（钢铁冶金专业论文）280mm×325mm大方坯连铸动态轻压下压下模型的研究与应用.pdf

乞 0 ad i s s e r t a t i o ni nf e r r o u sm e t a l l u r g y r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fs o f tr e d u c t i o nm o d e lf o r 2 8 0 m m 3 2 5 m mb l o o mc o n t i n u o u sc a s t i n gm a c h i n e w i t hd y n a m i cs o f tr e d u c t i o n b yc a ox u e q i a n s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rz h um i a o y o n g n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 9 8哪0川46mmi川，iii1 哪y f 一- j l j 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示 谢意。 学位论文作者签名：嚯海k于阻p 匕又，i f 侣笠自：召苜k 日期： 妒f 3 o 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： ， ， 半年口一年口一年半口 学位论文作者签名：蔫善k 签字日期：细乜 6 o 导师签 签字日 一 i 卢 、 一 ) ， 东北大学硕士学位论文 摘要 2 8 0 m m 3 2 5 m m 大方坯连铸动态轻压下压下模型的 研究与应用 摘要 连铸坯动态轻压下技术已成为改善连铸坯中心偏析和缩孔的最有效手段之一，是现 代连铸机先进性的一个重要标志。本文以国内某厂的国产2 8 0 m m x 3 2 5 m m 大方坯连铸 机为依托，进行了大方坯动态轻压下过程关键工艺控制模型即压下模型的研究开发，并 在实际生产中进行应用研究。本文的主要研究内容和取得主要结果如下： 1 铸坯高温物性参数的测定。通过测定试验钢种的高温物性参数，为轻压下的二冷 配水工艺参数的制定提供基础并为离线压下仿真过程提供精确的物性参数。测定的高温 物性参数包括热膨胀、收缩系数，高温热塑性曲线，零强度温度疋。t ，零塑性温度， 屈服强度。 2 大方坯自然热收缩的仿真模拟。热收缩值是轻压下在线控制模型中的一个重要工 艺参数。通过加载铸坯的实时温度场分布，结合测定的高温物性参数对铸坯连铸过程进 行热力耦合计算，计算铸坯在整个连铸过程的热收缩量。计算结果表明：拉速对铸坯的 热收缩影响较大，拉速越大热收缩量越少；过热度和钢种对铸坯自然热收缩的影响较小； 在拉矫机范围内，热收缩速率基本相同为0 1 4 0 m m m i n - - 一0 1 4 3 m m m 。 3 大方坯压下率的仿真研究。通过对压下率理论模型的分析，结合测定的高温物性 参数和大方坯的生产工艺，对铸坯实施轻压下过程进行有限元仿真计算，计算不同拉速、 钢种下的压下率。结果表明：大方坯的压下率和压下速率均沿拉坯方向近似线性减少； 平均压下率与拉速呈线性减少关系；压下速率取值范围不随拉速的变化而变化；钢种 对压下率和压下速率的影响小。 4 大方坯压下效率的仿真研究。通过对压下效率理论模型的分析，结合测定的高温 物性参数和大方坯的生产工艺，对铸坯实施轻压下过程进行三维有限元仿真研究，计算 不同拉速、不同钢种、不同压下量和液芯厚度下的压下效率。结果表明：在压下量小于 0 6 m m 时，压下效率随压下量的增加而增加；当压下量大于0 6 m m 时，压下效率开始 减少；当压下量大于5 m m 时，压下效率变化小，保持某个定值；钢种对压下效率影响 不明显。通过对各个钢种的压下率和压下效率的分析整理得到相应的压下量。 5 大方坯拉矫机的辊缝在线标定方法和拉矫机的拉速力矩分配控制方法研究。通过 分析热试过程中遇到的问题，提出了拉矫机的辊缝在线标定方法，改进了拉矫机拉速的 力矩分配控制方法。 6 大方坯压下模型的应用研究。通过使用v i s u a lc + + 6 0 编制轻压下模型在线控制 程序，在线模型控制精度高、稳定性好，达到了令人满意的现场应用效果。g c r l 5 的中 心碳偏析指标由1 3 9 降至1 1 2 ；7 2 a 的中一t l , 碳偏析指标由1 3 7 8 降至1 1 2 9 ：8 2 b 的中 i i i 东北大学硕士学位论文 摘要 心碳偏析指标由1 3 6 降至1 1 1 8 。 