【摘要】：連鑄坯表面裂紋、中心疏松和偏析等缺陷對鋼材的力學(xué)性能和成材率具有重要影響。表面裂紋缺陷的產(chǎn)生與連鑄坯表面溫度波動密切相關(guān),主要受到連鑄坯二次冷卻的影響;中心疏松和偏析是鑄坯凝固過程產(chǎn)生的固有缺陷,主要受到鋼種成分和連鑄工藝參數(shù)的影響,輕壓下是抑制中心疏松和偏析的最為有效的技術(shù)手段之一。在實際生產(chǎn)中,拉速變化等非穩(wěn)態(tài)澆鑄狀態(tài)時有發(fā)生,二冷水流量和輕壓下參數(shù)需根據(jù)澆鑄狀態(tài)進行動態(tài)調(diào)整,即需實現(xiàn)動態(tài)二冷和動態(tài)輕壓下控制,這對于保證鑄坯表面溫度的穩(wěn)定控制和輕壓下效果具有重要意義。本論文以板坯連鑄機升級改造為契機,為充分發(fā)揮鑄機的效能,進一步提高連鑄板坯質(zhì)量,在連鑄板坯凝固傳熱數(shù)學(xué)模型建立的基礎(chǔ)上,自主開發(fā)了連鑄板坯動態(tài)二冷控制系統(tǒng)和動態(tài)輕壓下控制系統(tǒng),并進行了在線測試和應(yīng)用。動態(tài)二冷和動態(tài)輕壓下控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用,極大地促進了連鑄過程控制技術(shù)水平和連鑄板坯質(zhì)量的提升,同時也掌握了動態(tài)二冷和輕壓下核心技術(shù),為后續(xù)的技術(shù)移植打下了良好基礎(chǔ)。動態(tài)二冷和動態(tài)輕壓下的基礎(chǔ)是連鑄板坯凝固狀態(tài)的在線跟蹤,為此,在連鑄板坯凝固傳熱過程解析和合理假設(shè)的基礎(chǔ)上,建立了三維連鑄板坯凝固傳熱數(shù)學(xué)模型,實現(xiàn)了對鑄坯任意位置節(jié)點溫度和固相分?jǐn)?shù)的預(yù)測,并具有良好的工藝適應(yīng)性。驗證結(jié)果表明,鑄坯表面溫度和凝固坯殼厚度與實測結(jié)果基本吻合,所建立的連鑄板坯凝固傳熱數(shù)學(xué)模型具有足夠高的預(yù)測精度。為滿足在線應(yīng)用對凝固傳熱模型求解和反應(yīng)速度的要求,對連鑄板坯三維凝固傳熱數(shù)學(xué)模型進行了適當(dāng)簡化,建立了連鑄板坯凝固狀態(tài)在線熱跟蹤模型,其預(yù)測精度與三維模型基本一致。以在線熱跟蹤模型為基礎(chǔ),制定了連鑄坯表面溫度控制目標(biāo)、開發(fā)了增量型PID二冷水量算法,并開發(fā)了水量防抖控制策略,最終建立了基于模塊化設(shè)計的管理層、控制層和執(zhí)行層的三級動態(tài)二冷控制系統(tǒng)。在線測試結(jié)果表明,所建立的動態(tài)二冷系統(tǒng)可隨澆鑄條件的變化快速調(diào)節(jié)二冷水量,可有效實現(xiàn)鑄坯表面溫度的穩(wěn)態(tài)控制。動態(tài)二冷控制系統(tǒng)應(yīng)用效果表明,澆鑄過程板坯表面溫度波動范圍顯著降低,連鑄板坯表面裂紋發(fā)生幾率顯著降低。以在線熱跟蹤模型為基礎(chǔ),開發(fā)了動態(tài)輕壓下參數(shù)的計算方法,開發(fā)了關(guān)于拉速變化和主控鋼種變化的輕壓下調(diào)整策略,開發(fā)了關(guān)于電文阻塞、鑄造長度和時間異常等的模型穩(wěn)定運行保障策略,開發(fā)了輕壓下異常狀態(tài)處理等控制策略;根據(jù)輕壓下參數(shù)計算方法和控制策略,開發(fā)了基于模塊化設(shè)計的包含管理層、控制層和執(zhí)行層的三級動態(tài)輕壓下控制系統(tǒng)。在線測試結(jié)果表明,該系統(tǒng)可實現(xiàn)輕壓下參數(shù)的快速精確調(diào)整,具有良好的適應(yīng)性和在線控制能力。應(yīng)用效果表明,連鑄板坯中心偏析和中心疏松得到顯著抑制,低倍合格率及其穩(wěn)定性得到顯著提高,波動范圍顯著減小;成品鋼材質(zhì)量跟蹤表明,動態(tài)輕壓下控制實施后,厚板探傷合格率顯著提高,屈服強度、抗拉強度、斷后延伸率和沖擊韌性等力學(xué)性能指標(biāo)及其穩(wěn)定性顯著提高。
【圖文】：

