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连铸二冷区动态控制模型的研究

路文刚  
【摘要】: 连铸二冷工艺是连铸的三大核心工艺之一,它不仅决定铸坯的凝固过程,还对连铸生产和铸坯质量有着直接的影响。为适应连铸钢种及浇注条件的变化,要求二冷水的控制系统更趋于智能化和通用化。 石家庄钢铁公司连铸二冷配水在总水量控制、各段水量分配及控制方法等方面存在诸多问题,致使生产的轴承钢GCr15铸坯经常出现内部裂纹、中心疏松、成分偏析等缺陷。 采用Gleeble-3500热模拟机对石钢生产的GCr15的高温力学性能进行了测试,研究变形温度、变形速率和冷却速率等因素对钢塑性的影响,找出铸坯在二冷区各段的最佳目标温度。通过建立非稳态的方坯连铸机铸坯凝固数学模型,利用建立的数学模型模拟铸坯凝固过程,在一定的冶金准则下,结合目标温度,确定连铸二冷区配水合理工艺参数。以虚拟拉速为控制参数,克服了传统控制法水量容易随拉速波动而急剧变化导致铸坯表面温度剧烈变化,同时也克服了目前其它控制方法控制滞后、控制不准确、投资大等缺点。 采用Visual Basic 6.0语言编写二冷区动态控制系统,实现离线仿真模拟和在线生产控制。仿真模拟的主要功能有:通过输入钢种、断面、拉速和比水量等参数,可以模拟计算出生产坯壳的温度分布、坯壳厚度和液芯长度;在线控制系统主要功能有:通过设备传回的拉速、浇注温度以及选定的断面,实时计算出二冷各段的水量,并记录水量历史曲线。 研究表明:(1) GCr15的高温脆性温度区950℃~600℃,良好塑性温度区1250℃~950℃;(2)编写的控制与仿真系统实用可靠;(3)采用弱冷有利于减轻铸坯裂纹,比水量为0.40L/kg时中心偏析最小;(3)其它条件不变的情况下,拉速对液芯长度影响最大;(4)引入虚拟拉速可以有效减缓水量剧烈波动。 本研究将对提高铸机的铸坯质量和生产能力、对开发的新钢种二冷配水方案设计提供较大的理论指导意义和实用价值。


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