关键词：大方坯，轻压下，数值模拟，热收缩，高温物性参数，在线标定，力矩分配 i v 吨j 户 r 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t r e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o no f s o f tr e d u c t i o nm o d e lf o r 280 r a m 32 5m mbl o o mc o n t i n u o u sc a s t i n gm a c h i n ew i t h d y n a m i c s o f tr e d u c t i o n a bs t r a c t d y n a m i cs o f tr e d u c t i o nt e c h n o l o g yf o rc o n t i n u o u sc a s t i n gm a c h i n eh a sb e c o m eo n eo f t h eb e s tm e t h o d st oe l i m i n a t ec e n t e rs e g r e g a t i o na n ds h r i n k a g ec a v i t yo fa s c a s ts e m i - p r o d u c t s ， a n di ti sa ni m p o r t a n ti n d i c a t i o no fm o d e mc o n t i c a s t e r b a s e do nt h ed o m e s t i cm a d e2 8 0 m m 3 2 5 m mb l o o mc o n t i n u o u sc a s t i n gm a c h i n e ，r e s e a r c ho fak e yp r o c e s sc o n t r o lm o d e l s o f t r e d u c t i o nm o d e l w a sc a r r i e d t h em a i nr e s e a r c hw o r ka n dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 d e t e r m i n a t i o no ft h eh i g h t e m p e r a t u r ep h y s i c a lp a r a m e t e r so fb l o o m b ym e a s u r i n g t h eh i g h t e m p e r a t u r ep h y s i c a lp a r a m e t e r so ft r i a ls t e e l ，ab a s i sf o rt h es e c o n d a r yc o o l i n gw a t e r a n dt h ea c c u r a t ep h y s i c a lp a r a m e t e r sf o rt h eo f f - l i n er e d u c t i o ns i m u l a t i o nw e r ep r o v i d e d t h e h i g h - t e m p e r a t u r ep h y s i c a lp a r a m e t e r si n c l u d e ：h i g h - t e m p e r a t u r e t h e r m a l e x p a n s i o n c o n t r a c t i o n c o e f f i c i e n t ，h i g h t e m p e r a t u r et h e r m o p l a s t i cc u r v e ，磁t ，a n dy i e l d s t r e n g t h 2 t h es i m u l a t i o no ft h eb l o o mn a t u r a ls h r i n k i n g t h es h r i n k i n gv o l u m ei sa ni m p o r t a n t p a r a m e t e ro ft h er e d u c t i o no n l i n ec o n t r o lm o d e l t h er e a l - t i m et e m p e r a t u r ef i e l do fb l o o m w a sl o a d e d ，a n dt h et h e r m a lc o u p l i n gc a l c u l a t i o nw a sp r e c e d e di nt h eb l o o mc o n t