济钢一炼钢方坯连铸二冷技术的研究及应用

摘要

济南钢铁股份有限公司第1炼钢厂现有两台方坯连铸机。两台铸机均已投产多年。这两台铸机长时间使用后，近年发现其二冷配水制度(二冷配水模型)已不能适应目前高效连铸下对铸坯的质量要求、对铸坯提高生产率和拉速的要求、对生产品质钢和优钢的要求。为此开展了“济钢一炼钢方坯连铸二冷技术的研究及应用”的研究工作。 本论文所做主要工作包括： 对中高碳钢(如45钢等)，由于碳含量和合金含量比较高，连铸过程中易产生裂纹等质量缺陷的问题，测试研究了45钢连铸坯的部分高温物理性能和高温机械性能。测试结果为济南第1炼钢厂方坯铸机生产45钢连铸坯提供了重要的基础参考数据，为通过数学模型仿真优化计算获得正确的45钢连铸坯的二冷制度提供了重要的依据。 测试了济钢1炼两台铸机所用喷嘴的冷态性能。结果表明，5种喷嘴的性能比较稳定，设计制造正常，工作可靠。测试结果为数学模型提供了较为准确的边界条件，为铸机喷嘴的布置优化提供了依据。对两台铸机二冷喷淋结构的分析表明，两台铸机的喷淋区比较长；在喷嘴布置上，二冷有效喷淋系数偏低，因而可进一步优化喷嘴的喷射角度与喷嘴前端离铸坯表面高度的匹配关系；优化支撑辊的布置和考虑二冷各段过渡区喷嘴布置的均匀性。 建立了适应济钢方坯连铸机的具体结构特点的方坯凝固传热数学模型。模型中采用了有效喷淋系数和二冷有效比水量的特有处理方法，给出了两台铸机三个断面各自的有效喷淋系数值。 研究提出了连铸二次冷却的新模型。新模型中包括了浇铸温度(中间包钢水温度)的变化、钢液成分的变化、不同季节二冷水温的变化对二冷各段冷却水量的影响。新模型的表达式为： 对济钢两台铸机所生产的9个钢种进行了二次冷却的分类并对现有二冷制度进行了分析和仿真。结果表明，两台铸机的现有二次冷却属于强冷方式，对不同的钢种其二冷制度没有归类。1号铸机120方断面的比水量最大，150方断面的比水量也比较大，2号铸机150方的比水量相对要小一些。在中低拉速下，三个断面的二冷比水量过大，水量和比水量随拉速的降低下降很少(其中1号铸机150方断面的比水量还有所增加)。 对两台铸机、三个断面的两大类钢(以HRB335和Q235为代表)系列的二次冷却制度进行了仿真优化研究，对原二冷制度(配水模型)进行了改进；仿真优化制订了两台铸机、两个150方断面的45钢系列的新二次冷却制度(二冷各段喷淋水量随拉速的变化关系式，钢液过热度和二冷水温的变化也归入此公式中)和二次冷却的控制方式；获得了合适的正常拉速范围和最大拉速的数值；获得了在优化的二冷制度下铸坯表面温度、中心温度、各典型断面温度和凝固壳厚度的变化规律。 与原有二冷制度比较，二冷比水量有比较明显的降低；中低拉速下的水量和比水量比高拉速时的水量明显降低。45钢系列的二冷比水量比HRB335系列和Q235钢系列有相当明显的降低。 研究结果于2005年11月开始在济钢两台方坯铸机上获得应用。应用结果表明，铸坯的质量良好。中心疏松和偏析、内部裂纹等缺陷有比较明显的减轻，经济效益明显。