连铸二冷工艺设计及过程控制教材课件

板坯连铸辊缝设计与板坯连铸辊缝设计与控制技术控制技术张家泉 北京科技大学钢铁冶金系139 1117 1237 2011年4月提提 纲纲铸机辊列与辊缝设计的意义铸机辊缝控制技术的发展辊间距/辊缝设计的依据连铸过程钢凝固与收缩的特点钢铸态热膨胀特性连铸过程钢坯的热力学行为（宽展及其控制）板坯连铸基础辊缝设计与动态轻压下辊缝控制 特点、对板坯内质的改善效果影响实际辊缝作用效果的因素铸机辊列辊缝设计意义铸机辊列辊缝设计意义一。铸机辊列与辊缝特征 辊列 辊缝 辊间距 合理的辊列/辊缝设计有助于控制铸坯的变形、裂纹，中心偏析、中心疏松以及中心线裂纹，也有助于避免高强度热轧板材分层等问题。辊列辊缝辊间距对弧精度Design Procedure:Optimise Roll PitchCalculation based upon:Bulging StrainMisalignment StrainRequire:Solidification Calculations forRange of grades and speeds铸机辊列辊缝设计意义铸机辊列辊缝设计意义二。必要性二冷辊列是铸机的脊梁 1）结晶器出口铸坯坯壳薄、钢水静压力大；2）坯壳冷凝收缩，发生尺度变化；3）坯壳高温蠕变，发生形变三。作用 1）夹持控制坯形作用 2）铸流导向作用 3）拉坯、弯曲、矫直作用 4）控制铸坯内质作用铸机辊列辊缝设计意义铸机辊列辊缝设计意义四。辊列设计不当/对弧不良后果（图）1）铸流不畅、铸坯机械应力应变大，导 致行坯不稳、结晶器液面波动大等 2）鼓肚应变与变形 3）不对中应变 铸机辊列辊缝设计意义铸机辊列辊缝设计意义五。辊缝设计不当的后果 1）辊缝过大（辊缝锥度小）坯形不保 鼓肚应变大、中心疏松、中心偏析级别高 2）辊缝过小（辊缝锥度大）拉坯阻力大 铸坯变形抗力大、辊子及其轴承座载荷大 铸坯蠕变宽展大 坯壳接触导热强度大，表面温度起伏大铸机辊缝控制技术发展铸机辊缝控制技术发展一。静态平行辊缝技术 不考虑铸坯冷凝收缩 机械垫片式刚性恒定辊缝、无锥度 结晶器出口厚度二。静态锥度辊缝技术 考虑铸坯收缩、不考虑钢种与凝固差异 扇形段锥度设计 机械垫片式刚性恒定辊缝、恒锥度 适合恒拉速浇注静态辊缝(机械辊缝）只可离线调整！常规铸机广泛使用铸机辊缝控制技术发展铸机辊缝控制技术发展三。可调辊缝技术液压辊缝远程在线可调辊缝按指定曲线设定浇注过程辊缝恒锥度用于薄板坯近终形连铸，如CSP、ISP 铸机辊缝控制技术发展铸机辊缝控制技术发展四。动态辊缝技术（图、movie）未来方向和主流技术！液压辊缝控制技术 辊缝远程动态可调 动态辊缝锥度 辊缝跟进铸坯凝固收缩 适合分钢种和断面远程在线调节辊缝 动态轻压下基础技术,可跟进铸坯凝固终点、通过变锥度对凝固末端轻压下控制铸坯内质。可调辊缝、动态辊缝技术实质上都是一种铸与轧耦合技术，但带液芯的轻微轧制中铸坯变形几乎没有纵向延伸！动态辊缝与动态轻压下辊间距辊间距/辊缝设计的依据辊缝设计的依据一。辊间距设计依据 鼓肚应变、辊不对中应变与机械总应变的综合控制辊间距辊间距/辊缝设计的依据辊缝设计的依据二。辊缝设计依据 跟进坯壳冷却的线收缩 补偿铸坯凝固末端固液糊状区的凝 固体积收缩 中心线偏析、疏松钢凝固与收缩的特点钢凝固与收缩的特点一。凝固方式：逐层凝固（裂纹敏感）、糊状凝固（粘结漏钢敏感）、中间凝固二。凝固收缩特点（1）液态收缩:从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩。也称过热收缩.（2）凝固收缩:从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。凝固收缩.(热收缩与相变收缩）（3）固态收缩:从凝固终止温度到室温间的收缩。