威钢ROKOP高效方坯连铸二次冷却的研究

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本论文研究的目标是解决威钢1号ROKOP连铸机在提高拉速后出现的比较严重的中间裂纹等质量问题。论文对国内外目前连铸技术的发展状况进行了评述,测试了威钢1号连铸机二冷喷嘴的冷态及热态性能,应用了有限差分法对传热微分方程进行离散化,建立了方坯连铸二冷传热数学模型。模型中采用了变时间步长,充分考虑了ROKOP连铸机传热的特点(喷淋水传热和辐射传热),应用了有效喷淋系数和有效比水量,并采用了适应威钢ROKOP连铸特征的传热的边界条件等。针对该模型,编制了具有较好的专用性和一定通用性的仿真计算软件。依据二次冷却冶金准则的要求,利用计算机仿真和优化计算结果,认为原有的二冷区两段结构(1.647m)不适应高速连铸的要求,提出将二冷区延长为五段结构(3.500m),并仿真得到了高拉速下的威钢1号ROKOP连铸机新的二冷制度(静态模型),以及铸坯的温度场、特殊位置处的凝固参数、浇注温度与最大拉速的关系等。论文按等比水量的原则对二冷区原有结构的二冷制度进行了仿真计算。通过比较可以看出,二冷区原有的两段喷淋结构,在高拉速情况下二冷区铸坯表面温度低(600~700℃左右),二冷区喷淋段结束后铸坯表面温度回升过大(500~600℃左右)。这是铸坯产生中间裂纹的根本原因。而五段喷水结构二冷区铸坯表面温度较高(800℃左右),二冷区喷淋段结束后铸坯表面温度回升平缓(200℃左右)。另外,论文还对二冷动态模型和二冷区动态配水进行了研究,配水方式采用有效拉速和修正后的有效拉速来控制喷水。该动态模型提出并应用了每产生一定长度的铸坯(100mm)计算一次水量的思想。通过动态模型的模拟计算结果表明,当拉速在正常范围内波动和波动较大时,铸坯表面温度的波动都较为平缓,幅度也较小。这为威钢今后采用二冷动态配水打下了基础。实践证明,利用本论文的研究结果,威钢1号ROKOP连铸机的稳定工作拉速达到3.0m/min,最大拉速可达3.4m/min左右,铸坯的中间裂纹已经消除,且产量也大幅度提高,铸机实现了高效化。另外,本论文的研究结果还对于国内众多的ROKOP连铸机的高效化改造提供了一定的指导意义
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