CN113426975B - 一种高效小方坯连铸配水二次冷却研究方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高效小方坯连铸配水二次冷却研究方法，涉及炼钢连铸技术领域，包括以下步骤：模拟实验、实验反推、控制拉矫机前温度、四区水量分配、钢种特性研究、针对性实验、调节喷嘴和得出结论；本发明通过收集高拉速铸机生产情况，不同断面、不同拉速、不同比水量范围，来确定最小冶金长度，通过研究裂纹不同情况调整各区水量分配比例，通过针对常规普碳钢、低碳钢、中碳钢的钢种凝固特性进行实验，控制二冷比水量等参数，有利于对二冷配水参数进行有效校正，从而实现最佳参数，且本发明对拉矫机前表面温度测量，可以指导比水量和二冷水量调整比例，保证合理的冷却程度，避免局部冷却强度不合理导致铸坯出现各种缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢连铸技术领域，尤其涉及一种高效小方坯连铸配水二次冷却研究方法。
背景技术
目前钢铁高效连铸机普碳钢平均拉速4.2m/min，最快拉速可达5.07m/min，在工艺控制中已无经验借鉴参考，而二冷配水作为连铸工艺关键技术，在追求高拉速条件下，既要提高和稳定连铸坯的质量，也要提高连铸生产率，故展开对高拉速条件下二冷配水研究；
现有技术中，很多厂家难以准确确定二冷配水参数最佳值，研究不充分，造成产品缺陷大，且很多厂家认为加大二冷的配水量使坯壳迅速生产，以避免漏钢的现象发生，没有考虑传热系数的影响，同时，实际运作中，在不断提升拉速的同时，铸坯质量难以满足要求，因此，本发明提出一种高效小方坯连铸配水二次冷却研究方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种高效小方坯连铸配水二次冷却研究方法，该高效小方坯连铸配水二次冷却研究方法通过收集高拉速铸机生产情况，不同断面、不同拉速、不同比水量范围，来确定最小冶金长度，通过研究裂纹不同情况调整各区水量分配比例，通过针对常规普碳钢、低碳钢、中碳钢的钢种凝固特性进行实验，控制二冷比水量等参数，有利于对二冷配水参数进行有效校正，从而实现最佳参数，达到低倍内部总缺陷级别≤3.5级以下。
为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种高效小方坯连铸配水二次冷却研究方法，包括以下步骤：
步骤一：进行模拟实验，在铸机使用中，在不同的拉速下观察不同断面铸坯凝固末端的变化趋势，并给出不同的比水量范围，观察二冷强度影响凝固末端位置的趋势，由于铸机冶金长度要大于凝固末端，得出不同断面高拉速所需的最小冶金长度；
步骤二：由步骤一不同的比水量范围得出，比水量越大则凝固末端越小，反过来，当冶金长度已固定且成为提高拉速的限制环节，则在满足铸坯质量前提下通过提高二冷强度的方式来加速铸坯凝固，评估需要的最小冶金长度；
步骤三：在二冷配水中，对拉矫机前表面温度进行测量，保证进拉矫机前，和铸坯的表面温度基本相同，控制在1000±50℃范围内；
步骤四：将二冷分为四区进行实验，铸坯裂纹在二冷一、二区阶段形成，故一、二区水量分配为配水关键，随着铸坯继续冷却，控制二冷三、四区水量，防止铸坯产生回温裂纹，根据裂纹不同情况调整各区水量分配比例；
步骤五：针对常规普碳钢、低碳钢、中碳钢的钢种凝固特性进行实验，控制二冷情况；
步骤六：研究采用三台铸机，以生产普碳钢为主，配水方式采用强冷却方式，在同样的冶金长度下，提高拉速，控制强冷却的比水量为1.7～1.9L/kg；
步骤七：将各区喷嘴设计及喷嘴与铸坯之间的距离遵守以下原则：喷嘴与喷嘴扇形面全打开状态下，所喷出水量之间无交叉干涉，达到水量的充分利用；
步骤八：高效、高拉速连铸机采取强冷却方式，同时增加冷却段的长度，而不是单纯增加水量，来提高连铸的产量和铸坯内部质量。
