小方坯连铸机二冷系统的优化Word文档格式.docx

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方坯连铸机弧形半径为6000mm,刚性引锭杆,结晶器铜管长度850mm,二冷为一段式面部喷水冷却,一段外弧喷淋管长度2.05m。

喷嘴选用实心圆锥HH15和HH6.5两种,结晶器液面到切割点弧线长度19m。

二冷水量采用Q=AV2

+BV-C参数法,由计算机实时计算水量和控制调节。

2裂纹形貌

连铸机铸坯内部中间裂纹出现在铸坯两侧弧和内弧,有时也出现在四个面上。

裂纹形貌如图1所示（中间裂纹3.5级,中心裂纹1级。

裂纹长度一般在10~20mm,裂纹距铸坯最短距离一般在25~35mm,内弧裂纹一般较其它面严重。

3二冷冷却工艺优化3.1裂纹产生位置的计算

根据凝固定律e=kt1/2

=k（L/V1/2

小方坯综

合凝固系数k值取27~30mmmin-1/2

坯壳厚度取25mm~35mm,拉速V取3.3~3.5m/min,则

L=

图1裂纹形貌

2829~4492mm,说明内裂纹产生位置在二冷段后区域。

优化二冷,控制铸坯回温有助于减少内裂。

3.2凝固传热模型

连铸坯凝固传热模型及相关边界条件,忽略拉坯方向传热,假设钢比热容、密度、导热系数K等不

随温度变化而变化,建立热传导二维偏微分方程:

cT

=K（2

Tx2+2

Ty2式中:

p!

!

钢的密度,kg/m3

;

c!

钢的比热,J（kgK

-1

T!

铸坯温度,∀;

!

时间,s;

K!

导热系数,W/（mK-1

。

1结晶器内平均热流计算公式:

q=

wQwcw（Tin-Tout

Fw

式中:

q!

热流,J/m2

W!

冷却水密度,kg/m3

422008年2月

河南冶金Feb.2008

第16卷第1期HENANMETALLURGYVo.l16No.1

联系人:

张怀宾,厂长,教授级高级工程师,河南.安阳（455004,安阳钢铁股份有限公司第二炼钢厂;

收稿日期:

2008!

1!

16

QW!

冷却水流量,m3

/s;

cW!

冷却水比热,J/kg∀;

Tin、Tout!

分别为进水温度和出水温度,∀;

FW!

结晶器水缝面积,m2

2二冷区传热计算公式:

q=h（tS-tW式中:

tS!

铸坯表面温度,∀;

tW

冷却水温度,∀;

hW!

换热系数,J/m2

∀。

3空冷区传热计算公式:

q=!

∀（Ts4-Tw4

+#（Ts-Tw式中:

铸坯黑度系数,取0.85;

∀!

斯蒂芬常数,取5.6710-8

w/m2

k;

TS!

铸坯表面温度,K;

TW!

环境温度,K。

3.3建立二冷控制模型

铸坯从结晶器到二冷区,再从二冷区到辐射冷却段,必须合理排出铸坯热量,使铸坯表面温度有一个较为平缓的下降,需要满足二冷控制的冶金准则:

1液芯长度小于19m,不能出现切割漏钢事故;

2铸坯表面温度最大冷却速率小于200∀/m[1]

3铸坯回温小于100∀/m[1]

4铸坯进矫直辊前表面温度大于900∀。

为满足铸机高拉速和铸坯高质量的要求,在铸机冶金长度较短的条件下,必须实施铸坯强冷工艺,二冷比水量达到2.0~2.5L/kg。

为此,根据二冷室空间,设计安装了二冷一段,二段和三段,外弧喷淋管长度分别为2.2m,2.0m,1.8m。

各段从上到下依次为强冷,中强冷和弱冷。

设定不同拉速下矫直辊前铸坯表面中间温度为950∀~1100∀,根据凝固传热模型,采用有限差分法求解,模拟计算Q235B钢种四个不同拉速下铸坯传热过程,确定对应的铸坯表面温度,二冷水量。

根据计算结果,用比例法确定出其它各点冷却水量。

拉速与水量的关系见表1:

表1拉速与水量的对应关系

拉速/

m/min一段水量/

t/h

拉速/m/min二段+三段水量/

0.56.72.743.034.13.063.541.83.5104.5

59.5

4.5

19

计算Q235B钢在中间包温度为1535∀,拉速3.5m/min的工况条件下,优化前后二冷区及水流密度分布对比如图2所示;

优化前后铸坯表面温度对

比如图3所示。

优化前铸坯出二冷区1m处回温

146.8∀,优化后铸坯出二冷区1m处回温35.7∀。

3.4喷嘴选型及喷嘴排布

结合各段确定最大水量和喷淋管长度以及喷嘴特点,确定一段上部为强冷区,选用28个HH15型号的实心锥形水喷嘴,一段中下部为中强冷1区,选用36个HH6.5型号的实心锥形水喷嘴,二段为中强冷2区,选用36个HH6.5型号的实心锥形水喷嘴,三段为弱冷区,选用28个HH6.5型号的实心锥形水喷嘴。