i n u o u s c a s t i n gp r o c e s sw i t ht h eh i g h - t e m p e r a t u r ep h y s i c a lp a r a m e t e r s t h es h r i n k i n gv o l u m eo f b l o o mw a sc a l c u l a t e dd u r i n gt h ew h o l ec cp r o c e s s t h er e s u l ts h o w st h a t ：a st h ec a s t i n g s p e e di n c r e a s e s ，t h es h r i n k i n gv o l u m eb e c o m e ss m a l l e r , a n dt h ec a s t i n gs p e e dh a sm u c h g r e a t e re f f e c to nt h eb l o o ms h r i n k i n g ，w h i l et h ee f f e c to fs u p e r h e a ta n ds t e e lg r a d eo nt h e n a t u r a ls h r i n k i n go fb l o o mi ss m a l l e r t h eh e a ts h r i n k i n gr a t ei sb a s i c a l l yt h es a m ea sf o r 0 1 4 0 0 1 4 3 m m mi nt h ew i t h d r a w a la n ds t r a i g h t e n i n gm a c h i n e 3 t h es i m u l a t i o no ft h eb l o o mr e d u c t i o nr a t e t h r o u g ha n a l y z i n gt h et h e o r ym o d e lo f r e d u c t i o nr a t ea n db e i n gc o m b i n e dw i t ht h eh i g h - t e m p e r a t u r ep h y s i c a lp a r a m e t e r sa n dt h e a c t u a lc o n d i t i o n so fb l o o mi naf a c t o r y , af i n i t ee l e m e n tn u m e r i c a lc a l c u l a t i o nw a sp e r f o r m e d f o rt h ep r o c e s so fb l o o ms o f tr e d u c t i o n ，a n dt h er a n g ea n dl a w so fr e d u c t i o nr a t ew e r e o b t a i n e du n d e rv a r i o u sc a s t i n gs p e e d sa n ds t e e lg r a d e s t h er e s u l ts h o w st h a tr e d u c t i o nr a t e a n dr e d u c t i o ng r a d i e n td e c r e a s ea p p r o x i m a t e l yl i n e a r l ya l o n gt h ec a s t i n gs t r a n do fc o n t i n u o u s c a s t i n gb l o o m ，a n dt h ea v e r a g er e d u c t i o ng r a d i e n td e c r e a s e sl i n e a r l y a st h ec a s t i n gs p e e d i n c r e a s e s t h er a n g eo fr e d u c t i o ng r a d i e n td o e sn o tc h a n g ew i t ht h ec h a n g eo fc a s t i n gs p e e d ， a n ds t e e lg r a d eh a sl i t t l ee f f e c to nr e d u c t i o nr a t ea n dr e d u c t i o ng r a d i e n to fc o n t i n u o u sc a s t i n g b l o o m 4 t h es i m u l a t i o no ft h eb l o o mr e d u c t i o ne f f i c i e n c y t h r o u g ha n a l y z i n gt h et h e o r ym o d e l o fr e d u c t i o ne f f i c i e n c ya n dc o m b i n i n gw i t ht h eh i g h - t e m p e r a t u r ep h y s i c a lp a r a m e t e r sa n dt h e 。