进一步改进在于：所述步骤一中，冶金长度为从弯月面到切割点的长度，是限制拉速提高的硬性指标，当铸坯到切割点还没有完全凝固，即冶金长度小于铸坯的凝固末端，导致切割漏钢事故。
进一步改进在于：所述步骤一中，模拟实验具体为：随着拉速的提高，凝固末端后移，利用更长的冶金长度来保证安全生产，针对于150×150mm断面，实现4m/min的拉速，冶金长度大于24m，而实现5m/min的拉速，冶金长度大于31m；断面越大，相同拉速下需更大的冶金长度，相比较，4m/min拉速，130×130mm断面需要18m冶金长度，150×150mm断面需要24m，而165×165mm断面需要30m冶金长度。
进一步改进在于：所述步骤三中，由于铸机设备性能、钢种凝固特性，控制拉矫机前温度小于1100℃。
进一步改进在于：所述步骤四中，铸坯裂纹在二冷一、二区阶段形成，该阶段为铸坯凝固初期、塑性较低阶段。
进一步改进在于：所述步骤四中，根据裂纹不同情况调整各区水量分配比例具体为：当出现星状裂纹时，是铸坯在凝固未期，由于钢水过热度高、冷却强度不够，铸坯液芯部位凝固收缩产生热应力裂纹，故通过加大凝固末端二冷水量，减轻或解决裂纹及中心缩孔的产生；当出现中心疏松时，是铸坯凝固时体积收缩及中心部位最后凝固，因气体析集或夹杂物聚集较为严重所致，现阶段采取加大末期冷却水量的措施。
进一步改进在于：所述步骤五中，对常规普碳钢常采用强冷却，增大冷却凝固系数，缩短凝固时间，在同样的冶金长度下，提高拉速，提高连铸机生产率，强冷却的比水量为1.7～1.9L/kg；针对低碳钢，钢的裂纹敏感性强，则用弱冷却，为抑制柱状晶生长，增大等轴晶降低冷却强度，采用弱冷却，比水量1.5～1.65L/kg，铸坯的表面温度高，结晶结构上柱状晶被抑制，等轴晶提高；针对中碳钢，裂纹是中碳钢一个特殊问题，是由铁素体相和奥氏体相间热收缩系数不同，导致坯壳中产生热应力引起的，且对连铸坯的质量要求高，拉速慢，则采用弱冷却，其比水量为0.9～1.2L/kg。
进一步改进在于：所述步骤六中，三台铸机的参数为：结晶器冷却水压力1.0MPa，二次冷却水采用高压、全水喷淋冷却，供水压力2.0MPa以上，铸机二冷水压水1.75MPa以上，比水量达2.5l/kg，结晶器水、二冷水水温控制范围30～33℃，进回水温度差控制范围8～10℃。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过收集高拉速铸机生产情况，不同断面、不同拉速、不同比水量范围，来确定最小冶金长度，通过研究裂纹不同情况调整各区水量分配比例，通过针对常规普碳钢、低碳钢、中碳钢的钢种凝固特性进行实验，控制二冷比水量等参数，有利于对二冷配水参数进行有效校正，从而实现最佳参数，达到低倍内部总缺陷级别≤3.5级以下。
2、本发明对拉矫机前表面温度测量，可以指导比水量和二冷水量调整比例，保证合理的冷却程度，避免局部冷却强度不合理导致铸坯出现各种缺陷。
3、本发明研究了二冷配水的设计中，传热系数所受的影响，采用三台铸机，以生产普碳钢为主，设定参数进行针对性研究，并控制喷嘴的使用原则，通过水流密度影响传热系数，以减少对质量、生产方面影响，并得出采取强冷却方式，同时增加冷却段的长度，而不是单纯增加水量的结论，对提高连铸的产量和铸坯内部质量有很大好处。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的不同断面凝固末端随拉速变化趋势示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
根据图1、2所示，本实施例提出了一种高效小方坯连铸配水二次冷却研究方法，包括以下步骤：