喷嘴排布以相同角度铸坯四面对等布置,按HH15喷射角60#,HH6.5喷射角46#计算,确定喷嘴距离铸坯120mm,通过调整相邻喷嘴间距控制冷却强度。

由于一段和二段外弧之间,二段和三段外弧之间各有支撑辊的存在,喷淋管上下无水区控制在不大于300mm,为保护内弧喷淋管,内弧加装了压辊。

4二冷优化的效果

二冷优化后,铸坯表面温度均匀程度大幅提高,原来的一段下部铸坯表面发黑,出一段后又明显变亮的现象消失。

优化后,采用便携式红外测温仪实测此水表在拉速为3.4~3.5m/min时各段出口铸坯表面实际温度（见表2。

表2计算与实测的铸坯表面温度

∀

位置理论计算温度

实测平均温度

误差出二冷一段1071.010683.0出二冷二段1110.311064.3出二冷三段1083.810803.8矫直前

1102.0

1098

4.0

由表2可知,现场实测平均温度与理论计算温

度误差小于0.5%。

低倍检验结果表明,铸坯内部裂纹与优化前相比有大幅度改善,中心裂纹由改造前的1~3级下降到0~0.5

（下转第52页

432008年第1期河南冶金

暗淡部位的检测造成了切割信号的延误,出现了定尺的超长。

为此,笔者对摄像定尺的切割检测点作了调整,将原来的角部检测改为对板坯头部中央检测（如图4所示,这样由于板坯头部中央温度明显高于角部,检测效果得以改善,经实物测量,超长误差由原来的30mm以上减小到10mm

左右。

图4中央检测

2.2钢坯亮度和图像设置对定尺精度的影响

当长时间低拉速生产时,被检测的铸坯断面会全部变暗（如图5所示,这将造成检测信号延误而出现定尺超长,再加上铸坯冷暗时本身长度收缩就小,这就会造成低拉速时的铸坯比正常拉速时的铸坯超长50mm以上,为此,在低拉速、铸坯冷暗的情况下,应及时对图像参数进行调整,使铸坯亮度值适当增加以获得良好的图像检测效果。

图像设置时,应通过调整亮度和对比度使画面背景暗些,钢坯亮些,强烈的明暗反差对实现灵敏检测、提高切割定尺精度非常有利。

另外,经笔者实际测量发现,同一拉速情况下,图像其他参数（对比度、饱和度、色调不变,而图像设置中亮度值不同时,会造成钢坯定尺精度发生改变,比如,在亮度值分别为80和219时,测量的两块10m板坯的热定尺值分别为10164mm和10140mm,定尺精度相差24mm,所以,稳定的生产状态下,

调好的图像参数不要随意更改。

图5低拉速时的铸坯图像2.3摄像定尺的外界干扰

通过长期生产实践,发现生产现场存在以下几种干扰摄像定尺的因素:

辊道冷却水和地沟冲渣水形成的水雾或蒸汽、人员在摄像视野内走动、天车吊

物的影响（如图6所示,这些因素在生产中必须密切关注,严防摄像镜头视野被遮挡后,造成无效检测

或错误切割信号发生。

图6天车钩对摄像的干扰

2.4其它注意事项

1摄像定尺控制室内温度不能过高,否则可能导致定尺系统工控机死机、图像质量下降（模糊不清等故障。

2应经常洗洁摄像器的玻璃护盖。

清洁时摄像镜头不得发生位移。

3生产中应对切割后的钢坯进行长度抽检,发现漂移,及时修正。

3应用效果

安钢第二炼轧厂2#

双流板坯连铸机摄像定尺切割系统,经过半年多的应用与实践,已取得了良好的应用效果,板坯定尺误差控制在了12mm以内,低于国标（80mm和企业标准（50mm,以及厂内控标准（30mm,同国标相比可使金属收得率提高0.5%以上,对于年产钢200万吨的双流板坯连铸机,按合格连铸坯与废钢差价400元/t计算:

年可创经济效益近40万元。

4结语

摄像定尺虽然具有较高的定尺测控精度,但在使用过程中,受环境的影响较大,经常出现定尺偏差的现象,所以在生产过程中应勤于观察,勤于测量铸坯,随着生产条件的变化,应及时对图像和参数进行调整修正,才能有效保证切割定尺的精度。

5参考文献

[1]干勇主编.炼钢-连铸新技术800问.北京:

冶金工业出版社.

2003:

350-353.

（上接第43页级,中间裂纹由改造前的2~4级下降到0~1.5级。

杜绝了外销普碳铸坯内裂质量异议,圆钢内部质量也得到大幅度提高;

同时,连铸机最高工作拉速也由优化前的3.3m/min

提高到4.3m/min,为提高铸机产能打下了坚实的基础。

[1]蔡开科.连续铸钢.北京:

科学出版社,1990:

254.

52河南冶金2008年第1期