網(wǎng)絡煉鋼-連鑄

連鑄模擬報告人:王煒2/3/20231連鑄模擬的目的連鑄是鋼液連續(xù)地凝固成鑄坯的過程。根據(jù)鑄坯尺寸的不同，這些半成品分別叫做板坯、大方坯和小方坯。連鑄模擬的目標是成功地連續(xù)澆鑄3包鋼水，但必須滿足特定的表面質量、內部質量和夾雜物的標準。應該盡量減少整個操作的成本。2連鑄模擬界面介紹2連鑄模擬界面介紹2連鑄模擬界面介紹從整個連鑄工藝來看，為保證鑄坯質量，降低生產(chǎn)成本，在連鑄模擬實驗過程中，需要注意幾個銜接問題：澆注鋼種問題結晶器振動參數(shù)與鑄坯裂紋問題保護渣選型問題及與鑄坯表面裂紋的關系鑄坯冷卻強度與鑄坯中心偏析問題時間銜接問題：鋼包到達時間，鋼包下鋼速度及耗費時間2連鑄模擬界面介紹鋼液鋼包溫度確定問題中包下鋼速度及時間，拉坯速度中包、結晶器液位控制問題拉坯速度與保護渣匹配問題電磁攪拌及機械輕壓下選用問題連鑄過程中故障處理問題，如水口堵塞、夾輥維修問題3連鑄模擬相關問題3.1鋼種特性分析3.1鋼種特性分析從拉坯速度、冷卻強度、保護渣選型、結晶器振動等參數(shù)來看，參數(shù)的選取明顯與鋼種的種類相關。因此，我們需要首先了解各鋼種特性。3.1鋼種特性分析（1）通用的建筑用鋼通用的建筑用鋼是一種對裂紋敏感，相對需求不十分旺盛的鋼種，推薦給新用戶使用。（2）TiNb超低碳鋼汽車用鋼含TiNb的超低碳鋼是一種對粘結敏感的鋼種，主要用于生產(chǎn)汽車車身部件，為了優(yōu)化其成形性能，碳含量小于0.0035％。3.1鋼種特性分析（3）用于輸氣的管線鋼管線鋼屬于低碳或超低碳的微合金化鋼，是高技術含量和高附加值的產(chǎn)品。在管線鋼連鑄生產(chǎn)中，如何防止大顆粒夾雜物、成分偏析、表面和內部裂紋，是目前提高材質的首要環(huán)節(jié)。根據(jù)成分的不同，這種鋼種可能是對裂紋敏感（包晶鋼），也可能是對粘結敏感（亞包晶鋼）。

