基于动态二冷和动态轻压下的连铸板坯质量控制研究

发布时间：2020-05-20 20:39

【摘要】：连铸坯表面裂纹、中心疏松和偏析等缺陷对钢材的力学性能和成材率具有重要影响。表面裂纹缺陷的产生与连铸坯表面温度波动密切相关,主要受到连铸坯二次冷却的影响;中心疏松和偏析是铸坯凝固过程产生的固有缺陷,主要受到钢种成分和连铸工艺参数的影响,轻压下是抑制中心疏松和偏析的最为有效的技术手段之一。在实际生产中,拉速变化等非稳态浇铸状态时有发生,二冷水流量和轻压下参数需根据浇铸状态进行动态调整,即需实现动态二冷和动态轻压下控制,这对于保证铸坯表面温度的稳定控制和轻压下效果具有重要意义。本论文以板坯连铸机升级改造为契机,为充分发挥铸机的效能,进一步提高连铸板坯质量,在连铸板坯凝固传热数学模型建立的基础上,自主开发了连铸板坯动态二冷控制系统和动态轻压下控制系统,并进行了在线测试和应用。动态二冷和动态轻压下控制系统的开发与应用,极大地促进了连铸过程控制技术水平和连铸板坯质量的提升,同时也掌握了动态二冷和轻压下核心技术,为后续的技术移植打下了良好基础。动态二冷和动态轻压下的基础是连铸板坯凝固状态的在线跟踪,为此,在连铸板坯凝固传热过程解析和合理假设的基础上,建立了三维连铸板坯凝固传热数学模型,实现了对铸坯任意位置节点温度和固相分数的预测,并具有良好的工艺适应性。验证结果表明,铸坯表面温度和凝固坯壳厚度与实测结果基本吻合,所建立的连铸板坯凝固传热数学模型具有足够高的预测精度。为满足在线应用对凝固传热模型求解和反应速度的要求,对连铸板坯三维凝固传热数学模型进行了适当简化,建立了连铸板坯凝固状态在线热跟踪模型,其预测精度与三维模型基本一致。以在线热跟踪模型为基础,制定了连铸坯表面温度控制目标、开发了增量型PID二冷水量算法,并开发了水量防抖控制策略,最终建立了基于模块化设计的管理层、控制层和执行层的三级动态二冷控制系统。在线测试结果表明,所建立的动态二冷系统可随浇铸条件的变化快速调节二冷水量,可有效实现铸坯表面温度的稳态控制。动态二冷控制系统应用效果表明,浇铸过程板坯表面温度波动范围显著降低,连铸板坯表面裂纹发生几率显著降低。以在线热跟踪模型为基础,开发了动态轻压下参数的计算方法,开发了关于拉速变化和主控钢种变化的轻压下调整策略,开发了关于电文阻塞、铸造长度和时间异常等的模型稳定运行保障策略,开发了轻压下异常状态处理等控制策略;根据轻压下参数计算方法和控制策略,开发了基于模块化设计的包含管理层、控制层和执行层的三级动态轻压下控制系统。在线测试结果表明,该系统可实现轻压下参数的快速精确调整,具有良好的适应性和在线控制能力。应用效果表明,连铸板坯中心偏析和中心疏松得到显著抑制,低倍合格率及其稳定性得到显著提高,波动范围显著减小;成品钢材质量跟踪表明,动态轻压下控制实施后,厚板探伤合格率显著提高,屈服强度、抗拉强度、断后延伸率和冲击韧性等力学性能指标及其稳定性显著提高。
【图文】：

扇形段,分节,铸坯

相穴内的钢液局部流动，，从而形成中心偏析缺陷；同时，由于辊身过长，在压下过程中逡逑容易弯曲变形。为了改善轻压下的效果，ＮＫＫ公司于１９７６年开始在铸机的轻压下区安逡逑装了由小辊径分节辊组成的轻压下扇形段，如图１．１所示，取得了良好的应用效果，并逡逑在世界范围内得到迅速推广｜ＩＱ４，逡逑Ｃｕｓｔｏｍａｒｙ邋ｒｏｌｌ逡逑图１．１分节辊轻压下扇形段逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｋｅｔｃｈ邋ｏｆ邋ｓｅｇｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｓｏｆｔ邋ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ邋ｗｉｔｈ邋ｓｐｌｉｔ－ｔｙｐｅ邋ｒｏｌｌｅｒｓ逡逑由于板坯宽度方向压缩不均匀和液相穴末端形状不规则，板坯角部和宽面中部温度逡逑往往偏低，凝固末端呈哑铃状，如图１．２（ａ）所示。铸坯角部刚度较大，若采用常规平辊逡逑对铸坯实施轻压下，会造成铸坯在宽度方向上受力和压下变形不均匀，对中心偏析的改逡逑善效果有限。为解决这个问题，２０世纪８０年代末期，ＮＫＫ公司又提出了人为鼓肚轻压逡逑下技术（ＩｔｅｎｄｅｄＢｕｌｇｉｎｇ邋ａｎｄ邋Ｄｙｎａｍｉｃ邋Ｓｏｆｔ邋Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，简称邋ＩＢＳＲ）邋［１０６’１０７］，如图邋１．２（ｂ）所逡逑示。该技术在铸机辊列合适的位置将辊缝预先放大，利用钢水静压力使铸坯鼓肚，这样，逡逑当铸坯进入轻压下区域后

示意图,凝固末端,连铸板坯,形状

内裂；同时因经常要调整辊缝，使连铸操作变得复杂。２０世纪９０年代初，日本新日铁逡逑公司提出了圆盘辑轻压下法（Ｄｉｓｋ邋Ｒｏｌｌ邋Ｓｏｆｔ邋Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，简称ＤＲＳＲ），又称凸形辑轻压逡逑下法ｔ９２Ｌ如图１．３所示，把夹辊中间部分做成凸台，可以减小铸坯的变形阻力，凸台的逡逑合适宽度以铸坯抵抗阻力区域厚度为零来设计，从而更好地改善铸坯中心疏松。逡逑坯平辊逦还逦邈盘辊逡逑壳邋Ｖｉ逦￣逦壳逦－ｉ逡逑＾逦铸坯逦厚逦逦＇逡逑度”逦度＂铸坯逡逑平辊逦平辊逡逑平辊法逦圆盘法逡逑图１．３平辊与圆盘辊轻压下示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｓｋｅｔｃｈ邋ｏｆ邋ｆｌａｔ邋ｒｏｌｌ邋ａｎｄ邋ｄｉｓｋ邋ｒｏｌｌ邋ｓｏｆｔ邋ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ逡逑上述几种轻压下技术均属静态轻压下技术，该类技术必须与钢水过热度和拉速很好逡逑地配合才能实现稳定的工艺效果。但实际生产中，拉速和浇铸温度通常发生变化，凝固逡逑末端位置也会相应变化，使得轻压下效果难以有效的的发挥从２０世纪９０年代中逡逑－１２－逡逑
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF777

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