基于大数据挖掘的低碳钢连铸工艺参数优化

摘要：针对热轧卷表面缺陷，基于大数据挖掘技术中的神经网络预测模型，提出了一种优化连铸工艺参数的新方法(prediction model method，简称PMM)。PMM方法可以得到各连铸参数对表面缺陷发生可能性的多样本连续变化图，并以此得到对应影响规律、关键工艺参数及临界值。结果表明，吹氩参数中，保护氩气流量对低碳钢热轧卷表面缺陷影响最为明显且呈负相关关系，塞棒与水口位置的最佳吹氩流量分别为3.0和1.8L/min。结晶器热流参数中，内弧侧水流量影响最明显，各面水温差最佳范围为7~9℃，最佳进水温度在35℃附近。同时，表面缺陷发生可能性随拉速提高、板坯宽度、浇铸长度增加而增加明显，但随中间包钢水质量增加而逐渐降低。此外，对比发现浇铸速度、板坯宽度、保护氩气流量与结晶器冷却水流量等参数是影响热轧卷表面缺陷形成的关键连铸工艺参数，且缺陷发生可能性对结晶器冷却水总流量的波动最为灵敏，其临界下限值为8700L/min。     

连铸连轧卷板边部线状缺陷的形成机制

边部线状缺陷是热轧卷板最为常见的缺陷之一,与连铸坯缺陷、轧制工艺与装备等因素有关,难以判定产生的关键工序,严重影响了热轧卷板表面质量的有效控制.为了探明其形成机制,采用扫描电镜、金相显微镜及酸洗等手段表征了某公司Q355、Q235钢热轧板的典型线状缺陷及铸坯边角部裂纹特征,结果表明:线状缺陷表面及横截面上均含有Ca、S...     

1 850 mm×230 mm板坯连铸结晶器流场与温度场数值模拟

为研究连铸工艺参数对结晶器内部钢液的作用规律,对涟钢1 850 mm×230 mm板坯连铸结晶器流场和温度场进行了系统的数值模拟,研究了不同吹氩量(0～7 L/min)、不同水口浸入深度(110～150 mm)和不同拉速(0.9～1.2 m/min)对结晶器内钢液行为的综合影响。结果表明,随着吹氩量增加,自由液面的钢液流速和温度总体呈现降低的趋势;随着水口浸入深度增加,自由液面的钢液流速先降低后增加;随着拉速增加,自由液面的钢液流速增加;水口浸入深度和拉速对温度场的影响较小。当吹氩量为5 L/min、水口浸入深度为130 mm、拉速为0.9 m/min时,结晶器自由液面具有较小的钢液流速和湍动能,同时液面具有较好的温度均匀性。通过数值模拟研究,为合理选择结晶器相关工艺参数提供了理论依据。     

连铸坯表面气孔缺陷研究

通过对连铸坯和热轧板表面气孔缺陷影响因素的分析,确定了由上水口、氩封和浸入式水口3个位置吹入的氩气不能有效上浮而被凝固坯壳捕捉形成了连铸坯表面气孔缺陷。气孔基本分布在宽面靠近窄边位置,而连铸坯宽面中心和连铸坯宽面1/4位置气孔数量很少。采用不吹氩气的生产工艺可以消除连铸坯和热轧板表面的气孔缺陷。     

