CN102430733A - 一种板坯连铸机二冷水幅切控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于连铸冷却水控制技术领域，为克服已有发明存在对冷却水供水回路工程改造量大，成本太高或手动调节喷淋宽度控制精度较差等不足，提出了一种宽厚板坯二冷水喷淋宽度在线自动精确幅切控制的方法。主要通过铸坯二冷区温度场仿真计算和现场试验确定的不同钢种、不同宽度规格铸坯的二冷水喷淋宽度作为依据，驱动主要由支撑架和收集导流管组成的导流装置，将扇形段内弧各排边部喷淋管喷射出的多余冷却水收集并导出，实现对扇形段内弧二冷水喷淋宽度的在线精确幅切。采用本发明后，连铸坯角部的温度可稳定控制在870℃-900℃，有效地避开了钢的第三脆性温度区，微合金钢连铸坯角部的微横裂纹缺陷率也控制在1％以内。

Description

一种板坯连铸机二冷水幅切控制方法

技术领域

本发明属于连铸冷却水控制技术领域，特别是冷却水喷淋宽度的在线调节技术。具体指宽厚板坯连铸机内弧二冷水喷淋宽度在线幅切控制的方法。

技术背景

宽厚板坯连铸机具有断面大、拉速低等特点，且具备适浇多个规格断面连铸坯的能力，其铸流冷却机制主要依靠在扇形段内弧和外弧有规律安装喷淋管冷却系统，利用喷射至铸坯表面的冷却水冷却。在实际连铸生产过程中，一方面由于宽厚板坯具有断面大的特点，为确保铸坯在连铸生产过程不产生鼓肚行为和实现对连铸坯凝固潜热的有效消除，二冷水喷淋强度相比常规板坯连铸大，受喷淋管直接喷淋至铸坯角部的冷却水和由铸坯内弧表面中部流向铸坯边部的冷却水共同冷却作用，铸坯角部温度下降速度快；另一方面，受宽厚板连铸拉速相对低的影响，坯壳角部在铸流内受二维传热作用的时间加长，进一步加剧了坯壳角部区域的降温，极易引起铸坯边角部在过矫直区时落入钢的第三脆性温度区而导致连铸坯其内弧角部发生表面微横裂纹缺陷，严重制约了连铸机的稳定和高效化生产。

目前，避免该类型裂纹缺陷的有效手段为采用铸坯高温过矫直手段，促使连铸坯角部高温过矫直避开相应钢种的第三脆性温度区。在实际生产中，由于受连铸机设计和现场调度的制约，连铸拉速是相对稳定的。因此，降低宽厚板连铸坯内弧边角部受水量是确保其过矫直区高温避开钢的第三脆性温度区的主要手段。此外，由于宽厚板坯连铸机具有生产不同规格断面的能力，在实际生产过程中需频繁切换连铸坯断面的宽度，而安装在扇形段上的喷淋管设计准则为：冷却水在铸坯横向上的喷淋宽度满足最大宽度铸坯连铸生产需求，且位置固定。当铸坯宽度由大宽度规格调整为较小宽度断面时，受喷嘴流量特性的影响，由喷淋管喷射至铸坯内弧角部表面的冷却水量加大，铸坯角部降温加剧，致使铸坯内弧角部表面产生微横裂纹的几率加大。

为了解决由于铸坯自身冷却特点和喷淋管位置相对固定对连铸坯角部造成温降较快而致使其过矫直时其角部温度落入钢的第三脆性温度区的难题，连铸机设计厂商及部分科研院所近年来在部分宽厚板坯连铸机引入了二冷水幅切控制系统方法，并得到了推广和应用。但是该方法存在以下不足：一、工程改造量较大，实现费用昂贵。在宽厚板坯连铸机上引入该二冷幅切控制系统需重新对二冷各冷却区供水回路进行全面改造，扇形段上的原有喷淋管位置及数量进行重新优化，实现两套供水回路独立、协调工作。而扇形段上的供水回路一般都是固化在扇形段内部，重新改造新的二冷供水回路势必要对二冷各扇形段进行重新改造，不仅影响生产节奏，而且成本也较高。两套独立供水回路的协调工作也需要对二冷水表进行重新开发，精确的二冷配水控制系统研发周期也较长且十分复杂；二、宽厚板坯连铸机一般都具有适浇多个宽度规格铸坯的能力，而现有的幅切控制方法一般仅有两套供水回路，不能适应所有宽度断面的铸坯生产。