v 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t a c t u a lc o n d i t i o n so fb l o o mi naf a c t o r y , at h r e e d i m e n s i o n a lf i n i t ee l e m e n tn u m e i l c a l c a l c u l a t i o nw a sm a d ef o rt h ep r o c e s so fb l o o ms o f tr e d u c t i o n a n dt h er a n g ea n dl a w so f r e d u c t i o ne f f i c i e n c yw e r eo b t a i n e du n d e rv a r i o u sc a s t i n gs p e e d s ，s t e e lg r a d e s ，r e d u c t i o n a m o u n t sa n dl i q u i dc o r et h i c k n e s s e s t h er e s u l ts h o w st h a ta sr e d u c t i o na m o u n ti sl e s st h a n 0 6m i l l r e d u c t i o ne f n c i e n c yo fb l o o mi n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo fr e d u c t i o na m o u n t a s r e d u c t i o na m o u n ti sb e t w e e n0 6n l ma n d5 m m r e d u c t i o ne 伍c i e n c yo fb l o o md e c r e a s e sw i t h i n c r e a s eo fr e d u c t i o na m o u n t w h e nr e d u c t i o na m o u n ti sb i g g e rt h a n5t o n i r e d u c t i o n e f f i c i e n c yi si n d e p e n d e n tw i t ht h ei n c r e a s e m e n to fr e d u c t i o na m o u n t s t e e lg r a d eh a sl i t t l e e f f e c to nr e d u c t i o ne 衔c i e n c y t h r o u g ha n a l y z i n gv a r i o u ss t e e lr e d u c t i o nr a t ea n dr e d u c t i o n e 衔c i e n c y , t h er e d u c t i o na m o u n tw a so b t a i n e d 5 r 0 1 lg a po n l i n ec a l i b r a t i o nm e t h o do ft h ew i t h d r a w a la n ds t r a i g h t e n i n gm a c h i n ea n d m o m e n td i s t i l b u t i o nc o n t r o lm e t h o do fs p e e df o rt h ew i t h d r a w a la n ds t r a i g h t e n i n gm a c h i n eo f b l o o m t h r o u g ha n a l y z i n gt h ep r o b l e mi nt h et r a i lp r o c e s s ，t h er o l lg a po n l i n ec a l