步骤一：进行模拟实验，在铸机使用中，在不同的拉速下观察不同断面铸坯凝固末端的变化趋势，并给出不同的比水量范围，观察二冷强度影响凝固末端位置的趋势，由于铸机冶金长度要大于凝固末端，得出不同断面高拉速所需的最小冶金长度，冶金长度为从弯月面到切割点的长度，是限制拉速提高的硬性指标，当铸坯到切割点还没有完全凝固，即冶金长度小于铸坯的凝固末端，导致切割漏钢事故，上述模拟实验具体为：随着拉速的提高，凝固末端后移，利用更长的冶金长度来保证安全生产，针对于150×150mm断面，实现4m/min的拉速，冶金长度大于24m，而实现5m/min的拉速，冶金长度大于31m；断面越大，相同拉速下需更大的冶金长度，相比较，4m/min拉速，130×130mm断面需要18m冶金长度，150×150mm断面需要24m，而165×165mm断面需要30m冶金长度，见图2；
步骤二：由步骤一不同的比水量范围得出，比水量越大则凝固末端越小，反过来，当冶金长度已固定且成为提高拉速的限制环节，则在满足铸坯质量前提下通过提高二冷强度的方式来加速铸坯凝固，评估需要的最小冶金长度；
步骤三：在二冷配水中，对拉矫机前表面温度进行测量，保证进拉矫机前，和铸坯的表面温度基本相同，控制在1000±50℃范围内，由于铸机设备性能、钢种凝固特性，控制拉矫机前温度小于1100℃；
步骤四：将二冷分为四区进行实验，铸坯裂纹在二冷一、二区阶段形成，该阶段为铸坯凝固初期、塑性较低阶段，故一、二区水量分配为配水关键，随着铸坯继续冷却，控制二冷三、四区水量，防止铸坯产生回温裂纹，根据裂纹不同情况调整各区水量分配比例，具体为：当出现星状裂纹时，是铸坯在凝固未期，由于钢水过热度高、冷却强度不够，铸坯液芯部位凝固收缩产生热应力裂纹，故通过加大凝固末端二冷水量，减轻或解决裂纹及中心缩孔的产生；当出现中心疏松时，是铸坯凝固时体积收缩及中心部位最后凝固，因气体析集或夹杂物聚集较为严重所致，现阶段采取加大末期冷却水量的措施；
步骤五：针对常规普碳钢、低碳钢、中碳钢的钢种凝固特性进行实验，控制二冷情况，对常规普碳钢常采用强冷却，增大冷却凝固系数，缩短凝固时间，在同样的冶金长度下，提高拉速，提高连铸机生产率，强冷却的比水量为1.7～1.9L/kg；针对低碳钢，钢的裂纹敏感性强，则用弱冷却，为抑制柱状晶生长，增大等轴晶降低冷却强度，采用弱冷却，比水量1.5～1.65L/kg，铸坯的表面温度高，结晶结构上柱状晶被抑制，等轴晶提高；针对中碳钢，裂纹是中碳钢一个特殊问题，是由铁素体相和奥氏体相间热收缩系数不同，导致坯壳中产生热应力引起的，且对连铸坯的质量要求高，拉速慢，则采用弱冷却，其比水量为0.9～1.2L/kg；
步骤六：研究采用三台铸机，以生产普碳钢为主，配水方式采用强冷却方式，在同样的冶金长度下，提高拉速，控制强冷却的比水量为1.7～1.9L/kg，三台铸机的参数为：结晶器冷却水压力1.0MPa，二次冷却水采用高压、全水喷淋冷却，供水压力2.0MPa以上，铸机二冷水压水1.75MPa以上，比水量达2.5l/kg，结晶器水、二冷水水温控制范围30～33℃，进回水温度差控制范围8～10℃；
步骤七：将各区喷嘴设计及喷嘴与铸坯之间的距离遵守以下原则：喷嘴与喷嘴扇形面全打开状态下，所喷出水量之间无交叉干涉，达到水量的充分利用；
具体参数为：
步骤八：高效、高拉速连铸机采取强冷却方式，同时增加冷却段的长度，而不是单纯增加水量，来提高连铸的产量和铸坯内部质量。
该高效小方坯连铸配水二次冷却研究方法通过收集高拉速铸机生产情况，不同断面、不同拉速、不同比水量范围，来确定最小冶金长度，通过研究裂纹不同情况调整各区水量分配比例，通过针对常规普碳钢、低碳钢、中碳钢的钢种凝固特性进行实验，控制二冷比水量等参数，有利于对二冷配水参数进行有效校正，从而实现最佳参数，达到低倍内部总缺陷级别≤3.5级以下，且该方法对拉矫机前表面温度测量，可以指导比水量和二冷水量调整比例，保证合理的冷却程度，避免局部冷却强度不合理导致铸坯出现各种缺陷，同时，该方法研究了二冷配水的设计中，传热系数所受的影响，采用三台铸机，以生产普碳钢为主，设定参数进行针对性研究，并控制喷嘴的使用原则，通过水流密度影响传热系数，以减少对质量、生产方面影响，并得出采取强冷却方式，同时增加冷却段的长度，而不是单纯增加水量的结论，对提高连铸的产量和铸坯内部质量有很大好处。