3.1鋼種特性分析（4）工程用鋼工程用鋼是一種熱處理的低合金鋼，用小方坯連鑄機高拉速生產(chǎn)，其斷面尺寸為130mm×130mm。連鑄的鋼種可分為兩種：裂紋敏感的鋼種和粘結敏感的鋼種。3.3拉坯速度與冷卻強度的選取3.3拉坯速度與冷卻強度的選取3.3拉坯速度與冷卻強度的選取選擇拉速和二冷速度的正確組合是最為重要的。這種選擇在澆鑄的過程中會影響許多參數(shù)，并且是獲得良好鑄坯質量的關鍵因素。比水量大小會影響鑄坯在二冷區(qū)表面溫度分布、鑄坯裂紋和偏析。受此選擇直接影響的參數(shù)是冶金長度，它是從結晶器到鑄坯完全凝固點之間的距離。3.3拉坯速度與冷卻強度的選取冶金長度受多種因素的影響，如鋼的成分、澆鑄速度、冷卻速度和鑄坯尺寸等。冶金長度的計算超出了這個模擬的范圍。3.3拉坯速度與冷卻強度的選取3.3拉坯速度與冷卻強度的選取通用的建筑用鋼：拉坯速度1.4m/min，比水量為：0.4~0.6kg水/kg鋼；含TiNb的超低碳鋼：拉坯速度1.4m/min，比水量為：0.6kg水/kg鋼；輸氣的管線鋼：拉坯速度1.2m/min，比水量為：0.6kg水/kg鋼；工程用鋼：拉坯速度3.0m/min，比水量為：1.1kg水/kg鋼。3.4保護渣種類的選取結晶器保護渣是合成渣，在澆鑄的過程中要連續(xù)地加入到鋼液的表面上。選擇正確的保護渣對保證鑄坯質量至關重要。保護渣在結晶器中的一個重要功能就是控制結晶器內的冷卻傳熱過程。不同的鋼種所要求的冷卻強度不一樣，因此選擇合理類型的保護渣很關鍵。保護渣最重要的性能之一是它的拐點溫度。拐點溫度指的是保護渣的粘度急劇增加的溫度。3.4保護渣種類的選取3.4保護渣種類的選取模擬過程中，根據(jù)鋼種需要選用不同類型的保護渣。3.4保護渣種類的選取表6-6列出了可以使用的5種保護渣的性能和成本數(shù)據(jù)。3.4保護渣種類的選取下圖示出了保護渣的拐點溫度隨不同澆鑄速度的變化。裂紋敏感鋼種應該使用保護渣A或B來進行澆鑄，以提供盡可能好的條件；而粘結敏感的鋼種則應該使用保護渣C或D來進行澆鑄。3.4保護渣種類的選取因此，對于模擬實驗鋼種，選用的合理的保護渣類型如下：通用的建筑用鋼：A型含TiNb的超低碳鋼：D型輸氣的管線鋼：C型工程用鋼：E型3.5振動參數(shù)的選取當結晶器固定不動時，保護渣消耗量為一常數(shù)，其值為1kg/m2。采用振動結晶器的方法，能夠增加保護渣的消耗量，但振動參數(shù)控制不當，即使保護渣類型合理，保護渣消耗量也不能滿足控制坯殼粘結的要求，導致連鑄過程中發(fā)生漏鋼事故，鑄坯振痕可能較深。振動參數(shù)的設置主要是設置：振動頻率、振幅。3.5振動參數(shù)的選取3.5振動參數(shù)的選取振程，S[mm]:通常振程的范圍為3-10mm。通過增加振程，負滑脫時間成比例增加。相應地，振痕深度和保護渣的消耗也增加。振動頻率,f[min-1]:常用的結晶器液壓振動的頻率為100-250次/分鐘。