i b r a t i o n m e t h o d w a sp r e s e n t e d a n dt h em o m e n td i s t r i b u t i o nc o n t r o lm e t h o dw a si m p r o v e d 6 a p p l i c a t i o nm o d e lo fs o f tr e d u c t i o no fb l o o m t h o u g hu s i n gv i s u a lc + + 6 0t o c o m p i l et h ec o n t r o lp r o g r a mo ft h es o f tr e d u c t i o n ，t h eo n - l i n ec o n t r o lm o d e lh a sh i g hc o n t r o l a c c u r a c ya n dp e r f e c ts t a b i l i t y , a n da c h i e v e sas a t i s f a c t o r ye f f e c td u r i n ga p p l i c a t i o n t h ec e n t r e s e g r e g a t i o ni n d e xo fc f o rg c r l 5d e c r e a s e sf r o m1 3 9t o1 1 2 t h ec e n t r es e g r e g a t i o ni n d e x o fcf o r7 2 ad e c r e a s e sf r o m1 37 8t o1 12 9 t h ec e n t r es e g r e g a t i o ni n d e xo fcf o r8 2 b d e c r e a s e sf r o m1 3 6t 0 1 1 1 8 k e yw o r d s ：b l o o m ，s o f tr e d u c t i o n ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，t h e r m a ls h r i n k a g e ，h i g h - t e m p e r a t u r e p h y s i c a lp a r a m e t e r s ，r o l lg a po n l i n ec a l i b r a t i o nm e t h o d ，m o m e n td i s t r i b u t i o nc o n t r o lm e t h o d v i 一 ， 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明i 摘要i i i a b s t r a c t v 第一章绪论1 1 1 连铸技术的发展及现状1 1 2 大方坯连铸的中心质量问题2 1 3 提高大方坯中心质量的主要方法2 1 4 轻压下技术一4 1 4 1 轻压下技术的发展4 1 4 2 轻压下技术的优点7 1 4 3 轻压下技术的理论研究8 1 4 4 轻压下技术的工业应用1 0 1 5 本文主要研究背景和内容1 1 1 5 1 研究背景1 1 1 5 2 研究内容1 2 第二章高温物性参数测定1 3 2 1 高温物性参数测定的目的和意义1 3 2 2 试样条件13 2 3 测定工艺1 4 2 3 1 热膨胀收缩系数的测定。1 4 2 3 2 热塑性曲线的测定1 5 2 3 3 零强度温度的测定1 5 2 4 测定结果与分析1 6 2 4 1 热膨胀和收缩系数1 6 2 4 2 零强度与零塑性温度。1 7 2 4 3 热塑性曲线1 8 2 5 高温物性参数的应用2 0 v i i 硕士学位论文 目录 2 5 1 压下区间的选择2 0 2 5 2 收缩系数2 0 2 5 3 屈服极限2 1 动态轻压下模型的研究2 3 理论分析2 3 3 1 1 压下率模型2 3 3 1 2 压下效率模型2 6 模型建立与求解2 8 3 2 1 热收缩模型2 8 3 2 2 压下率模型。3 2 3 2 3 压下效率模型。3 2 热物性参数的选取3 6 仿真结果分析3 9 3 4 1 轴承钢g c r l 5 3 9 3 4 2 帘线钢7 2 a 。4 2 3 4 3 弹簧钢6 0 s i 2 m n a 4 5 3 4 4 硬线钢8 2 b 4 8 压下参数的选取5l 动态轻压下模型的应用。5 3 辊缝在线标定5 4 拉速的力矩分配控制5 7 在线轻压下模型5 9 应用效果6 0 结论6 3 献6 5 7 ：； 位期间获得成果7 5 介7 7 论文包含图、表、公式及文献7 9 、， 气 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 连铸技术的发展及现状 钢铁产业是实现工业化和现代化的支撑产业，是技术、资金、资源和能源密集型产 业。