合金钢连铸机论文

合金钢连铸机论文（精选8篇）

合金钢连铸机论文 第1篇

二十世纪八十年代是国际连铸技术从粗放发展到集约式发展的转折点。发达国家在连铸比得到空前的提高后,品种与质量问题日益受到关注。同样,随着工业技术的发展,人们对钢铁产品的质量要求也越来越高。在连铸生产中,铸坯内部一般都会存在中心偏析和中心疏松等缺陷,特别是在连铸生产高碳钢板坯和大方坯产品时,受高碳钢的成分和铸坯凝固特性的影响,连铸坯的中心偏析和中心疏松缺陷就更为严重,中心偏析与疏松成为提高铸坯质量的严重障碍。

为了解决这些问题,国内外厂家先后采用了许多措施:合理选择铸坯断面、降低有害元素浓度、控制拉速与铸坯冷却速度、低过热度浇铸、保持支撑辊对中、缩小辊间距、采用多节辊、收缩辊缝等来防止凝固坯壳鼓胀、电磁搅拌、凝固末端强冷、凝固末端轻压下、凝固末端重压下、凝固末端连续锻压等。其中凝固末端动态轻压下技术作为钢铁工业连铸生产的一项关键技术,不但能够增加铸坯中心的致密度、减少中心疏松,而且能够提高铸坯中心化学成分的均匀性、降低铸坯横断面碳偏析指数,有效的减轻由铸坯中心偏析和中心疏松引起的铸坯内部质量问题,被证明是提高产品质量和开发高附加值产品的重要手段,并被视为发展中的新一代连铸技术而日益受到国内外的广泛关注。

2 动态轻压下控制

连铸动态轻压下技术被认为是改善铸坯中心偏析、提高铸坯质量的最佳方法。该技术的基本原理就是动态跟踪连铸坯凝固末端位置,并对铸坯实施合适的压下量,以补偿或抵消铸坯凝固收缩量,抑止凝固收缩引起的富含偏析元素的残余钢液向铸坯中心流动,从而达到改善铸坯中心偏析和中心疏松的目的。为了跟踪连铸坯凝固末端位置,需要建立铸坯内部温度场分布的动态跟踪模型并实施动态二冷配水控制,以实时跟踪铸坯的凝固进程。

合金钢连铸机动态轻压下控制系统中,通过基于切片移动法的动态热跟踪模型对铸坯内部温度场分布进行实时跟踪,利用基于多模型控制的动态二冷控制模型[1]实施了动态二冷配水,并建立了动态轻压下模型以实施动态轻压下控制。

2.1 动态热跟踪模型

为了实时跟踪铸坯内部的温度分布以及铸坯的凝固进程,建立动态热跟踪模型,作用于结晶器钢水弯月面开始、沿浇铸方向的30米。该模型采用切片移动法,按照二维凝固传热方程,根据每个切片涉及的位置、中包温度、温度场、凝固进程等信息,在线计算切片各时刻的温度场,从而动态描述整个铸流的温度场分布。

方坯以铸坯宽度方向为x轴,厚度方向为y轴,铸坯运动方向为z轴,建立切片坐标系,如图1所示。圆坯则建立r,z参数的柱面坐标系。凝固传热方程:

式中,ρ为密度,kg/m3;c为比热容,J/(kg℃);T为温度,℃;t为时间;s,k为铸坯导热系数,W/(m℃)。

凝固传热方程及其相应的初始条件、边界条件构成了切片的非稳态凝固传热的数学模型,采用有限差元法进行求解。

2.2 动态二冷控制模型

动态二冷控制是实施动态轻压下控制的前提条件。二次冷却是整个大方坯连铸生产过程中的一个重要环节,合理的动态二冷配水控制模型能很好地满足工况复杂的连铸生产现场,减小铸坯自身的热应力和机械应力,保证和提高铸坯质量的同时,也能延长处于恶劣环境下的铸机寿命。

合金钢连铸机采用了喷淋集管组设备,长度12.5m的喷淋管沿弧线纵向分布,分4个冷却区(含足辊喷淋环)对出结晶器的初生铸坯进行二次冷却。冷却水由上部进入,水压、水量逐渐变弱。喷淋参数由计算机自动控制和调节,通过高压强化雾化效果,使铸坯得到合理有效的冷却。

动态二冷控制采用了多模型控制策略的动态二冷模型。该模型构造多个子模型逼近被控对象的动态特性,针对子模型设计相应的控制器,选取与被控对象最匹配的子模型所对应的控制器作用于系统。其中,每个控制器均采用已应用于生产的先进控制策略,如基于中包连续测温的浇铸温度前馈配水策略、基于拉速模型消除热滞后影响的控制策略、基于目标表面温度的数据库水表控制策略等。该模型根据铸坯内部温度场分布以及每个“切片”的历程(拉速、水量等)信息,选择合适的控制器,计算二冷区域内的每个“切片”所需的冷却水量,从而实现二冷配水的动态分配和调节。

动态二冷控制系统的基本架构如图2所示,控制系统主要由动态热跟踪模型、动态优化配水模型、工艺参数数据库和OPC通讯模块组成,控制系统将铸坯冷却历程与温度场计算结合,动态调节二冷水量,尽可能使铸坯表面温度按照符合冶金规律的冷却曲线均匀冷却,以达到控制铸坯组织和内部质量的目的。

图3是一个实际生产中的二冷水动态调节片段,其中拉速为结晶器液面自控系统给出的拉速设定值,水量则为动态二冷控制模型给出的各冷却回路二冷水量设定值。总体上看,模型水量变化趋势与实际拉速的变化趋势保持一致;拉速小幅震荡区域,模型水量震荡很小,基本保持平稳;拉速剧烈变化区域,模型根据铸坯状态对水量进行了优化,因此模型水量变化相对平缓;模型对坯壳的传热滞后进行了处理,因此各冷却回路水量趋势有不同程度的滞后。在这一段实际生产过程中,拉速经历多次变化,控制系统也经历多次控制器切换,但是每次切换都比较平稳,没有出现明显的阶跃或震荡现象。

铸坯酸浸坯样(未实施轻压下)结果显示,动态二冷控制系统在铸坯质量保证方面起了重要的作用,有效地避免了表面裂纹、中间裂纹及中心裂纹等缺陷的产生,在一定程度上提高了中心致密度,增大了中心等轴晶区,等轴晶率最大达61.3%,为进一步提高铸坯质量、减轻铸坯内部疏松及中心线偏析等内部缺陷提供了条件。

2.3 动态轻压下控制

合金钢连铸机采用的动态轻压下控制系统为铸机的每流配备了一架测量辊和五架具有轻压下功能的机架,机架距结晶器弯月面距离分布于16.026m-22.912m。上下拉坯辊开口度大小及脱坯辊动作的完成由液压系统实现,压下缸带有位移传感器,用于控制压下量,实现动态轻压下。实际生产过程二级轻压下控制系统的截图如图4所示。

合金钢连铸机动态轻压下控制系统能够实时接受拉速、浇注温度、结晶器温差、二冷各区水量等生产过程数据,在线计算铸坯凝固过程温度场,动态跟踪铸坯的凝固终点位置。此外,该系统还基于对合金钢的凝固特性与其高温力学性能研究,重点针对连铸时容易出现的中心偏析、中心疏松、中心缩孔等严重缺陷的现象,结合射钉实验,建立了动态压下工艺参数数据库。数据库能够为动态轻压下控制系统提供最佳压下范围、最大压下量和最大压下率等工艺参数,以保证系统在进行合理的动态轻压下控制的同时又不会产生负面作用,实现改善铸坯质量的目的[2]。

2.3.1 动态轻压下控制模型

基于动态热跟踪模型对铸坯凝固进程进行的实时跟踪计算以及动态二冷控制系统对铸坯实施的动态冷却控制,动态轻压下控制系统对铸坯凝固末端实施轻微压下控制以提升铸坯内部品质。

动态轻压下控制模型的核心是动态轻压下参数数据库和在线辊缝控制模块。动态轻压下参数数据库提供了不同钢种的总压下量、压下区间、压下速率等轻压下工艺参数,在线辊缝控制模块则动态计算辊缝值并对各辊进行设定。在线辊缝控制模块实时接收动态热跟踪模型给出的铸坯内部温度场分布数据,实时计算铸坯的凝固进程,确定两相区位置,结合动态轻压下参数数据库给出的工艺参数,准确地计算出压下位置,最终给出各对压下辊合理的辊缝设定值。

2.3.2 逻辑轻压下控制

轻压下进行后,拉矫机压下辊后续的辊缝跟进模式对铸坯内部质量(尤其是中心裂纹或压下裂纹)有着重要的影响。理论上,参与轻压下的压下辊,其后的压下辊应该逐渐跟进,以避免凝固末端或者已经凝固的铸坯被压下而导致压下裂纹的产生,然而目前很多轻压下控制系统均在基础自动化级来实现辊缝的设定,二级控制系统仅仅通过铸坯凝固进程来计算设定压下位置,压下分配等参数,而未对压下之后的压下辊辊缝进行逻辑处理,所以经常出现过大的压下量一方面恶化了铸坯质量,另一方面可能导致后期压下辊因辊缝设置过度导致压力过大,损坏设备或造成事故;而过小的压下量又不能改善铸坯的内部质量。最合理的轻压下辊缝控制模式是逻辑轻压下。

当前国内外动态轻压下控制系统均采用常规非逻辑轻压下,轻压下过程中,压下辊(或扇形段)瞬时全部压下,后面的压下辊可能压在已经凝固的铸坯上,使其轻压下的作用丧失。“逻辑轻压下”对压下辊压下的逻辑顺序进行控制,也就是控制每个压下辊跟随前一个压下,经前一辊压下的铸坯运动到后一辊时后一辊才压下。该铸机每个铸流有五对压下辊,图5显示了实施轻压下时压下辊压下的逻辑顺序。

2.3.3 压下参数学习

动态轻压下参数数据库提供了领域专家提供的压下参数集。

随着生产的进行,产品规格在扩展,工况在改变,动态轻压下系统通过有监督的自学习不断完善参数集,经铸坯取样检验分析后,专业工程师对轻压下参数进行调整修正,确认后系统将其作为专家数据存储于动态轻压下数据库。经过长期多工况实践,45#钢260mm300mm断面铸坯的轻压下最佳参数为拉速0.83m/min和压下量4.5mm。

随着生产的稳定顺序,连铸过程实现了“三恒”(恒温、恒液面、恒拉速),将此状态下的轻压下参数存储于动态轻压下参数数据库,并在此状态下直接采用经验数据,仅在一定时刻进行计算验证,在保证动态轻压下质量的前提下大大减少了二级系统的负荷。

