动态轻压下技术在连铸中的应用

动态轻压下技术的应用摘要：介绍了不同压下区间和压下量对低合金钢铸坯内部质量的影响。

通过对试验铸坯的中心偏析评级结果分析，发现轻压下对连铸板坯中心偏析的改善效果十分明显。

低倍检验结果表明，压下量超过1.5mm，压下固相率在0.45-0.75之间的样品，试验铸坯中心偏析等级均达到C1.0，中心疏松等级也都小于0.5。

关键词：轻压下压下区间压下量中心偏析Application on Dynamic Soft Reduction SystemXiaojianping1Liangweisheng2(1.Yangchun New Steel Limited Liability Company guagndong yangchun 5296002.Beijing research institute Ramon Company Beijing 100086) Abstract:This paper describes the influence of different reduction ranges and reduction percent on the internal quality of low alloy steel. Through the analysis of the center segregation rating result on the test slabs, it is found that soft reduction system has great effect on reducing the center segregation of continuous casting slabs. The macroscopic examination shows that when the reduction percent is larger than 1.5mm, and the solid phase rate is around 0.45~0.75, the center segregation rating of the test slab can reach C1.0 and the center porosity rating of the test slab can be smaller than 0.5.Key Words: soft reduction, reduction range, reduction percent, center segregation.连铸轻压下是指在铸坯凝固末端一个合适的两相区内利用扇形段夹辊，对铸坯在线实施一个合适的压下量，用以抵消铸坯凝固末端的体积收缩，避免中心缩孔（疏松）形成；抑制凝固收缩而引起的浓化钢水流动与积聚，减轻中心宏观偏析程度的铸坯凝固过程压力加工技术[1]。

轻压下技术的介绍及在连铸中的应用摘要：铸坯在连铸生产过程中很容易产生中心偏析和中心疏松缺陷，其质量对后续的轧材产生直接的影响。

在连铸方面开发了许多改善铸坯质量的新技术，其中最为行之有效的一种便是轻压下技术。

轻压下工艺对铸坯组织结构、性能、表面质量和内部裂纹有非常大的影响，所以了解轻压下技术的工艺原理和在连铸中的应用非常重要。

关键词：轻压下；连铸；铸坯质量1.前言随着市场对钢铁产品质量要求的提高,冶炼及轧制技术也得到了不断发展。

在连铸生产中，铸坯内部一般都会存在中心偏析和中心疏松等缺陷，对后续的进一步轧制加工极为不利，因此必须解决。

尤其是在现代高效连铸提出后，以其高拉速为核心的技术，也带来了中心偏析和疏松的进一步恶化加重。

常用控制连铸坯中心偏析、中心疏松产生的技术很多，有：凝固末端轻压下技术，凝固末端强冷技术，低温浇注技术，电磁搅拌技术，在连铸方面开发了许多改善铸坯质量的新技术，连续锻压技术等。

其中最为行之有效的一种便是轻压下技术。

2.轻压下技术的原理针对铸坯凝固特性，任何一种轻压下技术的基本思想都是在铸坯凝固某区域施加合适的压下量以补偿坯壳的凝固收缩和阻止残余钢液的横向流动。

其原理如图1所示：即一方面压下可以消除或减少铸坯收缩形成的内部空隙，防止晶间富集溶质元素的钢液向铸坯的横向流动；另一方面，压下可以使液芯中溶质元素富集的钢液沿拉坯方向反向流动，使溶质元素在钢液中重新分配，从而改善中心偏析情况。

在连铸坯凝固过程中,对铸坯施加外力,补偿凝固收缩并破碎已经形成的“晶桥”,使得铸坯内的钢水可以自由地进行流动,就可以最大程度地减少中心偏析和疏松,这就是轻压下技术的工艺原理。

3.轻压下技术的发展及分类3.1轻压下技术的发展轻压下技术始于20世纪70年代末、80年代初,是在20世纪70年代辊缝收缩技术的基础上发展而来的。

目前,连铸坯的轻压下有两种含义:在铸坯凝固末端处进行的轻压下;离凝固末端较远处进行的轻压下,又称带液芯轻压下。

安徽工业大学科技成果——方坯连铸机动态轻压下
控制系统
成果简介
方坯连铸机动态轻压下控制系统能够实现对在线铸坯进行适当压下，以解决高拉速条件下的铸坯中心偏析、中心缩孔问题，提高铸坯的内部质量。

