孙福来 邓志勇 （天津钢铁集团有限公司炼钢厂，天津 300301)

天钢大圆坯连铸机热坯压力的调试

孙福来 邓志勇 （天津钢铁集团有限公司炼钢厂，天津 300301)

在大圆坯浇铸作业中，拉矫机的热坯压力是一个重要参数。热坯压力过大会使铸坯产生椭圆变形，严重影响铸坯表面质量;热坯压力过小，难以达到铸机拉矫辊克服的拉出铸坯的阻力，致使可能出现铸坯在生产过程中的下滑。针对天津钢铁集团有限公司大圆坯项目3#连铸热试过程中存在的溜坯现象，根据工艺及设备参数加以分析，依据理论计算和生产经验，进行热坯压力调整和数据优化，避免了溜坯现象的出现，保证了生产顺行。

圆坯 连铸机 拉矫机 阻力 压力 调试

1 前言

天津钢铁集团有限公司大圆坯项目于2009年12月进行大圆坯热试。此连铸机引进于瑞士Concast公司，在铸机热试过程中，我们采用由外方提供的数据进行热试。由于铸机本身拉矫机热坯压力设置的不合适，导致拉矫辊对铸坯的夹持力不够，使摩擦力不足以抵消铸坯自身自重引起的下滑力，产生溜坯现象，在浇注过程中，2流铸坯在溜出前的表面温度有变化，有明显溜坯现象。另外，MOP控制盘显示的拉速没有变化，通过实际观察，2流铸坯发红，经测量，同一位置实际温度高于其它铸流，速度快于其它铸流，有明显的溜坯现象。通过手动对现场其它铸流铸坯的拉速进行测量，实际拉速均大于设定拉速，均有不同程度的溜坯现象。在以后的热试过程中，我们通过分析铸机性能和影响溜坯的因素，得知铸坯的热坯压力值是关键因素。通过加大铸坯的热坯压力设定值可以解决铸坯下溜现象，但是，如果值设定过大，也会使铸坯椭圆变形，外形质量受到影响。我们通过理论计算，结合自身设备状态，依据得出的实验数据进行热试生产，产生良好效果，使大圆坯生产得以顺行。

2 连铸机主要参数

2.1 基本参数

大圆坯连铸机主要参数如下：

铸机机型：弧形连铸机;

铸机流数：6流;

铸机半径：10.25 m;

结晶器长度：800 mm;

浇注断面及目标拉速：ø270 m为1 m/min，ø310 mm 为 0.75 m/min;

浇注模式：保护浇注;

矫直方式：Concast连续矫直。

2.2 拉矫机单元

该铸机由5组拉矫机模块组成，此部分主要起到矫直铸坯的作用，并且用来插入或者引出引锭杆、铸坯。拉矫机模块的上辊由摇杆臂控制，可以升降，并且装有发动机和抱闸。在上引锭的过程中，可以使引锭杆保持一定位置。在不同模块间有支承辊，在插入或引出引锭杆，以及浇铸过程中起到支撑引锭杆和铸坯的作用。在脱引锭杆过程中最后一组拉矫机可以把持住铸坯，使引锭头和铸坯分离。在最后模块的辊子上（靠近切割机的一侧)装有编码器，可以用来进行铸坯长度和拉坯速度的测量。如图1所示。

图1 拉矫机组

在浇铸过程中，由于铸坯自身的重力作用，除抵消铸坯在结晶器的阻力、二冷段的阻力、矫直段的阻力等之外，还会产生一个向下分量的力，使之下滑。我们通过在拉矫模块设置热坯压力，来实现在不影响铸坯外型尺寸的同时保证铸坯匀速出坯。

3 产生溜坯的原因分析

通过分析我们得知，下滑过程中摩擦力小于铸坯自身重力产生的下滑力是铸坯下溜的直接原因。而热坯压力的大小是决定拉矫模块摩擦力大小的因素，也是保持铸坯不溜坯的决定因素。此外，设备存在的精度问题也影响着热坯压力的设定。