3 动态轻压下效果

该铸机所产钢种包括45#、45Cr、42CrMo、20CrMnTiH、65Mn等,生产中全程采用动态配水,铸坯表面及内部质量良好,无表面裂纹、中间裂纹及中心裂纹等缺陷,铸坯内部致密度较好,最大等轴晶达61.3%,轧材经顶锻检验全部合格。其中,断面260300mm2的铸坯是典型的大方坯,铸坯中心部位容易产生中心疏松和中心碳偏析,造成生产的钢种成分偏差较大,图6显示了采用动态轻压下工艺前后,铸坯横剖和纵剖样热酸低倍对比。

对该铸机(以下称6#机)以及该公司一台常规大方坯连铸机(以下称5#机)生产的铸坯随机选取试样,分别进行低倍检验,并对相关铸坯质量进行不分钢种的比较,结果如图7所示。

比较发现,进行轻压下后的铸坯比同期不进行轻压下的铸坯质量有显著改善。其中,经轻压下后的铸坯基本以轻微的0级和0.5级为主,比例达64.5%,全部达到1.0级以下;而没有进行轻压下的铸坯中心偏析1.5级率高达7.34%。事实上,该铸机在实施轻压下情况下,平均拉速比常规连铸机高50%左右,而其所产铸坯中心偏析水平仍能够比常规连铸机有明显改善。2011年上半年的质量跟踪显示,顶锻合格率99.67%、低倍合格率99.91%。

4 结论

动态轻压下工艺在莱钢合金钢大方坯连铸机的应用实践证明,动态轻压下不仅在控制铸坯中心偏析和提高中心致密度方面比常规连铸机有明显优势,还有利于实现较高的拉速以提高连铸生产效率。

参考文献

[1]韩占光等.基于多模型控制的连铸二冷动态配水模型.系统仿真学报,2011.

合金钢连铸机论文 第2篇

题

一、单项选择题（共 25题，每题2分，每题的备选项中，只有1个事最符合题意）

1、__是矿山企业最基本的基础安全培训。

A．择期培训

B．领导培训

C．全员培训

D．培训

2、氧气站区外围应设置高度不低于__的围墙或栅栏。

A．1m B．2m C．3m D．4m

3、大火已被抑制或燃烧已被控制的情况下，经常采用__控制烟气。

A．浮力

B．加压控制

C．空气流

D．防烟分割

4、划分评价单元格应符合科学、合理的原则，其划分能够保证__。

A．安全验收评价工作的前期准备

B．安全验收评价的顺利实施

C．安全验收评价人员的分配

D．安全验收评价责任的落实

5、依据《民用爆炸物品安全管理条例》的规定，销售民用爆炸物品的企业，应当将购买单位的许可证、银行账户转账凭证、经办人的身份证复印件保存__年备查。

A．半

B．1 C．1．5 D．2

6、机动车辆载物应当符合__，严禁超载。

A．国家规定的重量

B．《道路交通安全法》规定的重量

C．核定重量

D．载重重量

7、行政处罚的实施主体主要是__。

A．法定的行政机关

B．法定的检查机关

C．公安局 D．检查院

8、生产矿井丰要通风机、反风设施必须能在____min内满足改变巷道中的风流方向、且风流方向改变后，上要风机供风量不少于止常供风量的____ A：5；30％B：10；40％C：15；50％D：20；60％

9、定性安全评价的结果是一些__。

A．安全措施

B．安全技术

C．定性的指标

D．定量的指标

10、系统中包含许多能消除、预防、减弱初始事件影响的__。

A．安全技术

B．安全功能

C．安全措施

D．安全提示

11、《生产安全事故报告和调查处理条例》（国务院令第493号）规定，对事故调查组提交的重大事故调查报告，人民政府应当自收到之日起__日内做出批复。

A．10 B．15 C．20 D．30

12、生产经营单位进行职业健康安全管理体系试运行，目的是检验体系策划与文件化规定的__、有效性和适宜性。

A．充分性

B．必要性

C．合理性

D．系统性

13、职业安全健康管理体系的核心都是为生产经营单位建立一个动态循环的过程，以__的思想指导生产经营单位系统地实现其既定的目标。

A．系统安全

B．安全系统

C．本质安全

D．持续改进

14、（）的目的是依据职业健康安全方针总体目标和承诺的要求，为建立和完善职业健康安全管理体系中的各项决策（重点是目标和管理方案）提供依据。

A．制定管理方案

B．运行控制

C．初始评审

D．检查与评价

15、煤矿安全监察机构责令煤矿关闭矿井的，应当对执行情况随时__。

A．检查，视整改情况给予行政处罚

B．检查

C．抽查

D．监察

16、__不属于行为性危险和有害因素。A．监护失误

B．指挥失误

C．操作失误

D．辨识功能缺陷

17、__适用于挖掘湿度小的黏性土及挖土深度小于3m的基坑支护。

A．间断式水平支撑

B．断续式水平支撑

C．锚拉支撑

D．地下连续墙支护

18、模板工程的劳动用工约占混凝土工程总用工的__。

A．1/4 B．1/3 C．1/2 D．3/4

19、依据《建设工程安全生产管理条例》的规定，采用新结构、新材料、新工艺的建设工程以及特殊结构的工程，__单位应当提出保障施工作业人员安全和预防生产安全事故的措施建议。

A．设计

B．施工

C．监理

D．建设

20、股份制企业、合资企业等安全生产投入资金由__予以保证，该保证人承担由于安全生产所必需的资金投入不足而导致事故后果的法律责任。

A．董事会

B．厂长

C．经理

D．投资人

21、电石库周围__m以内不得有明火。

A．5 B．7 C．9 D．10

22、某生产经营单位的市场部门正在开展合格供应商的选择评价，按照《职业健康安全管理体系》(OHSAS18001)的运行模式，该项工作属于体系运行的__阶段。

A．策划

B．实施与运行

C．检查与纠正措施

D．管理评审

23、根据职业病防治的有关规定，用人单位建立的职业健康监护档案的主要内容包括：从业人员职业史、既往史和职业危害因素接触史、员工健康体检结果及处理情况和__等。

A．作业场所设备设施检测结果

B．作业场所危害因素检测结果

C．从业人员的工作经历 D．从业人员的工作业绩

24、注册安全工程师执业中因其过失造成当事人损失的，由__承担赔偿责任。

A．所在单位

B．注册安全工程师

C．所在单位部分

D．所在单位和注册安全工程师连带

25、违法行为在__未被发现的，不再给予行政处罚。

A．1年内

B．2年内

C．3年内

D．4年内

二、多项选择题（共25题，每题2分，每题的备选项中，有2个或2个以上符合题意，至少有1个错项。错选，本题不得分；少选，所选的每个选项得 0.5 分）

1、导致我国安全生产水平较低的主要原因之一是安全生产法制不健全，突出表现在__。

A．安全生产法律意识淡薄

B．政府机构尚未建立健全依法监管的长效机制

C．综合性的安全生产立法滞后

D．安全生产出现了新情况、新问题，亟待依法规范

E．缺乏高素质的安全生产执法人员

2、一般来说，重大危险源的风险分析评价包括__。

A．辨识各类危险因素及其原因与机制

B．依次评价已辨识的危险事件发生的概率

C．进行危险分析

D．进行风险评价，即评价危险事件发生概率和发生后果的联合作用

E．风险控制，即将上述评价结果与安全目标值进行比较，检查风险值是否达到了可接受水平，否则需进一步采取措施，降低危险水平

3、对工艺设备危险进行有效监控，提高__的有效性，能大大抑制事故的发生。

A．工艺性能

B．操作人员学历水平

C．操作人员基本素质

D．安全管理

E．安全防范能力

4、对安全生产违法行为实施行政处罚，应遵循__的原则。

A．公平

B．公正

C．合D．公开

E．从重处理

5、安全生产管理的内容包括__。

A．安全生产法制管理

B．行政管理

C．安全生产管理机构

D．安全生产管理规章制度 E．设备设施管理

6、安全技术措施计划应与同的__等计划同时编制。

A．生产

B．技术

C．财务

D．供销

E．项目

7、以下取得煤炭生产许可证所应当具备的条件的是__。

A．有依法取得的采矿许可证

B．矿井生产系统符合国家规定的煤矿安全规程

C．矿长经依法培训合格，取得矿长资格证书

D．特种作业人员经依法培训合格，取得操作资格证书

E．煤矿年生产能力不能低于3万t

8、安全系数是指零件在理论上计算的承载能力与实际所能承担的负荷之比值。确定安全系数时应考虑的因素包括__等。

A．环境条件的影响

B．使用中发生超负荷或误操作时的后果

C．为提高安全系数所付出的经济代价是否合算

D．使用时发生结构设计的变更

E．在各种恶劣条件下工作的可靠性

9、《消防法》规定，机关、团体、企业、事业单位应当履行的消防安全职责有__。

A．制定消防安全制度、消防安全操作规程

B．实行防火安全责任制，确定本单位和所属各部门、岗位的消防安全责任人

C．实行每日防火巡查，并建立巡查记录

D．按照国家有关规定配置消防设施和器材、设置消防安全标志，并定期组织检验、维修，确保消防设施和器材完好、有效

E．保障疏散通道、安全出口畅通，并设置符合国家规定的消防安全疏散标志

10、事故应急救援具有__等特点。

A．不确定性

B．间断性

C．突发性

D．后果易放大性

E．后果的不确定性

11、以下运用强制原理的原则的是______。

A．安全第一原则

B．监督原则

C．封闭原则

D．能级原则

E．反馈原则

12、职业病按发病过程可分为__三种病型。

A．慢性中毒

B．急性中毒

C．中毒严重度

D．亚急性中毒 E．突然晕倒

13、县级以上各级人民政府__部门依据各自职责，负责有关的道路交通工作。

A．交通管理

B．建设管理

C．市政管理

D．城市规划

E．城市管理

14、职业健康安全管理体系OHSAS 18001的运行模式为__。

A．职业健康安全方针

B．策划

C．实施与运行

D．改进措施

E．检查与纠正措施

15、为安全生产法服务的中介机构的主要工作有__。

A．安全管理

B．安全评价

C．安全认证

D．安全检测

E．安全检验

16、根据《安全生产违法行为处罚办法》，案件调查终结后，安全生产监督管理部门或者煤矿安全监察机构负责人应当及时对有关案件材料、当事人的陈述和申辩材料、听证会笔录等调查结果进行审查，根据不同情况，分别做出如下决定：__。