隨著振動頻率的提高，負滑脫時間減少，因而鑄坯的振痕深度和保護渣的消耗也減少。3.5振動參數(shù)的選取3.5振動參數(shù)的選取振痕深度,d[mm]:盡管結晶器的振動對連鑄過程必不可少，但它也使鑄坯出現(xiàn)振痕，降低了鑄坯的表面質量。連鑄坯的表面存在振痕，這是由于結晶器的來回振動在彎月面附近造成的。振痕對鑄坯的表面質量有重要影響，因為它們常常是鑄坯橫向裂紋的起源。因此，當設置振動參數(shù)不匹配時，鑄坯表面易出現(xiàn)橫裂，模擬過程中會出現(xiàn)判廢的鑄坯。3.5振動參數(shù)的選取為了使振痕深度最淺，必須合理優(yōu)化振動參數(shù)的設置。負滑脫時間應該盡量接近0.11s，另外還要和適當?shù)恼癯滔嘟Y合，才能盡可能減小振痕的深度。超低碳鋼的最大振痕深度不能超過0.25mm,而其它鋼種為0.60mm。3.5振動參數(shù)的選取模擬過程中，在拉坯速度一定的條件下，設置振動參數(shù)，使振痕深度小于0.2mm，可以避免鑄坯表面產(chǎn)生裂紋缺陷。另外，模擬過程中，設置參數(shù)時，還應使結晶器加速度小于1ms-2，否則，不能進行下一步的設置。3.5振動參數(shù)的選取3.6鋼包的設定模擬的目標是連鑄3包鋼水。澆鑄開始的時候，第一包鋼水已經(jīng)放在了中間包上面，但另外兩包鋼水要以后才到來。你可以選擇3包鋼水到達連鑄機時候的溫度，還要估計后兩包鋼水到達連鑄機的時間。注意，在聯(lián)機模式下，鋼包的實際運送時間將受你在二次精煉模擬時表現(xiàn)的影響。在二次精煉時的運送時間和目標運送時間越近，連鑄時運送第二包和第三包鋼水的時間就越可靠。這樣可以有充分的機會優(yōu)化鋼水的時間－溫度之間關系，從而使結晶器獲得正確的澆鑄條件。3.6鋼包的設定3.6鋼包的設定開始模擬時，需要輸入估計的鋼水到達時間（從模擬開始后所需的分鐘數(shù)）、和估計的鋼水到達溫度（℃）。3.6鋼包的設定（1）時間澆完第一包鋼水需要的時間取決于兩包鋼水之間的間隔，也就是說，你應該調整第二包鋼水到達連鑄機的時間，使第二包鋼水到達的時候，第一包鋼水正好澆完。鋼包內鋼水的排空時間取決于結晶器/鑄坯的橫截面積、每個中間包的流數(shù)和澆鑄速度。知道這些就可以確定第二包鋼水、第三包鋼水的到達時間。3.6鋼包的設定設定時間可以在進行模擬時，利用不同的拉坯速度對應的排空時間來確定。這時確定時間需要反復摸索。3.6鋼包的設定還可以利用計算的方法來確定（理論依據(jù)），在進行模擬之前，根據(jù)鋼包容量、拉坯速度、鑄坯斷面大小確定鋼包到達時間。每流每分鐘澆鑄的鋼水體積可由以下公式求得：所以，一個中間包每分鐘所澆鑄的鋼水量可由以下公式求得：3.6鋼包的設定在穩(wěn)定澆鑄（即保持一定的拉速）的情況下，排空一包鋼水到預定液面所需的時間可由以下公式計算：Mladle=鋼包內準備進行澆鑄的鋼水量，kg。注意，當滑動水口檢測到爐渣時，澆鑄自動停止，通常這時的殘鋼為5％。3.6鋼包的設定例如：要用雙流板坯連鑄機澆鑄管線鋼，鑄坯的斷面尺寸為1500mm×200mm。澆鑄速度為1.8m/min，連鑄機所用的鋼水由200t的鋼包提供。假設在殘鋼降低到5％時停澆，計算澆鑄這包鋼水所需要的時間。