小方坯连铸机二冷系统的优化

1、小方坯连铸机二冷系统的优化张怀宾 张学田 郭广文 石立光(安阳钢铁股份有限公司摘要 介绍了安钢第二炼钢厂小方坯工艺概况和铸坯内部裂纹问题,根据凝固传热计算指导二冷系统优化,改善了铸坯内部质量,取得了明显效果。关键词 方坯 二冷 优化OPTIM IZATION OF SECONDARY COOLING S Y S TE M ON S MALL BILLET CC MZhang hua i b i n Zhang X ueti an Guo G uangw en Sh i li guang(A nyang Iron &Stee l Stock Co .,L tdAB STRACT T hi

2、s paper i ntroduces process actuality and crack i n casti ng o f billet at N o .2stee l m aki ng p l ant o f A nyang stee ,l accordi ng t o the so li dificati on and heat transfe r co m puti on and superv i se opti m iza tion fo r secondary coo li ng syste m,i m prove the i nside qua lity o f castin

3、g ,the eff ec ts have been arch ieved .K EY WORDS s m all b ill e t secondary coo li ng opti m izati on0 前言安阳钢铁股份有限公司第二炼钢厂2#方坯连铸机主要生产断面120mm 120mm 的Q235和HRB335连铸坯。其中Q235B 铸坯内部中间裂纹24级,中心裂纹13级,严重时铸坯锯开酸洗前即可看见内部裂纹,严重影响着连铸坯质量。为此深入分析了2#连铸机铸坯内部裂纹,对连铸机二冷系统进行了优化,取得了较好效果。1 工艺概况2#方坯连铸机弧形半径为6000mm,刚性引锭杆,结晶器铜管长度

4、850mm ,二冷为一段式面部喷水冷却,一段外弧喷淋管长度2.05m 。喷嘴选用实心圆锥HH 15和HH 6.5两种,结晶器液面到切割点弧线长度19m 。二冷水量采用Q =AV 2+BV -C 参数法,由计算机实时计算水量和控制调节。2 裂纹形貌2#连铸机铸坯内部中间裂纹出现在铸坯两侧弧和内弧,有时也出现在四个面上。裂纹形貌如图1所示(中间裂纹3.5级,中心裂纹1级。裂纹长度一般在1020mm ,裂纹距铸坯最短距离一般在2535mm,内弧裂纹一般较其它面严重。3 二冷冷却工艺优化3.1 裂纹产生位置的计算根据凝固定律e=kt 1/2=k(L /V 1/2,小方坯综合凝固系数k 值取2730mm

5、 m i n -1/2,坯壳厚度取25mm 35mm,拉速V 取3.33.5m /m i n ,则 L=图1 裂纹形貌28294492mm ,说明内裂纹产生位置在二冷段后区域。优化二冷,控制铸坯回温有助于减少内裂。3.2 凝固传热模型连铸坯凝固传热模型及相关边界条件,忽略拉坯方向传热,假设钢比热容、密度、导热系数K 等不随温度变化而变化,建立热传导二维偏微分方程:c T=K( 2T x 2+ 2T y 2式中:p !钢的密度,kg /m 3;c !钢的比热,J (kg K -1;T !铸坯温度,; !时间,s ;K !导热系数,W /(m K -1。1结晶器内平均热流计算公式: q=w Q w

6、 c w (T in -T out F w式中:q !热流,J/m 2;W !冷却水密度,kg /m 3;42 2008年 2月河 南 冶 金 F eb . 2008第16卷 第1期HENAN M ETALLURGY V o.l 16 N o .1联系人:张怀宾,厂长,教授级高级工程师,河南.安阳(455004,安阳钢铁股份有限公司第二炼钢厂; 收稿日期:2008!1!16Q W !冷却水流量,m 3/s ;c W !冷却水比热,J/kg ;T in 、T out !分别为进水温度和出水温度,;F W !结晶器水缝面积,m 2。2二冷区传热计算公式: q=h(t S -t W 式中:t S !

7、铸坯表面温度,;t W!冷却水温度,;h W !换热系数,J /m 2。3空冷区传热计算公式:q=!(T s 4-T w 4+#(T s -T w 式中:!铸坯黑度系数,取0.85;!斯蒂芬常数,取5.67 10-8w /m 2k ;T S !铸坯表面温度,K;T W !环境温度,K 。3.3 建立二冷控制模型铸坯从结晶器到二冷区,再从二冷区到辐射冷却段,必须合理排出铸坯热量,使铸坯表面温度有一个较为平缓的下降,需要满足二冷控制的冶金准则:1液芯长度小于19m,不能出现切割漏钢事故;2铸坯表面温度最大冷却速率小于200/m 1;3铸坯回温小于100/m 1;4铸坯进矫直辊前表面温度大于900。

8、为满足铸机高拉速和铸坯高质量的要求,在铸机冶金长度较短的条件下,必须实施铸坯强冷工艺,二冷比水量达到2.02.5L /kg 。为此,根据二冷室空间,设计安装了二冷一段,二段和三段,外弧喷淋管长度分别为2.2m,2.0m ,1.8m 。各段从上到下依次为强冷,中强冷和弱冷。设定不同拉速下矫直辊前铸坯表面中间温度为9501100,根据凝固传热模型,采用有限差分法求解,模拟计算Q235B 钢种四个不同拉速下铸坯传热过程,确定对应的铸坯表面温度,二冷水量。根据计算结果,用比例法确定出其它各点冷却水量。拉速与水量的关系见表1:表1 拉速与水量的对应关系拉速/m /m i n 一段水量/t/h拉速/m /