一直以来，作为国民经济的支柱产业，钢铁产业为工业、农业、建筑及其他行业提 供了其发展所必需的钢材料。钢铁产业发展至今，形成了以连铸技术为核心，连铸技术 的发展是钢铁技术发展的核心，以后相当长的时间中也不会改变【ij 。多年的实践已经证 明连铸生产不断完善与优化已成为推进大型化、高速化、实现流程连续紧凑、大幅度降 低消耗与排放、优化钢铁产品质量的核心环节，也是流程向自动化、智能化方向发展的 主要推动环节1 2 j 。 中国钢铁产量连续1 2 年保持世界第一，并且遥遥领先于其他国家。2 0 0 8 年中国钢 铁产量为5 0 2 亿吨比排名2 8 位的日本、美国、俄罗斯、印度、韩国、德国、乌克兰 等七个国家的总和还多，表明，我国钢铁生产和消费已成为全球中心，对世界钢铁业发展 有着重要的影响。虽然我国连铸生产虽然取得了很大成绩，但也清醒地认识到我国连铸 存在的问题，与发达国家相比主要表现在： ( 1 ) 连铸稳定性差，铸机作业率不高，铸坯质量不理想；国外的连铸机的作业率普 遍大于8 0 ，大型板坯连铸机连铸大约1 0 0 万吨 - 2 0 0 万吨钢才漏钢一次，基本上可以生 产无缺陷铸坯( 包括合金钢) 。而我国的连铸机生产稳定性较差，事故相对较多，作业 率不高，铸坯质量还有一定差距； ( 2 ) 近终型连铸技术发展缓慢；近终型连铸连轧技术在国外己实现产业化或正在加 快实现产业化步伐，而我国近终型铸机目前基本上都是从国外引进，自主研发基本上还 处于实验室阶段； ( 3 ) 高效连铸技术不成熟；高拉速技术连铸技术发展的方向，目前国外低碳板坯拉 速普遍大于2 o m m i n ，最高可达3 o m m i n ，1 3 0 m m * 1 3 0 m m d x 方坯拉速最高可达4 o m m i n ， 而我国目前的连铸机拉速普遍较低； ( 4 ) 自动化程度不高；连铸技术的一个优点就是自动化程度高，从而降低人工成本、 改善工作环境，提高工作效率，国外的连铸机具有很高的自动化水平，已普遍采用结晶 器液面检测和控制技术、质量跟踪判别技术、漏钢预报技术和轻压下技术，而目前我国 自行开发的连铸机在自动化的集成和应用方面并不成熟； 进入2 1 世纪以来，随着全球经济的持续快速增长，对钢材需求的拉动越来越大。随 着连铸产量与连铸比的逐年递增，以及钢铁产量的逐渐接近饱和，市场已经突破了钢材 数量方面的低层次需求，逐渐转变为对质量上的高层次需求，客观上要求钢铁工业必须 从传统的注重“产量型向注重“品种型 、“质量型”转变。如低合金高强度钢、优 质合金钢、超级合金钢等一批具有高纯净度、高均匀性、超细晶等高端产品，已经日益 成为我国钢铁企业研发的重点【i ，引。 1 3 提高大方坯中心质量的主要方法 至今为止，减少或消除中心偏析和疏松的技术可分如下几类： ( 1 ) 减少易偏析元素含量【5 之2 】 主要采用的技术手段为铁水预处理、炉内炼钢过程中的脱硫脱磷、炉外精炼技术等， 产 f 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 如把钢中s 降到小于0 0 1 以下。但上述手段不能完全去除有害元素，且有些钢种为了 获得特殊性能，钢液中的某些元素需要保持定的含量。 ( 2 ) 增加等轴晶比例【2 3 - 4 2 主要采用低过热度浇铸、结晶器电磁搅拌、等离子加热技术、添加微合金等，常用 技术的优缺点见表1 1 。 表1 1 增加等轴晶比例技术 技术名称优点缺点 表1 2 轻乐下技术方式分类 t a b l e1 2t h es o r t so fs o f tr e d u c t i o nt e c h n o l o g y 名称和类别方式图例应用范围特点 机械应力轻压下 辊式轻压 下 连续锻压 式压f 板坯 方坯 圆坯 消除中心缺陷效果 良好，投资经济。 消除中心缺陷效果 大方坯好；设备庞大，投资 和维护成本高。 ( 3 ) 改善凝固末期钢水的补缩条件 4 3 - 5 7 】 一3 - 将其应用于大方坯生产过程中【7 2 ，7 3 1 。该方法为典型的静态轻压下方法，即按预先设计的 4 f i 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 固定值设定好连铸机辊缝，该方法只能在固定的拉速和浇铸温度下才能达到较稳定的工 艺效果，因此实际应用过程受到了很大的限制，但其为采用轻压下技术来改善铸坯内部 质量提供了发展思路。与此同时，人们对轻压下的系统全面的实验和理论研究也陆续展 开【7 4 ，7 5 1 。 初期的辊式压下装置使用整体辊，其辊径大，辊距也大，从而铸坯坯壳在前后两对 夹辊间易产生鼓肚，不能充分减轻中心偏析。