專(zhuān)利名稱(chēng)：一種板坯連鑄機(jī)二冷水幅切控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于連鑄冷卻水控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是冷卻水噴淋寬度的在線(xiàn)調(diào)節(jié)技術(shù)。 具體指寬厚板坯連鑄機(jī)內(nèi)弧二冷水噴淋寬度在線(xiàn)幅切控制的方法。
背景技術(shù)：
寬厚板坯連鑄機(jī)具有斷面大、拉速低 等特點(diǎn)，且具備適澆多個(gè)規(guī)格斷面連鑄坯的能力，其鑄流冷卻機(jī)制主要依靠在扇形段內(nèi)弧和外弧有規(guī)律安裝噴淋管冷卻系統(tǒng)，利用噴射至鑄坯表面的冷卻水冷卻。在實(shí)際連鑄生產(chǎn)過(guò)程中，一方面由于寬厚板坯具有斷面大的特點(diǎn)，為確保鑄坯在連鑄生產(chǎn)過(guò)程不產(chǎn)生鼓肚行為和實(shí)現(xiàn)對(duì)連鑄坯凝固潛熱的有效消除， 二冷水噴淋強(qiáng)度相比常規(guī)板坯連鑄大，受?chē)娏芄苤苯訃娏苤凌T坯角部的冷卻水和由鑄坯內(nèi)弧表面中部流向鑄坯邊部的冷卻水共同冷卻作用，鑄坯角部溫度下降速度快；另一方面，受寬厚板連鑄拉速相對(duì)低的影響，坯殼角部在鑄流內(nèi)受二維傳熱作用的時(shí)間加長(zhǎng)，進(jìn)一步加劇了坯殼角部區(qū)域的降溫，極易引起鑄坯邊角部在過(guò)矯直區(qū)時(shí)落入鋼的第三脆性溫度區(qū)而導(dǎo)致連鑄坯其內(nèi)弧角部發(fā)生表面微橫裂紋缺陷，嚴(yán)重制約了連鑄機(jī)的穩(wěn)定和高效化生產(chǎn)。目前，避免該類(lèi)型裂紋缺陷的有效手段為采用鑄坯高溫過(guò)矯直手段，促使連鑄坯角部高溫過(guò)矯直避開(kāi)相應(yīng)鋼種的第三脆性溫度區(qū)。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于受連鑄機(jī)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度的制約，連鑄拉速是相對(duì)穩(wěn)定的。因此，降低寬厚板連鑄坯內(nèi)弧邊角部受水量是確保其過(guò)矯直區(qū)高溫避開(kāi)鋼的第三脆性溫度區(qū)的主要手段。此外，由于寬厚板坯連鑄機(jī)具有生產(chǎn)不同規(guī)格斷面的能力，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中需頻繁切換連鑄坯斷面的寬度，而安裝在扇形段上的噴淋管設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為冷卻水在鑄坯橫向上的噴淋寬度滿(mǎn)足最大寬度鑄坯連鑄生產(chǎn)需求，且位置固定。當(dāng)鑄坯寬度由大寬度規(guī)格調(diào)整為較小寬度斷面時(shí)，受?chē)娮炝髁刻匦缘挠绊?，由噴淋管?chē)娚渲凌T坯內(nèi)弧角部表面的冷卻水量加大，鑄坯角部降溫加劇，致使鑄坯內(nèi)弧角部表面產(chǎn)生微橫裂紋的幾率加大。為了解決由于鑄坯自身冷卻特點(diǎn)和噴淋管位置相對(duì)固定對(duì)連鑄坯角部造成溫降較快而致使其過(guò)矯直時(shí)其角部溫度落入鋼的第三脆性溫度區(qū)的難題，連鑄機(jī)設(shè)計(jì)廠商及部分科研院所近年來(lái)在部分寬厚板坯連鑄機(jī)引入了二冷水幅切控制系統(tǒng)方法，并得到了推廣和應(yīng)用。但是該方法存在以下不足一、工程改造量較大，實(shí)現(xiàn)費(fèi)用昂貴。在寬厚板坯連鑄機(jī)上引入該二冷幅切控制系統(tǒng)需重新對(duì)二冷各冷卻區(qū)供水回路進(jìn)行全面改造，扇形段上的原有噴淋管位置及數(shù)量進(jìn)行重新優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)兩套供水回路獨(dú)立、協(xié)調(diào)工作。而扇形段上的供水回路一般都是固化在扇形段內(nèi)部，重新改造新的二冷供水回路勢(shì)必要對(duì)二冷各扇形段進(jìn)行重新改造，不僅影響生產(chǎn)節(jié)奏，而且成本也較高。兩套獨(dú)立供水回路的協(xié)調(diào)工作也需要對(duì)二冷水表進(jìn)行重新開(kāi)發(fā)，精確的二冷配水控制系統(tǒng)研發(fā)周期也較長(zhǎng)且十分復(fù)雜；二、寬厚板坯連鑄機(jī)一般都具有適澆多個(gè)寬度規(guī)格鑄坯的能力，而現(xiàn)有的幅切控制方法一般僅有兩套供水回路，不能適應(yīng)所有寬度斷面的鑄坯生產(chǎn)。