A．确有应受行政处罚的违法行为的，根据情节轻重及具体情况，做出行政处罚决定

B．违法行为轻微，依法可以不予行政处罚的，不予行政处罚

C．违法事实不能成立的，不得给予行政处罚

D．违法行为已构成犯罪的，移送政府机关

E．违法行为已构成犯罪的，进行刑事处罚

17、《安全生产法》规定，生产经营单位的主要负责人对建立、健全本单位安全生产责任制，组织制定本单位安全生产规章制度和操作规程以及督促、检查本单位的安全生产工作，及时消除生产安全事故隐患负有职责外，还对本单位的安全生产工作负有的职责是__。

A．组织制定本单位安全生产的计划

B．组织制定并实施本单位生产安全事故应急救援预案

C．保证本单位安全生产投入的有效实施

D．组织实施本单位安全生产的宣传、教育与培训工作

E．如实报告生产安全事故

18、对应急预案的完整性和周密性进行评估，可采用多种应急演练方法，如__等。

A．现场演练

B．桌面演练

C．功能演练

D．全面演练 E．口头演练

19、用人单位对遭受或可能遭受急性职业病危害的劳动者，应及时组织进行__。

A．安全隐患检查

B．生产流程检查

C．健康检查

D．医学观察

E．安全监督

20、注册安全工程师下列__行为违法。

A．以不正当手段取得职业资格证书

B．对侵犯本人权利的行为申诉

C．在申请注册中隐瞒真实情况取得注册的

D．未按规定办理注册以注册安全工程师名义执业

E．利用工作之便贪污，与委托人串通或故意出具虚假证明、安全技术报告

21、下列属于事故概况的是__等。

A．事故经过

B．事故教训和防范措施

C．结案情况

D．事故原因

E．事故时间

22、生产经营单位应针对与所识别的风险有关并需采取控制措施的运行与活动，建立和保持计划安排，实施必要且有效的控制和防范措施，以确保制定的职业安全健康管理方案得以有效、持续地落实，从而实现职业安全健康__的要求。

A．方针

B．目标

C．计划

D．方案

E．遵守法律法规

23、依据《安全生产法》规定，下列__属于从业人员的义务。

A．自律遵规、服从管理

B．学习安全知识，提高安全技能

C．报告危险因素

D．建立健全安全生产责任制

E．制定规章制度

24、《建设工程安全生产管理条例》所称建设工程，是指__。

A．水利工程

B．建筑工程

C．机械工程

D．装修工程

E．线路管道和设备安装工程

25、机关、团体、企业、事业单位属于消防安全重点单位的，除应履行通用的消防职责外，还应__。

A．建立防火档案，确定消防安全重点部位，设置防火标志，实行严格管理

B．实行每日防火巡查，并建立巡查记录

C．对职工进行职业道德教育 D．制定灭火和应急疏散预案，定期组织消防演练

合金钢连铸机论文 第3篇

新冶钢四机四流合金钢大方坯连铸机是为了1x120T转炉配套而建。其自动化系统本着技术先进、配置合理、操作维护简单、节约投资的原则而设计, 是先进工艺与先进自动化技术的完美结合, 由于本铸机包含了目前大方坯的所有先进技术, 同时也是目前国内最大断面 (410mm530mm) 的连铸机, 因此也对自动化控制提出了非常高的技术要求。

2 自动化控制系统 (如图1所示)

2.1 基础自动化系统

基础自动化系统L1级主要由电气、仪表、PLC、变频器、HMI、工程师站及工业以太网组成, 用来实现连铸机的顺序控制、逻辑控制、传动控制、回路控制和过程控制以及监视整个生产线的生产过程和设备状态, 包含现场信号采集、设备运转状态、简单数学模型计算、现场数据采集和故障报警等基本功能。

基础自动化控制系统设备主要包括6台监控计算机、1台工程师站、1套公用设备PLC、4套铸流PLC、4套液压振动铸流PLC、4套切割PLC, 负责数据的收集、处理和数据的传送, 并保证各PLC之间数据的实时性。实际生产过程中, PLC与HMI计算机通讯, 一方面接受HMI计算机的操作或信号指令, 控制现场设备的运行;另一方面传送反馈数据给HMI计算机, 监视现场设备的状态。

2.2 过程控制计算机系统

在连铸生产中, 过程控制计算机系统L2级操作员根据生产计划和目标的要求, 在基础自动化系统的基础上, 进行连铸生产过程控制相关的操作, 指导连铸机的生产。

在连铸生产自动化系统中, 二级操作站是操作员和生产工艺人员赖以进行连铸生产监控、指导和分析的重要平台, 它对连铸生产线上的生产过程进行全面而详细的显示, 对主要的工艺设备进行必要的工艺参数设置和控制, 对生产全过程的数据进行监视、采集和存储;同时对采用先进模型控制的与模型运行相关的生产参数和生产状态以多种方式进行显示, 对关键运行参数进行配置, 对由模型系统自动收集的过程数据进行显示。二级操作站的关键画面设置了权限, 具有相应权限的操作人员才可以进入该画面。

二级计算机系统由服务器, 系统开发工作站, 过程站, 网络设备等构成。设备主要包括2台服务器、1台二级工作站、1台交换机。当一台监控操作站硬件发生故障时, 为避免生产的损失, 可从其他监视操作站得到各种操作员接口功能, 即各监视操作站软、硬件配置完全一致, 在系统工作时可互为备用。

3 主要设备的控制应用

3.1 大包回转台

大包回转台在接收位置承载钢水包后以工艺要求的速度旋转, 并在规定的位置准确停止, 待钢水浇铸完毕后再旋转180度恢复至接收位置。由于旋转中不允许钢水荡出, 因此要求平稳加、减速及运转, 准确停车, 此外, 对于满包、空包、单侧承载包或双侧承载包这种负荷大幅度变动的条件, 不允许发生任何失速。回转加减速位、停止位由接近开关控制。

回转台的动作: (1) 旋转; (2) 大包提升/下降3) 大包盖打开/关闭。

回转台的旋转是由交流变频电机驱动的。自动化系统将控制大包的旋转位置, 大包在浇铸位置的加速、减速和停止都是自动的。大包滑动水口采用液压电磁阀控制, 机旁操作箱操作。

3.2 中间罐车

中间罐车用于支持中包, 并在预热和浇铸位置之间运输。中间罐车行走工艺要求起、制动平稳, 停车准确, 且有快慢速行走要求。中间罐车走行位置由限位开关检测, 同时设有接近开关用于浇铸位/烘烤位极限的检测和控制。行走具有声光报警装置。事故状态下无连锁高速开出。

小车允许以下移动:长时间地水平移动 (由两个独立控制的交流变频电机驱动。每一个都可以在另一个发生故障的情况下移动装载的中包车) 。提升和下降控制用于中包高度调节。中包的移动与回转台提升/下降和大包长水口机械手联锁, 这样可避免与大包长水口发生碰撞和由此出现的潜在的损坏。

3.3 液压单元控制

液压单元由自动化系统控制。每一单元都有一套泵组用于向回路提供液压动力。正常操作过程中, 有一台泵处于备用状态, 如果有某台正常运行的泵出现故障, 备用泵将自动投入运行。需要时, 油加热器将自动起动和停止。同时监测油箱液位和温度并发出警报。液压系统可通过HMI起动, 并监测整个液压系统。也可以使用安装在液压室内的现场控制站手动地控制各个液压泵。

3.4 拉矫机控制

拉矫机传动是连铸机中最重要, 控制要求最严格的设备之一, 由于铸坯内部含有狭长液相穴, 为了保证得到高质量的铸坯, 必须保持相对恒定的浇铸速度, 要求传动和拉力要尽量平稳, 不能有瞬间的冲击。本连铸机采用连续弯曲连续矫直方式工作。拉矫机传动控制要实现负荷平衡, 各电机电流要求显示在HMI画面上。在稳态拉坯时, 拉矫各电机之间电流差值控制在20%以内。

3.5 液压振动

合金钢结晶器液压振动系统由两个液压缸驱动结晶器振动台, 使结晶器振动台按照要求的振幅和振频运动。其中, 由一个电液伺服阀和一个位移传感器驱动一个振动单元, 按照振幅和振频随拉速实时变化的工艺配方, 通过控制电液伺服阀的开度以实现振动单元的正弦和非正弦运动, 满足铸坯的生产工艺要求。液压振动台的特点是不但可以改变振动的频率, 还可以改变振幅和振动的波形, 不象电动振动台那样只能改变振动的频率且只能用正弦波。液压振动台可以控制液压缸的位置来取得不同形状的振动波形。控制系统主要完成以下功能:相关参数的实时运算和采集;振幅和振频的设定;电液伺服阀的PID控制;相关参数的实时波形的读取;正弦和非正弦曲线的生成;相关设备的控制;得到振幅, 振频和振动零位;相关参数保存到数据缓存区;选中的数据传送给HMI显示;诊断功能;与主PLC通讯功能;指示灯显示。

振动参数。 (1) 负滑脱时间:负滑脱时间是指, 在一个振动周期内油缸向下运行的速度值大于拉速值的时间[ms]; (2) 负滑脱率:负滑脱率是指, 在一个振动周期内, 负滑脱时间与一个振动周期的时间比值的百分比。 (3) 振频:通过油缸经过中点位移的间隔时间, 得到振动周期, 通过它得到每分钟振动的次数。 (4) 振幅:在一个振动周期内油缸位置的最大值和最小值, 通过它计算出振幅[μm]。

传感器及执行机构。 (1) 位移传感器采用高精度线性位移传感器, 安装于液压缸内部, 用于检测液压缸的位置。传感器采用SSI接口, 精度5μm。 (2) 伺服比例阀伺服比例阀用于控制液压缸运动的速度。伺服比例阀电源DC24V, 输入信号为+/-10m A。由于现场环境温度高, 湿度大, 为保证传感器及执行机构的可靠性, 对位移传感器及伺服比例阀的电子部分均采用压缩空气冷却 (如图2所示) 。

3.6 二冷动态配水

(1) 凝固模型。凝固模型根据冶金数据库中浇铸钢种的物理参数和当前实际拉速、冷却水量、温度等实际情况, 进行实时的传热计算。

凝固模型具备下列功能:1) 沿铸流长度的表面温度的实时计算。2) 沿铸流中心温度的实时计算。3) 沿铸坯长度的液、固相线的实时计算。4) 沿铸坯长度的固相率分布的实时计算。