3.6鋼包的設定值得注意的是：設定鋼包到達時間還需考慮兩個問題：換包時間：15s；鋼水由鋼包到達中包后，并不是馬上開澆，而是待中包液位達到50%之后再開澆；對于夾雜物要求嚴格的鋼種，上升到80%開澆才合適，而且正常澆注過程中維持中包液位的穩(wěn)定也利用去除夾雜物。因此時間計算應考慮到這一點。另外，在模擬過程中，有時系統(tǒng)還故意考慮延遲鋼包達到問題，這也應該考慮到。3.6鋼包的設定（2）鋼包內鋼水溫度的設定為了使鋼液到達結晶器內時的溫度最佳，必須使鋼包鋼水有正確的溫度。對于大學學生級別的模擬，鋼包內鋼液的降溫速度定為0.5℃min-1。但對于鋼廠技術人員這個級別，鋼液的冷卻速度取決于鋼包的狀況，在0.5到1.0℃min-1之間。通過仔細計算從模擬開始到鋼包排空所需的時間，就可以計算出鋼液的溫度損失。隨后，就可以計算出鋼液到達時的溫度。3.6鋼包的設定必須防止鋼液的溫度低于其液相線溫度（也就是鋼液開始凝固時的溫度）。鋼液的液相線溫度Tliq取決于鋼液的成分，可根據(jù)如下的公式進行計算：Tliq=1537-78%C-7.6%Si-4.9%Mn-34.4%P–38%S對于實驗模擬澆注的鋼種：計算的液相線溫度，如建筑用鋼為1515.63℃車身用含TiNb超低碳鋼為1528℃。3.6鋼包的設定在實際生產(chǎn)中，由于鋼液溫度的變化（如邊部和角部的溫度較低），必須使鋼液的溫度高于液相線溫度。鋼液實際溫度和液相線溫度的差叫過熱度。為了避免鋼液凍住，應該使鋼液的過熱度大于10℃。增加鋼液的過熱度會減少鑄坯坯殼的厚度，因為有較多的熱量要從結晶器散發(fā)出去。如果某處的坯殼厚度過薄，不能支撐其內部鋼液的重量，就會發(fā)生漏鋼。對板坯連鑄機而言，最大的過熱度為50℃，對大方坯和小方坯連鑄機而言，最大過熱度為60℃。3.6鋼包的設定某一鋼種的液相線溫度加上過熱度就是中間包內鋼水的溫度。在考慮鋼包到中包的時間內引起的溫降，則大致可以確定鋼包內的鋼水溫度。一般在設置參數(shù)過程中，第一包鋼水比第二、三包鋼水溫度要高10℃。如澆注建筑用鋼時，第一包鋼水溫度可設定為1565℃，第二、三包設定為1555℃。4模擬操作對連鑄的操作進行各種設定后，你可以開始澆鑄了。你的目標是控制鋼液從大包到中間包、到結晶器的流動過程，以保持選擇的澆鑄速度，并獲得良好質量的鑄坯。模擬過程中需要更換鋼包、檢查輥子是否對中不良，并將鑄坯切成所需要的尺寸。4模擬操作4.1開澆操作第一步要打開鋼包。即打開鋼包的滑動水口，以增加從大包流入中間包內的鋼液流量。可以有兩種方式進行控制，第一種是按上、下箭頭；另一種是在“鋼包流量”的標簽內輸入一個數(shù)字，然后按回車鍵。當中間包內的鋼液面達到足夠的高度后，可以提升塞棒，使從中間包流入結晶器內的鋼液量逐漸增加。這可以通過調節(jié)“中間包流量”按鈕，或者直接輸入數(shù)字來實現(xiàn)。4.1開澆操作4.1開澆操作待結晶器液面達到足夠的高度（最好超過70％），隨后可以選擇相應的澆鑄速度進行澆鑄。建議在80%處拉坯。液位過低，會帶來拉漏問題。必須使大包、中間包和結晶器之間的流動保持平衡，并始終保持其中的鋼液面有足夠的高度。通常，你應該使中間包和結晶器內的鋼液面均保持在80%－90%，目的是防止漏鋼。也不能讓鋼液從中間包或結晶器內溢出。4.2鋼包更換