浇铸参数对结晶器液面波动影响及其工业应用

 板坯连铸结晶器液面的波动行为是结晶器内钢液流动、结晶器自身振动以及辊子挤压铸坯内部未凝固的钢液造成液面波动综合作用的结果。结晶器液位波动的稳定性对板坯连铸过程的卷渣行为有直接影响。在工业板坯连铸生产实践中,一般在结晶器某一区域(比如结晶器中部)利用放射源或涡流传感器检测液位波动来代表该工况下的整体波动水平。利用三维气液两相流动的数学模型研究了浇铸参数对结晶器液位轮廓的影响,浇铸参数包括拉速、吹氩流量、浸入式水口出口角度和浇铸断面。研究结果表明,结晶器不同宽度位置的波动幅值差异较大,且与工艺参数密切相关。液面的波峰与波谷之差随着拉速的增加在窄面附近逐渐增大,随着吹氩流量的增加在水口附近逐渐增大。在水口出口角度15°条件下,水口和窄面附近的液位波动均较大,而在水口出口角度45°条件下,仅在水口附近存在较大的液位波动。研究结果表明,使用板坯连铸常规的15°浸入式水口,当铸坯宽度大于800 mm时,结晶器液面检测需要在水口和窄面附近同时布置液位检测设备,以便更全面反应结晶器的真实液面行为,使液面波动对轧板表面质量指导性增强,有效提高连铸工艺的控制水平。如使用45°浸入式水口可以继续沿用原有的液位检测布置。     

薄板坯合金钢窄面凹陷的控制实践

鞍钢股份有限公司炼钢总厂四分厂3#板坯连铸机生产过程中,合金钢铸坯窄面经常出现纵向凹陷,影响连铸坯的表面质量,并造成轧材缺陷。分析了连铸板坯窄面纵向凹陷的形成原因,结合生产试验,通过采取优化结晶器足辊冷却水流量、结晶器锥度、结晶器窄边足辊布置及铸机拉速等措施,提高了连铸板坯的表面质量,有效地控制了铸坯窄面的纵向凹陷。     

吹氩板坯结晶器水模型实验研究

采用1：2.5的相似比,以1 500 mm×280 mm断面的结晶器为原型建立水模型,试验研究了在吹氩条件下拉速,水口倾角、吹气量和浸入深度对液面波动的影响,并分析了在试验条件下的卷渣行为,研究结果表明在吹氩条件下主要存在气泡群冲击卷渣和类漩涡卷渣两种方式。     

宽板坯连铸结晶器内氩气分布的水模型

 针对塞棒、上水口吹氩时,吹入的氩气有多少进入到结晶器钢水内和氩气在结晶器断面上如何分布的问题,采用1：1水模型,重点研究了吹气量、吹气方式、拉速、浸入式水口倾角等工艺参数对不同宽度结晶器内气体分布状况的影响。结果表明,吹气量和吹气方式对结晶器内气体分布几乎没有影响,而拉速和水口倾角基本上就决定了宽度方向上的气体分布状况。小的结晶器断面宽度、小的水口倾角、高拉速时窄面附近含气比例更高,氩气泡更易被凝固坯壳所捕捉而使铸坯产生气泡缺陷。     

采用薄板坯连铸生产高表面质量冷轧钢板的可行性分析

薄板坯连铸由于拉速高,结晶器容量小,结晶器钢水液面波动高度和表面流速显著高于传统连铸,因此容易造成保护渣卷渣,这是薄板坯连铸生产高表面质量冷轧钢板钢种的主要困难所在。NUCOR、蒂森一克鲁伯等企业采用薄板坯连铸连轧工艺生产冷轧钢板的实践也表明,在表面质量方面与传统工艺产品尚有较大的差距。采用薄板坯连铸工艺生产优质冷轧钢种,应适当增加铸坯厚度,以降低拉速和增加结晶器对钢水流的缓冲作用,可采用120mm厚铸坯(结晶器出口),3m／min左右拉速。为了减少结晶器保护渣卷渣,应对中等厚度薄板坯连铸结晶器内钢水流动控制(SEN结构参数、SEN浸入深度、拉速等)、电磁制动、保护渣等开展深入的试验研究。     

吹氩板坯连铸结晶器内钢水流态

 采用1[∶]1水模型和工业插钉法研究了吹氩板坯连铸结晶器内钢水流态,并讨论了通钢量、吹氩量、水口浸入深度与水口结构对结晶器流态的影响。水模型结果发现,结晶器内宏观流态主要包括双股流和单股流,钢水通量和吹氩量是影响结晶器内钢水流态的决定性因素。为得到双股流,应采用高通钢量和低吹氩量,缩小断面、增大浸入深度和使用凸底水口有利于双股流形成。基于水模型结果,为维持结晶器内双股流态,在实际浇铸中提出减少连铸过程吹氩量低于临界吹氩量,在宽断面和低拉速下使用凸底水口等措施。工业插钉试验结果与水模型吻合较好,这表明水模型结果可指导现场浇铸实践。     