中国专利“CN201283419Y”公开了一种利用连杆顶升结构的板坯连铸机扇形段二次辅助冷却用活动喷淋架装置，该装置可通过线调整喷嘴与铸坯间的高度和喷淋管之间的间距实现对铸坯喷淋宽度的实时调整，但是该装置需要重新改造扇形段内原已固化的供水回路，工程改造量大，成本太高。

中国专利“CN200960545”公开了一种以推进装置控制的活动喷淋装置，该装置可准确调整喷嘴与铸坯间的距离和角度等工艺参数。但该装置仅适用于方坯和圆坯连铸机。

美国专利“US4256168A”公开了一种以双连杆与丝杆滑块组合的喷嘴装置，通过在连铸机扇形段侧面安装机械式手动执行机构，根据铸坯的断面宽度调整喷嘴与板坯之间的距离与喷淋范围，手动实现二冷水喷淋宽度的有效控制。但该装置结构较复杂，工程改造量大而繁琐，且手动调节二冷水喷淋宽度的控制精度较差，无法满足当今连铸的高效化生产。

因此，为了尽可能降低对二冷设备及工艺的改动量，并确保连铸机二冷水喷淋宽度与铸坯断面宽度良好、自动精确匹配，有效实现连铸坯角部过矫直时高温避开钢的第三脆性温度区，是目前连铸行业特别是宽厚板坯连铸行业亟待解决的问题。

发明内容

本发明为了有效实现对二冷各扇形段冷却水喷淋宽度的在线精确幅切控制，达到连铸坯角部过矫直高温避开钢的第三脆性温度区和整体改善连铸坯冷却效果的目的，克服已有发明存在对冷却水供水回路工程改造量大，成本太高或手动调节喷淋宽度控制精度较差，无法满足当今连铸的高效化生产等不足，提出了一种宽厚板坯二冷水喷淋宽度在线自动精确幅切控制的方法。

本发明主要靠如下手段实现。即将通过铸坯二冷区温度场计算机仿真计算和现场试验所确定的生产不同钢种、不同宽度规格铸坯的二冷水喷淋宽度作为依据，驱动主要由支撑架和收集导流管组成的导流装置，将扇形段内弧各排边部喷淋管喷射出的多余冷却水收集并导出，实现对扇形段内弧二冷水喷淋宽度的在线精确幅切。

所述的喷淋宽度是根据当前生产铸坯断面宽度、拉速、过热度及二冷配水量等工况，对照具体钢种的高温物理性能要求，采用铸坯二冷温度场计算机仿真计算和现场试验的方法确定。所述的导流装置，还包括1#固定杆、2#固定杆、连接杆机械臂以及带轨滑轮；2#固定杆保持与1#固定杆平行，连接杆机械臂穿透于2#固定杆，并与1#固定杆相连，实现三者固定连接。收集导流管的收集口与喷嘴喷出的二冷水扇形面初始距离为10-20mm，支撑架连接杆的上端垂直固定于连接杆机械臂上，下端与收集导流管相连，收集导流管向下倾斜10°-30°，在2#固定杆的两端配备有轨滑轮，并将滑轮轨道水平装置于扇形段上。所述的驱动是通过固定于扇形段内弧两侧的液压缸护板上的液压推进装置，推动1#固定杆中部，其最大行程100-150mm，从而实现各扇形段内导流管的整体水平位移。