中國(guó)專(zhuān)利“CN201283419Y”公開(kāi)了一種利用連桿頂升結(jié)構(gòu)的板坯連鑄機(jī)扇形段二次輔助冷卻用活動(dòng)噴淋架裝置，該裝置可通過(guò)線(xiàn)調(diào)整噴嘴與鑄坯間的高度和噴淋管之間的間距實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄坯噴淋寬度的實(shí)時(shí)調(diào)整，但是該裝置需要重新改造扇形段內(nèi)原已固化的供水回路，工程改造量大，成本太高。中國(guó)專(zhuān)利“CN200960545”公開(kāi)了一種以推進(jìn)裝置控制的活動(dòng)噴淋裝置，該裝置可準(zhǔn)確調(diào)整噴嘴與鑄坯間的距離和角度等工藝參數(shù)。但該裝置僅適用于方坯和圓坯連鑄機(jī)。美國(guó)專(zhuān)利“US4256168A”公開(kāi)了一種以雙連桿與絲桿滑塊組合的噴嘴裝置，通過(guò)在連鑄機(jī)扇形段側(cè)面安裝機(jī)械式手動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)鑄坯的斷面寬度調(diào)整噴嘴與板坯之間的距離與噴淋范圍，手動(dòng)實(shí)現(xiàn)二冷水噴淋寬度的有效控制。但該裝置結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工程改造量大而繁瑣，且手動(dòng)調(diào)節(jié)二冷水噴淋寬度的控制精度較差，無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)今連鑄的高效化生產(chǎn)。因此，為了盡可能降低對(duì)二冷設(shè)備及工藝的改動(dòng)量，并確保連鑄機(jī)二冷水噴淋寬度與鑄坯斷面寬度良好、自動(dòng)精確匹配，有效實(shí)現(xiàn)連鑄坯角部過(guò)矯直時(shí)高溫避開(kāi)鋼的第三脆性溫度區(qū)，是目前連鑄 行業(yè)特別是寬厚板坯連鑄行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了有效實(shí)現(xiàn)對(duì)二冷各扇形段冷卻水噴淋寬度的在線(xiàn)精確幅切控制，達(dá)到連鑄坯角部過(guò)矯直高溫避開(kāi)鋼的第三脆性溫度區(qū)和整體改善連鑄坯冷卻效果的目的，克服已有發(fā)明存在對(duì)冷卻水供水回路工程改造量大，成本太高或手動(dòng)調(diào)節(jié)噴淋寬度控制精度較差，無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)今連鑄的高效化生產(chǎn)等不足，提出了一種寬厚板坯二冷水噴淋寬度在線(xiàn)自動(dòng)精確幅切控制的方法。本發(fā)明主要靠如下手段實(shí)現(xiàn)。即將通過(guò)鑄坯二冷區(qū)溫度場(chǎng)計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所確定的生產(chǎn)不同鋼種、不同寬度規(guī)格鑄坯的二冷水噴淋寬度作為依據(jù)，驅(qū)動(dòng)主要由支撐架和收集導(dǎo)流管組成的導(dǎo)流裝置，將扇形段內(nèi)弧各排邊部噴淋管?chē)娚涑龅亩嘤嗬鋮s水收集并導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)對(duì)扇形段內(nèi)弧二冷水噴淋寬度的在線(xiàn)精確幅切。所述的噴淋寬度是根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)鑄坯斷面寬度、拉速、過(guò)熱度及二冷配水量等工況，對(duì)照具體鋼種的高溫物理性能要求，采用鑄坯二冷溫度場(chǎng)計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法確定。所述的導(dǎo)流裝置，還包括1#固定桿、2#固定桿、連接桿機(jī)械臂以及帶軌滑輪； 2#固定桿保持與1#固定桿平行，連接桿機(jī)械臂穿透于2#固定桿，并與1#固定桿相連，實(shí)現(xiàn)三者固定連接。收集導(dǎo)流管的收集口與噴嘴噴出的二冷水扇形面初始距離為10_20mm，支撐架連接桿的上端垂直固定于連接桿機(jī)械臂上，下端與收集導(dǎo)流管相連，收集導(dǎo)流管向下傾斜10° -30°，在2#固定桿的兩端配備有軌滑輪，并將滑輪軌道水平裝置于扇形段上。