Flow pattern control in continuous slab casting moulds: physical modelling and plant trials

Full-scale water modelling studies combined with nail-dipping industrial trials at Shougang Jingtang (SGJT) Works were carried out in order to investigate the parameters that influence flow patterns in the continuous slab casting mould. The effects of casting speed/mould width combinations, argon bubbling flow rates, submerged entry nozzle (SEN) immersion depths and SEN geometries (port angle and bottom shape) on the flow patterns were examined. A CMI factor defined as casting speed/mould width ratio index is put forward to describe the combined effect of these parameters on the fluid flow patterns in the mould. The results show that the CMI and argon injection rates are the dominant factors that determine the flow pattern. On the basis of the results from this study, critical argon flow rates for different casting combinations have been evaluated. These findings provide operating guidelines for generating optimal flow patterns based on double roll flow with appropriate surface velocities in continuous slab casting moulds. On the basis of these considerations, slab quality at SGJT Works was substantially improved and the percentage of flow pattern-related sliver defects in cold rolled products was decreased from 4.5 to 2.3%.     

梁板钢板坯角部横裂纹控制技术的研究

针对攀钢V和V-Nb微合金化低碳梁板钢200 mm连铸坯出现角部横裂纹缺陷,通过综合优化连铸工艺参数-将结晶器铸坯窄宽面热流比由原先的0.90～1.10降至0.75～0.85,保护渣的粘度由0.20 Pa • s降至0.16 Pa • s,稳定连铸拉速和连铸机工况条件,使铸坯角部横裂纹缺陷得到了明显改善,并消除了由此引起的热轧饭卷表面线纹和起皮缺陷,因梁板钢热轧板卷表面缺陷引起的降级改判率由30%降至0。     

冷轧板表面夹杂缺陷成因及控制

针对首钢京唐冷轧板出现的表面夹杂缺陷,在对冷轧板取样电镜分析的基础上,得出铸坯浇铸过程保护渣卷渣以及铸坯中的Al2O3夹杂物是冷轧板条痕缺陷产生的主要原因。通过采取延长RH脱氧合金化后的纯循环时间、采用自动液面控制、取消抖棒操作、选用合适的下渣模式、提高保护浇注效果及提高保护渣黏度等技术措施后,冷轧板的夹杂缺陷得到了有效控制,因夹杂缺陷引起的协议品率由0.83%降至0.30%左右。     

微合金钢薄板坯连铸边角裂纹控制

微合金钢薄板坯连铸过程高发边角部裂纹,致使热轧卷板边部产生翘皮、烂边等质量缺陷,是钢铁行业的共性技术难题。本文立足于某钢厂QStE380TM低碳含铌钛微合金钢薄板坯连铸生产,检测分析了铸坯角部组织金相结构与碳氮化物析出特点、不同冷却与变形速率条件下钢的断面收缩率,并数值仿真研究了不同结构结晶器和二冷区铸坯温度与应力的演变规律。结果表明:微合金钢薄板坯连铸过程存在明显的第三脆性区,且变形速率越大,第三脆性区越显著。传统薄板坯连铸工艺条件下,结晶器的中上部及其出口至液芯压下段的二冷高温区,铸坯角部冷速较低,致使其组织晶界含铌钛微合金碳氮化物呈链状析出。铸坯在液芯压下过程,低塑性角部因受较大变形与应力作用而引发裂纹缺陷。实施沿高度方向有效补偿坯壳凝固收缩的窄面高斯凹型曲面结晶器及其足辊区超强冷工艺,可分别提升铸坯角部冷速至10和20 ℃·s?1以上,从而促使铸坯角部组织碳氮化物弥散析出,并促进铸坯窄面在液芯压下过程金属宽展流动而降低角部压下应力,大幅降低了微合金钢薄板坯边角部裂纹发生率。      