后面的鋼包會自動放到大包回轉臺上。如果是鋼廠技術人員級別，鋼包可能會延遲10分鐘后到達，你應該對此有所準備。在將新的鋼包旋轉到中間包上時，必須確認其水口是關閉的。在更換鋼包的過程中，中間包內的鋼液面當然會下降，所以你必須事先確定中間包內的鋼液面有足夠的高度。在換包結束后，你應該使新的鋼包以較高的速度開澆，以使中間包很快達到目標的液面高度。4.2鋼包更換

4.5避免漏鋼為了避免漏鋼，必須做到以下幾點：使結晶器的液面高度位于80%-90%低過熱度振痕深度淺保護渣的選擇正確5用戶界面描述運行模擬的基本方法，即如何移動鋼包、如何加入合金、如何控制設備的各個部件等等。5.1模擬速度模擬速度的調節(jié)范圍為×1-×32，在模擬的過程中任何時候都可以調節(jié)模擬的速度。推薦的最高速度是×16。這可以通過按下所謂的數(shù)字步進器來實現(xiàn)，每次可以增加或減少1級。另一種方法是用鼠標雙擊原先表示速度的方框，刪除原先的速度，然后輸入新的模擬速度，最后按下“Enter”鍵。5用戶界面5.1模擬速度5.2鋼包回轉臺鋼包回轉臺可以通過按“旋轉”按鈕來進行旋轉。鋼包回轉臺上沒有鋼包、或者回轉臺正在旋轉的過程中，這兩種情況下鋼包回轉臺都不能進行旋轉。如果鋼包滑動水口處于打開的狀況下，鋼包回轉臺也不能進行旋轉。如果你不能使鋼包回轉臺進行旋轉，檢查一下是否滿足這3個條件。5.2鋼包回轉臺5.2鋼包回轉臺5.3鋼包和中包流量控制（1）鋼包從鋼包進入中間包的鋼流可以通過標有“鋼包流速”的數(shù)字步進裝置進行控制。數(shù)字步進裝置的操作和模擬速度控制器相同。鋼包流速的控制精度為100kgmin-1。（2）中間包

從中間包流出的鋼流可以通過標有“鋼包流速”的數(shù)字步進裝置進行控制。數(shù)字步進裝置的操作和模擬速度控制器相同。從中間包向結晶器流出鋼流速度的控制精度為25kgmin-1。5.3鋼包和中包流量控制5.3鋼包和中包流量控制5.4鑄坯澆鑄速度要通過從標有“澆鑄速度”的下拉菜單的選項來進行控制。前面標有'*'的選項適用于開澆過程。請注意，只有在選擇了有效的澆鑄速度（即沒有標注'*'的澆鑄速度）后，所澆鑄的鑄坯才能滿足質量的標準。5.4鑄坯如果輥子的對中不良，它的顏色就會發(fā)生改變。為紅色，一般在澆注過程中可能會出現(xiàn)。

為了查看輥子對中不良的程度如何，修復需要多少成本，請將鼠標移到變色的輥子上。為了使輥子對中（即修復輥子的對中狀態(tài)），請用鼠標點擊有顏色的輥子。修復的成本將自動加到你總的運作成本中去。5.5水口更換滑動水口的更換（限于鋼廠技術人員級別）按下“更換滑動水口”按鈕可以更換滑動水口，但只有在中間包內的鋼液停止流出時才能更換滑動水口。更換滑動水口需要花費15秒時間，而且會使每流總的生產(chǎn)成本增加200美元。如何判斷澆注過程中水口堵塞？一般可以通過澆注過程中，當未進行任何操作時，由浸入式水口進入結晶器內的鋼水量逐漸減少，說明水口在逐漸堵塞。5.6電磁攪拌電磁攪拌系統(tǒng)（EMS，僅用于大方坯和小方坯連鑄機）。大方坯和小方坯連鑄機可以使用電磁攪拌系統(tǒng)（EMS）。使用EMS減少了鑄坯的偏析，因而改善了鑄坯的內部質量。如果你在達到偏析的質量要求方面有困難，請嘗試使用EMS進行澆鑄。按下“EMS”按鈕會打開或關閉它。當EMS按鈕處于打開狀態(tài)時，按鈕的邊沿處于明亮狀態(tài)。5.6電磁攪拌5.7軟壓下軟壓下(僅限于板坯連鑄機)在澆鑄的過程中按下“軟壓下”下拉菜單，可以改變軟壓下的數(shù)量。軟壓下菜單位于用暗紅色標出的軟壓下區(qū)。它可以有關閉、低級、中級和高級4個選項。

