板坯连铸机轻压下扇形段的设计特点_图文

1、作者简介 :冯 科 (1974- , 男 (汉族 , 重庆人 , 中冶赛迪工程技术股份有限公司炼钢设计室 , 工学博士 , 工程师 , 主要从事连铸冶金 过程中凝固传输现象的数值仿真研究 。板坯连铸机轻压下扇形段的设计特点冯 科(中冶赛迪工程技术股份有限公司 炼钢设计室 , 重庆 400013摘 要 :讨论了两种针对轻压下技术的合理应用而开发的板坯连铸机扇形段 , 即由意大利 Danieli DavyDastington (DDD 公司所开发的 OPTIMUM 扇形段和由德国 SMS Demag (SMSD 公司所开发的 C Y 2B ERL IN K 扇形段 , 对其设计特点和工作原理进行了

2、清晰地描述 , 为板坯连铸机建设工程提供了有效的设计依据 , 具有一定的实际指导意义 。关键词 :板坯连铸机 ; 轻压下 ;OPTIMUM 扇形段 ;C Y B ERL IN K 扇形段 中图分类号 :TF 302 文献标识码 :A 文章编号 :10022( 0222Design feature of soft 2continuous caster(of CISDI Engineering Co. , Lt d. ,Chongqing 400013,China Abstract :present paper discusses two different types of segment s

3、of slab continuous caster developed specially for approp riate application of t he soft 2reduction process , namely t he O P TIMUN segment by DDD Corporation in Italy and t he C Y B ERL IN K seg 2ment by SMSD Corporation in Germany and describes clearly t heir design feat ures and working p rinciple

4、s , and it can be used as a guide 2line and reliable basis for effective de 2sign in t he co nstruction project of t he continuous caster.K ey w ords :slab continuous caster ; soft 2reduction ; O P TIMUN segment ; C Y B ERL IN K segment 作为抑制凝固末端两相区枝晶间液相流动 、 减轻铸坯中心偏析程度的一种有效手段 , 轻压下 技术已经被广泛地应用于现代板坯连铸机

5、的工艺 设计之中 1, 其对板坯质量的影响效果强烈取决 于轻压下实施的合理性 , 而轻压下工艺是否合理 , 关键点即在于能否准确地判断出铸坯中凝固末端 的位置 。 研究表明 , 轻压下区域选择在铸坯横断 面中心位置处固相分数 f s =0. 550. 75的范围 内是比较适宜的 2。若轻压下实施过早 , 则根本 达不到减轻中心偏析的效果 ; 反之 , 则更有可能恶 化铸坯的质量 。扇形段是对凝固过程中的铸坯进行支撑和 导向的连铸机关键组成设备 , 是轻压下技术的 实施对象 , 其设计特点对于连铸过程的顺利进行和铸坯质量的严格保证具有重要影响 。常规 的板坯连铸机扇形段不具备压力反馈系统 , 因

6、 此轻压下位置的确定完全通过数学模型来进行 预测 , 其准确度与数学模型的仿真精度密切相 关 。通常情况下 , 数学模型都是在针对实际情况作出大量简化假设的前提下进行推导的 (特 别是 针 对 板 坯 连 铸 这 一 极 其 复 杂 的 冶 金 过 程 3, 模型中不可能全面地考虑到影响连铸过 程的众多影响因素 , 特别是对于可能出现的异 常情况 , 数 学模 型的仿 真精 度则会 大 打 折 扣 。 因此 , 仅仅依靠数学模型的计算结果来确定出 轻压下位置是并不完全可靠的 , 有时候甚至可 能会取得适得其反的效果 。近年来 , 随着板坯连铸机工程技术的不断发35 2006年 4月 第 22卷

7、 第 2期 炼 钢 Steelmaking Ap r. 2006Vol. 22 No. 2 展 , 扇形段的结构形式已获得了长足的改进 。针 对轻压下技术的合理应用 , 意大利 DDD 公司和 德国 SMSD 公司分别开发了技术先进 、 形式新颖 的 OP TIMUM 扇形段和 C Y B ERL IN K 扇形段 , 较之常规的板坯连铸机扇形段 , 其重大改进之处 在于能在浇铸条件发生变化的情况下准确地找出 凝固终点的位置 , 确保在浇铸过程中实现真正意 义上的动态轻压下 , 这对于板坯质量的保证是十 分有利的 。 文中从板坯连铸机工程建设的角度出 发 , 全面地讨论了两种优化扇形段的结构设

