板坯連鑄輕壓下工藝模型的研究及應(yīng)用.pdf

1、在鋼鐵業(yè)快速發(fā)展的今天，用戶對產(chǎn)品質(zhì)量提出了嚴(yán)格的要求，對品種的要求更高。提高鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量以及增加高附加值的產(chǎn)品比例是每個鋼鐵生產(chǎn)者追求的目標(biāo)。對板坯來說，中心偏析和中心疏松對鋼材質(zhì)量的影響問題卻沒有得到較好的解決。嚴(yán)重中心偏析和中間疏松的鑄坯會在軋制中板或厚板的過程中會產(chǎn)生不均勻的變形而出現(xiàn)廢品，同時會對鋼板的組織和性能產(chǎn)生較大的影響。
　　 減少或消除中心偏析和中間疏松比較可靠和理想的技術(shù)手段就是采用輕壓下技術(shù)。輕壓下技術(shù)

2、通過對凝固過程中的板坯實施機械壓力來實現(xiàn)輕壓下，達到打碎凝固過程產(chǎn)生的柱狀晶，將富集溶質(zhì)元素的鋼液回溯并再次混勻以消除板坯中心偏析，同時由于壓下力的作用，使得凝固末端具有一定的壓縮，在一定程度上減小了鑄坯內(nèi)部的空隙，增加了鑄坯的致密度，進而達到消除或者是減輕中心疏松的效果。
　　 目前，輕壓下技術(shù)在國外工程公司是成熟的技術(shù)，也是它們在中國市場和國際市場推廣連鑄機技術(shù)的關(guān)鍵和核心技術(shù)。在輕壓下技術(shù)中，采用的設(shè)備是有形的，設(shè)備配置和

3、參數(shù)是可查的，唯有輕壓下的工藝控制模型是無形的、不可查詢的，同時輕壓下的工藝模型也具有較高的理論深度，對輕壓下的實施效果具有較大的影響。本研究基于該出發(fā)點，以柳鋼6號板坯連鑄機為研究對象，開展輕壓下工藝模型的研究，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的輕壓下工藝模型。
　　 在充分分析板坯連鑄凝固傳熱過程，建立了板坯連鑄機澆鑄過程的離線分析模型，開發(fā)出板坯連鑄機澆鑄過程的離線分析軟件。同時基于適用性和高效性的考慮，板坯連鑄機澆鑄過程的離線分析軟

4、件開發(fā)了一維凝固傳熱和二維凝固傳熱分析模塊。板坯連鑄機澆鑄過程的離線分析軟件可以準(zhǔn)確預(yù)測穩(wěn)態(tài)工藝條件下的鑄坯溫度分布和凝固狀態(tài)，為穩(wěn)態(tài)條件下實施輕壓下提供依據(jù)，也能為板坯連鑄澆鑄過程動態(tài)控制模型的調(diào)試和優(yōu)化提供指導(dǎo)。
　　 基于板坯連鑄過程非穩(wěn)態(tài)的特點，研究并開發(fā)了板坯連鑄澆鑄過程實時跟蹤控制模型。并從結(jié)構(gòu)和功能上實現(xiàn)了板坯凝固過程實時溫度和凝固計算、二冷動態(tài)配水模型、動態(tài)輕壓下控制的分離，并確保三者的有機聯(lián)系。板坯連鑄澆鑄過程

5、實時跟蹤控制模型，能實時準(zhǔn)確地預(yù)測非穩(wěn)態(tài)澆鑄過程中鑄坯表面溫度分布和凝固終點位置，根據(jù)計算的溫度和目標(biāo)點表面溫度的偏差動態(tài)調(diào)整二冷區(qū)水量，同時基于澆鑄鋼種、澆鑄工況確定出合理的輕壓下工藝參數(shù)(包括：壓下位置、壓下量和壓下率)。
　　 采用綜合熱分析儀STA449C、熱膨脹儀DIL402和熱模擬試驗機Gleeble1500D對柳鋼6號板坯連鑄機生產(chǎn)的兩個主力鋼種Q345和AH36進行了高溫物理性能測試和高溫力學(xué)性能測試。測試結(jié)果為

6、輕壓下工藝模型的計算提供準(zhǔn)確的物性參數(shù)和力學(xué)參數(shù)。
　　 彈塑性模型能較好反映鑄坯的力學(xué)行為，這里采用彈塑性有限元模型，對柳鋼6號板坯連鑄在實施輕壓下的過程進行熱-機耦合分析，以掌握鑄坯在實施壓下過程中力學(xué)性能，對確定合理的壓下參數(shù)奠定基礎(chǔ)，另一方面，獲得鑄坯對輕壓下扇形段的反力以及實施輕壓下增加的拉坯阻力，為輕壓下扇形段的設(shè)備設(shè)計以及連鑄機驅(qū)動電機的選擇提供條件。
　　 對實施輕壓下的關(guān)鍵設(shè)備輕壓下扇形段進行了整體的強

7、度分析，分別剖析了上框架、下框架、驅(qū)動輥、從動輥和夾緊及調(diào)厚裝置的變形和應(yīng)力，從設(shè)備安全的角度分析各部件在輕壓下過程的安全程度，同時分析了扇形段變形對輕壓下效果的影響，提出了需要對輕壓下扇形段在壓下過程中根據(jù)壓力對壓下量進行補償，補償?shù)墓饺缦拢?br>　　 S=-0.0026F+0.0958式中：s為壓下量的補償量，mm；F為壓下力，KN。
　　 為驗證模型的準(zhǔn)確性，采用紅外線測溫儀對鑄坯表面溫度進行了多工況多位置的測試，并

8、把測試溫度和模型計算的溫度進行了比較。比較結(jié)果顯示溫度計算值和測量值吻合較好，偏差小于4.8％，說明工藝模型計算的溫度值是可靠的。
　　 采用射釘法對柳鋼6號板坯連鑄機生成Q345和AH36的典型工況進行了坯殼厚度的測試，射釘試驗表明模型計算的凝固終點和測試值吻合較好，絕對偏差小于40mm，相對偏差小于0.15％。同時指出現(xiàn)行采用的射釘法在計算凝固系數(shù)時存在的問題，從理論分析和實踐算例入手，提出了修正的算法。
　　 工藝