5.8澆鑄有關信息查詢在澆鑄的過程中或澆鑄結束后，都可以觀察到澆鑄的詳細信息。你可以通過按下相應的按鍵，觀察以下的信息：（1）觀察事件記錄(按鍵E)事件記錄根據(jù)時間的順序，記錄發(fā)生的主要事件，包括一些模擬的設定。這對于你觀察所做過的事情，以及在模擬的過程中所發(fā)生的事情很有用處。它對于模擬結束后分析模擬的結果也很有用處，因為它會提供給你通過或未通過某些標準的線索。5.8澆鑄有關信息查詢5.8澆鑄有關信息查詢5.8澆鑄有關信息查詢（2）觀察流量(按鍵F)

按下'F'鍵，將顯示鋼液從鋼包流入中間包、從中間包流入結晶器的一個圖形。（3）顯示/隱藏內部的輥子（按鍵H）

按下'H'鍵將顯示或隱藏內部的澆鑄輥。在用板坯連鑄機生產(chǎn)超低碳鋼和管線鋼時，這種方法能觀察到鑄坯的全貌，非常有用。5.8澆鑄有關信息查詢（4）觀察鋼液面高度（按鍵L）

按下'L'鍵將顯示鋼包和中間包內鋼液面高度的變化情況。（5）觀察質量（按鍵Q）

按下‘Q’鍵，將顯示所澆鑄鑄坯的圖像，就象澆鑄的時候那樣。也會顯示質量好的區(qū)域和差的區(qū)域，以及鑄坯的一些主要數(shù)據(jù)。這個選項只有在模擬結束后才能使用。5.8澆鑄有關信息查詢5.8澆鑄有關信息查詢（6）觀察溫度（按鍵T）按下'T'鍵可以觀察鋼包和中間包內鋼液溫度隨時間的變化。這個選項只有在模擬結束后才能使用。（7）關閉澆鑄信息對話框（按鍵X）

按'X'鍵將關閉澆鑄信息對話框。5.8澆鑄有關信息查詢5.9模擬結果當最后一爐鋼澆鑄完畢，而且鑄坯出來后，模擬結束，將顯示澆鑄操作的結果。馬上會顯示4個主要數(shù)據(jù)，你可以進一步調查澆鑄操作成功和失敗的原因，你可以從下面的5個窗口中進一步觀察細節(jié)。這些主要數(shù)據(jù)包括：澆鑄鑄坯的總長度，單位是米。質量合格鑄坯的長度，用米和％兩種方式表示?？偛僮鞒杀荆瑔挝粸槊涝?，包括每小時的操作成本、修理輥子對中不良的成本、測溫的成本等。

噸鋼成本，即用總的運行成本除以質量合格的鑄坯的數(shù)量。5.9模擬結果詳細記錄的內容還包括：鋼包、中間包內鋼液的溫度、液面、流量的變化情況；事件記錄和質量記錄等。這些記錄有助于分析澆鑄操作，從而發(fā)現(xiàn)問題發(fā)生的原因，并改進相應的操作條件。質量記錄顯示澆鑄鑄坯的質量變化。因此，第一塊鑄坯的位置處于圖中x=0的位置，而最后澆鑄的鑄坯位于右手側。5.9模擬結果鑄坯的質量不合格有以下5個方面的原因：內部裂紋表面裂紋中心偏析夾雜物含量振痕5.9模擬結果一些表面缺陷可以用火焰清理來去除，另外一些缺陷會使鑄坯降級，嚴重情況下會使整塊鑄坯報廢。如果鑄坯沒有任何缺陷就可以用于常規(guī)用途。下表列出了鑄坯中存在某種質量缺陷的情況下，應該采取的措施。5.9模擬結果一個定尺長度的降級處理會使利潤減少20％，而報廢更會使利潤減少80％。對一個定尺長度進行火焰清理的成本占這個鋼種成本的2.5％。為了降低生產(chǎn)成本，必須盡量生產(chǎn)無缺陷鑄坯。內部裂紋和表面裂紋取決于鑄坯在澆鑄過程中受到的應變和應力。防止裂紋形成的措施包括：優(yōu)化結晶器保護渣和結晶器