8、计特 点 , 为板坯连铸动态轻压下技术的实现提供了一 定的指导意义 。1 OPTIMUM 扇形段的设计特点O P TIMUM 扇形段是意大利 术 , 如图 1看出 :6对从动辊和 1对分别由 液压缸单独进行驱动的驱动辊 , 且驱动辊安装在 扇形段的中间位置处 , 这样的驱动布置可确保任 意时刻驱动辊与铸坯之间存在最大的牵引力 , 且 在穿入引锭杆时可以单独抬升起驱动辊 ; 扇形段 上框架与下框架之间通过 4根连杆相连接 , 板坯 入口端的两根连杆可以转动且承受了浇铸方向上 所有的剪切力 , 板坯出口端的两根连杆采用一对 销子进行连接且允许扇形段延伸及旋转 , 并通过4个液压缸的驱动来实现上 、

9、 下框架之间的相对运动 , 从而执行扇形段的夹紧和松开 。图 1 OP TIMUM 扇形段结构示意图 O P TIMU M 扇 形 段 主 要 包 含 以 下 设 计 特 点 :(1 开放式的框架设计允许方便地进行无连接障碍及中心柱障碍的扇形段维护工作 ;(2 无摩擦倾动系统和精确控制液压缸允许执行准确的扇形段锥度控制 ;(3 操作灵活且不需要采用垫片方式来进行 扇形段厚度的调节 ;(4 可最小化浇铸准备时间以增加连铸机的 产量 ;(5 驱动辊配有 2个专用液压缸且通过控制 两侧压力来确保驱动辊上载荷的均匀分布 ;(6 设备具有良好的刚性和可靠性 , 可合理 地控制铸坯的鼓肚 ;(7 , 扇形

10、段具备液 、 管线钢等 , ,OP 2(AL CEM , 即通过扇形段压力反馈信 号来判断根据模型计算预测出的轻压下位置是否 正确 , 其基本工作原理简述如下 :(1 采用 ST T (凝固及温度跟踪 模型“虚拟 传感器” , 并根据钢种轻压下的要求及具体的浇铸 参数来设置出正确的扇形段锥度 。(2 AL CEM (实际液相穴末端位置监测 系 统开始对模型预测出的轻压下区域的合理性进行 核查 , 且系统将各个扇形段微量抬起 。(3 若铸坯具有液芯 , 则 AL CEM 系统可检 测出钢水静压力 , 如图 2(a 所示 ; 当辊子压力被 释放时 , 钢水静压力向后推挤辊子 , 仅会检测出较 小的

11、压损 , 如图 2(b 所示 ; 当重新施加辊子压力 后 , 由于包含钢水静压力 , 故反馈压力相应增加 , 如图 2(c 所示 。(4 若铸坯已完全凝固 , 则 AL CEM 系统执行相同的检测过程所获得的反馈压力将会有明显 区别 , 因为此时不存在钢水的静压力作用 , 故反馈压力降低为零 , 如图 2(d 所示 ; 当对辊子重新加 压时 , 在辊子达到铸坯表面之前 , 反馈压力不会增 加 , 如图 2(e 所示 。(5 AL CEM 系统对所有扇形段进行检测 ,并最终计算出准确的实际液相穴末端位置 , 如图2(f 所示 。OP TIMUM 扇 形 段 已 成 功 应 用 于 比 利 时 S

12、IDMAR 、 韩国光阳等钢铁公司的板坯连铸机上 ,铸机的生产状况非常良好 , 动态轻压下的实施具 有较好的可靠性 , 板坯的内部质量可得以充分的 保证 。 图 2 OPTIMUM 扇形段 AL CEM 系统的基本工作原理2 CYBER L INK 扇形段的设计特点由德国 SMSD 公司研究开发出的 C Y B ER 2L IN K 扇形段代表了当今板坯连铸机扇形段发展 的最新技术 , 其针对铸流和铸机状况相关精确参 数的获得 , 提供了新颖的在线测试思想 , 可对铸坯 中最终凝固点的位置进行准确地在线监测以及计 算出优化的辊缝 , 是真正意义上的动态轻压下技 术 。 如图 3所示即为其结构示

13、意图 , 不难看出 :每 个 C Y B ERL IN K 扇形段包含 4个带压力和位置 传感器的液压缸 , 通过液压缸的上下移动来实现 扇形段的振动 ; 仅有上框架和下框架而没有侧框 架 , 通过两根导杆来引导上框架的运动 , 这相对于普通扇形段来说在结构上有了较大的简化 。 C Y B ERL IN K 扇形段包括 3个重要的子功能 , 即 :(1 在线自动对中 ; (2 在线追踪最终凝固点 ; (3 在线计算和优化辊缝 。 扇形段安装有一个 对上框架进行悬吊的机构 , 在浇铸过程中可对上 框架进行自动地自对中 , 这将大幅度降低夹辊的 磨损 ; 通过上框架的周期性低幅 (约 2mm 低频