本模型用于对浇铸中铸坯凝固过程进行实时控制。根据选择的钢种从冶金数据库得到固、液相温度, 热熔、潜热等物理参数。将检测到的钢液温度、结晶器冷却水流量、温差、拉速和各个冷却区的水量, 作为边界条件进行传热计算。

计算按下列步骤进行, 一直到浇铸结束为止:1) 从1级系统采集实际的工艺数据。2) 对每一划分的坯块进行传热计算。3) 得到新的表面温度。4) 得到固液相线分布根据计算调整后水量、拉速变化情况重新计算。

(2) 坯龄模型。二冷配水坯龄模型具备下列功能:1) 计算出各冷却区内坯块的等效拉速。2) 根据等效拉速计算水量。3) 根据计算温度与目标温度的差值计算调整的水量。本模型用于根据目标温度对二冷水进行动态控制。

在连铸坯上, 每隔100mm就有一个横截片被跟踪, 铸坯成长模型中就存储着这些横截片的旅程和年龄, 用旅程除以年龄, 就得到横截片过去的平均速度。铸坯每移动100mm, 存贮器中的数据就移动一次, 铸坯最后一个横截片不再被跟踪, 其它的数据也被原来前一个横截片的旅程花费时间所替代, 之后, 一个新的横截片将被跟踪, 它对应着结晶器弯月面附近刚生成的坯壳, 其数据在一个固定存贮区中保存和更新, 直到铸坯又移动了100mm。计算按下列步骤进行, 一直到浇铸结束为止。1) 从1级系统采集实际的拉坯速度。2) 换算出每个区的等效拉速。3) 得出每个区的水量。4) 计算温度差值。5) 重新调整水量。

经过模型计算后得出二冷动态配水设定水量值, 将数据传送至一级PLC控制。 (如图3所示) 。

4 结语

新冶钢合金钢大方坯连铸机主要用于生产对产品质量有较严格要求的特殊钢, 如合金结构钢、齿轮钢、弹簧钢、高压锅炉管, 轴承钢等。针对多种产品对铸坯质量的高标准要求, 自动化控制系统采用基础自动化级和过程控制计算机联合控制的先进策略, 并配备结晶器液压振动、二冷动态配水等新工艺和新技术, 为给下游钢厂轧制出高质量的型材提供精品合金钢坯料奠定了良好基础。生产实践表明, 该铸机生产的铸坯有效的减少了铸坯中心缩孔及伴生中心裂纹, 改善中心疏松, 铸坯中心致密, 表面与内部质量较好。

摘要：本文介绍了新冶钢四机四流合金钢大方坯连铸机中自动控制系统的应用, 对自动控制系统和铸机主要设备的控制和实现做了主要描述。

关键词：合金钢连铸机,液压振动,二冷动态配水

参考文献

合金钢连铸机论文 第4篇

工艺考试题

一、单项选择题（共 25题，每题2分，每题的备选项中，只有1个事最符合题意）

1、我国目前规定，成年妇女禁忌参加连续负重，禁忌每次负重重量超过__kg。间断负重每次重量超过__kg的作业。

A．20；30 B．20；25 C．30；40 D．30；35

2、利用职业之便，贪污、索贿、受贿或者是谋取不正当利益的由县级以上安全生产监督管理部门、有关主管部门或者煤矿安全监察机构处__万元以下的罚款；吊销其执业证，__年内不得再申请注册。

A．3，5 B．3，3 C．5，5 D．3，1

3、生产经营单位主要负责人必须是生产经营单位生产经营活动的__。

A．主要领导人

B．重要领导人

C．主要决策人

D．重要决策人

4、__是指能对人造成伤亡或对物造成突发性损害的伤害。

A．有害因素

B．事故隐患

C．危险因素

D．危险

5、《职业病防治法》第15条规定：新建、扩建、改建建设项目和技术改造、技术引进项目（以下统称建设项目）可能产生职业病危害的，建设单位在__应当向卫生行政部门提交职业病危害预评价报告。

A．可行性论证阶段

B．设计阶段

C．施工阶段

D．竣工之后

6、矿山安全开采需要具备__的安全保障条件。

A．严格的、精确的B．严格的、系统的C．精确的、系统的D．万无一失的

7、场外事故应急救援预案，由（）根据相应的安全报告和有关资料制定。A．政府主管部门

B．安全检查部门

C．企业

D．企业和政府主管部门

8、通讯设施是__的各种信息的电讯设施。

A．传递生产和安全管

B．生产和管理

C．传递组织生产和安全管

D．安全管理

9、《安全生产法》中规定国务院负责安全生产监督管理的部门依照本法，对全国安全生产工作实施____ A：监察管理B：综合治理C：统一管理D：综合监督管理

10、划分评价单元格应符合科学、合理的原则，其划分能够保证__。

A．安全验收评价工作的前期准备

B．安全验收评价的顺利实施

C．安全验收评价人员的分配

D．安全验收评价责任的落实

11、《职业病报告办法》规定，凡有尘、毒危害的企事业单位，必须在__向所在地的卫生监督机构报告当生产环境有害物质浓度测定和工人健康体检情况。

A．发现时

B．年底

C．年底以前

D．医院确定时

12、生产经营单位进行职业健康安全管理体系试运行，目的是检验体系策划与文件化规定的__、有效性和适宜性。

A．充分性

B．必要性

C．合理性

D．系统性

13、行政处罚的目的是__。

A．维护社会的经济发展，保障国家的安全建设

B．维护社会的稳定，保障社会主义经济建设顺利进行

C．维护社会治安和社会秩序，保障社会主义精神文明建设的顺利进行

D．维护社会治安和社会秩序，保障国家的安全和公民的权利

14、影响材料硬度最直接的元素是__。

A．硫

B．磷

C．硅

D．碳

15、根据《职业安全健康管理体系导则》(ILO--OSH2001)的要求，生产经营单位所制定的职业健康安全方针应体现对__的承诺。

A．事故预防

B．设备管理

C．责任追究 D．行为管理

16、煤矿安全监察的工作方式包括视时监察、__重点监察和一般监察。

A．特殊监察

B．实事监察

C．实时监察

D．特种监察

17、企业安全生产培训管理一般包括：识别培训需求、制定培训计划、实施培训过程、评估培训效果和归档保存培训记录等环节。下列关于安全生产培训管理的说法，正确的是__。

A．识别培训需求就是分析安全生产法律法规的要求

B．制定培训计划就是制定培训大纲

C．培训效果的评估方法之一是跟踪员工现场应用能力

D．培训记录应上交安全生产监督管理部门归档保存

18、电石库周围__m以内不得有明火。

A．5 B．7 C．9 D．10

19、__是指系统或产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。

A．可靠性

B．可靠度

C．故障率

D．维修度

20、化工生产环节可能接触到多种刺激性气体，最常见的刺激性气体是__。

A．氮氧化合物

B．乙炔

C．二氧化碳

D．一氧化碳

21、属于对生产经营单位安全生产管理人员的安全生产教育培训的内容是__。

A．安全生产管理经验

B．国内外先进的安全生产管理经验

C．有关安全生产的法律法规、规章、规程、标准和政策

D．安全生产的新技术、新知识

22、下面没有应用危险指数方法的选项是__。

A．危险度评价法

B．预先危险分析法

C．爆炸危险指数法

D．化工厂危险等级指数法

23、在某种合同要求的情况下，由与用人单位（受审核方）有某种利益关系的相关方或由其他人员以相关方的名义实施的职业健康安全管理体系审核是（）。

A．第一方审核

B．第二方审核

C．内部审核

D．外部审核

24、__是控制职业性危害因素，保护从业人员健康的重要措施，也是对建设项目实施作业场所卫生监督的重要依据。

A．职业危害评价

B．职业危害监督

C．职业危害管

D．职业危害宣传

25、法律通过授权职代会、职工和__的监督来形成针对矿山企业安全生产的内部管理机制。

A．矿山委员会

B．班会

C．工会

D．矿务局

二、多项选择题（共25题，每题2分，每题的备选项中，有2个或2个以上符合题意，至少有1个错项。错选，本题不得分；少选，所选的每个选项得 0.5 分）

1、根据对评价指标的内在特性和了解程度，预警方法主要有三种。下列有关预警方法的说法，正确的是__。

A．预警方法有指标预警、因素预警、综合预警

B．指标预警是根据预警指标数值大小的变动来发出不同程度的报警

C．由于出现工人误操作，发出报警，这种预警方法属于因素预警

D．指标预警属于定性预警方法

E．因素预警属于定量预警方法

2、火灾扑灭后，公安消防机构有权根据需要封闭火灾现场，__。

A．负责调查

B．认定火灾原因

C．核定火灾损失

D．查明火灾事故责任

E．提出处罚建议及隐患整改建议

3、注册安全工程师可在生产经营单位中__岗位范围内执业。

A．安全监督检查

B．安全属性辨识

C．建设项目安全评估

D．安全技术研究

E．安全事故处理

4、应急过程中存在的主要问题有__等。

A．太多的人员向事故指挥官报告

B．应急过程中各机构间缺乏协调机制

C．通信不畅通

D．缺乏可靠的事故相关信息和决策机制

E．安全检查不深入

5、压力容器的设计单位应当具备的条件有__。

A．有与压力容器设计相适应的设计人员、设计审核人员

B．有与特种设备制造、安装、改造相适应的专业技术人员和技术工人

C．有与压力容器设计相适应的场所和设备

D．有与压力容器设计相适应的健全的管理制度和责任制度 E．有健全的质量管理制度和责任制度

6、以下运用人本原理的原则的是__。

A．动力原则

B．能级原则

C．激励原则

D．弹性原则

E．可调原则

7、国家确定职业分类，对规定的职业__，由经过政府批准的考核鉴定机构负责对劳动者实施职业技能考核鉴定。

A．制定职业技能标准

B．实行职业资格证书制度

C．综合管理

D．分类管理

E．实行企业主要负责人安全生产责任制度

8、实现冲压机械安全保护的根本途径是__。

A．采用复合膜、多工位连续模代替单工序的模具

B．提高材料和物质的安全性

C．履行安全人机原则

D．在模具上设置机械进出料机构

E．实现机械化、自动化

9、机械行业的主要产品包括农业机械、重型矿山机械、工程机械、石油化工通用机械、电工机械、机床、汽车、仪器仪表、基础机械、包装机械、环保机械及其他机械等12类。下列机械产品中，属于基础机械类的有__。

