连铸坯质量与二冷水自动控制

连铸坯质量与二冷水自动控制山东莱芜钢铁集团设计院3周志敏【摘 要】 文中结合莱钢生产的连铸坯存在的质量问题, 重点分析二冷水与铸坯质量, 二冷水的控制方式及莱钢连铸机二冷区存在的问题, 与其解决的措施。【关键词】 铸坯质量 二冷水控制质量, 则必须加以控制钢水由液状转化为状的全过程。 而二次冷却段的喷水冷却是 为关键的环节, 二冷水量的设计思想是使 坯表面温度在浇注方向上均匀下降, 以确铸坯质量。二次冷却水流局部地方过强, 在 坯表面可能产生裂纹。二冷水量不够, 则可 在铸坯内部产生裂纹。 因此二次冷却水量须有适当的强度, 并在二次冷却各段的流 进行合理分配, 以使铸坯在二次冷却各段到适当均匀的冷却。 二次冷却水适当均匀却的原则, 是按钢种对裂纹的敏感性来确 冷却强度, 常以比水量 (水钢) 表示 (L /k g) 连铸坯在工艺上有一个理想的铸坯表 目标温度, 就是连铸坯拉出二次冷却段后 行自然冷却时的表面温度。 铸坯表面温度 调节冷却水量的一个重要参数, 铸坯表面 度取决于一次和二次冷却水强度, 并与铸 断面尺寸、钢种、拉坯速度、坯壳厚度及不 检测点有关。 若铸坯拉出二次冷却段后的 际表面温度与理想表面目标温度一致或者 近时, 即可获得质量较好的连铸坯。为了解 连铸生产过程中铸坯的动态参数和实施自控制, 莱钢 3# 连铸机在铸坯矫直前作为测 点, 由于二冷区出口蒸汽、雾化及铸坯表面 化铁等影响测温效果, 故选用红外高温计, 取连续测温。为保证测量精度, 采取连续测 的 10 点温度值, 经温度滤波, 取最大值做1概述连铸坯的生产过程是一个由液体向固态的转变过程, 从某种意义上讲, 连铸技术是水 冷技术, 连铸是通过冷却水将熔蠕状态的钢 水凝固为铸坯的, 不同的钢种, 不同的工况条 件要求不同的冷却水量, 铸坯的质量由水冷 控制得到保证。莱钢现有三台方坯连铸机, 其中 3# 连铸 机为全套引进意大利 DA N IEL I 公司机型和 设备。 目前三台连铸机主要生产的钢种为普 碳钢和 20M iS i。从生产的铸坯现存在的不同 程度的质量缺陷来分, 可分为两类, 一是形状 缺陷即外观质量问题, 如菱变、鼓肚、纵向凹 陷。在同一根铸坯上, 三种缺陷往往二者同时 存在, 有时也有三种同时发生, 铸坯的形状缺 陷严重影响铸坯的出口。 二是铸坯夹杂、重 接、裂纹、气孔等, 属于铸坯的内在质量缺陷, 严重影响后道工序的成材率和产品质量。 导 致连铸坯产生内在和外观质量缺陷的因素很 多, 但归纳起来有钢水质量、设备状况、生产 操作和冷却条件几个方面, 本文将重点分析 连铸坯因二次冷却条件而引起铸坯缺陷的原 因及应采取的措施。2二次冷却与铸坯质量连铸的正常生产操作中, 凝固进程直接影响产品的结构性能, 为了获得较好的产品实际铸坯表面温度, 并经 C PU对所测得的钢坯。检测铸坯表面的实际温度 T k , 经数据处理后与铸坯的目标温度值 T s 进行比较后, 对流量 设定值 S 进行修正, 该环节仅在二次冷却II 段控制回路中存在。系统选用 S5135u PL C构成自动控制系统, 该系统全过程跟踪生产过程中的二冷水各段的流量, II 段的铸坯表 面温度等过程信息, 系统根据采集到的过程 信息, 随时对各种参数进行自动调节, 以使二 次冷却水流量及铸坯表面温度等于或接近所 浇注的钢种的目标设定值。3二冷水流量控制方式四流方坯连铸机二冷区, 每流有三个冷却段, 每个冷却段有一个二冷水支管流量控 制回路, 共计 12 个控制回路。 每段的控制回路均可设定不同的冷却水设定计算参数, 二 冷水支管流量控制主要完成如下功能:a. 流量设定值计算, 莱钢 3# 连铸机二次 冷却水流量的确定, 是过程计算机根据浇铸参数, 计算出二冷区各段的冷却系数 k 1、k 2、k 3 送到 PL C 系统, PL C 根据下式计算出流 量的设定值:S = k 1 V 2 + k 2 V + k 3式中V 拉坯速度。b.初始流量控制, 是为在开浇初期二冷水调节伐开启时, 避免在各流各段同时开阀,造成给小于管压力剧烈波动而设置的。 在开 浇初期对二冷水流量实施初始流量控制, 让 各调节阀的开度按预设定 (50% ) 的增量逐渐缓慢开启, 而不是使流量马上达到设定值流量, 从保证二冷区给水干管的压力稳定。