系统主要由铸坯凝固传热模型、二冷动态配水控制模型、轻压下动态控制模型三部分组成，其中铸坯凝固传热模型能够根据实时工艺条件计算在线铸坯当前的温度分布；二冷动态配水控制模型能够根据中包钢水温度、拉速的变化对二冷水量实时动态调节，优化铸坯冷却条件，提高铸坯质量；轻压下动态控制模型能够根据铸坯凝固特点选择最优的压下制度对铸坯进行压下操作，优化铸坯内部质量。

成熟程度和所需建设条件
成熟程度：本控制系统已在苏钢应用，使用效果较好。

所需建设条件：本控制系统需要在连铸机上配置动态压下装置。

社会经济效益分析
采用方坯动态轻压下技术后，显著的提高了铸坯内部质量，尤其是对轴承钢、弹簧钢等高附加值钢种，有力的保证了最终产品的质量，提高了企业的经济效益。

板坯连铸机动态轻压下过程控制系统的高可用性实现阐述了梅钢2#板坯连铸机动态轻压下过程控制系统的高可用性架构过程，提出了一种软件故障自主恢复与硬件热备冗余相结合的高可用性系统架构方案，并结合实际生产过程分析了备机切换过程中检查点数据的可用性，最后给出了系统故障测试结果。

实际说明，系统投产以后运行稳定，到达了预期目标。

连铸过程对连铸坯实施轻压下操作是消除中心偏析、提高连铸坯内部质量的有效手段。

在着力开发此技术的工艺控制核心模型的同时，控制系统的稳定性和安全性问题也显得尤为重要。

针对连铸生产过程的实时性和连续性，在****集团梅山钢铁股份公司2#连铸机动态轻压下过程控制系统开发过程中，通过高可用性架构，将系统故障时间控制在lh∕a 内。

在系统硬件架构方面采用两台服务器和磁盘阵列柜建立双机热备系统；软件架构方面利用系统管理模块，对系统开展监控和管理，增加了软件本身的自主恢复能力。

1系统的高可用性架构动态轻压下过程控制系统采用双节点群集模式架构：当系统工作时，工作节点对外提供服务，备用节点监控工作节点运行情况，不参与对外服务。

当工作节点出现异常时，备用节点主动接收工作机的工作，继续对外提供服务，从而保证系统的不间断运行。

原来的工作节点开展故障处理后，根据预先设定的配置命令以人工或自动的方式切回系统，经过与当前工作节点数据同步后，以备用节点身份继续运行，与工作节点开展心跳信息交互。

系统的硬件架构见图1,由两台配置一样的IBMXSerieS 346服务器构成群集服务节点。

节点间通过千兆以太网心跳线直连，传递心跳信息互相检测。

两台服务器在本地磁盘上各自运行操作系统(Windows Sever 20**),用户文件和数据保存在独立于节点之外的IBMDS400磁盘阵列柜中。

此外, 服务器磁盘子系统和DS400内磁盘阵列均按RAID 5方式架构，保证了数据存储的安全性。

二冷水量设定值采用平均拉速控制，平均拉速计算方法为：将二冷区内各跟踪单元的“坯龄”相加，除以该区中间位置距结晶器液面的距离。

连铸二冷段水量优化及动态轻压下控制本部分设定了隐藏,您已回复过了,以下是隐藏的内容张嘉沈厚发黄天佑(清华大学机械工程系先进成形制造教育部重点实验室，北京100084)摘要：本文建立了连铸坯凝固非稳态传热模型，提出了基于分区多控制点目标温度优化的增量型PID算法，结合轻压下原理，用C语言编制了二冷水量动态控制及动态轻压下控制程序Visual Cast—Dynamic。