A．轴承

B．齿轮

C．电料装备

D．模具

E．蓄电池

10、注册安全工程师有__情形之一的，不予续期注册。

A．无业绩考核证明

B．允许他人以本人名义执业的C．在执业活动中弄虚作假的

D．受过刑事处罚执行完毕不满7年的E．同时在两个(含两个)以上单位执业的

11、注册安全工程师申请注册的条件有__。

A．取得《注册安全工程师执业资格证书》

B．遵纪守法，恪守职业道德

C．身体健康，能坚持在生产经营单位中安全生产管理、安全工程技术岗位或为安全生产提供技术服务的中介机构

D．所在单位考核资格

E．主管的考核

12、监督检查的目的是预防事故的发生，其实现手段有__。

A．通过广泛宣传，提高全社会的安全意识

B．发挥群众监督和舆论监督的作用，加大对各类违法违规行为的查处力度 C．加强日常工作的监察

D．通过检验发现特种设备在设计、制造等过程中的影响产品安全性能的质量问题

E．对检查发现的问题，用行政执法的手段纠正违法违规行为

13、实施安全检查的方法有__。

A．访谈

B．现场观察

C．汇报

D．仪器测量

E．查阅文件和记录

14、能量意外释放理论中，在一定条件下，某种形式的能量能否产生造成人员伤亡事故的伤害取决于__。

A．人的不安全行为

B．力的集中程度

C．物的不安全状态

D．接触能量时间长短和频率

E．能量大小

15、作业场所监督检查是安全生产监督管理的一种重要形式，作业场所监督检查的内容一般包括__。

A．规章制度和操作规程

B．安全培训和持证上岗

C．职业危害和劳动保护

D．党风廉政和效能监察

E．安全管理和事故处理

16、县级以上各级人民政府__部门依据各自职责，负责有关的道路交通工作。

A．交通管理

B．建设管理

C．市政管理

D．城市规划

E．城市管理

17、异常气候条件引起的职业病列入国家职业病目录的有__。

A．中暑

B．风湿病

C．减压病

D．高原病

E．关节炎

18、在事故调查领导小组中，工作难度最大的是__。

A．指挥部

B．综合组

C．技术分析组

D．管理调查组

E．善后处理组

19、矿山设计的__具体项目必须符合矿山安全规程和行业技术规范。

A．供电系统 B．通风系统

C．运输系统

D．保障系统

E．排水系统

20、评价粉尘爆炸危险性的主要特征参数是__。

A．爆炸极限

B．最大点火能量

C．最低着火温度

D．粉尘爆炸压力

E．粉尘爆炸压力上升速度

21、安全生产标准的安全生产范围包括__个体防护、粉尘防爆和涂装作业等。

A．矿山

B．危险化学品

C．烟花爆竹

D．军工生产

E．工业产品

22、《烟花爆竹安全管理条例》规定了生产企业应当具备的安全条件，包括__。

A．符合当地产业结构规划

B．基本建设项目经过批准

C．依法进行了经济评价

D．选地符合城乡规划

E．有健全的安全生产责任制

23、职业健康安全管理体系认证审核中的文件审核的目的是__。

A．确定是否进行现场审核

B．对现场审核的补充

C．为现场审核做准备

D．收集充分的信息

E．提出体系存在的问题

24、职业健康监护对从业人员来说是__。

A．是法律赋予从业人员的权利

B．是一项预防性措施

C．是用人单位必须对从业人员承担的义务

D．是本质安全化的前提

E．是素质提升的重要途径

25、《消防法》规定，易燃易爆气体和液体的充装站、供应站、调压站，应当设置在__。

A．合理的位置

B．相对独立的安全地带

C．城市的边缘

D．符合防火防爆要求

合金钢连铸机论文 第5篇

关键词：矩形坯铸机,动态控制,二次冷却,合金钢

莱芜钢铁集团有限公司银前区合金钢矩形坯连铸机主要浇铸优质钢和合金钢,用以轧制高强度圆钢及无缝钢管等对内部质量和压缩比要求严格的钢种。二次冷却是整个矩形坯连铸生产过程中的一个重要环节,连铸坯内部裂纹、表面裂纹、鼓肚和中心偏析等缺陷的形成与二次冷却都有着紧密的联系[1]。

为了满足企业与用户对产品质量与生产效率日益提高的要求,北京科技大学与中冶连铸技术工程股份有限公司依据莱钢合金钢矩形坯连铸机装备特点,基于连铸坯凝固传热基本原理和自动控制原理,研发了莱钢合金钢矩形坯连铸机动态二冷配水在线控制系统。该系统将冶金工艺与自动控制集于一体,涉及到计算机、自动控制系统和在线检测等技术,融合了铸坯热跟踪与水量优化系统、控制及通信系统以及温度控制反馈系统。在实际生产中,模型中涉及到的计算和比较工作均由计算机完成,能实时优化二冷区水量,显示铸坯温度场、凝固进程和检测铸机生产设备状态,在保证连铸生产率的同时,提高铸坯质量。

1 铸机背景

莱钢合金钢矩形坯连铸机是莱钢集团实现年产120万t合金钢的重点配套项目,主要生产45#,45B,40Cr和20CrMnTiH等合金钢,为特钢厂轧制高质量棒材提供精品坯料。

铸机于2008年5月投产,采用全弧形R12 m,六机六流,方圆坯兼用结构,主要生产断面为:180 mm220 mm,260 mm300 mm,Φ200 mm。采用蝶式、单臂独立升降的大包回转台,整体式结晶器,液压多配方结晶器振动机构,动态二冷配水和动态轻压下L2(过程控制级)控制系统等。

铸机具备以下特点:(1) 优化的中间罐设计;(2)结晶器液面自动控制装置;(3)结晶器外置式电磁搅拌技术;(4)结晶器自动加渣;(5)扇形段及拉矫机等框架本体实现通水冷却防止变形,拉矫机及切后辊道减速机采用水冷方式 ;(6)扇形Ⅰ段内外弧及侧辊为密排辊设计,可有效防止铸坯鼓肚变形、改善铸坯内部质量;(7)扇形Ⅰ段可快速更换,提高铸机作业率;(8)空冷区保温罩保温;(9)拉矫机全程实现辊缝自动远程控制。可以说该套铸机不仅配备了成熟可靠的设备作保障,也配备了优化、完善的工艺及在线控制系统。

2 动态二冷配水在线控制系统

合金钢导热性能差,连铸时如采用强冷会增大铸坯的内外温差,产生热应力,增加铸坯内裂的危险性,但冷却强度不足,将造成凝固坯壳偏薄,尤其是铸坯在高温下冷却强度低时,坯壳将发生蠕变而产生鼓肚,导致枝晶间杂质富集的钢液向液相穴芯部移动,形成中心碳偏析;另外合金钢还具有较强的裂纹敏感性,在连铸过程中铸坯易产生表面裂纹。因此针对莱钢合金钢矩形坯连铸机的产品、设备和工艺特点,制定合理的冷却制度是提高生产率和保证产品质量的关键。

莱钢合金钢矩形坯连铸机动态二冷配水在线控制系统不仅充分考虑了合金钢的凝固特性,而且采用多模型控制器的水量优化控制策略,同时也融合了故障自动修复、报警和切换功能,减少了人工参与控制的环节,提高了设备和控制模型的智能化程度,达到真正意义的在线全自动控制。

2.1 基本架构

动态二冷配水在线控制系统根据铸坯冷却历程并且结合温度场计算动态调节二冷水量,尽可能使铸坯表面温度按照符合冶金规律的冷却曲线均匀冷却,以达到控制铸坯组织和内部质量的目的。

L2级动态配水在线控制系统主要由动态热跟踪模型、动态优化配水模型、工艺参数数据库和OPC 通信模块四部分组成,动态热跟踪模型是整个控制系统的基础,接收生产过程数据并计算动态优化配水所需的铸坯温度场热信息;动态优化配水模型是控制系统的核心,利用铸坯温度场热信息并根据不同钢种的生产工艺合理优化二冷区水量;控制系统通过OPC通信模块与基础自动化级控制系统进行数据交互。

2.2 L2系统特点

莱钢合金钢矩形坯连铸机二冷动态配水在线控制系统采用面向对象的程序设计语言VC++ 6.0编制而成,窗口式设计,用户界面友好、直观、简洁。该控制系统主要具有以下特点。

2.2.1 坯龄模型思想

铸坯温度场动态热跟踪模型采用“坯龄模型”来实现对铸坯从结晶器钢水弯月面到模型控制区终点进行全程的温度场实时跟踪[2]。如图1所示(图中,v为拉速方向),将铸坯从结晶器弯月面到模型控制区末端等分为若干个切片,每个切片都是独立的信息单元,这些信息包括切片的“寿命”、位置、中包温度、温度场以及凝固进程等。

对于每个切片,以铸坯宽度方向为x轴,厚度方向为y轴,铸坯运动方向为z轴,建立切片坐标系。考虑到铸坯几何与冷却条件的对称性,取断面1/4为研究对象。对于每个切片忽略沿拉坯方向上的传热,在限定的条件下,就可得到该切片的凝固传热微分方程:

undefined

式中,ρ为密度,kg/m3;c为比热容,J/(kg℃);T为温度,℃;t为时间,s;k为铸坯的导热系数,W/(m℃)。

方程的初始条件:

t=0时,结晶器中钢水温度等于浇铸温度,即:

T(x,y,0)=TC (2)

方程的边界条件:

(1)铸坯中心

铸坯的传热是关于中心轴对称的,其中心对称轴的传热边界可视为绝热边界,即

undefined

式中,D1,D2为铸坯边长,m。

(2)铸坯表面

undefined

式中,qw为表面热流,其表达式为

结晶器undefined

二冷区qw=h(Tb-TW) (6)

空冷区qw=εσb+273)4-(T0+273)4 (7)

上述式中,A,B为实验常数;Tb为铸坯表面温度,℃;h为铸坯与冷却水之间传热系数,W/(m2 ℃); TW为冷却水温度,℃;ε为铸坯表面黑度;σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数,W/(m2K4);T0为环境温度,℃。

式(1)和初始条件式(2),边界条件式(3)～(7)构成了切片的非稳态凝固传热的数学模型,模型采用有限差分法进行求解。

在实际生产过程中,由于实际拉速、中包钢水过热度、各冷却区的实际水量等因素的变化,使得切片在不同时刻具有不同的信息。通过动态跟踪每个切片在不同时刻下的“寿命”、位置等信息,确定出每个切片在不同时刻下的凝固传热微分方程边界条件,对每个切片的凝固传热微分方程进行周期性求解,就可以动态地描述每个切片在不同时刻、不同位置下的温度场。由于每个切片温度场的变化都可代表该切片所处位置铸坯温度场的变化,因而将所有切片串起来,就可以动态描述整个铸流的温度场分布。