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种高效小方坯连铸配水二次冷却研究方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：进行模拟实验，在铸机使用中，在不同的拉速下观察不同断面铸坯凝固末端的变化趋势，并给出不同的比水量范围，观察二冷强度影响凝固末端位置的趋势，由于铸机冶金长度要大于凝固末端，得出不同断面高拉速所需的最小冶金长度；
步骤二：由步骤一不同的比水量范围得出，比水量越大则凝固末端越小，反过来，当冶金长度已固定且成为提高拉速的限制环节，则在满足铸坯质量前提下通过提高二冷强度的方式来加速铸坯凝固，评估需要的最小冶金长度；
步骤三：在二冷配水中，对拉矫机前表面温度进行测量，保证进拉矫机前，拉矫机前表面温度和铸坯的表面温度相同，控制在1000±50℃范围内；
步骤四：将二冷分为四区进行实验，铸坯裂纹在二冷一、二区阶段形成，该阶段为铸坯凝固初期、塑性较低阶段，故一、二区水量分配为配水关键，随着铸坯继续冷却，控制二冷三、四区水量，防止铸坯产生回温裂纹，根据裂纹不同情况调整各区水量分配比例具体为：当出现星状裂纹时，是铸坯在凝固末期，由于钢水过热度高、冷却强度不够，铸坯液芯部位凝固收缩产生热应力裂纹，故通过加大凝固末端二冷水量，减轻或解决裂纹及中心缩孔的产生；当出现中心疏松时，是铸坯凝固时体积收缩及中心部位最后凝固，因气体析集或夹杂物聚集较为严重所致，采取加大凝固末期冷却水量的措施；
步骤五：针对普碳钢钢种凝固特性进行实验，控制二冷情况；
步骤六：研究采用三台铸机，以生产普碳钢为主，配水方式采用强冷却方式，在同样的冶金长度下，提高拉速，控制强冷却的比水量为1.7～1.9L/kg；
步骤七：各区喷嘴设计及喷嘴与铸坯之间的距离遵守以下原则：喷嘴与喷嘴扇形面全打开状态下，所喷出水量之间无交叉干涉，达到水量的充分利用；
步骤八：高效、高拉速连铸机采取强冷却方式，同时增加冷却段的长度，而不是单纯增加水量，来提高连铸的产量和铸坯内部质量。
2.根据权利要求1所述的一种高效小方坯连铸配水二次冷却研究方法，其特征在于：所述步骤一中，冶金长度为从弯月面到切割点的长度，是限制拉速提高的硬性指标，当铸坯的切割点还没有完全凝固，即冶金长度小于铸坯的凝固末端时，导致切割漏钢事故。
3.根据权利要求2所述的一种高效小方坯连铸配水二次冷却研究方法，其特征在于：所述步骤一中，模拟实验具体为：随着拉速的提高，凝固末端后移，利用更长的冶金长度来保证安全生产，针对于150×150mm断面，实现4m/min的拉速，冶金长度大于24m，而实现5m/min的拉速，冶金长度大于31m；断面越大，相同拉速下需更大的冶金长度，针对4m/min拉速，130×130mm断面需要18m冶金长度，150×150mm断面需要24m冶金长度，而165×165mm断面需要30m冶金长度。
4.根据权利要求1所述的一种高效小方坯连铸配水二次冷却研究方法，其特征在于：所述步骤六中，三台铸机的参数为：结晶器冷却水压力1.0MPa，二次冷却水采用高压、全水喷淋冷却，供水压力2.0MPa以上，铸机二次冷却水水压1.75MPa以上，比水量达2.5L/kg，结晶器冷却水、二次冷却水水温控制范围30～33℃，进回水温度差控制范围8～10℃。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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