本发明解决其技术问题的主要技术方案为：在连铸机铸流弧形段和矫直段的扇形段内弧两侧装配如图1所示的铸坯边部二冷水喷淋宽度在线自动调节导流装置系统，控制系统根据连铸坯二冷温度场计算机仿真计算和现场试验结果所确立的生产不同钢种、不同宽度规格铸坯的二冷水理想的喷淋宽度，通过液压推进装置在线自动调节导流装置位置，实现对连铸坯理想喷淋宽度以外的二冷水收集并导流，达到如图2所示对扇形段内弧二冷水喷淋宽度精确幅切控制效果的目的。其工作原理为：根据当前连铸生产的铸坯断面宽度、拉速、过热度及二冷配水量等工况，对照具体钢种的高温物理性能要求，也即确保铸坯角部无缺陷过矫直对应的钢的断面收缩率要求，由连铸坯二冷温度场计算机仿真和现场试验所确立的当前生产条件下，二冷水理想的喷淋宽度结果；由控制系统⑧对液压推进机构⑦发出位移推进指令，液压推进机构精确推进如附图3所示的支撑架，整体带动固定于其连接杆下端的二冷水收集导流管①向铸流中间水平移动，收集并导流由扇形段边部喷淋管喷射至铸坯边部的多余二冷水，实现对扇形段内弧二冷水喷淋宽度的在线自动精确幅切控制，达到有效提高连铸坯角部过矫直温度和整体改善连铸二冷温度场分布的目的，确实有效抑制连铸坯内弧角部表面微横裂纹的发生。

本发明在应用前，连铸坯内弧角部进入矫直段时的温度为750℃-820℃，恰好落入钢的第三脆性温度区，由此引发的微合金钢连铸坯内弧角部微横裂纹导致中厚板裂纹缺陷率达15％以上。采用本发明后，连铸坯角部的温度可稳定控制在870℃-900℃，较有效地避开了钢的第三脆性温度区，由连铸坯内弧角部微横裂纹导致的中厚板裂纹缺陷率也控制在1％以内，取得了显著的经济效益。

附图说明

图1幅切控制装置系统构成示意图。

图2二冷水幅切效果示意图。

图3幅切支撑架结构示意图。

在附图中，①收集导流管，②支撑架连接杆，③喷淋管，④连铸坯，⑤1#固定杆，⑥2#固定杆，⑦液压推进机构，⑧控制系统，⑨带轨滑轮，⑩连接杆机械臂，θ喷嘴喷射角度，l收集导流管入口与喷嘴口之间的距离，l’铸坯上表面高度冷却水的目标收集宽度，L喷嘴与铸坯上表面之间的距离。

具体实施方式

多数未配备幅切控制系统的宽厚板坯连铸机二冷扇形段在横向上多装有3支、在拉坯方向装配7排冷却水喷淋管，从而实现对铸坯在整个铸流上的冷却水覆盖，达到完成连铸坯冷却的目的。根据主流宽厚板坯连铸机喷嘴分布的特点以及连铸坯角部过矫直高温避开钢的第三脆性温度区的要求，本发明设计在连铸机铸流弧形段2-6段和矫直段扇形段内弧两侧装配，如图1所示的铸坯边部二冷水喷淋宽度在线自动调节导流装置系统，该装置系统根据铸坯二冷温度场计算机仿真和现场试验在装配有该导流装置系统条件下满足具体钢种的铸坯在当前生产工况下过矫直区时高温避开其第三脆性温度区所确定的二冷水理想的喷淋宽度结果；主控室下发液压推进指令，导流装置系统响应并整体水平推进支撑架，由收集导流管接收并导流系统所确定喷淋宽度的、由扇形段内弧边部两支喷淋管③喷射出的边部多余冷却水，实现对扇形段内弧二冷水喷淋宽度的在线精确调节，达到如图2所示扇形段内弧二冷水喷淋宽度精确幅切控制的目的。