2.2.2 多模型控制策略

动态二冷优化配水模型采用“多模型控制”的先进控制策略来实现不同生产条件下的水量优化。如图2所示,首先构造多个子模型来覆盖整个被控对象的动态特性,针对每个子模型设计相应的控制器,并根据各子模型输出误差和当前实际对象误差的某一性能指标来评价各个子模型与被控对象的匹配程度,然后选取最为匹配的子模型所对应的控制器作用于系统。

动态二冷配水控制系统的建立基于动态优化模型集算法。按照铸坯当前工况下凝固终点的位置构造局部模型集,采用多个固定模型构成的多模型自适应控制器来实现性能较好的自适应控制。优化配水模型由多个控制器联合控制,每个控制器均采用当前应用于生产的先进控制策略,比如基于中包连续测温的浇铸温度前馈配水策略[3]、基于拉速模型消除热滞后影响的控制策略、基于目标表面温度的数据库水表控制策略、基于模糊自适应PID算法的控制策略以及基于斜率法的自更正控制策略等,以达到最佳的水量优化效果。

为充分发挥各个控制器的优点,避免控制器切换时产生的轻微振荡,作以下约定。

(1)模型足够多以覆盖被控对象参数不确定区域,即每个固定模型所稳定工作区域的集合能够覆盖实际工况中可能的所有参数不确定区域。

(2)控制器的切换实行“软切换”,即采用多个局部模型控制器输出的加权和的形式来实现切换过程平滑过渡,避免切换阶跃或震荡。

(3)当被控对象处于固定模型集分界区域时,在误差允许的范围内,按加权值处理。

(4)在同一局部模型集中,对于模型误差均在误差允许范围内的,按加权值处理。

(5)当调节出现不满足设定的目标表面温度或设定的冷却回温范围等冶金准则时,屏蔽多模型控制的输出结果,采用有效拉速和基础水表的配水方式来设定水量。

(6)当系统出现阶跃或者震荡时,屏蔽多模型控制的输出结果,采用有效拉速和基础水表的配水方式来设定水量。

实际生产过程中,动态二冷配水控制模型周期性采集工艺参数,应用控制系统中的计算模块计算铸坯各段的凝固温度场和凝固进程,辨识当前工况下控制系统的模型集,依据控制准则和约定俗成的规则,动态选择控制器,以便达到最佳的控制效果。

2.2.3 联锁保护措施

在生产过程中,有时候难免出现人为失误(破坏)和不可预知因素(L2控制计算机死机或关闭)等意外事件的发生,导致L2控制系统瘫痪。为确保动态二冷配水在线控制系统的稳定性、自适应性,L2控制系统采取L1(基础自动化级)PLC水表控制和L2动态控制联锁保护措施,又融合L1,L2控制系统自由切换和应急切换系统,以满足复杂的现场需要和保证生产的顺行。

莱钢合金钢矩形坯铸机控制系统时刻检测L2控制系统的运行状态,当发现L2控制系统异常时,自动切换到L1进行控制,若L2控制系统故障修复后,又自动切换到L2控制系统。

连铸生产过程中,根据所浇铸的钢种或工艺不同,或者有时出现设备故障而不得已手动控制时,可能不需要L2控制,这就要求控制系统有单独控制功能,即要有L1,L2控制系统自由切换功能,以便操作人员自由选择。控制系统在综合各操作状况的基础上,设置了动态二冷配水的各流单独控制和总体控制、动态轻压下各流单独控制和总体控制、各流二冷回路水量单独控制以及各流每架拉矫机单独控制等功能,避免因部分设备出现故障而影响生产。

2.2.4 其他特点

为了防止仪表或者网络通信不正常和设备本身工作不正常等情况下产生的虚假数据影响模型的准确性,L2控制系统包含了“数据诊断与处理”功能模块,该模块能正确识别当前数据是否在正常的范围内,如果出现异常数据,模块根据数据的类型以及数据对模型准确性的影响程度进行相应处理。

L2控制系统还采用“数、表、线、形相结合”的形式来直观反映连铸过程中工艺参数和铸坯纵切面上的温度和凝固坯壳厚度分布。操作工或工艺人员可以在监控界面上清晰地看到各铸流的温度场和凝固进程、各冷却区出口表面温度和坯壳厚度、设定水量和实际水量的直方图以及铸坯的液芯长度等重要信息。控制系统也对生产中的过程数据进行全程记录,方便工艺人员对铸坯质量状况及影响因素作离线分析,同时提供控制系统的数据库管理工具等辅助管理工具,用户可以自由制定工艺接口,并增加新钢种和修订相应的二冷工艺等。

3 应用效果分析

莱钢合金钢矩形坯连铸机L2动态配水在线控制系统自2008年6月一次热试成功起一直投入使用,全程参与在线控制。为了验证控制系统的准确性和稳定性、工艺制定的合理性及合金钢冶金效果,北京科技大学、中冶连铸与莱钢集团自热试开始跟踪了1 000多炉合金钢(主要钢种包括45#,45B,S45C,40Cr以及20CrMnTiH)的铸坯质量及轧材质量状况,其中包含断面180 mm220 mm,断面 260 mm300 mm以及两者混断面浇铸的情况,热酸低倍、硫印、偏析分析及顶锻试验表明,铸坯质量较好,轧材满足质量要求。

3.1 红外测温验证

根据现场实际条件,在各流铸坯进拉矫机前安装经校验后的红外测温仪,测温仪的精度是0.5%,实际测温和模型计算的数据周期存储于历史数据库中,随机抽查一组连续生产2 h的数据进行比对,如图3所示。

在该段时间内,二冷动态配水控制系统能根据实际生产状况动态调整水量,保证进拉矫机时铸坯的表面温度均在预先设定的目标表面温度附近,避免了铸坯鼓肚和表面裂纹等缺陷的产生。监测温度的波动是受铸坯表面振痕和随机残留的氧化铁皮等因素的影响造成的,其中实际表面温

度应以峰值为准。从图3中可以看出,模型计算温度与实测峰值温度基本接近,其相对误差基本小于3.0%,满足工艺要求。

3.2 铸坯冶金效果

为了检验二冷动态配水技术的实际应用效果,针对不同浇铸钢种和浇铸断面对铸机进行大量的取样跟踪并检验铸坯质量,根据酸浸坯样可以看出,铸坯表面及内部质量良好,无表面裂纹、中间裂纹及中心裂纹等缺陷,铸坯内部致密度较好,等轴晶率最大达61.3%,轧材经顶锻检验也全部合格。

图4为实际生产过程中,在断面180 mm220 mm,浇铸钢种45#,拉速范围1.1～1.7 m/min,过热度30～35 ℃和二冷水动态控制等工况条件下,随机对铸坯取样的横剖和纵剖图(上排为横剖图,下排为纵剖图)。从坯样的酸洗情况来看,横剖和纵剖的铸坯都比较好,铸坯内部枝晶比较细密,致密度较好,基本无裂纹缺陷产生,但某些坯样仍存在内部疏松和中心线偏析等缺陷。从取样的炉次相对应的轧材(分别轧制Φ45 mm,Φ50 mm)来看,一次顶锻和一次低倍检验全部合格,产品质量完全符合要求,轧材低倍评级见表1。

为进一步提高铸坯质量,减轻铸坯内部疏松及中心线偏析等内部缺陷,在应用动态二冷配水的同时,采用动态轻压下,由动态二冷水控制模型准确给出铸坯凝固末端位置,具有动态辊缝调节功能的拉矫机按给定值对铸坯实施压下,以补偿钢水凝固造成的收缩,从而达到减轻中心宏观偏析、增加中心等轴晶率和提高内部致密度的效果。

4 结论

(1)莱钢合金钢矩形坯连铸机的L2级动态配水在线控制系统采用面向对象的程序设计语言VC++ 6.0编制而成,窗口式设计,用户界面友好,运行稳定,能够实时准确地在线计算铸坯凝固过程温度场,有效地动态优化配水。

(2)在线控制系统充分考虑了合金钢的凝固特性,采用了完善、先进的控制策略,减少了人工参与控制的环节,提高设备的智能化程度,同时也提供了用户自由制定工艺接口,支持用户增加新钢种和修订相应的二冷工艺等功能。

(3)质量跟踪及冶金效果分析表明,在线控制系统在莱钢合金钢连铸质量保证方面起到了重要作用,有效地避免了表面裂纹、中间裂纹及中心裂纹等缺陷的产生,在一定程度上提高了中心致密度,增大了中心等轴晶区。为进一步提高铸坯质量,减轻铸坯内部疏松及中心线偏析等内部缺陷,在应用动态二冷配水控制系统的同时,应采用与之相配套的动态轻压下技术。

参考文献

[1]Herbert L Gilles.The making,shaping and treating ofsteel,11thedition casting volume[M].[S.l.]:The AISESteel Foundation,2003.

[2]王国新,韩占光,钱宏智,等.国产大方坯动态轻压下铸机二级控制模型特点与应用[C]//2007中国钢铁年会论文集4.北京:冶金工业出版社,2007:87-88.