相穴內(nèi)的鋼液局部流動，，從而形成中心偏析缺陷；同時，由于輥身過長，在壓下過程中逡逑容易彎曲變形。為了改善輕壓下的效果，ＮＫＫ公司于１９７６年開始在鑄機的輕壓下區(qū)安逡逑裝了由小輥徑分節(jié)輥組成的輕壓下扇形段，如圖１．１所示，取得了良好的應(yīng)用效果，并逡逑在世界范圍內(nèi)得到迅速推廣｜ＩＱ４，逡逑Ｃｕｓｔｏｍａｒｙ邋ｒｏｌｌ逡逑圖１．１分節(jié)輥輕壓下扇形段逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｋｅｔｃｈ邋ｏｆ邋ｓｅｇｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｓｏｆｔ邋ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ邋ｗｉｔｈ邋ｓｐｌｉｔ－ｔｙｐｅ邋ｒｏｌｌｅｒｓ逡逑由于板坯寬度方向壓縮不均勻和液相穴末端形狀不規(guī)則，板坯角部和寬面中部溫度逡逑往往偏低，凝固末端呈啞鈴狀，如圖１．２（ａ）所示。鑄坯角部剛度較大，若采用常規(guī)平輥逡逑對鑄坯實施輕壓下，會造成鑄坯在寬度方向上受力和壓下變形不均勻，對中心偏析的改逡逑善效果有限。為解決這個問題，２０世紀(jì)８０年代末期，ＮＫＫ公司又提出了人為鼓肚輕壓逡逑下技術(shù)（ＩｔｅｎｄｅｄＢｕｌｇｉｎｇ邋ａｎｄ邋Ｄｙｎａｍｉｃ邋Ｓｏｆｔ邋Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，簡稱邋ＩＢＳＲ）邋［１０６’１０７］，如圖邋１．２（ｂ）所逡逑示。該技術(shù)在鑄機輥列合適的位置將輥縫預(yù)先放大，利用鋼水靜壓力使鑄坯鼓肚，這樣，逡逑當(dāng)鑄坯進入輕壓下區(qū)域后

內(nèi)裂；同時因經(jīng)常要調(diào)整輥縫，使連鑄操作變得復(fù)雜。２０世紀(jì)９０年代初，日本新日鐵逡逑公司提出了圓盤輯輕壓下法（Ｄｉｓｋ邋Ｒｏｌｌ邋Ｓｏｆｔ邋Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，簡稱ＤＲＳＲ），又稱凸形輯輕壓逡逑下法ｔ９２Ｌ如圖１．３所示，把夾輥中間部分做成凸臺，可以減小鑄坯的變形阻力，凸臺的逡逑合適寬度以鑄坯抵抗阻力區(qū)域厚度為零來設(shè)計，從而更好地改善鑄坯中心疏松。逡逑坯平輥邐還邐邈盤輥逡逑殼邋Ｖｉ邐￣邐殼邐－ｉ逡逑＾邐鑄坯邐厚邐邐＇逡逑度”邐度＂鑄坯逡逑平輥邐平輥逡逑平輥法邐圓盤法逡逑圖１．３平輥與圓盤輥輕壓下示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｓｋｅｔｃｈ邋ｏｆ邋ｆｌａｔ邋ｒｏｌｌ邋ａｎｄ邋ｄｉｓｋ邋ｒｏｌｌ邋ｓｏｆｔ邋ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ逡逑上述幾種輕壓下技術(shù)均屬靜態(tài)輕壓下技術(shù)，該類技術(shù)必須與鋼水過熱度和拉速很好逡逑地配合才能實現(xiàn)穩(wěn)定的工藝效果。但實際生產(chǎn)中，拉速和澆鑄溫度通常發(fā)生變化，凝固逡逑末端位置也會相應(yīng)變化，使得輕壓下效果難以有效的的發(fā)揮從２０世紀(jì)９０年代中逡逑－１２－逡逑
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TF777

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本文編號：2673171