同时，由于辊身过长，在压下过程中容易 弯曲变形。为了改善轻压下的效果，在铸机的轻压下区安装了由分节辊组成的轻压下扇 形段。如图1 2 所示，该方法最早由n k k 提出，自1 9 7 6 年安装投入使用并取得良好效果 后，在世界范围被迅速推广。 图1 2 小辊径分节辊轻压下扇形段示意酬7 6 1 f i g 1 2s k e t c ho fs e g m e n ts m a l ld i m e n s i o ns p l i t - t y p er o l l e r s n k k 在福山6 号板坯连铸机上采用了一种人为鼓肚轻压下( i n t e n t i o n a lb u l g i n ga n d s o f tr e d u c t i o n i b s r ) 方法【7 。7 1 ，即先有意放大辊缝，在连铸坯凝固术端人为制造鼓肚来 改变凝固终点形状，然后实施以轻压下以获得良好铸坯质量的方法。i b s r - v 艺在合适位 置处( 一般为凝固终点上一段) 放大辊缝，利用钢水静压力制造人为鼓肚，使铸坯中心部 位比边部厚度大( 如图1 3 所示) ，此时采用轻压下可以使压下辊仅接触中间鼓肚部位，降 低了变形阻力，同时使轻压下实施过程中铸坯宽度方向轻压下变形均匀。 传统的扳坯凝固终端 i ：苎叠互= 互夏三要互= 型_ j ：铸造方向 人为鼓肚豹板坯凝周终端 l ：适互夏夏至互互要互互到o 、：- ：0 “ ：l 铸造方向 口 6 图1 3 板坯凝i 矧末端形状 f i g 1 3t h ef o r mo fb l o o ms o l i d i f i c a t i o ne n d 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 9 0 年代初，新日铁提出了圆盘辊轻压下法( d i s k r o l ls o f t r e d u c t i o n ，d r s r ) ，又称凸 形辊轻压下法。提出的理由是，采用人为鼓肚来减少轻压下阻力会受到坯壳厚度的限制， 当坯壳较薄时，铸坯两侧附近会产生内裂，同时经常要调整上部辊子以达到所需的辊缝， 使操作变得复杂。同样是减少阻力，可以把辊子的中间部分做成凸台。如图1 4 n 示。凸 台的合适宽度使抵抗阻力厚度为零，从而使中心疏松改善的效果变得更好。 坯 壳 厚 度 辊子l l 铸坯 辊子l i 辊子 开 jl 引 铸坯 咀 辊子 坯 壳 厚 度 辊子 平辊法有意鼓肚法圆盘法 图1 4 有意鼓肚法与圆盘法的对比 f i g 1 4c o m p a r i s o no fl b s ra n dd r s r 静态轻压下是浇铸前预先设定好辊缝，按照设定的拉速和工艺条件进行浇铸，但在 实际生产过程中，由于浇铸条件( 如拉速、过热度) 难免会发生变化，凝固末端的位置 也会相应发生变化，从而导致铸坯不能进行有效的轻压下，使铸坯中心质量不稳定。2 0 世纪8 0 年代术，随着薄板坯近终型连铸连轧短流程技术的发展，为减小薄板坯厚度，利 用远程辊缝可调节扇形段在连铸二冷区范围内对带液芯连铸坯厚度进行在线调节成为 一种必要手段。例如原德马克( d e m a g ) 公司在意大利的阿尔维迪的i s p ( i n l i n es t r i p p r o c e s s ) 生产线上采用了带液芯压下功能，铸坯经压下后厚度可以减少1 5 m m 左右。正是 这一技术的出现，为常规板坯的远程动态辊缝调节创造了条件。 1 9 9 7 年，v a i 率先将动态轻压下技术应用于芬兰罗德洛基( r a u t a r u u k k i ) 的6 号板坯连 铸机上【7 8 , 7 9 】。该铸机拉矫装置由1 5 个具有辊缝远程可调能力的s m a r t ( s i n g l em i n u t e a d j u s t m e n ta n dr e s t r a n d i n gt i m e ) 扇形段组成，并首次应用了动态二冷和在线热跟踪模型 一d y n c o o l 【8 0 】和在线自动辊缝设定模型a s t c ( a u t o m a t i cs t r a n dt a p e r t h i c k n e s s c o n t r 0 1 ) 1 8 1 】，其中d y n c o o l 模型是d y n a c s ( d y n a m i cs t r a n dc o o l i n gm a n a g e m e n t s y s t e m ) 模型的前身。自此动态轻压下技术陆续在全球范围内推广，各国的钢铁企业在 短短几年里迅速采用了动态轻压下技术悄2 。 