合金钢连铸机论文 第6篇

薄板坯连铸连轧是20世纪世界钢铁工业具有革命性意义的新技术,目前已被广泛推广应用。其中中国拥有13条, 年生产能力3187.5万吨,中国已成为全球拥有薄板坯连铸连轧生产线最多、产能最大的国家[1]。而微合金化理论被誉为20世纪物理冶金学领域所取得的最重要进展[2]。钢中最常用的微合金元素是铌、钒、钛,其主要作用是细晶强化和沉淀强化。目前市场上TiFe的价格相对低廉,只有VFe和NbFe的1/10左右,并且我国的TiFe储量大。因此研究薄板坯连铸连轧流程钛微合金钢的物理冶金特征具有重要的理论和实际意义[3]。薄板坯连铸连轧流程存在许多有别于传统流程的特征,例如:薄板坯的凝固和冷却速度比传统厚板坯的快十倍以上、均热温度较低(比厚板坯加热温度低约100℃)、铸态组织直轧、总压缩比小、钢带头尾温差小等。这些特征对含钛析出物的析出行为及钛微合金钢的组织和性能产生较大影响。

本文对薄板坯连铸连轧流程含钛析出物的形貌和析出特征进行研究,探讨析出物的形成机理及其对钢板组织和性能的影响。

2 实验材料和方法

实验钢为珠钢生产的钛微合金化高强耐候钢ZJ700W,其主要化学成分(质量分数,%)为:C 0.057,Si 0.36,Mn 1.02,S 0.003,P 0.011,(Cu+Ni+Cr)0.90,Ti 0.106,Al 0.04。厚度4.0mm钢板力学性能为:Rel730MPa,Rm810MPa,A5019%。实验钢的主要生产工艺流程如下:原料电炉冶炼钢包精炼薄板坯连铸均热热连轧层流冷却卷取。

在热轧板卷上取样,将热轧带钢的横断面磨平、抛光、4%硝酸酒精浸蚀后在JSM-7001F场发射扫描电镜下观察钢的组织和析出物。用线切割的方法在带钢上切取厚度为0.2mm的薄片,进行机械研磨至厚度约60μm,冲压成ϕ3mm的圆片,然后离子减薄制备成薄膜试样在JEM-2100透射电镜下观察钢中细小的析出物。

3 析出特征

3.1 TiN析出物

热力学计算表明,TiN在连轧前的铸坯中应该已经完成其析出过程。采用场发射扫描电镜,并没有观察到大量的TiN析出物,图1中的TiN是以夹杂物形式存在的,尺寸超过1μm。图2是钢中TiN粒子和其能谱分析结果,其尺寸也有数百纳米。从尺寸、数量看,显然难以起到细化轧前奥氏体晶粒的作用。但也存在两种可能,即许多粒子在制样过程中被磨掉,或者许多细小的粒子没有被发现。

3.2 TiC析出物

(1) 尺寸为100nm左右的析出物颗粒。

在高强耐候钢ZJ700W中发现100nm左右的球形和近似球形颗粒见图3。图3中右上角的粒子能谱分析表明是TiCN,从形貌上看似是TiN和TiC共存。可以发现,TiN粒子是方形的,而TiC析出物是球形或近似球形的。

(2) 高分辨电镜观察到的纳米尺寸析出物。图

4是高分辨电镜下同一视场放大不同倍数的纳米尺寸析出物的形貌照片,粒子的尺寸很小,都在10nm以下,从尺寸和体积分数看应能起到很强的沉淀强化作用。粒子的尺寸也不是完全均匀的,可以分为两种,较小的在3nm以下。图4中看似析出物有列状析出的特点,但并不明显。从所有的分析来看,纳米尺寸析出物均匀弥散地分布在铁素体基体上。

透射电镜下的晶界形貌见图5,晶界十分干净,没有珠光体或渗碳体。

图6给出了实验钢的微观组织形貌,可以看到:实验钢的晶粒尺寸细小,晶粒内的位错密度较高,形成位错网络,并有位错缠结现象。在图7中可以看出,大量纳米尺寸析出物分布在位错线上,有的位错已形成位错环。沉淀强化是由于钢中体缺陷和位错的相互作用。实验钢中存在大量纳米尺寸析出物,并且具有较高的位错密度,析出物粒子钉扎位错,阻碍位错移动,因此能够产生可观的沉淀强化效果。

4 分析与讨论

4.1 钛的化合物的析出过程

由于元素Ti的性质活泼,在薄板坯连铸连轧生产的整个过程都有可能从实验钢中析出,根据析出物形成的化学自由能不同,从高温到低温的析出顺序依次为:Ti2O3TiNTi4C2S2TiC。钢液中形成的Ti2O3尺寸较大,对组织和性能没有明显的影响,反而减弱了钛在钢中的有利作用,因此只有在精炼过程中钢液用铝充分脱氧后才能加入钛铁。钢液凝固后,将发生固态相变δγα,TiN和TiC 将从固溶体中析出。

同TiC相比,TiN析出发生在较高温度下,因为钛同氮的结合力更强。奥氏体中TiN和TiC的固溶度积可以表示为[4,5]

log[%Ti][%N]γ=-15490/T+5.19 (1)

log[%Ti][%C]γ=-7000/T+2.75 (2)

根据等式(1)绘出奥氏体中TiN的固溶度曲线,见图8。在1373K的均热温度下TiN的固溶度积很小,[%Ti][%N]=8.110-7,因此热轧前TiN粒子几乎已从钢中全部析出。统计表明电炉钢的含氮量约为0.007%,TiN的理想化学配比为3.42, 如果钢中所有的氮都形成TiN,连轧前约有0.024%的钛被消耗掉了。TiN易于长大, 成为尺寸约几百纳米的粒子,这是因为高温下钛的扩散速度较快所致。实验钢中的钛含量高于0.10%,剩余的钛将会随着温度的降低继续析出。由于实验钢中的硫含量很低,Ti4C2S2在钢中的析出可以被忽略,因此以下只考虑TiC的析出过程。

TiC在实验钢中的析出可以在热轧、层流冷却和卷取等几个不同的阶段发生,但从析出动力学考虑,在快速的热轧和冷却过程中TiC缺乏充足的时间完成析出,因此析出过程主要发生在卷取过程中。采用合理的成分设计和控轧控冷技术,降低了γα相变温度Ar3,增加TiC析出的化学驱动力,而较低的相变温度使粒子长大困难,TiC析出物的特点是体积分数高而粒子尺寸细小。

4.2 钛的化合物的作用

实验钢中的位错密度较高,位错除了同钢中缺陷相互作用提高强度外,本身密度的增加也会提高强度。由于生产过程中高强钢的成分变化不大,且终轧温度、卷取温度都较高,因此位错强化的差值不大。许多纳米析出物在位错线上分布,由于TiC形核需要相当大的弹性基体应变能,基本可以排除均匀形核的可能性,TiC应该在位错线上非均匀形核。

高强钢ZJ700W中有多种尺寸和种类的析出物,但从粒子的尺寸、体积分数考虑, 只有纳米尺寸的TiC析出物才能起到沉淀强化作用。

从析出动力学考虑,由于钛原子的扩散激活能比碳原子的高,因此TiC析出过程受钛长程扩散的控制,需要充分的时间才能充分析出。如果冷却速率较快,将抑制TiC的析出过程;同时,钛的固溶量也将提高,对析出过程不利,导致析出量减少。如果卷取温度较高,又会发生TiC析出物长大的现象。因此卷取温度的合理选择与控制十分重要。

5 结论

(1)在高强钢ZJ700W中观察到数百纳米的TiN粒子,没有发现更小的TiN析出物;纳米尺寸的TiC析出物在铁素体基体上分布;没有发现纳米尺寸TiC粒子相间析出的特征。

(2)在热轧前的均热过程中TiN粒子几乎完成了析出过程,尺寸为数百纳米。通过合理的成分设计和控轧控冷工艺,控制TiC的析出过程,得到质量分数高而尺寸细小的析出物,可产生显著的沉淀强化作用。

参考文献

[1]殷瑞钰,苏天森.中国薄板坯连铸连轧的发展特点和方向.钢铁,2007,42(1):1-7.

[2]雍岐龙,马鸣图,吴宝榕.微合金钢—物理和力学冶金.北京,机械工业出版社,1989,30.

合金钢连铸机论文 第7篇

1 上引连铸生产铜镁合金生产线

在上引炉中, 铜液的熔炼和铸杆, 都是在隔绝空气的条件下完成的, 因而得到的杆坯属于无氧杆 (含氧量小于0.0010%) 。无氧铜杆坯品质纯净, 具有高导电、高塑性的优点。由此种杆坯制造成的接触线耐反复弯曲性能好, 不会发生脆性断裂, 适合各种铜及铜合金接触线坯杆的冶炼、铸造, 国内多家高铁接触线生产厂家均采用上引连铸机生产铜镁合金杆。铸杆品质的优劣直接决定成品接触线的优劣, 因此, 接触线的杆坯的制造工艺对接触线的性能、品质有决定性的作用。目前, 我国采用上引连铸生产铜镁合金接触线制造工艺有三种 (见图1) , 目前, 上引法和上引连挤法[2]在国内大多数厂家已基本成熟, 同时普遍采用的亦是这两种方法, 上引铸造后热处理尚处在试验阶段。

2 上引生产铜镁合金生产关键工艺控制

镁对铜镁合金力学性能的影响主要是延长持久断裂时间及提高持久塑性[3], 但在强化过程中, 存在一个最佳镁含量区域, 低于或高于此区域都得不到最佳的强化效果, 所以此种镁合金的熔炼、加工和成型要求高装备技术水平, 在生产合金时要优化镁的含量[4]。这关系到一方面铜镁合金的固溶强化;另一方面也关系到后期的冷作硬化, 镁含量过高将降低铸造杆坯的质量, 如铸杆镁偏析严重易产生裂纹等, 镁含量过低, 铸造杆坯的强度将达不到要求, 造成铸杆的报废, 研究及生产实践发现镁含量约为0.6%最为理想。

在上引连铸生产铜镁合金杆坯过程中, 突出的技术难题主要是镁含量控制、裂纹及其他铸造缺陷的控制。

2.1 镁含量波动控制

目前上引铸造生产铜镁合金杆坯生产线普遍采用熔化炉和保温炉连体式结构的连铸机, 此种设备炉子液位相对稳定, 铜液保护好、操作简单, 但保温炉的温度受加料影响大, 精炼作用差, 原料品质波动对产品质量影响明显、生产合金时成分波动大, 同时, 工人操作不当时, 极易造成镁的烧损及波动 (见图2) 。

上引连铸生产铜镁合金杆的过程中保温炉和熔化炉的炉口经常产生小块状的炉渣, 在长时间生产过程中, 发现随着加料阴极铜板的加入, 熔化炉炉口的炉渣结块特别严重, 经常性的导致加料系统的难以工作, 而不得已采取人工手动加料, 这样进一步造成了加料过程中, 加料过程的时间太长, 熔液接触空气的时间长, 熔液吸氧的几率增大, 造成了镁的烧损及镁含量的波动。在镁含量烧损的同时结块更加严重, 最终由于铜板难以加入造成保温炉液面下降过快, 致使浮块失效机架保护程序运行机架自动抬起导致停炉, 严重影响上引连铸的正常生产。

通过对炉渣的化学分析, 我们发现炉渣的主要成分中镁含量偏高, 同时观察工人加镁过程发现, 在加镁过程中镁的烧损比较严重, 在炉口表面经常可以看到白色光亮的镁燃烧;石墨覆盖层厚度不适中, 以及石墨覆盖层的组成及质量不合理也进一步加剧了炉渣的结块。基于炉渣结块的情况, 我们采取: (1) 加铜板后及时小清渣; (2) 规定时间内及时对熔化炉大清渣, 对保温炉更换石墨粉; (3) 熔化炉石墨覆盖层采取石墨鳞片与石墨粉按一定配比添加, 厚度保持60mm~80mm; (4) 适时调整加镁配比补偿镁的烧损。采取以上工艺后, 上引连铸合金杆的镁含量相对波动较小, 基本控制了镁含量的波动 (见图3) 。