研究了铸坯表面温度、二冷水量以及动态轻压下过程对拉速变化的响应。

研究表明，分区多点控制算法可以满足动态调节水量的要求；轻压下控制算法可完成动态压下过程的实施。

关键词：连铸；二冷动态控制；增量型PID控制算法；动态轻压下1．前言动态二冷及动态轻压下是提高铸坯质量的先进技术。

本文在实际的铸机结构、辊列布置的基础上，建立了适用于连铸二冷在线计算的数学模型，模拟板坯凝固过程及温度分布。

通过分区多控制点目标温度增量型PID控制算法实现了二冷段动态配水及分区多控制点的目标温度控制，并结合轻压下原理实现了动态簿压下控制。

2．铸坯凝固传热数学模型本文基于板坯厚度方向中心纵断面上热量守恒建立相应的传热模型。

铸坯凝固传热模型的假设为：(1)忽略板坯宽度方向的导热；(2)忽略因凝固冷却收缩引起的铸坯尺寸变化；(3)采用等效增强导热系数处理钢液对流传热。

铸坯非稳态凝固传热方程为：式中：v为拉坯速度，m／s；ρ为密度，kg／m3；G为等效比热，J／(kg••K)；功温度，K；丑、份别为铸坯厚度及拉坯长度方向上的坐标，m；λeff为等效导热系数，W／(m•K)；s为凝固潜热，W／m3。

本文采用等效比热法处理凝固潜热。

方程(1)在结晶器和二冷段内铸坯表面边界条件分别为热流边界条件和对流换热边界条件。

二冷段内铸坯表面换热类型主要包括：铸坯表面与冷却水雾和空气的对流换热、与辊子的接触换热、与周围空问的辐射换热。

3．二冷段水量控制模型当工艺对连铸二冷段各区多控制点的温度有要求时，应使用多目标优化控制理论设计控制算法。

Ｉ绪论
１．３．２二冷动态轻压下技术原理
连铸坯在二冷的凝固过程中，由于凝固收缩和选分结晶原因，通常会出现中心偏析和中心疏松等缺陷。

铸坯中心偏析和疏松是由ｆ凝固壳冷却收缩或鼓肚，使糊状区枝晶间富集溶质元素的剩余液相流到铸坯的中心区域而形成。

连铸二冷动态轻压下技术就是在铸坯凝固末端附近施加适当的压力沿铸坯厚度方向压下微量位移，在液芯压下过程中，铸坯在压下辊的作用下向内挤压钢水，使芯部钢水向上运动，这种运动使正在凝固的钢水混合，还可以促进液芯中心富集的溶质元素钢液沿拉坯方向反向流动，使溶质元素在钢液中重新分配，具有混匀溶质、消除成分偏析，促进中心区域凝固的优点。

同时，轻压下产生的压下量可以补偿铸坯的自然凝固收缩［４０ｌ，消除或减少铸坯收缩形成的内部空隙，防止晶间富集溶质元素的钢液向铸坯中心和凝固空隙横向流动，对改善中心疏松和中心偏析有着很大的作用。

实践证明，合理的液芯压下不仅能解决连铸与连轧之间的厚度匹配问题，而且能细化铸坯内部组织，使铸坯的凝固组织更加均匀致密，进一步减轻或消除铸坯中心偏析，提高铸坯的内部质量。

液芯动态轻压下示意图见图１．３。

图１．３液芯压下设备示意图【４１１
Ｆｉｇ．１．３ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆＬｉｑｕｉｄｃｏｒｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎ
连铸二冷动态轻压下【４２－４３１通常是建立在二冷动态模型的基础上。

首先建立连铸二冷动态凝固传热数学模型，利用数值分析方法跟踪计算铸坯在二冷区的温度场分布，结合所浇铸钢种的高温物理性能参数，实时了解连铸坯的温降规律、凝固壳生长规律、凝固末端位置变化。

再根据铸坯的凝固状态实行动态轻压下控制。

７。

收稿日期:2009-11-06; 修订日期:2009-11-14作者简介:冯 科(1974- ),重庆人,高级工程师,工学博士.主要从事连铸冶金过程凝固传输现象的数值仿真研究.Email:fen2677@八钢四号板坯连铸机全程动态轻压下技术的应用冯 科1,孔意文1,青绍平1,龙 灏1,任 佳1狄明军2,徐 栋2,王豫东2,鲁 军2,郭庆华2,吴 军2(1.中冶赛迪工程技术股份有限公司,重庆400013;2.宝钢集团八钢公司第二炼钢厂,新疆乌鲁木齐830022)摘要:通过对八钢四号板坯连铸机现有轻压下系统的技术改造和升级,使其具备了(包括弧形段和水平段)动态的全程轻压下功能,并成功实现了工业化应用。