具体工作过程：连铸生产在开浇或者利用结晶器在线调宽技术调整连铸坯断面时，主控室根据当前铸坯的断面宽度和所生产的钢种，选择控制系统内与对应钢种和铸坯断面宽度相匹配的选项，系统则根据预设好的铸坯理想喷淋宽度，下发液压缸驱动指令。液压缸接收到指令后将根据所确定的喷淋宽度，由其推动端水平推进1#固定杆，在1#固定杆的带动作用下，连接杆机械臂、2#固定杆、支撑架连接杆以及收集导流管保持与1#固定杆保持相对固定的方式以相同的速度水平移动至系统所指定的喷淋宽度位置，实现对二冷喷淋宽度的精确幅切控制。

铸坯二冷水理想喷淋宽度的确立由铸坯二冷温度场计算机仿真计算和现场试验共同确定。其中，铸坯二冷温度场计算机仿真采用有限元分析法进行，即利用Ansys商业有限元软件根据连铸现场包括具体钢种高温凝固特性、钢水过热度、铸坯断面规格、拉速、结晶器一次冷却水量、二冷水量以及铸坯边部导水宽度等在内影响铸坯温度场分布的连铸现场实际工况，建立连铸坯二维非稳态温度场计算模型，模拟现场连铸过程。通过调整铸坯边部导水宽度因素考察铸坯边角部过矫直区的温度分布，以对应钢种的断面收缩率在60％以上的温度要求为基准，确定理论最佳的二冷水喷淋宽度；现场试验的开展则是在计算机仿真计算所确定的生产不同钢种和断面宽度铸坯的二冷水理论最佳喷淋宽度基础上，在实际连铸生产过程中根据最终连铸坯角部质量检验结果和后续轧制钢板边部质量检验结果利用导流装置系统微调该理论喷淋宽度，最终确定每个钢种和断面下的最佳喷淋宽度。

图1所示的二冷水喷淋宽度在线自动调节导流装置系统，主要由收集导流管①、图3所示的支撑架机构②、⑤、⑥、⑩、液压推进装置⑦以及相应的控制系统⑧所组成。其中，所述的收集导流管①由直径Φ为40-55mm的钢管以及焊接其上并与其呈15°-30°角度、长40-60mm的开口状收集口组成，且二者均为不锈钢材质，收集导流管的整体长度

并整体以向下倾斜10°-30°方式固定于支撑架连接杆②上，导流管①的个数与扇形段内的喷嘴排数一致。所述的支撑架主要由1#固定杆⑤、2#固定杆⑥、连接杆机械臂⑩、支撑架连接杆②以及带轨滑轮⑨组成，材质均为不锈钢。其中，1#固定杆⑤的设计是为了保证支撑架在液压推进装置的推动下水平推进整个支撑架；2#固定杆⑥保持与1#固定杆⑤平行，其设计主要目的为固定并支撑连接杆机械臂⑩；连接杆机械臂⑩根据扇形段内各排喷嘴的位置穿透于2#固定杆⑥，并与1#固定杆⑤固定连接，其主要作用为固定连接有收集导流管的支撑架连接杆②，其长度为保证液压推进行程为0时，收集导流管的收集口与各边部喷嘴喷出的二冷水扇形面距离为10-20mm，其装置个数与收集导流管个数相同；支撑架连接杆②的上端垂直固定于连接杆机械臂⑩上，下端与收集导流管相连，其长度为保证收集导流管入口与喷嘴口之间的高度间距l处于30-50mm范围。为了减小液压推进过程的摩擦阻力和精确控制导流装置的整体推进距离，在2#固定杆⑥的两端配备有轨滑轮⑨，并将滑轮轨道水平装置于扇形段上，使支撑架在液压推进装置的推动作用下整体精确地平行推进。所述的液压推进装置由一套液压缸构成，液压缸的推进端与支撑架1#固定杆⑤中部位置固定连接，液压缸整体固定于扇形段内弧两侧的液压缸护板上，其推进距离由控制系统下发指令决定，最大行程选择100-150mm。所述的控制系统可根据铸坯断面宽度等连铸工况和具体钢种对铸坯角部过矫直温度的要求，在线调节液压推进装置的推进距离，其大小由

