网络炼钢-连铸

连铸模拟报告人:王炜2/3/20231连铸模拟的目的连铸是钢液连续地凝固成铸坯的过程。根据铸坯尺寸的不同，这些半成品分别叫做板坯、大方坯和小方坯。连铸模拟的目标是成功地连续浇铸3包钢水，但必须满足特定的表面质量、内部质量和夹杂物的标准。应该尽量减少整个操作的成本。2连铸模拟界面介绍2连铸模拟界面介绍2连铸模拟界面介绍从整个连铸工艺来看，为保证铸坯质量，降低生产成本，在连铸模拟实验过程中，需要注意几个衔接问题：浇注钢种问题结晶器振动参数与铸坯裂纹问题保护渣选型问题及与铸坯表面裂纹的关系铸坯冷却强度与铸坯中心偏析问题时间衔接问题：钢包到达时间，钢包下钢速度及耗费时间2连铸模拟界面介绍钢液钢包温度确定问题中包下钢速度及时间，拉坯速度中包、结晶器液位控制问题拉坯速度与保护渣匹配问题电磁搅拌及机械轻压下选用问题连铸过程中故障处理问题，如水口堵塞、夹辊维修问题3连铸模拟相关问题3.1钢种特性分析3.1钢种特性分析从拉坯速度、冷却强度、保护渣选型、结晶器振动等参数来看，参数的选取明显与钢种的种类相关。因此，我们需要首先了解各钢种特性。3.1钢种特性分析（1）通用的建筑用钢通用的建筑用钢是一种对裂纹敏感，相对需求不十分旺盛的钢种，推荐给新用户使用。（2）TiNb超低碳钢汽车用钢含TiNb的超低碳钢是一种对粘结敏感的钢种，主要用于生产汽车车身部件，为了优化其成形性能，碳含量小于0.0035％。3.1钢种特性分析（3）用于输气的管线钢管线钢属于低碳或超低碳的微合金化钢，是高技术含量和高附加值的产品。在管线钢连铸生产中，如何防止大颗粒夹杂物、成分偏析、表面和内部裂纹，是目前提高材质的首要环节。根据成分的不同，这种钢种可能是对裂纹敏感（包晶钢），也可能是对粘结敏感（亚包晶钢）。

3.1钢种特性分析（4）工程用钢工程用钢是一种热处理的低合金钢，用小方坯连铸机高拉速生产，其断面尺寸为130mm×130mm。连铸的钢种可分为两种：裂纹敏感的钢种和粘结敏感的钢种。3.3拉坯速度与冷却强度的选取3.3拉坯速度与冷却强度的选取3.3拉坯速度与冷却强度的选取选择拉速和二冷速度的正确组合是最为重要的。这种选择在浇铸的过程中会影响许多参数，并且是获得良好铸坯质量的关键因素。比水量大小会影响铸坯在二冷区表面温度分布、铸坯裂纹和偏析。受此选择直接影响的参数是冶金长度，它是从结晶器到铸坯完全凝固点之间的距离。3.3拉坯速度与冷却强度的选取冶金长度受多种因素的影响，如钢的成分、浇铸速度、冷却速度和铸坯尺寸等。冶金长度的计算超出了这个模拟的范围。3.3拉坯速度与冷却强度的选取3.3拉坯速度与冷却强度的选取通用的建筑用钢：拉坯速度1.4m/min，比水量为：0.4~0.6kg水/kg钢；含TiNb的超低碳钢：拉坯速度1.4m/min，比水量为：0.6kg水/kg钢；输气的管线钢：拉坯速度1.2m/min，比水量为：0.6kg水/kg钢；工程用钢：拉坯速度3.0m/min，比水量为：1.1kg水/kg钢。3.4保护渣种类的选取结晶器保护渣是合成渣，在浇铸的过程中要连续地加入到钢液的表面上。选择正确的保护渣对保证铸坯质量至关重要。保护渣在结晶器中的一个重要功能就是控制结晶器内的冷却传热过程。不同的钢种所要求的冷却强度不一样，因此选择合理类型的保护渣很关键。保护渣最重要的性能之一是它的拐点温度。拐点温度指的是保护渣的粘度急剧增加的温度。3.4保护渣种类的选取3.4保护渣种类的选取模拟过程中，根据钢种需要选用不同类型的保护渣。3.4保护渣种类的选取表6-6列出了可以使用的5种保护渣的性能和成本数据。3.4保护渣种类的选取下图示出了保护渣的拐点温度随不同浇铸速度的变化。裂纹敏感钢种应该使用保护渣A或B来进行浇铸，以提供尽可能好的条件；而粘结敏感的钢种则应该使用保护渣C或D来进行浇铸。3.4保护渣种类的选取因此，对于模拟实验钢种，选用的合理的保护渣类型如下：通用的建筑用钢：A型含TiNb的超低碳钢：D型输气的管线钢：C型工程用钢：E型3.5振动参数的选取当结晶器固定不动时，保护渣消耗量为一常数，其值为1kg/m2。采用振动结晶器的方法，能够增加保护渣的消耗量，但振动参数控制不当，即使保护渣类型合理，保护渣消耗量也不能满足控制坯壳粘结的要求，导致连铸过程中发生漏钢事故，铸坯振痕可能较深。振动参数的设置主要是设置：振动频率、振幅。3.5振动参数的选取3.5振动参数的选取振程，S[mm]:通常振程的范围为3-10mm。通过增加振程，负滑脱时间成比例增加。相应地，振痕深度和保护渣的消耗也增加。振动频率,f[min-1]:常用的结晶器液压振动的频率为100-250次/分钟。