所述的驅(qū)動(dòng)是通過(guò)固定于扇形段內(nèi)弧兩側(cè)的液壓缸護(hù)板上的液壓推進(jìn)裝置，推動(dòng)1#固定桿中部，其最大行程100-150mm，從而實(shí)現(xiàn)各扇形段內(nèi)導(dǎo)流管的整體水平位移。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題的主要技術(shù)方案為在連鑄機(jī)鑄流弧形段和矯直段的扇形段內(nèi)弧兩側(cè)裝配如圖1所示的鑄坯邊部二冷水噴淋寬度在線(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)導(dǎo)流裝置系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)連鑄坯二冷溫度場(chǎng)計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果所確立的生產(chǎn)不同鋼種、不同寬度規(guī)格鑄坯的二冷水理想的噴淋寬度，通過(guò)液壓推進(jìn)裝置在線(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)導(dǎo)流裝置位置， 實(shí)現(xiàn)對(duì)連鑄坯理想噴淋寬度以外的二冷水收集并導(dǎo)流，達(dá)到如圖2所示對(duì)扇形段內(nèi)弧二冷水噴淋寬度精確幅切控制效果的目的。其工作原理為根據(jù)當(dāng)前連鑄生產(chǎn)的鑄坯斷面寬度、 拉速、過(guò)熱度及二冷配水量等工況，對(duì)照具體鋼種的高溫物理性能要求，也即確保鑄坯角部無(wú)缺陷過(guò)矯直對(duì)應(yīng)的鋼的斷面收縮率要求，由連鑄坯二冷溫度場(chǎng)計(jì)算機(jī)仿真和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所確立的當(dāng)前生產(chǎn)條件下，二冷水理想的噴淋寬度結(jié)果；由控制系統(tǒng)⑧對(duì)液壓推進(jìn)機(jī)構(gòu)⑦發(fā)出位移推進(jìn)指令，液壓推進(jìn)機(jī)構(gòu)精確推進(jìn)如附圖3所示的支撐架，整體帶動(dòng)固定于其連接桿下端的二冷水收集導(dǎo)流管①向鑄流中間水平移動(dòng)，收集并導(dǎo)流由扇形段邊部噴淋管?chē)娚渲凌T坯邊部的多余二冷水，實(shí)現(xiàn)對(duì)扇形段內(nèi)弧二冷水噴淋寬度的在線(xiàn)自動(dòng)精確幅切控制， 達(dá)到有效提高連鑄坯角部過(guò)矯直溫度和整體改善連鑄二冷溫度場(chǎng)分布的目的，確實(shí)有效抑制連鑄坯內(nèi)弧角部表面微橫裂紋的發(fā)生。本發(fā)明在應(yīng)用前，連鑄坯內(nèi)弧角部進(jìn)入矯直段時(shí)的溫度為750°C -820°C，恰好落入鋼的第三脆性溫度區(qū)，由此引發(fā)的微合金鋼連鑄坯內(nèi)弧角部微橫裂紋導(dǎo)致中厚板裂紋缺陷率達(dá)15%以上。采用本發(fā)明后，連鑄坯角部的溫度可穩(wěn)定控制在870°C-90(TC，較有效地避開(kāi)了鋼的第三脆性溫度區(qū)，由連鑄坯內(nèi)弧角部微橫裂紋導(dǎo)致的中厚板裂紋缺陷率也控制在以?xún)?nèi)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1幅切控制裝置系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。圖2 二冷水幅切效果示意圖。圖3幅切支撐架結(jié)構(gòu)示意圖。在附圖中，①收集導(dǎo)流管，②支撐架連接桿，③噴淋管，④連鑄坯，⑤1#固定桿， ⑥2#固定桿，⑦液壓推進(jìn)機(jī)構(gòu)，⑧控制系統(tǒng)，⑨帶軌滑輪，⑩連接桿機(jī)械臂，θ噴嘴噴射角度，1收集導(dǎo)流管入口與噴嘴口之間的距離，1’鑄坯上表面高度冷卻水的目標(biāo)收集寬度，L 噴嘴與鑄坯上表面之間的距離。
