的凝固壳厚度、凝固末端位置以及铸坯表面温度分布。     

方坯连铸传热模型与二冷水动态控制方法

开发了基于热传输理论的方坯连铸二冷水在线控制模型,它可以实现二冷段铸坯表面温度及凝固状态的实时监控.以首钢方坯连铸机为研究对象,分析了拉坯速度对铸坯表面温度和凝固状态的影响.同时也分析了采用不同的二冷水控制方法时,由于某种原因某段供水量产生波动,对后续冷却段铸坯温度变化的影响.仿真实验表明,该控制模型充分考虑了各回路之间的关联,更有利于稳定铸坯温度,从而改善了铸坯质量,对现有国产铸机的改造及研发具有独立知识产权的新铸机具有重大的理论和实际意义.     

Compensation Control Model of Superheat and Cooling Water Temperature for Secondary Cooling of Continuous Casting

In this paper, a compensation control model of secondary cooling process of billet continuous casting for quality steel has been presented. The effects on the spray control of the various parameters such as steel superheat, casting speed, cooling water temperature and chemical component of steel were considered. The parameters of control model were determined to associate with the two‐dimensional heat transfer equation and solved by finite‐difference method. Effects of steel superheat and cooling water temperature on surface temperature, solidification structure and solidifying end point were discussed. Results indicate that steel superheat significantly affects solidification structure and solidifying end point but has a little effect on slab surface temperature. Moreover, secondary cooling water temperature affects surface temperature and solidifying end point but has a little effect on solidification structure. The surface temperature and solidifying end point can be maintain stabilized through applying the compensation control model when steel superheat and cooling water temperature vary. The models have been validated by industrial measurements. The results show that the simulations are in very good agreement with the real casting situation.     

宝钢在线二冷控制模型的研发与应用

针对连铸生产过程中的二冷配水问题,建立了铸坯的凝固传热数学模型。通过实时模拟计算铸坯的温度场,并与PID控制技术相结合,开发了在线二冷控制模型。模型能自动根据钢种、铸坯规格及工艺参数的变化动态调整二冷控制水量,将铸坯的表面温度控制在工艺目标值附近。通过设计合理的控制系统架构,确保了二冷控制系统的稳定性及可靠性。在线测温结果表明,模型具有很高的计算精度。当拉速、浇注钢水过热度变化时,模型能快速将水量调整到目标值,速度快且超调小,从而确保铸坯的表面温度跟踪误差始终限制在较小范围内;当浇注过程处于相对稳态时,铸坯的表面温度保持在目标值。目前,模型已经应用于宝钢内外的多台连铸机,应用效果良好。     

连铸板坯三维二冷动态配水与精准压下研究与应用

在现有工艺条件下,校验和完善二冷区铸坯凝固传热计算数学模型,开发三维二冷配水模型,解决目前设备状况下冷却水分布不均匀对铸坯温度的影响,从而控制铸坯表面质量,特别是铸坯的角部裂纹,同时对板坯连铸二冷配水制度进行改进和优化,使之满足高效连铸生产条件和改善铸坯质量的需要。提出压下参数计算公式,结合所开发三维二冷配水模型,优化现有压下工艺,提出并应用精准可控单段压下、非稳态压下控制,集中解决连铸板坯中心偏析、中心疏松和缩孔等内部质量问题。同时优化模型数据库,使之数据更加完备,模型计算更加准确,同时模型具备异钢种混浇过程二冷及压下控制功能,能够进行凝固终点W形预测与控制,可进一步提高模型适用性和准确性。模型开发并成功在多家钢厂现场应用,有效改善了铸坯裂纹和偏析等铸坯表面和内部的质量问题。      

厚板坯连铸二次冷却传热数学模拟

在考虑二冷边界换热的条件下,建立了与厚板坯连铸机相适应的传热数学模型。用远红外测温仪测试X65管线钢230 mm×1650 mm铸坯表面温度,实验结果同模拟结果吻合较好。应用数学模型,对不同拉速下管线钢的连铸凝固过程进行了仿真计算,分析了拉速对出结晶器坯壳厚度、铸坯表面温度和液芯长度的影响,得出在给定的二冷条件下,为得到合理的铸坯表面温度,管线钢的拉速应为0.9～1.2m/min。     