随着振动频率的提高，负滑脱时间减少，因而铸坯的振痕深度和保护渣的消耗也减少。3.5振动参数的选取3.5振动参数的选取振痕深度,d[mm]:尽管结晶器的振动对连铸过程必不可少，但它也使铸坯出现振痕，降低了铸坯的表面质量。连铸坯的表面存在振痕，这是由于结晶器的来回振动在弯月面附近造成的。振痕对铸坯的表面质量有重要影响，因为它们常常是铸坯横向裂纹的起源。因此，当设置振动参数不匹配时，铸坯表面易出现横裂，模拟过程中会出现判废的铸坯。3.5振动参数的选取为了使振痕深度最浅，必须合理优化振动参数的设置。负滑脱时间应该尽量接近0.11s，另外还要和适当的振程相结合，才能尽可能减小振痕的深度。超低碳钢的最大振痕深度不能超过0.25mm,而其它钢种为0.60mm。3.5振动参数的选取模拟过程中，在拉坯速度一定的条件下，设置振动参数，使振痕深度小于0.2mm，可以避免铸坯表面产生裂纹缺陷。另外，模拟过程中，设置参数时，还应使结晶器加速度小于1ms-2，否则，不能进行下一步的设置。3.5振动参数的选取3.6钢包的设定模拟的目标是连铸3包钢水。浇铸开始的时候，第一包钢水已经放在了中间包上面，但另外两包钢水要以后才到来。你可以选择3包钢水到达连铸机时候的温度，还要估计后两包钢水到达连铸机的时间。注意，在联机模式下，钢包的实际运送时间将受你在二次精炼模拟时表现的影响。在二次精炼时的运送时间和目标运送时间越近，连铸时运送第二包和第三包钢水的时间就越可靠。这样可以有充分的机会优化钢水的时间－温度之间关系，从而使结晶器获得正确的浇铸条件。3.6钢包的设定3.6钢包的设定开始模拟时，需要输入估计的钢水到达时间（从模拟开始后所需的分钟数）、和估计的钢水到达温度（℃）。3.6钢包的设定（1）时间浇完第一包钢水需要的时间取决于两包钢水之间的间隔，也就是说，你应该调整第二包钢水到达连铸机的时间，使第二包钢水到达的时候，第一包钢水正好浇完。钢包内钢水的排空时间取决于结晶器/铸坯的横截面积、每个中间包的流数和浇铸速度。知道这些就可以确定第二包钢水、第三包钢水的到达时间。3.6钢包的设定设定时间可以在进行模拟时，利用不同的拉坯速度对应的排空时间来确定。这时确定时间需要反复摸索。3.6钢包的设定还可以利用计算的方法来确定（理论依据），在进行模拟之前，根据钢包容量、拉坯速度、铸坯断面大小确定钢包到达时间。每流每分钟浇铸的钢水体积可由以下公式求得：所以，一个中间包每分钟所浇铸的钢水量可由以下公式求得：3.6钢包的设定在稳定浇铸（即保持一定的拉速）的情况下，排空一包钢水到预定液面所需的时间可由以下公式计算：Mladle=钢包内准备进行浇铸的钢水量，kg。注意，当滑动水口检测到炉渣时，浇铸自动停止，通常这时的残钢为5％。3.6钢包的设定例如：要用双流板坯连铸机浇铸管线钢，铸坯的断面尺寸为1500mm×200mm。浇铸速度为1.8m/min，连铸机所用的钢水由200t的钢包提供。假设在残钢降低到5％时停浇，计算浇铸这包钢水所需要的时间。