具體實(shí)施例方式多數(shù)未配備幅切控制系統(tǒng)的寬厚板坯連鑄機(jī)二冷扇形段在橫向上多裝有3支、在拉坯方向裝配7排冷卻水噴淋管，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄坯在整個(gè)鑄流上的冷卻水覆蓋，達(dá)到完成連鑄坯冷卻的目的。根據(jù)主流寬厚板坯連鑄機(jī)噴嘴分布的特點(diǎn)以及連鑄坯角部過(guò)矯直高溫避開(kāi)鋼的第三脆性溫度區(qū)的要求，本發(fā)明設(shè)計(jì)在連鑄機(jī)鑄流弧形段2-6段和矯直段扇形段內(nèi)弧兩側(cè)裝配，如圖1所示的鑄坯邊部二冷水噴淋寬度在線(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)導(dǎo)流裝置系統(tǒng)，該裝置系統(tǒng)根據(jù)鑄坯二冷溫度場(chǎng)計(jì)算機(jī)仿真和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)在裝配有該導(dǎo)流裝置系統(tǒng)條件下滿(mǎn)足具體鋼種的鑄坯在當(dāng)前生產(chǎn)工況下過(guò)矯直區(qū)時(shí)高溫避開(kāi)其第三脆性溫度區(qū)所確定的二冷水理想的噴淋寬度結(jié)果；主控室下發(fā)液壓推進(jìn)指令，導(dǎo)流裝置系統(tǒng)響應(yīng)并整體水平推進(jìn)支撐架，由收集導(dǎo)流管接收并導(dǎo)流系統(tǒng)所確定噴淋寬度的、由扇形段內(nèi)弧邊部?jī)芍娏芄堍?噴射出的邊部多余冷卻水，實(shí)現(xiàn)對(duì)扇形段內(nèi)弧二冷水噴淋寬度的在線(xiàn)精確調(diào)節(jié)，達(dá)到如圖2 所示扇形段內(nèi)弧二冷水噴淋寬度精確幅切控制的目的。具體工作過(guò)程連鑄生產(chǎn)在開(kāi)澆或者利用結(jié)晶器在線(xiàn)調(diào)寬技術(shù)調(diào)整連鑄坯斷面時(shí)，主控室根據(jù)當(dāng)前鑄坯的斷面寬度和所生產(chǎn)的鋼種，選擇控制系統(tǒng)內(nèi)與對(duì)應(yīng)鋼種和鑄坯斷面寬度相匹配的選項(xiàng)，系統(tǒng)則根據(jù)預(yù)設(shè)好的鑄坯理想噴淋寬度，下發(fā)液壓缸驅(qū)動(dòng)指令。液壓缸接收到指令后將根據(jù)所確定的噴淋寬度，由其推動(dòng)端水平推進(jìn)1#固定桿，在1#固定桿的帶動(dòng)作用下，連接桿機(jī)械臂、2#固定桿、支撐架連接桿以及收集導(dǎo)流管保持與1#固定桿保持相對(duì)固定的方式以相同的速度水平移動(dòng)至系統(tǒng)所指定的噴淋寬度位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)二冷噴淋寬度的精確幅切控制。鑄坯二冷水理想噴淋寬度的確立由鑄坯二冷溫度場(chǎng)計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)共同確定。其中，鑄坯二冷溫度場(chǎng)計(jì)算機(jī)仿真采用有限元分析法進(jìn)行，即利用Ansys商業(yè)有限元軟件根據(jù)連鑄現(xiàn)場(chǎng)包括具體鋼種高溫凝固特性、鋼水過(guò)熱度、鑄坯斷面規(guī)格、拉速、結(jié)晶器一次冷卻水量、二冷水量以及鑄坯邊部導(dǎo)水寬度等在內(nèi)影響鑄坯溫度場(chǎng)分布的連鑄現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，建立連鑄坯二維非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)計(jì)算模型，模擬現(xiàn)場(chǎng)連鑄過(guò)程。通過(guò)調(diào)整鑄坯邊部導(dǎo)水寬度因素考察鑄坯邊角部過(guò)矯直區(qū)的溫度分布，以對(duì)應(yīng)鋼種的斷面收縮率在60%以上的溫度要求為基準(zhǔn)，確定理論最佳的二冷水噴淋寬度；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的開(kāi)展則是在計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算所確定的生產(chǎn)不同鋼種和斷面寬度鑄坯的二冷水理論最佳噴淋寬度基礎(chǔ)上，在實(shí)際連鑄生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)最終連鑄坯角部質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果和后續(xù)軋制鋼板邊部質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果利用導(dǎo)流裝置系統(tǒng)微調(diào)該理論噴淋寬度，最終確定每個(gè)鋼種和斷面下的最佳噴淋寬度。