生产实践表明,改造后四号机在弧形段和水平段均可正常实施轻压下功能,整个压下过程平稳顺利,辊缝控制精度良好,L 2模型跟踪准确、算法先进,L 1程序控制合理、执行可靠,在矫直段实施轻压下时铸坯无内部裂纹生成,铸坯内部质量得以明显改善,充分实现了轻压下技术的冶金工艺效果。

关键词:板坯连铸机;动态轻压下;实时跟踪动态控制模型中图分类号:TG249.7 文献标识码:A 文章编号:1000-8365(2010)03-0348-04Application of Dynamic Soft -reduction Technologyin the No.4Slab Continuous Caster of Bayi SteelFENG Ke 1,KONG Y-i wen 1,QING Shao -ping 1,LONG Hao 1,REN Jia 1DI Ming -jun 2,XU Dong 2,W ANG Yu -dong 2,LU Jun 2,GUO Qing -hua 2,WU Jun2(1.CISDI ENGINEERING C O.,LTD.,C hongqing 400013,China;2.The No.2Steelmaking Plant,Bayi Steel,Baosteel Group,Urumuqi 830022,C hina)Abstract:Th e reconstru cting &upgrading work had been don e smooth ly for the origin al sof-tredu ction system of th e N o.4slab contin uou s caster in Bayi steel.As a resu lt,all th e segments (in clu ding both arc segments and horizontal segments )now possess the dynamic sof-t reductionfu nction,which have been pu t into th e indu strial application su ccessfu lly.Throu gh th e production practice,it can be seen that,after the reconstructing project,th e dynamic sof-t redu ction fu nctioncould be applied normally both in the arc segments an d in the level segments for the No .4slab caster,and th e whole sof-t redu ction process are condu cted steady and smooth ly,and the precisionof roll gap control is good.The L2model always m akes an exact trace for th e casting process and h as the advanced algorithm,while th e L1program ,with reasonable control fun ction an d th e reliable execu tion ,can be obtain ed.When the sof-t redu ction action was execu ted in th e un bendin g segm en t (Seg.7),th ere is no in ternal crack takin g place in all as -cast slabs,and the in ternal qu ality of slab su ch as center segregation is improved obviou sly,wh ich show good metallurgical effect by dyn amic sof-t redu ction tech nology.Key words:Slab continu ous caster;Dyn amic sof-t redu ction ;CCPS ONLIN E宝钢集团八一钢铁公司第二炼钢厂四号板坯连铸机,是由中冶赛迪工程技术股份有限公司独立承建的一台现代化板坯连铸机,于2008年8月正式投产。

科技成果——连铸二冷配水及动态轻压下技术
技术开发单位华北理工大学
所属领域新材料
成果简介
随着高效连铸的不断发展，高拉速加剧了连铸坯的中心疏松、缩孔以及裂纹等典型的内部质量问题。

本项目从二冷配水和辊缝优化出发，基于数学模型和现场实测数据，系统的研究了不同铸坯内部质量问题的成因和解决方案，并针对高拉速下连铸开浇、出尾坯及生产过程拉速波动引起的内部质量问题开发了连铸二冷配水技术，针对铸坯难以避免的中心疏松、偏析问题开发了动态轻压下技术，以期全面改善铸坯的内部质量。

关键技术
1、针对不同钢种、断面的二冷配水技术
利用数学模型与现场实测数据相结合，针对实际生产的铸坯低倍质量分析结果，进行更具针对性的铸坯质量优化。

2、基于目标温度的连铸二冷配水技术
将连铸过程分为多个切片，每个切片运行终点设置合理的目标温度，以保证拉速波动条件下铸坯温度场的稳定，进而得到内部质量稳定的铸坯。

3、基于凝固终点跟踪的动态轻压下技术
通过连铸二冷配水模型精确的确定铸坯合理位置所在的铸机位置，或通过配水及拉速调整将铸坯压下位置调整到可实施区域，并压
下合理的量，进而消除铸坯中心疏松、缩孔和偏析。

经济效果
铸坯质量方面：基本消除铸坯的中心疏松、缩孔、中间裂纹、中心裂纹、三角区裂纹等铸坯内部质量缺陷。

经济效益方面：通过生产质量稳定的铸坯，可有效提高实际生产的作业率，提高产品成材率。

实施条件
钢铁企业，具备一定生产能力。

项目成熟度
利润级：开始盈利且利润超过总投入的10%
合作方式合作开发。