提升连铸机拉速的工艺研究与实践

河北鑫达钢铁集团有限公司炼钢厂为了实现单条产线的产能匹配,全面贯彻低温快铸的工艺思想,主旨降低转炉出钢温度,提升铸机拉速。鉴于目前拉速出现瓶颈,2019年11月份开始,河北鑫达对3#连铸机全流程进行系统性的摸排,从中间包一直到二冷段全面梳理,对于存在问题逐一改善,连铸机整体工况实现了跨越式提升,连铸机的拉速稳定在3.5m/min左右,转炉产能与铸机产能的高匹配。

基于去趋势波动分析方法的直拉单晶硅拉速曲线研究

直拉单晶硅的生长是半导体工业中的关键步骤,其过程具有动态连续性。提拉速度的波动直接影响最终产品的成品率和质量。在直拉单晶硅的等径生长过程中,稳定的提拉速度有助于提高晶体的质量;而提拉速度波动过大会导致晶体中出现原生缺陷,甚至可能引发晶体直径控制的失效。采用去趋势波动分析法(DFA)对直拉单晶硅的拉速曲线进行处理,结合具体的单晶硅生长过程,分析了拉速出现较大波动的原因。结果表明,DFA对研究直拉单晶硅拉速曲线具有较好的适用性,并且结合工艺过程开展的研究对优化工艺和提高生产稳定性具有重要的指导意义。

不同断面及拉速对结晶器液面波动的影响

针对国内某钢厂1450 mm×230 mm板坯连铸结晶器生产情况,利用相似原理,建立相似比为0.6的物理模型。采用墨水进行流场显示试验,观察钢液从水口进入结晶器的扩散过程,通过数据采集系统对结晶器液面波动情况进行检测,对所采集液面波动数据采用1/10大波波高进行分析,研究不同断面及拉速对结晶器液面波动的影响,并对不同断面结晶器下所对应的拉速做出优化。结果表明,结晶器两侧的流场轨迹基本对称分布;结晶器宽度和拉速的增加均会导致结晶器液面波动幅度增大,随着结晶器宽度的增加,窄面附近的液面波动波幅增加最小,结晶器水口附近液面波动波幅增加最大;当结晶器拉速增大时,液面波动的剧烈程度基本符合窄面附近处最大、SEN附近处次之、1/4宽面处最小的规律,但在结晶器宽度1150 mm、拉速1.6 m/min条件下,水口处波动大于窄面附近。在结晶器宽度为1150 mm、拉速为1.6 m/min,结晶器宽度为1450 mm、拉速为1.4 m/min和结晶器宽度1750 mm、拉速为1.2 m/min工况下结晶器液面波动比较合理。

高拉速条件下结晶器电磁制动对板坯表面质量的影响

板坯结晶器电磁制动技术在连铸高拉速生产过程中能有效提高连铸生产率和改善铸坯质量,得到了广泛的应用。本文通过对铸坯取样分析,研究了IF钢不同断面,不同拉速、是否投用电磁制动等条件下铸坯表层夹杂物分布和连退成品表面质量情况。研究结果表面结晶器电磁制动对结晶器液面流速有明显的抑制作用,有利于夹杂物的上浮去除,冶金缺陷封闭比例降低4.91%。

基于神经网络自抗扰控制的结晶器液位拉速协调系统研究

结晶器内钢水液位和铸坯拉速机理上是耦合关系．为能控制更合理的钢水节奏,提出了不同于现在各自单变量控制的液位和拉速综合控制方法．通过实际对象,从机理角度推出模型,然后基于神经网络整定的自抗扰控制(ADRC)算法,对结晶器液位拉速协调控制系统进行仿真试验．仿真结果和现场曲线对该控制模型的准确性,可行性和有效性进行了验证．