14、 (约 2Hz 振动 , 可在线探测出铸坯最终凝固点的 准确位置 , 并可直接测试出两相糊状区的液 (/固 相分数 , 其精度较之通常的二冷仿真软件更高 , 可 肚 ; 另外 , 而且还包括每个扇 , , 而优化的辊缝即意味着优化的 铸坯支撑和均匀负载状况 , 可消除由过大的辊缝 所引起的几何和质量问题以及由过小的辊缝所引 起的过度的夹辊和轴承载荷 。图 3 C Y BERL IN K 扇形段结构示意图 较之普通扇形段 ,C Y B ERL IN K 扇形段主要 具有以下设计特点 :(1 扇形段具有简单 、 高效的机械结构 , 上框 架自动对中 , 且无须侧框架 ;(2 上框架低频低幅振动 ,

15、 且上框架末辊作 为驱动辊 , 无须额外的提升横梁 ;(3 可在线跟踪铸坯最终凝固点位置以及在 线计算优化辊缝 , 从而实施合理的动态轻压下 , 促 进铸坯内部质量的提高 ;(4 没有必要对浇铸速度采取 “安全降低” 措 施 , 在高拉速下可保证铸坯质量 , 促进铸坯产量和 经济利润的提高 ;(5 可优化铸坯的支撑状况 , 且使扇形段的 负载状况得以均匀改善 , 提高连铸机生产的可靠 性 ;(6 减少设备的磨损和维护成本 , 延长铸机的使用寿命 。基于对液相穴末端位置的准确在线监测以及 对扇形段辊缝的在线优化计算 ,C Y B ERL IN K 扇 形段实现了真正意义上的动态轻压下 , 其在线

16、监 测的基本工作原理简述如下 :在上框架的振动周期内 , 对液压缸的作用力 和行程的相位移进行了测试 。若位于 C Y B ER 2L IN K 扇形段内的铸坯已完全凝固 , 则铸坯反馈 到液压缸上的作用力很大 , 且行程的相位移非常 低 ; 一旦两相糊状区进入 C Y B ERL IN K 扇形段 内 , 则液压缸上的作用力逐渐降低 , 且相位移逐渐 增加 ; 而当液相穴进入 C Y B ERL IN K , 则液压缸上的作用力非常小 , 大的相位移 , , 即 (/固 相分 数 , 并准确地找出最终凝固点的位置 。C Y B ERL IN K 扇 形 段 于 1999年 在 德 国 SAL

17、 ZGIT TER 钢铁厂投入了工业应用 , 通过多 年的生产实践发现 , 铸坯的内部质量 (特别是中心偏析 较之普通扇形段得以良好地改善 , 产量也有所提高 , 且夹辊的磨损大约减小了一半 。如图 4所示即为德国 H KM 厂 3号板坯连铸机在有无动 态轻压下的两种条件下生产出的铸坯宏观侵蚀比 较 (钢种 R 65VNB , 如图 5所示即为德国 H KM 厂 3号板坯连铸机在静态轻压下和动态轻压下两 种方式下生产出的铸坯偏析指数比较 (包晶钢 , 拉 速 1m/min , 板坯厚度 255mm 。从图中不难看 出 , 动态轻压下技术的采用对板坯内部质量的改 善是非常明显的 。2006年 ,

18、 中国首钢也准备在其新建的板坯连 铸机上采用 C Y B ERL IN K 扇形段技术 。3 结 论O P TIMUM 扇形段和 C Y B ERL IN K 扇形段较之普通的扇形段 , 在设备结构和冶金功能上均有了较大的改善 , 其基本优化思路都是通过由扇 形段液压缸传感器反馈回来的信息 (力或者位移 对铸坯的最终凝固点位置进行在线监测 , 从而准 确地给出轻压下实施的区域和相应的轻压下率 , 实现动态轻压下 。 尤其是后者 , 通过上框架的周图 4 铸坯宏观侵蚀比较 (H KM 厂 3号板坯连铸机 图 5 铸坯偏析指数比较 (H KM 厂 3号板坯连铸机 期性低频低幅振动 , 可在浇铸条件发生变化时快速 地反映出铸坯凝固状态的相应变化 , 从而可以认为 是实现了真正意义上的完全动态轻压下技术。参 考 文 献 1 Ken 2ichi Miyazawa. Continuous casting of steels in japanJ.Science and Technology of Advanced Materials , 2001(2