2.2 合金杆断杆分析及对策

上引连铸生产铜镁合金铸杆过程中会出现某个结晶器引出的铸杆突然断裂, 一方面该结晶器引杆的中断造成生产效率的降低, 同时对控制镁含量的稳定带来影响;另一方面所断铸杆由于达不到生产一个锚段接触线生产的量, 这将造成所断铸杆的报废, 同时, 其中一个结晶器铸杆的断裂将造成同时引杆的其他杆子质量的存在潜在隐患, 这将增加对铸杆的多道检测程序, 降低了生产效率, 增加了生产成本。所以, 避免连铸杆的断裂是工艺控制的关键。

对铸杆断裂处的分析发现, 杂质和夹杂是造成铸杆断裂的主要原因。比如: (1) 原料本身杂质元素含量比较高; (2) 上引连铸生产过程中结晶器的位置偏高, 熔池表层的杂质被吸入结晶器, 主要是保温炉内的熔渣 (见图4) ; (3) 特别是熔液取样时, 操作不当将杂质搅入铜液造成铸杆断裂。

针对铸杆断裂的主要原因, 采取: (1) 阴极铜板质量的控制及表面杂质的清除; (2) 合理确定结晶器的位置, 保持浮块的正常; (3) 完善取样操作规程, 避免操作不当引起杂质的搅入。改善工艺后连续生产100t铸杆无断杆现象发生, 取得了很好的经济效益。

2.3 合金杆裂纹分析及对策

裂纹是上引连铸生产铜镁合金最易产生的铸造缺陷, 金属中的裂纹多半是由变形的不均匀和变形受到阻碍, 产生了很大的应力集中, 当应力集中达到了理论强度将萌生裂纹, 同时, 固态合金冷却效果不均匀, 极易造成热应力集中, 达到一定程度导致裂纹的出现。铜镁合金铸杆裂纹的产生的因素更多, 比如: (1) 杂质元素偏高或者铸造过程中吸氧严重氧含量偏高, 结晶组织中出现低熔点物[5]; (2) 结晶器冷却效果差造成温度波动大, 上引速度过慢及节距偏长等不合理工艺; (3) 结晶器内石墨导管使用时间过长及质量差, 造成表面不光滑 (见图5) 。

裂纹的产生将造成整盘铸杆的报废, 通过观察图5中产生裂纹杆的石墨导管, 我们发现因石墨导管使用时间过长及致密度较差造成了石墨导管的局部损伤, 进而造成在上引连铸过程中金属流动受阻应力集中, 及散热效果变差温度波动较大热应力集中造成裂纹的萌生。基于此采取严格把关石墨导管的质量及安装操作规范, 工艺改善后, 多次上引连铸引杆生产无裂纹杆出现, 取得很好的效果。

3 结语

表面裂纹、空心、疏松、夹杂以及表面擦伤、划伤等是上引铸坯的主要缺陷, 这些缺陷可以造成加工制品接触线的断裂、起刺或者电导率、抗拉强度、伸长率等物理或力学性能差等, 极大的危害高铁机车的行车安全, 应严格控制上引速度、上引节距、铜水温度、冷却强度、加料控制等工艺参数, 同时, 应采取有效的工艺措施保证镁含量的稳定, 为加工制成品高铁接触线的性能稳定提供有力的保障。

参考文献

[1]铜包钢电车线资料[R].日本藤仓株式会社, 2001.

[2]卢利平, 运新兵, 杨俊英, 等.铜镁合金线材连续挤压扩展变形行为研究[J], 热加工工艺, 2010, 39 (15) :92～95.

[3]有色金属及其热处理编写组.有色金属及其热处理[M].北京:国防工业出版社, 1981:269～277.

[4]吴成三.铜镁合金的高强接触线[J].铁道工程学报, 1996: (4) :102.

合金钢连铸机论文 第8篇

结构材料中, 质量最轻的材料是镁合金, 它的运用已经扩展到了航空领域, 还有电子通讯、交通运输等领域。只有不断锻造以及轧制镁合金, 使其发生变形, 才能拥有更好的力学性能。

1 AZ31 镁合金轧制板材及特点

1.1 影响镁合金发展和应用的板材特点

镁合金板材轧制成形, 主要存在以下几个特征:

其一, 镁合金在室内常温下, 其变形性能会大大降低, 在轧制中不会轻易导致断裂和变形现象的发生;

其二, 镁合金的板材的轧制大都是传统的对称轧制, 轧制之后, 板材存在着向异性, 非常不利于后期的加工;

其三, 镁合金轧制道次比铝要小很多, 上产效率并不高[1]。

由于这些特点, 很多专家学者对如何让改善镁合金的轧制工艺和技术进行了大量的研究, 对当前的镁合金轧制工艺的性能和基本原理等金乡了总结, 对今后的镁合金板材的轧制做出了铺垫。

1.2 AZ31 镁合金轧制的工艺

在镁合金的铸造过程中, 形成氧化、粗大晶粒、溶剂夹渣等, 镁合金中类似柱状晶体和金属化合物的存在, 会严重影响其铸锭的质量, 从而影响了镁合金板材轧制的质量和应用。由此看来, 对镁合金板胚的制备工艺以及均匀化退火对板胚轧制性能的研究, 是非常有必要的。经过半铸的方法来获得AZ31 镁合金的板胚, 来分析板胚的化学成分和组织, 从而研究板胚均匀化热处理, 谈论AZ31 镁合金板胚的质量问题, 为今后完善镁合金板材轧制工艺提供可参考数据[2]。

2 镁合金轧制的工艺参数

2.1 镁合金AZ31 轧制中受到的温度影响

以AZ31 镁合金为主要研究对象, 沿板材横截面取小样, 研究板胚组织的形状样貌, 通过显微镜观察, 可以发现镁合金板胚边缘的基础组织是细小的晶体, 有别于板胚内部中心的粗大晶体。造成这种情况的原因, 是由于板材的冷却速度不同。

在实际的生产当中, 轧辊必须先预热, 如果不预热, 在轧制过程当中, 板材很容易发生边裂, 形成各种裂纹。另一方面, 轧辊温度过低, 就会使板材合金的使用性能大大降低。因此在进行轧制作业之前, 要对轧辊预热, 预热温度通常要达到160摄氏度左右。并且在轧制环节中, 要使轧辊温度保持在200 摄氏度至250 摄氏度之间即可。

2.2 轧制中重要的参数

镁合金板材轧制变形的量和轧制过程的速度, 是控制轧制效率的重要参数。如果镁合金板材有过大的变形量, 那么就会使板材边缘发生裂开变。了有效控制这一变量, 需要对板材实施躲到轧制程序。采用冷轧制, 那么AZ31 镁合金变形量最大能够达到20%。但是通常会使用道次压下量以及退火工艺来进行操作, 使变形量能够小于25%。

根据相关研究资料表明, 当板材在温度很高的条件下进行打压下量的轧制, 那么变压制成为让AZ31 镁合金具有细小晶体的制备工艺。镁合金应变速率与塑性之间的关系非常密切, 在数理中成反比关系。也就是当应变速率增长, 那么塑性就会降低。所以, 在板材轧制的过程中, 要对轧制速度进行控制, 并且对镁合金板材控制的速度要低于其他材质。换而言之, 控制这一参数, 不仅是为了板材轧制的性能不受到热效应的控制和影响, 同时也是为了提高轧制板材的质量。所以, 轧制速度控制在0.5m/s为宜, 速度可随轧制程序加快, 但不能超过2.5m/s。

近年来, 镁合金板材轧制使用的大都是温轧板或者热轧板。即便如此, 在轧制的过程中仍然存在许多需要完善的地方。比如, 温度太高容易影响板材形状, 并且致使板材表面粗糙;在中高温的情况下, 镁合金的性能会降低, 这中情况下, 轧制厚度低于1mm的话, 那么薄板就容易形成皱纹或波纹, 还可能发生撕裂。因此, 采用冷轧制工艺能够有效地弥补以上问题, 从而使镁合金板材性能得到提升, 把握板材尺寸精准度。

3 镁合金AZ31 轧制的方式

3.1 轧制的特殊工艺

为了控制轧制压力在合理的范围内, 并且使板带加工效率得到进一步提升, 形成了一种新型的轧制工艺, 也就是异步轧制。这一工艺产生的时间比较长, 在上世纪初期, 德国就开研究并应用。而目前, 这一工艺也被广泛地应用在精密带材轧制和薄带平整等多种均整矫直工艺当中。

通过有效地应用异步轧制工艺来轧制镁合金板材, 可以让内部晶体组织更细化, 提升力学性能。研究表明, 当轧制条件相同, 使用常规的轧制, 板材内存在很大的晶体;使用异步轧制, 会让板材内的晶体会变的细小和均匀。这说明异步轧制有利于让板材内的晶体再结晶, 让镁合金材料内的晶体细化和等轴化。这中差异的形成, 是因为常会轧制和异步轧制过程中, 应力变化和金属流动的特点所决定的。

3.2 提升AZ31 镁合金轧制效率的措施

镁合金作为最轻的一种金属, 不仅具有较高的强度, 而且刚性足。所以在轧制中, 影响轧制效率的因素主要有温度、速度以及热处理等。所以在轧制中要对这些因素进行控制, 然后进行多道次压下量小的轧制处理。一般通过两种途径来改善轧制成形。一是调整轧制工艺和方式, 二是控制轧制温度。

在进行AZ31B镁合金的研究时, 将开轧温度控制在450℃至460℃之间, 将终轧温度控制在260℃至300℃之间, 能够使板材性能得到理想的控制。另外, 需要注意的是在相同变量下, 轧制温度越高, 就会降低板材硬度, 所以将温度控制在330℃, 得到的板材综合性能最佳。

4 结束语

镁合金的轧制方式以及工艺参数对于镁合金板材的性能与组织构造有着非常密切的关联, 所以在轧制中, 要对工艺参数进行深入分析, 并选择适合的温度实施轧制, 从而控制板材的成型以及提高板材的性能。

参考文献

[1]张青来, 郭海玲, Bondarev A B, Bondarev B I, 韩伟东, 周娅莉, 孙毓蔚.AZ31B变形镁合金板坯的组织与性能研究[J].金属热处理, 2011, 8 (07) :24-28.