基于目标温度的方坯连铸二冷配水方案优化

通过建立铸坯传热数学模型,对连铸凝固过程进行了解析。制定了二冷配水制度优化原则,基于目标温度控制原则开发出二冷配水控制模型。对不同钢种、拉速等工艺条件下的连铸工艺设计出二冷总水量、水量分配和水量与拉速的关系式,并对配水方案进行了凝固与传热的预测和验证。     

A transient simulation and dynamic spray cooling control model for continuous steel casting

A two-dimensional heat-transfer model for transient simulation and control of a continuous steel slab caster is presented. Slab temperature and solidification are computed by the model as a function of time-varying casting speed, secondary spray cooling water flow rates and temperature, slab thickness, steel chemistry, and pouring and ambient temperatures. Typically, the solidification path, temperature-solid fraction relationship, is prescribed. However, if these data are not available, a microsegregation solidification model that approximates the effects of steel chemistry and cooling rate is incorporated in the caster model. Measured slab surface temperatures recorded from an operating caster are compared with predictions from the transient model. These demonstrate that the model typically can predict the temperature response at the slab surface within 30 °C. Results of several simulations are given to demonstrate the effects of changing casting conditions on the slab thermal profile, end of liquid pool, and solidification end point. A control methodology and algorithm suitable for online control of a continuous casting machine is described, and the ability to control the surface temperature profile by dynamically adjusting secondary spray cooling flow rates is demonstrated by simulation. Results from a preliminary version of the model that is capable of running in real time are presented and are compared with the slower, but more realistic, version of the model.     

X80管线钢238 mm x 1 650 mm连铸坯温度场及凝固末端位置的数学模拟

用二维切片跟踪铸坯凝固传热的方法建立了X80管线钢（/%:0.04C,1.85Mn,0.25Si,0.006P,0.003S,0.30Ni,0.21Mo,0.06Nb,0.02V）238 mm×1650 mm板坯连铸过程中垂直拉坯方向传热的数学模型,通过ANSYS对X80管线钢连铸过程中温度场及坯壳厚度的渐变进行计算,得出拉速1.2mm/min时,出结晶器坯壳厚为18.14 mm,铸坯液芯长22.58 m。凝固壳厚度计算值射钉测试结果的相对误差≤2.5%,凝固末端位置的相对误差为0.68%。分析了过热度（25~55℃）,拉速（1.2~1.3m/min）和二冷水量（79.2~96.8 m³/h）对切片各点温度和凝固末端位置的影响。结果表明,增大拉速、减小二冷配水量,连铸坯表面温降变慢,凝固末端位置距离结晶器液面越远,凝固时间变长;该X80管线钢板坯连铸最佳工艺参数为钢水过热度35℃,拉速1.2 m/min和二冷配水量88m³/h。     

Optimal control of secondary cooling for medium thickness slab continuous casting

Abstract

A software to simulate the solidification, heat transfer and water flowrate distribution in slab continuous casting was developed by establishing a mathematical model for the heat transfer and solidification in medium thickness slab casting. This model was validated by pin shooting and surface temperature measurement experiments. A reasonable target surface control temperature was found by testing the high temperature mechanical properties of Nb bearing ship plate steel, and then the water flowrate of each loop of the secondary cooling zone was determined by the software. The influence of uneven secondary cooling in the slab width direction on the quality of the slab was also investigated, which provided data for the optimisation of the secondary cooling of the slab caster. On the basis of the above research, an optimisation scheme for a secondary cooling system was proposed. Experimental results showed that the quality of the slab was significantly improved after optimisation. The centreline macrosegregation was reduced, and the ratio of equiaxed grains was increased by 3·18%. In addition, the transverse cracking of the slab was almost eliminated.     

400 mm特厚板坯尾坯表面横裂纹的控制

板坯尾坯浇铸属于非稳态浇铸,随着板坯厚度的增加,尾坯表面横裂纹成为影响铸坯质量的主要因素。通过研究钢种的化学成分、二次冷却制度和尾坯浇铸时拉速的变化等因素对尾坯表面横裂纹的影响,确定了特厚板尾坯表面横裂纹的产生机理,提出了相应的改进措施。低碳微合金钢二次冷却制度采用弱冷,控制尾坯浇铸拉速小于0.5m/min的时间要小于5min,尾坯浇铸阶段二冷水的比水量从0.35 L/min减少到0.25 L/min,控制尾坯矫直温度在933℃以上,能够有效地减少尾坯表面横裂纹,使特厚板尾坯废品率降低到5%以下。