连铸二次冷却的复合控制.pdf

第四部分 连铸二次冷却的复合控制 冷继元李世权 Ⅱ新连铸公司 许多企业从市场要求和企业发展的需要，凋整产品结构，特别是生产建筑钢 材和圆钢为主的企、峨提出生产品种钢的要求。亚新连铸公司最近通过机钢转炉 厂3#、4#连铸机投产，韶钢炼轧厂和中天转炉厂连铸机的改造取得一定的经验。 本文重点对二次冷却技术进行论述。 二次冷却区铸坯凝固传热理论要点 连铸坯凝固过程中，通过坯壳外表面向外散热。热流通过三个环节：钢液向 结晶前沿对流及传导传热；坯壳内部固相传导传热；铸坯外表面向环境散热，其 中包括二次冷却喷淋水的升温热量和部分水汽化带走的热量。当处于稳定态传热 系统，这三个环节的热流量是平衡的，对坯壳而言，内表面(即结晶前沿)温度 为钢的固相线温度，外表面温度决定于坯壳的热阻和外表面的散热条件。在弧形 段上，同～位置铸坯表面温度应该是稳定于一个很小的波动范围内，因此辐射和 周围空气带走的热量是基本匣定的。 生产中所能使用的调控手段就是二 次冷却喷淋水，当喷淋水量加大、坯 壳表面温度下降，坯壳内温度梯度加 大、热流增加、凝固速度加快。 这样可设想如图1的铸坯凝固过 程温度模型，该模型可分成三个区域 即中心过热钢液区、粘稠的两相区和 固态凝壳区。固相线温度和液相线温 度取决于钢的成分。固液相线区在生 产条件下，如结晶器振动，拉坯牵引 等挠动下，应该是比较稳定的。一般 出现超过平衡的过饱和温度(过冷区)条件较差。即使出现，温差和范围也较小。 第四部分 两相区是控制结晶形态的关键区域，两相区窄．柱状晶发育条件良好。而影 响两相区宽窄范围的因素主要是钢水的过热度。过热度大两相区窄，柱状晶更发 达，过热度低两相区相对较宽，利于等轴晶的生成。 连铸二次冷却的理想目标 连铸二次冷却的目标： 最大限度抑制柱状晶的发育，得到尽可能大的等轴晶区域； 连铸坯坯壳表面温度，从结晶器出口到进入拉矫机，坯温从约1200℃均匀降 温到铁碳相图Ar3线以上。由于G点温度为910。C。为此控制进拉矫机铸坯表面 温度大于900。C，可避免矫直裂纹。还要控制喷嘴下铸坯表面温度。禁止过冷到 低于Ar3线以下，即防止黑印出现，并且铸坯经过该区后表面回温不过大，回温 控制不超过100。(2。同时控制矫直温度不超过1000。C，坯温度过高铸坯表面氧化 严重，氧化铁皮量大，金属损失大； 连铸坯周边冷却均匀，防止应力不均引起脱方； 冶金长度，即凝固终点位置稳定。特别在采用凝固末端电磁搅拌(F—EMS) 和拉矫轻压下时更要控制凝固终点位置波动范围； 流行的二冷水量ABC理论，即二冷水量计算的二次方程。 Q=Av-2+Bv,2+C 该方程建立较难。可以通过生产经验数据。用二元回归的方法求得A、B、c。 但1旦生产条件变化，生产钢种调整。二次方程系数即要重新设定。可操作性差， 现场技术人员很难操作。在实际使用中往往将该公式转化为u—R(比水量)一 Q水表，通过查表输出控制水量。由于水表编制难度大，往往根据经验填写原始 水表，主观随意性加大。 因而一些普钢长材生产钢厂往往使用人工设定，超大固定水量的连铸：冷操 作，往往比水量达到1．8—21／kg，足辊水量比达40％以上，铸坯黑角、坯面黑印 明显，铸坯内部热应力很大、内裂、缩孔严重。同时二冷喷淋段过短，二冷区后 1固温严重，铸坯表面温度过高，表面氧化铁皮层较厚，金属收得率降低。这种方 第四部分 式很难用来生产品种钢。 这里要指出，在超大水量，过饱和和二次冷却时，二冷水的温升低，有效利 用率差，如图2所示。超大水量过饱和二次冷却喷淋下，考虑控制方程的意义是 不大的。 随着连铸生产的发 疑铸机操作日趋稳定，在 稳定拉速的条件下，笔者 曾提出定比水量，并根据 喷嘴及管路特性，分段设 钱最大最小水量限制的 二：冷控制模式。按拉速单 参数控制水量，简便了操 作，在一些铸机上实现了 闭环二冷水控制，取得一 定效果，满足了大多数钢 种的需求，其综合配水曲 圈Z不同比7Ic骨# 线如图3。从图3可见该控制线并非直线，但存在直线区。它的不足是在直线区 拉速小范围变化水量仍按线性调整，尚不足以完全适应要求很严格的钢种的要 求。 第四部分 总 水 量 Q 值 拉速vc 图3定比水量控制总水量特征示意图 通过生产情况分析发现，现用的各种二二次冷却配水方式存在缺陷，即大多采 用各段同时实时控制。在生产中，当拉速变化时，首先是结晶器出口的坯壳单元 温度逐渐变化，拉速稳定到“必要”时间后从结晶器出口的坯壳单元温度才重新 趋于稳定。铸坯下行过程中经过不同的时间该单元铸坯才逐渐到达各个二冷段， 如果各冷却段都随拉速变化实时调整喷淋水量。则造成出L|单元前面，已经到达 各冷却段不同位置的铸坯单元承受了不同量的增减水量。这就在不同程度上造成 这些铸坯单元过冷或冷却不足。因此为保证铸坯表