9、m i n 二段+三段水量/t/h59.54.519计算Q235B 钢在中间包温度为1535,拉速3.5m /m i n 的工况条件下,优化前后二冷区及水流密度分布对比如图2所示;优化前后铸坯表面温度对比如图3所示。优化前铸坯出二冷区1m 处回温 146.8,优化后铸坯出二冷区1m 处回温35.7。3.4 喷嘴选型及喷嘴排布结合各段确定最大水量和喷淋管长度以及喷嘴特点,确定一段上部为强冷区,选用28个HH 15型号的实心锥形水喷嘴,一段中下部为中强冷1区,选用36个HH 6.5型号的实心锥形水喷嘴,二段为中强冷2区,选用36个HH 6.5型号的实心锥形水喷嘴,三段为弱冷区,选用28个HH 6.

10、5型号的实心锥形水喷嘴。喷嘴排布以相同角度铸坯四面对等布置,按HH 15喷射角60#,HH 6.5喷射角46#计算,确定喷嘴距离铸坯120mm,通过调整相邻喷嘴间距控制冷却强度。由于一段和二段外弧之间,二段和三段外弧之间各有支撑辊的存在,喷淋管上下无水区控制在不大于300mm ,为保护内弧喷淋管,内弧加装了压辊。4 二冷优化的效果二冷优化后,铸坯表面温度均匀程度大幅提高,原来的一段下部铸坯表面发黑,出一段后又明显变亮的现象消失。优化后,采用便携式红外测温仪实测此水表在拉速为3.43.5m /m i n 时各段出口铸坯表面实际温度(见表2。表2 计算与实测的铸坯表面温度位置理论计算温度实测平均温

11、度1102.010984.0由表2可知,现场实测平均温度与理论计算温度误差小于0.5%。低倍检验结果表明,铸坯内部裂纹与优化前相比有大幅度改善,中心裂纹由改造前的13级下降到00.5(下转第52页43 2008年第1期河 南 冶 金暗淡部位的检测造成了切割信号的延误,出现了定尺的超长。为此,笔者对摄像定尺的切割检测点作了调整,将原来的角部检测改为对板坯头部中央检测(如图4所示,这样由于板坯头部中央温度明显高于角部,检测效果得以改善,经实物测量,超长误差由原来的30mm 以上减小到10mm 左右。图4 中央检测2.2 钢坯亮度和图像设置对定尺精度的影响当长时间低拉速生产时,被检测的铸坯断面会全部

12、变暗(如图5所示,这将造成检测信号延误而出现定尺超长,再加上铸坯冷暗时本身长度收缩就小,这就会造成低拉速时的铸坯比正常拉速时的铸坯超长50mm 以上,为此,在低拉速、铸坯冷暗的情况下,应及时对图像参数进行调整,使铸坯亮度值适当增加以获得良好的图像检测效果。图像设置时,应通过调整亮度和对比度使画面背景暗些,钢坯亮些,强烈的明暗反差对实现灵敏检测、提高切割定尺精度非常有利。另外,经笔者实际测量发现,同一拉速情况下,图像其他参数(对比度、饱和度、色调不变,而图像设置中亮度值不同时,会造成钢坯定尺精度发生改变,比如,在亮度值分别为80和219时,测量的两块10m 板坯的热定尺值分别为10164mm 和

13、10140mm,定尺精度相差24mm,所以,稳定的生产状态下, 调好的图像参数不要随意更改。图5 低拉速时的铸坯图像2.3 摄像定尺的外界干扰通过长期生产实践,发现生产现场存在以下几种干扰摄像定尺的因素:辊道冷却水和地沟冲渣水形成的水雾或蒸汽、人员在摄像视野内走动、天车吊物的影响(如图6所示,这些因素在生产中必须密切关注,严防摄像镜头视野被遮挡后,造成无效检测 或错误切割信号发生。图6 天车钩对摄像的干扰2.4 其它注意事项1摄像定尺控制室内温度不能过高,否则可能导致定尺系统工控机死机、图像质量下降(模糊不清等故障。2应经常洗洁摄像器的玻璃护盖。清洁时摄像镜头不得发生位移。3生产中应对切割后的钢坯进行长度抽检,发现漂移,及时修正。3 应用效果安钢第二炼轧厂2#双流板坯连铸机摄像定尺切割系统,经过半年多的应用与实践,已取得了良好的应用效果,板坯定尺误差控制在了12mm 以内,低于国标(80mm 和企业标准(50mm ,以及厂内控标准(30mm ,同国标相比可使金属收得率提高0.5%以上,对于年产钢200万吨的双流板坯连铸机,按合格连铸坯与废钢差价400元/t 计算:年可创经济效益近40万元。4 结语摄像定尺虽然具有较高的定尺测控精度,但在使用过程中,受环境的影响较大,经常出现定尺偏差的现象,所以在生产过程中应勤于观察,勤于测量铸坯,随着生产条件的变化,应及时对图像