所控制，铸坯上表面高度冷却水的目标收集宽度l’由上述铸坯二冷温度场计算机仿真计算与现场试验根据具体钢种和对应的实际连铸工况等所确立的理想喷淋宽度确定，从而实现对各扇形段内弧二冷水喷淋宽度的在线精确幅切控制。

实施例

连铸机参数：直弧形宽厚板坯连铸机，0段为立弯段、1-6段为弧形段，7-8段为矫直段，9-14段为水平段，流线全长35.5m；生产铸坯的断面宽度规格分别为1600mm、1800mm和2100mm，每个扇形段布有7排喷淋管，每排等间距装有3支，喷嘴距离铸坯上表面的高度均为480mm，喷嘴的喷射角度为110°，二冷水在铸坯横向上的原始覆盖宽度为2470mm。

本发明实施中的具体参数为：二冷水喷淋宽度在线自动调节导流装置系统装置于弧形段3-6段和矫直段7-8段内弧的铸流两侧，收集导流管的直径Φ选为50mm，收集口长50mm并与钢管呈30°焊接，收集导流管整体与水平面呈20°角与连接杆连接，导流管整体长度600mm，收集口与喷嘴间高度30mm，经铸坯二冷温度场仿真计算与现场试验确定，确保低碳钢、包晶钢和中碳微合金钢连铸坯角部有效高温避开对应钢种的第三脆性温度区并降低其边角微横裂纹率的二冷水在铸坯横向上的覆盖理想宽度分别为距离铸坯边部两侧50mm，60mm和60mm，液压缸最大行程取150mm。

本发明在应用前，连铸坯内弧角部进入矫直段时的温度为750℃-820℃，恰好落入钢的第三脆性温度区，由此引发的微合金钢连铸坯内弧角部微横裂纹导致中厚板裂纹缺陷率达15％以上。采用本发明后，连铸坯角部的温度可稳定控制在870℃-900℃，较有效地避开了钢的第三脆性温度区，由连铸坯内弧角部微横裂纹导致的微合金钢中厚板裂纹缺陷率也控制在1％以内，取得了显著的经济效益。

Claims (4)

1.一种板坯连铸机二冷水幅切控制方法，其特征在于将通过铸坯二冷区温度场仿真计算和现场试验确定的不同钢种、不同宽度规格铸坯的二冷水喷淋宽度作为依据，驱动主要由支撑架和收集导流管组成的导流装置，将扇形段内弧各排边部喷淋管喷射出的多余冷却水收集并导出，实现对扇形段内弧二冷水喷淋宽度的在线精确幅切。

2.如权利要求1所述的板坯连铸机二冷水幅切控制方法，其特征在于所述的喷淋宽度是根据当前生产铸坯断面宽度、拉速、过热度及二冷配水量等工况，对照具体钢种的高温物理性能要求，采用非稳态连铸坯二冷温度场计算机仿真计算和现场试验的方法确定。

3.如权利要求1所述的板坯连铸机二冷水幅切控制方法，其特征在于所述的导流装置，还包括1#固定杆、2#固定杆、连接杆机械臂以及带轨滑轮；2#固定杆保持与1#固定杆平行，连接杆机械臂穿透于2#固定杆，并与1#固定杆相连，收集导流管的收集口与喷嘴喷出的二冷水扇形面初始距离为10-20mm，支撑架连接杆的上端垂直固定于连接杆机械臂上，下端与收集导流管相连，收集导流管向下倾斜10°-30°，在2#固定杆的两端配备有轨滑轮，并将滑轮轨道装置于扇形段上。

4.如权利要求1所述的板坯连铸机二冷水幅切控制方法，其特征在于所述的驱动是通过固定于扇形段内弧两侧的液压缸护板上的液压推进装置，推动1#固定杆中部，其最大行程100-150mm，从而实现各扇形段内导流管的整体水平位移。

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