（热收缩，还可能包括相变收缩或膨胀）三。凝固收缩与铸坯缺陷和辊缝工艺液态收缩、凝固收缩缩孔、疏松固态收缩减轻内部疏松程度，但也是热应变、热裂纹的根源其中1）液态收缩可以被连续充填的钢水所补偿；（中低碳钢约1-2%）2）固态收缩是辊缝收缩的依据（至室温约7-8%，其中线收缩率约2%）3）中心凝固收缩是强收缩辊缝或设定轻压下辊缝的依据。（约3%）例：结晶器内钢的线收缩锥度 设计依据0.00.20.40.60.81.0 DISTANCE FROM TOP OF MOULD(m)0123STEELGRADE钢铸态热膨胀特性钢铸态热膨胀特性NETZSCH DIL 402CNETZSCH DIL 402C热膨胀分析仪热膨胀分析仪NETZSCH TMA402ENETZSCH TMA402E热膨胀分析仪热膨胀分析仪钢热膨胀特性测试条件钢种尺寸，mm热循环历程，加热速率，/min冷却速率，/minAr流量，ml/minSPA-H515RT1305600 1010300Q235A515RT1305600 101030020CrMnTiH 525RT1150380 101010036Mn2V525RT1150380 101010045525RT1150380 101010065525RT1150380 1010100U71Mn525RT1150380 1010100U75V525RT1150380 1010100不同钢种热膨胀率不同钢种（瞬时）线性热膨胀系数不同钢种平均热膨胀系数连续冷却条件下固态相变特征温度连铸过程钢坯热连铸过程钢坯热/力学力学板坯连铸自然热收缩计算板坯连铸收缩辊缝设计的热-力学计算板坯连铸自然热收缩计算模型控制方程p温度场控制方程温度场控制方程p自然热收缩计算公式自然热收缩计算公式板坯连铸自然热收缩计算软件结构钢的凝固温区钢种钢种液相线温度液相线温度固相线温度固相线温度SPHC15301496SPAH15171453Q215A15231474Q235A15201470Q235B1517145420#15151456算例：断面1280210mm；钢种Q235A；拉速1.6m/min板坯连铸收缩辊缝设计热-力学计算传热边界条件板坯三维温度场板坯凝固进程板坯温度及凝固进程板坯宽面综合变形鼓肚板坯窄面综合变形板坯宽展拉速与板坯窄面综合变形宽展宽展及其控制1）合适拉速2）合理二冷强度布置3）足辊区窄面冷却强度4）针对钢种设计合适的结晶器下口尺寸（比如硅钢等结晶器锥度大点）凝固末端鼓肚、中心偏析与中心疏松控制 辊缝锥度强制辊缝设计的约束条件：凝固前沿的极限应变，当地坯壳表面的极限应变板坯连铸基础辊缝设计与动态轻压下辊板坯连铸基础辊缝设计与动态轻压下辊缝控制特点、作用效果缝控制特点、作用效果基础辊缝主要依据钢坯凝固线收缩动态轻压下辊缝特点在基础辊缝的基础上，对板坯凝固末端糊状区强制收缩辊缝合理设计轻压下辊缝明显改善铸坯中心致密度控制末端鼓肚是控制中心偏析的关键根据钢凝固收缩特性和高温力学特性结合连铸拉速设定辊缝合理收缩辊缝或动态轻压下工艺改善板坯内质效果控制末端鼓肚是控制中心偏析关键影响辊缝控制实际作用效果因素影响辊缝控制实际作用效果因素板坯宽面冷却不均匀（喷嘴布置、选型、喷淋状态）板坯角部过冷对弧精度问题辊子工作状态问题（变形、磨损、转动不良）定期检修及辊缝标定的必要性！使用抗变形长寿新型冷却方式辊Thanks for attention！板坯连铸辊缝设计对于铸坯内部质量控制十分重要。合理的辊缝设计有助于控制板坯中心偏析、中心疏松以及中心线裂纹，也有助于避免高强度热轧板材分层等问题。本报告将从以下几方面与大家分享板坯连铸辊缝设计理论与技术的研究与认识：1）钢的凝固热特性；2）板坯连铸凝固热-力学与变形问题；3）连铸静态辊缝与动态辊缝技术；3）辊缝设计计算、过程控制技术与应用。