品种钢方坯连铸二冷技术的研究

论文摘要

目前在我国的方坯连铸品种中,以低碳钢和一般普碳钢连铸为主。品种钢和优质钢特别是中高碳钢、合金钢的连铸技术还不是十分成熟。这些钢种的连铸是国内今后一段时期连铸技术发展和品种开发的主要方向。二次冷却技术是连铸生产中的关键技术之一,连铸坯表面裂纹、内部裂纹、铸坯鼓肚、中心偏析和中心裂纹等缺陷的形成与二次冷却有密切联系,因此优化和控制连铸过程中的二次冷却对于连铸机7产量和铸坯质量有十分重要的意义。某厂方坯连铸机通过设备和技术的改造实现由浇铸普通钢升级为品种钢,按照要求,连铸钢种除少量普碳钢、低合金钢外,其余大部分为中(高)碳硬线钢、合金焊线钢、弹簧钢、易切削钢、轮胎钢丝钢等高附加值产品,钢种浇铸范围几乎覆盖了目前国内方坯连铸生产所遇到的所有难以浇铸的钢种。本论文首先建立了适应品种钢连铸的传热数学模型,采用现场实际测量铸坯表面温度和凝固壳厚度的方法修正二冷水、气水冷却区的传热边界条件,并通过调整结晶器角部传热边界条件和差分格式,解决在仿真计算中,结晶器因冷却较快收缩量大而使角部温度过低的问题;同时在模型计算中采用有效喷淋系数的方法优化二次冷却过程。设计时考虑了铸坯角部过冷和铸坯的热态尺寸问题,在拉坯方向尽量保证铸坯的缓慢冷却。结合品种钢方坯连铸二次冷却数值仿真的研究,在原冷却水量只与拉速变化相关联的二冷配水模型的基础上,提出新的二次冷却配水模型,新的配水模型充分考虑了钢液的过热度、拉速、浇铸钢种的化学成分、二冷水温度等各种因素对连铸二冷配水的影响。针对品种钢连铸钢种多,成分跨度大的问题,将所有钢种进行分类,选取典型钢种设计二冷制度,并将其应用于同一小类钢种中。而对同一大类的不同小类钢种,通过调整配水模型中的K值确定相应的二冷制度。研究结果于2007年10月开始应用到生产现场,实际使用效果表明,铸机二冷系统结构设计、各区喷嘴布置、二冷水配水模型设计合理,铸坯的裂纹、菱变、缩孔等低倍质量良好,达到预期目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 连铸二次冷却凝固传热数学模型及冷却模型概述
• 1.2.1 铸坯凝固传热数学模型的发展
• 1.2.2 连铸二冷冷却模型概述
• 1.3 二次冷却对铸坯质量的影响
• 1.4 连铸二次冷却制度
• 1.5 品种钢连铸二次冷却技术
• 1.6 本课题研究背景及研究内容
• 1.6.1 课题的学术意义和实用意义
• 1.6.2 论文研究的主要内容
• 2 方坯连铸二次冷却凝固传热数学模型
• 2.1 方坯凝固传热数学模型
• 2.1.1 方坯连铸凝固传热的数学描述
• 2.1.2 差分方程
• 2.2 冶金准则
• 2.3 时间步长的选择
• 2.4 边界条件的确定及修正
• 2.4.1 5 号铸机铸坯表面温度测试
• 2.4.2 5 号铸机铸坯凝固壳厚度测试
• 2.4.3 5 号铸机铸坯传热边界条件的获取
• 2.4.4 仿真计算结果与实测结果的对比
• 2.4.5 最终边界条件的确定
• 2.5 连铸机二次冷却结构设计
• 2.5.1 连铸机的主要技术参数
• 2.5.2 连铸机二次冷却结构及喷嘴布置
• 2.6 水流密度计算式中D 值的计算
• 3 方坯连铸二次冷却仿真通用软件
• 3.1 仿真软件的功能及特点
• 3.2 仿真软件程序流程图
• 3.3 仿真软件运行过程实例
• 4 方坯连铸二次冷却配水模型
• 4.1 二次冷却配水新模型
• 4.2 二次冷却配水新模型中各系数的确定
• 4.3 二次冷却区喷嘴的有效喷淋系数
• 5 连铸钢种及二次冷却分类
• 5.1 铸机生产的主要钢种及使用性能分析
• 5.2 主要钢种分类
• 5.2.1 概述
• 5.2.2 主要钢种归类分析
• 5.2.3 钢种的分类
• 5.3 钢种热物理性能的确定方法
• 5.3.1 钢的热物理性能的计算方法
• 5.3.2 钢的热物理性能的确定
• 6 二次冷却制度的确定及验证
• 6.1 第1 类钢的二冷制度
• 6.1.1 典型钢种H08A 钢的方坯连铸二冷制度
• 6.1.2 H08A 钢铸坯表面中心温度的变化规律
• 6.2 第2 类钢的二冷制度
• 6.2.1 典型钢种45＃钢的方坯连铸二冷制度
• 6.2.2 45#钢铸坯典型位置的断面温度场
• 6.2.3 典型钢种ML15Al 钢的方坯连铸二冷制度
• 6.2.4 ML15Al 钢铸坯中心温度的变化规律
• 6.3 第3 类钢的二冷制度
• 2Mn 钢的方坯连铸二冷制度'>6.3.1 典型钢种60Si₂Mn 钢的方坯连铸二冷制度
• 2Mn 钢铸坯中心温度的变化规律'>6.3.2 60Si₂Mn 钢铸坯中心温度的变化规律
• 6.3.3 典型钢种SWRH82B 钢的方坯连铸二冷制度
• 6.3.4 SWRH82B 钢铸坯凝固壳厚度的变化规律
• 6.4 应用效果
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B