拉速对结晶器平均热流的影响

通过计算 8 0 88块板坯的平均热流研究了拉速对板坯结晶器平均热流的影响。结果表明 :拉速对结晶器宽边的平均热流有显著的影响 ,拉速在 0 .6～ 1.2 m / m in范围内 ,结晶器宽边平均热流随拉速提高而增加 ;当拉速超过 1.2 m / m in后 ,结晶器宽边平均热流随拉速增加而提高的幅度变得很小 ;结晶器窄边的平均热流较宽边的热流约低 0 .2 MW/ m2 ,当拉速超过 1.2 m / m in后 。

连铸拉速和中包过热度的耦合作用分析及二冷配水控制实现

应用三维凝固传热模型分析了拉速突变和中包钢水温度对铸坯凝固过程的影响,引入"有效拉速"和中包过热度作为二冷配水的前馈控制变量,动态模型仿真结果表明可以消除拉速引起的表面温度"尖峰"和钢水温度变化的影响,提出了建立基于有效拉速和中包过热度的二元动态配水模式,实际应用结果验证了此方法对提高铸坯质量的有效性。

拉速液位与结晶器出钢温度的关系研究

结晶器液位和铸坯拉速可直接影响结晶器内钢液温度。本文基于数值模拟和钢液凝固机理,建立起结晶器内钢液液位和铸坯拉速对其出钢口处钢液截面平均温度和坯壳温度的制约关系。仿真结果表明,所建立的关系模型能够反映结晶器出钢口处坯壳表面温度的动态变化,及间接地预知坯壳厚度目的。

拉速对薄板坯连铸过程中流场、温度场及溶质偏析的影响

针对薄板坯连铸过程中的动量传输、热量传输及溶质传输过程,建立了一个三维三场耦合数学模型。模拟计算了薄板坯连铸过程中的紊流速度场、温度场及溶质场分布,计算分析了拉速变化对三场及凝固过程的影响。结果表明,提高拉速显著增强了铸坯内钢液的紊流流动,改变了温度场形状及溶质浓度的分布。提高拉速导致铸坯上表面钢液流速加快,增加了弯月面的波动,使得射流对窄壁的冲击力变大、凝固坯壳变薄,并有减小溶质偏析的趋势。

基于中包钢水连续测温的拉速优化控制系统

为了提高铸机的产量和质量,针对塞棒控制结晶器液位的小方坯铸机拉速手动控制现状,利用建立的拉速优化控制模型获得拉速与过热度的最佳优化关系,设计出连铸机拉速随过热度变化的前馈控制系统.以传热模型为基础,最大拉速和出结晶器坯壳厚度为限制条件,建立拉速优化模型,并与实际生产相结合,设计出拉速随过热度的阶梯控制系统.并且重点分析了控制模式切换时的可靠性问题.现场应用表明:开发的该控制系统运行稳定可靠,能够满足现场生产需要.

连铸最佳拉速一频率线性控制模型

本文提出了最佳拉速一频率线性控制模型的概念，在振动参数工业试验的基础上给出了该模型的建立方法。

不同拉速条件下FTSC结晶器内钢液流动行为的物理模拟研究

通过物理模拟研究FTSC结晶器内的钢液流动行为,考察了拉速对结晶器内液面波动、液面裸露、卷渣及夹杂物去除的影响作用。实验结果表明:在本实验条件下,使用4孔水口浇注会在FTSC结晶器内水口一侧形成4个明显的回流区。随着拉速的增加,结晶器内液面波动逐渐加剧,出现液面裸露及卷渣的几率逐渐增大,夹杂物的去除率逐渐减小。

拉速对?400mm直拉硅单晶中空洞分布影响的数值模拟

为了研究拉速对?400mm直拉硅单晶中空洞演变的影响,应用CGSim软件模拟了3种拉速下晶体中空洞演变过程。模拟结果表明,(1)3种拉晶速度下具有相同的空洞分布规律,即随着径向半径增加,晶体心部的空洞密度增大而平均直径减小,该变化趋势随轴向位置远离固液界面而减弱;晶体边缘的空洞密度和平均直径随径向半径增加而减小,直至形成无空洞区,无空洞区域随轴向位置远离固液界面而缩小;(2)随着拉晶速度加快,晶体心部的空洞密度及其平均尺寸相应增大,对应的变化区域基本上向边缘整体平移。