3.6钢包的设定值得注意的是：设定钢包到达时间还需考虑两个问题：换包时间：15s；钢水由钢包到达中包后，并不是马上开浇，而是待中包液位达到50%之后再开浇；对于夹杂物要求严格的钢种，上升到80%开浇才合适，而且正常浇注过程中维持中包液位的稳定也利用去除夹杂物。因此时间计算应考虑到这一点。另外，在模拟过程中，有时系统还故意考虑延迟钢包达到问题，这也应该考虑到。3.6钢包的设定（2）钢包内钢水温度的设定为了使钢液到达结晶器内时的温度最佳，必须使钢包钢水有正确的温度。对于大学学生级别的模拟，钢包内钢液的降温速度定为0.5℃min-1。但对于钢厂技术人员这个级别，钢液的冷却速度取决于钢包的状况，在0.5到1.0℃min-1之间。通过仔细计算从模拟开始到钢包排空所需的时间，就可以计算出钢液的温度损失。随后，就可以计算出钢液到达时的温度。3.6钢包的设定必须防止钢液的温度低于其液相线温度（也就是钢液开始凝固时的温度）。钢液的液相线温度Tliq取决于钢液的成分，可根据如下的公式进行计算：Tliq=1537-78%C-7.6%Si-4.9%Mn-34.4%P–38%S对于实验模拟浇注的钢种：计算的液相线温度，如建筑用钢为1515.63℃车身用含TiNb超低碳钢为1528℃。3.6钢包的设定在实际生产中，由于钢液温度的变化（如边部和角部的温度较低），必须使钢液的温度高于液相线温度。钢液实际温度和液相线温度的差叫过热度。为了避免钢液冻住，应该使钢液的过热度大于10℃。增加钢液的过热度会减少铸坯坯壳的厚度，因为有较多的热量要从结晶器散发出去。如果某处的坯壳厚度过薄，不能支撑其内部钢液的重量，就会发生漏钢。对板坯连铸机而言，最大的过热度为50℃，对大方坯和小方坯连铸机而言，最大过热度为60℃。3.6钢包的设定某一钢种的液相线温度加上过热度就是中间包内钢水的温度。在考虑钢包到中包的时间内引起的温降，则大致可以确定钢包内的钢水温度。一般在设置参数过程中，第一包钢水比第二、三包钢水温度要高10℃。如浇注建筑用钢时，第一包钢水温度可设定为1565℃，第二、三包设定为1555℃。4模拟操作对连铸的操作进行各种设定后，你可以开始浇铸了。你的目标是控制钢液从大包到中间包、到结晶器的流动过程，以保持选择的浇铸速度，并获得良好质量的铸坯。模拟过程中需要更换钢包、检查辊子是否对中不良，并将铸坯切成所需要的尺寸。4模拟操作4.1开浇操作第一步要打开钢包。即打开钢包的滑动水口，以增加从大包流入中间包内的钢液流量。可以有两种方式进行控制，第一种是按上、下箭头；另一种是在“钢包流量”的标签内输入一个数字，然后按回车键。当中间包内的钢液面达到足够的高度后，可以提升塞棒，使从中间包流入结晶器内的钢液量逐渐增加。这可以通过调节“中间包流量”按钮，或者直接输入数字来实现。4.1开浇操作4.1开浇操作待结晶器液面达到足够的高度（最好超过70％），随后可以选择相应的浇铸速度进行浇铸。建议在80%处拉坯。液位过低，会带来拉漏问题。必须使大包、中间包和结晶器之间的流动保持平衡，并始终保持其中的钢液面有足够的高度。通常，你应该使中间包和结晶器内的钢液面均保持在80%－90%，目的是防止漏钢。也不能让钢液从中间包或结晶器内溢出。4.2钢包更换