c. 最小流量控制, 为保证在低速拉钢时, 有足够的冷却强度, 当给水流量小于预设定 的最小流量值 C 时, 此时就使流量设定值 S= C , 转入最小流量控制, 以保证低速拉钢时 的冷却强度。在连铸生产过程中, 常会出现水压波动, 喷咀堵塞等情况, 常会影响实际二冷水流量, 为此在各流各段的二冷水支管流量均采用闭 环控制, 其系统框图如图 1 所示: 其中给定信号为二次冷却各段流量的设定值 S , 是根据 钢种, 拉坯速度 V r 而设定在水表中的数据。反馈信号为该回路电磁流量计实际测得的流量 x , 这两个信号进行比较, 差值 q 为实际图 1 二冷水控制框图4二冷区存在的问题及解决的措施#莱钢 2 、3 连铸机二冷区, 在工艺设备和自动化装置的配置上, 均满足实现二冷水#自动控制的技术条件, 而 3 机配置的自动化#程度比 2 机更 为 先 进, 功 能 更 加 丰 富 和 完善。 但由于各种因素使连铸机二冷区的自动 化设备的功能, 不能充分的发挥, 以致因二冷 水影响到铸坯的质量。 结合 2# 、3# 连铸机二 冷区的现状, 对 2 台连铸机二冷区现存在的 问题归纳如下:a. 水质问题两台连铸采用的冷却水, 因流网和水处 理设备的种种因素, 使其水质不能达到连铸 冷却水的标准, 在实际应用中, 堵塞喷咀及滤(下转第 11 页)角 在 55 90时扩展方向可能有 2 个。 因此要保证两孔间岩体定向断裂, 须采取一定 的技术措施, 减小孔间距和装药量。综上所述, 两孔间的斜裂纹和两孔连的垂线夹角为 0 60时, 原生裂纹扩展方 背离两孔连线, 孔间破裂面破坏得较重, 夹60 90时, 原生裂纹向两炮孔连线方向 展性大, 形成“之”形路径。参考文献11 高金石等 1 准静态压力作用下岩体爆破成缝方向与理的研究 1 爆炸与冲击, 19901121 史秀志 1 微节理裂隙对露天矿预裂爆破的影响 1 河 煤炭, 19971131 高 桦等 1 爆炸处理时裂纹动态扩展行为的研究 1海: 上海工程技术大学学报, 19911141 张志呈 1 动载荷作用下岩石裂纹的起裂与扩展 1 全 水泥矿情报信息网西南分网论文, 199411051 俞智昆 1 切割控制爆破机理的动态模拟研究 1 昆工 究生毕业论文, 19931361 卢文波等 1 爆生气体驱动的裂纹扩展速度研究 1 爆 与冲击, 19941371 王家来等 1 岩体爆破的动静作用耦合分析 1 山东矿 学院学报, 19961281 朱振海等 1 炮孔爆破中径向裂纹扩展的复合型应力 度因子的研究 1 煤炭学报, 19891391 金乾坤等 1 岩石爆破的逾渗模型 1 爆破, 199612图 4 原生裂纹背向两孔间破裂面1长度为 2a 的裂纹 2爆破后裂纹扩展方向图 5 裂纹向两孔间破裂面扩展1长度为 2a 时裂纹2爆破后裂纹扩展方向(上接第 45 页)网, 又没有做到及时的清理和更换, 造成二冷 区一段、二段喷淋集管上许多喷咀不能正常 喷水, 造成铸坯表面冷却不均匀。 对 3# 机的 实际测量中, 冷却水量远小于设计要求。 3#机对 45# 钢 DA N IEL I 公 司 采 用 弱 冷 方 式,设计的二冷水流量为 0. 75 0. 85L /k g, 而在 测试中实际流量仅为 0. 4 0. 8L /k g, 冷却水量远小于设计流量, 由于二冷水流量小, 不仅影响铸坯的质量, 也容易引起漏钢。 b. 二冷区喷淋设备问题 二冷区的喷淋设备主要有喷淋集管、滤网、喷咀, 其主要问题有喷淋集管位置倾斜, 或偏离设计的安装位置, 即使喷咀良好, 也无 均匀的喷淋铸坯。 喷咀堵塞是运行中最为常的喷咀, 二是采用标准规格的滤网, 滤网要到定期的清洗和更换。c. 二冷区检测、执行器件 二冷区的主要检测元件有电磁流量计测温计, 执行器件主要是调节阀。由于二冷 的工况条件恶劣, 要针对连铸二冷区这一殊的工况, 制定出对检测、执行器件的定期 验和维护计划, 以保证检测元件, 检测到的 号准确无误, 执行器件动作灵敏可靠, 才能 证二冷区自动控制系统功能的发挥。在解决二冷区存在的问题, 首先以改二冷水质这一核心问题展开工作, 因水质 改善不仅有益于铸坯的二次冷却, 而且对 晶器钢管、电磁搅拌等都是极为有益的。制 对二冷区设备的定期检查计划, 加强二冷