首钢板坯连铸技术进步

回顾了近十年来首钢为生产优质冷轧钢板和特厚钢板而开发的板坯连铸新技术。为了降低优质冷轧钢板表面冶金缺陷,开发了浸入式水口防堵塞技术、结晶器内钢液流动综合控制技术和中高拉速FC结晶器技术等。综合应用这些技术后,水口堵塞率降低60%以上,结晶器液面波动±3 mm比例提高至98%以上,冷轧钢板表面卷渣缺陷指数降低50%以上。为了提升特厚钢板的冶金质量,开发了特厚板坯窄面鼓肚控制技术、倒角结晶器连铸技术、半干法连铸技术和二冷间歇式喷淋等技术,400 mm厚板坯窄面鼓肚量降低至5 mm以下,含铌微合金化钢板坯表面裂纹发生率大大降低。开发了特厚板坯连铸轻压下技术,中心偏析C类1.0级及以下比例达到100%,确保了150 mm特厚钢板的心部韧性达到100 J以上。     

攀钢板坯连铸结晶器内流场的水力学模拟研究

采用水力学模拟方法研究攀钢板坯连铸结晶器内流场,分析浸入式水口结构尺寸、塞棒吹Ａｒ量和拉速等工艺参数对连铸结晶器内钢液流动状况的影响,在此基础上优选出适合攀钢板坯连铸工艺的浸入工水口结构尺寸及相关参数。     

宝钢一炼钢厂连铸机结晶器浸入式水口吹氩的水模研究

针对宝钢一炼钢厂的结晶器吹氩水口进行了 1∶1水模实验 ,研究了不同板坯宽度、拉速、水口出水口面积、出水口角度、浸入深度和吹气量等条件下结晶器液面波动和流股在窄面的冲击点的变化情况 ,并提供了水口优化设计及操作参数 ,为提高连铸生产率及铸坯质量提供了依据。     

浸入式水口堵塞过程板坯结晶器内流动与液面波动的模拟

用水模型研究拉速为1.4 ~2.4 m/min的220 mm x 1 300 mm板坯连铸结晶器浸入式水口发生 堵塞和吹氧时,结晶器内的液面与流动行为。结果表明,水口发生堵塞时,水口两侧的流股不对称,气泡的平 均直径减小,气泡进入结晶器的深度增加,引发卷渣和气泡缺陷的机率将明显增加。     

板坯连铸结晶器内钢液表面流速的水模型研究

以承德钢铁厂板坯连铸结晶器为原型,采用1∶1的水模型进行试验,研究了拉速、浸入式水口出口角度、水口浸入深度、水口底面结构及结晶器断面宽度等工艺参数对板坯结晶器内表面流速的影响。结果表明:拉速对表面流速的影响最大,随着拉速的提高,结晶器内钢液表面流速明显增大,当断面宽度为1 650 mm,拉速由0.7 m/min提高到1.4 m/min,表面流速由0.04 m/s提高到0.1 m/s;波浪面结构的浸入式水口表面流速效果最优。     

BG420CL车轮钢板坯连铸参数的优化

 针对BG420CL车轮钢是中碳、低合金、经RE处理冲压用热轧钢板,台架弯曲疲劳寿命≥600万次,依据铸机性能和生产经验及钢种性质和用途,采用试验和计算相结合,应用物理模拟,测试了板坯700～1300 ℃面缩率及最大应变,对连铸工艺的重要参数进行了优化。确定了1 m/min的拉坯速度、结晶器冷却水速在宽面是16 m/s、窄面是10 m/s;二冷比水量是0.68 L/kg弱冷却制度。并利用结晶器喂RE丝技术改形钢液中夹杂物,定义了夹杂物球化率参数。经RE处理的板坯内≤5 μm夹杂物球化率为49%,总球化率是89%;未经处理的板坯分别是2073%和5570%,RE在板坯内分布均匀,使该钢种实现了批量生产。