后面的钢包会自动放到大包回转台上。如果是钢厂技术人员级别，钢包可能会延迟10分钟后到达，你应该对此有所准备。在将新的钢包旋转到中间包上时，必须确认其水口是关闭的。在更换钢包的过程中，中间包内的钢液面当然会下降，所以你必须事先确定中间包内的钢液面有足够的高度。在换包结束后，你应该使新的钢包以较高的速度开浇，以使中间包很快达到目标的液面高度。4.2钢包更换

4.5避免漏钢为了避免漏钢，必须做到以下几点：使结晶器的液面高度位于80%-90%低过热度振痕深度浅保护渣的选择正确5用户界面描述运行模拟的基本方法，即如何移动钢包、如何加入合金、如何控制设备的各个部件等等。5.1模拟速度模拟速度的调节范围为×1-×32，在模拟的过程中任何时候都可以调节模拟的速度。推荐的最高速度是×16。这可以通过按下所谓的数字步进器来实现，每次可以增加或减少1级。另一种方法是用鼠标双击原先表示速度的方框，删除原先的速度，然后输入新的模拟速度，最后按下“Enter”键。5用户界面5.1模拟速度5.2钢包回转台钢包回转台可以通过按“旋转”按钮来进行旋转。钢包回转台上没有钢包、或者回转台正在旋转的过程中，这两种情况下钢包回转台都不能进行旋转。如果钢包滑动水口处于打开的状况下，钢包回转台也不能进行旋转。如果你不能使钢包回转台进行旋转，检查一下是否满足这3个条件。5.2钢包回转台5.2钢包回转台5.3钢包和中包流量控制（1）钢包从钢包进入中间包的钢流可以通过标有“钢包流速”的数字步进装置进行控制。数字步进装置的操作和模拟速度控制器相同。钢包流速的控制精度为100kgmin-1。（2）中间包

从中间包流出的钢流可以通过标有“钢包流速”的数字步进装置进行控制。数字步进装置的操作和模拟速度控制器相同。从中间包向结晶器流出钢流速度的控制精度为25kgmin-1。5.3钢包和中包流量控制5.3钢包和中包流量控制5.4铸坯浇铸速度要通过从标有“浇铸速度”的下拉菜单的选项来进行控制。前面标有'*'的选项适用于开浇过程。请注意，只有在选择了有效的浇铸速度（即没有标注'*'的浇铸速度）后，所浇铸的铸坯才能满足质量的标准。5.4铸坯如果辊子的对中不良，它的颜色就会发生改变。为红色，一般在浇注过程中可能会出现。

为了查看辊子对中不良的程度如何，修复需要多少成本，请将鼠标移到变色的辊子上。为了使辊子对中（即修复辊子的对中状态），请用鼠标点击有颜色的辊子。修复的成本将自动加到你总的运作成本中去。5.5水口更换滑动水口的更换（限于钢厂技术人员级别）按下“更换滑动水口”按钮可以更换滑动水口，但只有在中间包内的钢液停止流出时才能更换滑动水口。更换滑动水口需要花费15秒时间，而且会使每流总的生产成本增加200美元。如何判断浇注过程中水口堵塞？一般可以通过浇注过程中，当未进行任何操作时，由浸入式水口进入结晶器内的钢水量逐渐减少，说明水口在逐渐堵塞。5.6电磁搅拌电磁搅拌系统（EMS，仅用于大方坯和小方坯连铸机）。大方坯和小方坯连铸机可以使用电磁搅拌系统（EMS）。使用EMS减少了铸坯的偏析，因而改善了铸坯的内部质量。如果你在达到偏析的质量要求方面有困难，请尝试使用EMS进行浇铸。按下“EMS”按钮会打开或关闭它。当EMS按钮处于打开状态时，按钮的边沿处于明亮状态。5.6电磁搅拌5.7软压下软压下(仅限于板坯连铸机)在浇铸的过程中按下“软压下”下拉菜单，可以改变软压下的数量。软压下菜单位于用暗红色标出的软压下区。它可以有关闭、低级、中级和高级4个选项。