国际上掌握并比较成功应用动态轻压下技术的公司主要有西门子奥钢联( s i m e n s v a i ) ，德国的德马克西马克公司( s m s d e m a g ，s m s d ) ，意大利的达涅利戴维公司 ( d a n i e l id a v yd i s t i n g t o n ，d d d ) ，日本住友重机等。在薄板上应用动态轻压下以s m s d 为代表【8 3 】，在中厚板和方坯上应用动态轻压下以v a i 为代表【8 4 】。目前动态轻压下技术已 经发展成为新建铸机的基本配备条件。 目前动态轻压下技术已经得到了广泛认可，但在使用过程中还存在一些不足，主要 集中在凝固末端准确定位和轻压下工艺参数的有效在线实施两个方面。 6 、 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 ( 1 ) 轻压下压下位置不准确主要表现为铸坯凝固前的无效压下和铸坯凝固后的过 度压下。 在铸坯凝n - 自i s 进行轻压下无法起到消除中心偏析和疏松的作用，反而会引起铸坯鼓 肚，尤其是窄边鼓肚。动态轻压下过程中的窄边鼓肚现象较为常见，且不能完全避免， 但在轻压下区间合理的前提下，随着铸坯逐渐凝固，大多能够自然消失，但随着轻压下 位置前移，窄边鼓肚会变形随之增大，从而引起质量问题m 5 。 铸坯在凝固末端存在一个裂纹敏感斟8 6 ，8 7 1 ，当过度压下引起的铸坯变形超过临界值 时，铸坯凝固前沿柱状晶晶界会产生沿晶裂纹，从而导致铸坯中间裂纹增加 8 8 , 8 9 1 ，引起 质量问题。此外，过度压下还会引起扇形段分节辊磨损过快，扇形段框架变形等设备问 题。 ( 2 ) 轻压下工艺参数的有效在线实施是指动态轻压下过程中因受设备和在线计算 误差的限制，无法准确实施轻压下参数的问题。从动态轻压下的工业应用而言，动态轻 压下在线控制模型的稳定可靠是轻压下参数有效实施的前提条件，将直接决定轻压下实 施效果的好坏。 1 4 2 轻压下技术的优点 通过对工业应用的研究，可以认为，轻压下技术对改善铸坯内部质量具有明显效果， 其主要优点在于【叫： ( 1 ) 避免或是大大减少中心偏析； ( 2 ) 提高生产钢种的可靠性，如要求中心线质量良好的抗氢致裂纹钢和海上钻井平 台用钢； ( 3 ) 减少中心偏析产生的废品； ( 4 ) 在非稳态浇铸下( 如开浇、拉速变化等) 也能获得良好的中心线质量连铸坯。 目前，电磁搅拌技术和轻压下技术应用较广，两种技术从不同的侧面去改善中心偏 析与中心疏松，很多铸机同时装配了这两种技术。与f e m s 技术相比，轻压下工艺具 有如下优势【9 1 】： ( 1 ) 轻压下工艺可以补偿凝固收缩，而f e m s 工艺做不到； ( 2 ) 轻压下工艺通过施加机械力，直接改变了铸坯的凝固进程； ( 3 ) 在钢液凝固末端位置变化时，可以及时调整轻压下工艺，即使调整不及时，该 工艺也可以发挥很大的作用； ( 4 ) 在没有s - e m s 的情况下轻压下工艺同样可以发挥巨大作用，极大减低中心偏 析和疏松。这点对保证连铸生产线的稳定生产有着巨大的意义。 此外，动态轻压下技术还带来了其他附加收益 9 29 3 】： ( 1 ) 减少钢材氢致裂纹( h i c ) 约5 0 ； ( 2 ) 采用新的扇形段使换辊时间大大减少，提高了生产率； ( 3 ) 有利于结晶器与铸坯的厚度匹配，扩大了结晶器厚度的可选范围，增加了铸机 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 的生产能力； ( 4 ) 提高拉速，增加产量( 传统连铸中拉速增加，中心偏析和疏松加重) ； ( 5 ) 一定的压下量在补偿中心疏松的同时会促进中心线裂纹的焊合，即达到增加铸 坯中心致密度的效果。 由于辊式轻压下技术应用范围广，消除中心偏析与中心疏松效果好，适应性强等特 点，辊式轻压下成为一种常见和成功的技术，在国内外被广泛应用：动态轻压下技术， 已经成为现代连铸机的标志之一。 1 4 3 轻压下技术的理论研究 轻压下主要包括压下区间，压下量压下率压下速率。合理的轻压下参数是有效消 除铸坯中心偏析与疏松的前提条件。 _ 拉坯方向 度 图1 5 轻压下r t 艺参数示意图 f i g 1 5s k e t c ho fs o f tr e d u c t i o np r o c e s sp a r a m e t e r 如图1 5 所示，压下区间指压下量作用区域，一般在液相凝固终点与固相凝固终端 之间，用相应的中心固相率( 疋) 表示，在0 ，- 1 内。压下量是指轻压下入口处辊缝值与 轻压下出口值之差，常用单位n l n l 。压下率指单位长度上的压下量，常用单位m m m 。 压下速率指单位时间的压下量，常用单位m m m i n 。压下量、压下率、压下速率相互关 联，实际生产过程中，根据生产状态和生产条件不同，选择其中两个工艺参数即可实现 动态轻压下