圖1所示的二冷水噴淋寬度在線(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)導(dǎo)流裝置系統(tǒng)，主要由收集導(dǎo)流管①、 圖3所示的支撐架機(jī)構(gòu)②、⑤、⑥、⑩、液壓推進(jìn)裝置⑦以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)⑧所組成。其中，所述的收集導(dǎo)流管①由直徑Φ為40-55mm的鋼管以及焊接其上并與其呈15° -30° 角度、長(zhǎng)40-60mm的開(kāi)口狀收集口組成，且二者均為不銹鋼材質(zhì)，收集導(dǎo)流管的整體長(zhǎng)度
權(quán)利要求
1.一種板坯連鑄機(jī)二冷水幅切控制方法，其特征在于將通過(guò)鑄坯二冷區(qū)溫度場(chǎng)仿真計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的不同鋼種、不同寬度規(guī)格鑄坯的二冷水噴淋寬度作為依據(jù)，驅(qū)動(dòng)主要由支撐架和收集導(dǎo)流管組成的導(dǎo)流裝置，將扇形段內(nèi)弧各排邊部噴淋管?chē)娚涑龅亩嘤嗬鋮s水收集并導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)對(duì)扇形段內(nèi)弧二冷水噴淋寬度的在線(xiàn)精確幅切。
2.如權(quán)利要求1所述的板坯連鑄機(jī)二冷水幅切控制方法，其特征在于所述的噴淋寬度是根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)鑄坯斷面寬度、拉速、過(guò)熱度及二冷配水量等工況，對(duì)照具體鋼種的高溫物理性能要求，采用非穩(wěn)態(tài)連鑄坯二冷溫度場(chǎng)計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法確定。
3.如權(quán)利要求1所述的板坯連鑄機(jī)二冷水幅切控制方法，其特征在于所述的導(dǎo)流裝置，還包括1#固定桿、2#固定桿、連接桿機(jī)械臂以及帶軌滑輪;2#固定桿保持與1#固定桿平行，連接桿機(jī)械臂穿透于2#固定桿，并與1#固定桿相連，收集導(dǎo)流管的收集口與噴嘴噴出的二冷水扇形面初始距離為10_20mm，支撐架連接桿的上端垂直固定于連接桿機(jī)械臂上， 下端與收集導(dǎo)流管相連，收集導(dǎo)流管向下傾斜10° -30°，在2#固定桿的兩端配備有軌滑輪，并將滑輪軌道裝置于扇形段上。
4.如權(quán)利要求1所述的板坯連鑄機(jī)二冷水幅切控制方法，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)是通過(guò)固定于扇形段內(nèi)弧兩側(cè)的液壓缸護(hù)板上的液壓推進(jìn)裝置，推動(dòng)1#固定桿中部，其最大行程100-150mm，從而實(shí)現(xiàn)各扇形段內(nèi)導(dǎo)流管的整體水平位移。
全文摘要
本發(fā)明屬于連鑄冷卻水控制技術(shù)領(lǐng)域，為克服已有發(fā)明存在對(duì)冷卻水供水回路工程改造量大，成本太高或手動(dòng)調(diào)節(jié)噴淋寬度控制精度較差等不足，提出了一種寬厚板坯二冷水噴淋寬度在線(xiàn)自動(dòng)精確幅切控制的方法。主要通過(guò)鑄坯二冷區(qū)溫度場(chǎng)仿真計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的不同鋼種、不同寬度規(guī)格鑄坯的二冷水噴淋寬度作為依據(jù)，驅(qū)動(dòng)主要由支撐架和收集導(dǎo)流管組成的導(dǎo)流裝置，將扇形段內(nèi)弧各排邊部噴淋管?chē)娚涑龅亩嘤嗬鋮s水收集并導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)對(duì)扇形段內(nèi)弧二冷水噴淋寬度的在線(xiàn)精確幅切。采用本發(fā)明后，連鑄坯角部的溫度可穩(wěn)定控制在870℃-900℃，有效地避開(kāi)了鋼的第三脆性溫度區(qū)，微合金鋼連鑄坯角部的微橫裂紋缺陷率也控制在1％以?xún)?nèi)。
文檔編號(hào)B22D11/22GK102430733SQ20111043112
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者鞏文旭, 朱苗勇, 潘貽芳, 祭程, 蔡兆鎮(zhèn) 申請(qǐng)人:天津鋼鐵集團(tuán)有限公司