5.8浇铸有关信息查询在浇铸的过程中或浇铸结束后，都可以观察到浇铸的详细信息。你可以通过按下相应的按键，观察以下的信息：（1）观察事件记录(按键E)事件记录根据时间的顺序，记录发生的主要事件，包括一些模拟的设定。这对于你观察所做过的事情，以及在模拟的过程中所发生的事情很有用处。它对于模拟结束后分析模拟的结果也很有用处，因为它会提供给你通过或未通过某些标准的线索。5.8浇铸有关信息查询5.8浇铸有关信息查询5.8浇铸有关信息查询（2）观察流量(按键F)

按下'F'键，将显示钢液从钢包流入中间包、从中间包流入结晶器的一个图形。（3）显示/隐藏内部的辊子（按键H）

按下'H'键将显示或隐藏内部的浇铸辊。在用板坯连铸机生产超低碳钢和管线钢时，这种方法能观察到铸坯的全貌，非常有用。5.8浇铸有关信息查询（4）观察钢液面高度（按键L）

按下'L'键将显示钢包和中间包内钢液面高度的变化情况。（5）观察质量（按键Q）

按下‘Q’键，将显示所浇铸铸坯的图像，就象浇铸的时候那样。也会显示质量好的区域和差的区域，以及铸坯的一些主要数据。这个选项只有在模拟结束后才能使用。5.8浇铸有关信息查询5.8浇铸有关信息查询（6）观察温度（按键T）按下'T'键可以观察钢包和中间包内钢液温度随时间的变化。这个选项只有在模拟结束后才能使用。（7）关闭浇铸信息对话框（按键X）

按'X'键将关闭浇铸信息对话框。5.8浇铸有关信息查询5.9模拟结果当最后一炉钢浇铸完毕，而且铸坯出来后，模拟结束，将显示浇铸操作的结果。马上会显示4个主要数据，你可以进一步调查浇铸操作成功和失败的原因，你可以从下面的5个窗口中进一步观察细节。这些主要数据包括：浇铸铸坯的总长度，单位是米。质量合格铸坯的长度，用米和％两种方式表示。总操作成本，单位为美元，包括每小时的操作成本、修理辊子对中不良的成本、测温的成本等。

吨钢成本，即用总的运行成本除以质量合格的铸坯的数量。5.9模拟结果详细记录的内容还包括：钢包、中间包内钢液的温度、液面、流量的变化情况；事件记录和质量记录等。这些记录有助于分析浇铸操作，从而发现问题发生的原因，并改进相应的操作条件。质量记录显示浇铸铸坯的质量变化。因此，第一块铸坯的位置处于图中x=0的位置，而最后浇铸的铸坯位于右手侧。5.9模拟结果铸坯的质量不合格有以下5个方面的原因：内部裂纹表面裂纹中心偏析夹杂物含量振痕5.9模拟结果一些表面缺陷可以用火焰清理来去除，另外一些缺陷会使铸坯降级，严重情况下会使整块铸坯报废。如果铸坯没有任何缺陷就可以用于常规用途。下表列出了铸坯中存在某种质量缺陷的情况下，应该采取的措施。5.9模拟结果一个定尺长度的降级处理会使利润减少20％，而报废更会使利润减少80％。对一个定尺长度进行火焰清理的成本占这个钢种成本的2.5％。为了降低生产成本，必须尽量生产无缺陷铸坯。内部裂纹和表面裂纹取决于铸坯在浇铸过程中受到的应变和应力。防止裂纹形成的措施包括：优化结晶器保护渣和结晶器