结晶器出钢拉速系统的SIMULINK优化实现

PID或PI控制器参数之间的匹配关系,一直是PID控制算法所研究的问题。该文提出了一种基于SIMULINK,借助于最小平方优化函数lsqnonlin,遵循ItAE积分准则,针对于像结晶器出钢拉速的动态扰动,多变结构系统的PID或PI控制器参数优化方法。仿真与现场分析表明了该方法简捷、实效、可靠。除此之外,还就PID控制,SIMULINK仿真,ItAE积分准则,交流矢量电机控制模型等涉及到PID参数优化等问题进行简要的讨论。

提高亚包晶钢板坯拉速对结晶器传热的影响

通过对提高亚包晶钢AQ钢种230 mm×1200 mm板坯拉速试验过程中结晶器冷却水参数、铜板测温等数据进行适时记录,并与数学模型及ANSYS商业软件相结合,研究了提高拉速对结晶器平均热流、局部热流、铜板温度场以及坯壳厚度的影响。结果表明,拉速由1.3m/min提高到1.5m/min时,平均热流增加0.1 MW/m^2左右,宽边弯月面区域局部热流增加0.13 MW/m^2,但均在合理范围内,这与采用高碱度高结晶温度的试验保护渣有关;结晶器窄/宽面平均热流比超过0.9,应适当减少结晶器锥度;宽面坯壳厚度平均减薄4 mm左右,应严格控制结晶器传热强度,以保证连铸工艺稳定和铸坯质量。

硅单晶提拉生长中拉速稳定性研究

为解决硅单晶提拉生长过程中拉速不稳定、波动较大的问题,在分析晶体生长界面热量及质量传输的基础上,通过控制温度补偿速率来抑制拉速大幅波动。采取基于遗传算法优化隶属度函数的模糊控制策略,对温度补偿速率进行控制,调节加热功率,使炉内热环境处于适宜晶体生长的范围。实验结果表明,在提高系统控径精度的同时,拉速稳定性也有显著提高,大幅波动明显减少。

连铸机拉速优化自动控制系统

连铸机的拉速控制是决定铸坯质量的关键工艺参数,在正常工作条件下,要根据钢液的浇铸温度调整拉速。针对常规手动控制拉速波动大、调节不准确和不及时等缺点,在中间包钢液连续测温系统基础上,分析了中包温度变化规律及其测温的可靠性,建立了拉速自动控制优化模型,实现拉速的自动控制。该系统已成功应用于生产实际,运行稳定可靠,效果良好。

方坯连铸高拉速结晶器设计

在说明了传统结晶器中初生坯壳的形成过程和回顾了几种高拉速结晶器技术特点的基础上,阐述了一种新开发的高拉速方坯结晶器的设计思想和特色技术,并给出了一个设计实例。

唐钢提高FTSC薄板坯连铸机拉速的生产实践

针对唐钢薄板坯连铸机拉速低的问题,介绍了提高铸机拉速的攻关措施,取得了较好效果。

拉速对T形五流中间包流场的影响

为改善T形五流中间包流场,降低非稳态换包过程的负面影响,通过水模拟试验研究提高拉速对稳态条件下中间包流场分布、死区比例及钢水停留时间的影响,分析非稳态换包过程中大包流量及换包液位对冲击区液面裸露情况和卷渣的影响。结果表明:稳态条件下提高拉速利于改善T型五流中间包流场,但减少了2流水口响应时间、峰值时间及钢水停留时间,易出现短路流,不利于夹杂物充分上浮,综合考虑拉速为0.58 m/min较为合适;对于非稳态换包过程,较高的换包液位和偏低的大包流量有利于换包过程钢液流动,综合考虑换包液位400 mm、大包流量9 m^(3)/h较为合适。