3.1 设备精度的影响

在热试过程中，我们发现拉矫辊自由辊转动异常，在3#、4#、5#拉矫机之间的自由辊不转，这样会改变拉矫辊和自由辊的受力，对计算热坯压力产生影响。如图2所示。

图 2 3#、4#、5#拉矫辊受力示意图

根据图2，我们进行公式分析，当自由辊不转时，即F3=0，此时P1、P2变化。因此设备精度不够会对热坯压力的调节产生影响。

3.2 热坯压力的理论计算

引锭杆引导铸坯运行，铸坯脱引锭后，在一定的速度下向下运行。在重力作用下，有一个很小的加速度，使铸坯不断加速，造成实际速度大于设定速度。同时，由于拉矫控制单元不是闭环控制，拉矫机转速按设定拉速运行，造成二冷水量按设定拉速调整，铸坯表面温度上升，拉矫力实际成为一种阻力。当停浇时，热坯压力不足以停止铸坯的向下运动，造成铸坯溜出结晶器。

热坯压力的确定，就是在确定铸机拉矫机拉出铸坯所要克服的拉坯阻力，拉坯阻力包括结晶器内阻力、二冷段阻力、矫直区阻力、铸坯自重产生的下滑力（利于铸坯拉出)等。最后利用MARC建立二维切片传热模型，以得到铸坯压下过程中的应力分布，联系拉坯阻力，进而计算出铸坯的热坯压力[1]。

3.2.1 结晶器拉坯阻力的确定

结晶器中的阻力主要由于薄的坯壳在钢水静压力作用下，紧贴在铜板上，当其运动时产生了滑动摩擦力。

计算公式为：P1=1/2h2ρμS

式中:P1——结晶器拉坯压力;

h——结晶器内钢水深度;

ρ——钢水密度;

μ——滑动摩擦系数，取值为0.3～0. 5;

S——结晶器的有效使用面积。

3.2.2 二次冷却区拉坯阻力的确定

二次冷却区拉坯阻力包括坯壳与二次冷却区支撑辊间的摩擦力，以及铸坯“鼓肚”或冷却均匀所引起的铸坯变形等阻力，这些阻力相对较小。可由下面公式近似求得：

P2=（80～160)×H×B（H、B 分别为铸坯的横截面长、宽尺寸)

3.2.3 矫直区拉坯阻力的确定

在矫直区，由于拉矫机液压缸的压力作用，使铸坯产生一定量的压下量变形。轧制过程与这一过程相似，我们利用这一轧制力的计算方法得出矫直区的拉坯阻力的关系[3]，进而可以用这一拉坯阻力来确定热坯压力。

图3 铸坯与拉矫辊的接触状态

3.2.4 铸坯自重产生的下滑力

弧形连铸机铸坯自重有利于铸坯拉出（立式连铸机由于铸坯自重，拉矫机不是拉出的力，而是相反的力)。其公式可表示为：

式中：P3——自重下滑力;

ρ——钢水密度;

S——圆坯的横截面面积;

R——铸机的基本圆弧半径;

g——重力加速度，取9.8m/s2。

3.2.5 其它拉坯阻力

这一部分阻力包括切割阻力和辊道阻力，计算时取各种阻力的10%[2]。

3.3 计算结果分析

热试钢种为20#钢，其材料特性为温度的函数。查相关资料知道，该钢种在950℃（拉矫辊出坯时温度)时的屈服极限为45 MPa[4]。压下位置产生屈服形变，如图3所示，垂直于拉坯方向的分量即为压下过程中液压缸产生的力。计算时假设拉矫辊上的辊子的压下量，进而可以计算出相应的摩擦力，此摩擦力与矫直区拉坯阻力平衡。假设压下量后的计算推荐值为3.72 MPa、3.91 MPa、4.65 MPa、4.79 MPa、4.65 MPa。考虑到其它因素的影响，如设备精度，我们采用了第一次实验数值，情况良好。

之后我们对热坯压力值再次优化。在目标矫直过程中，为保证铸坯不发生形变，第一组拉矫最终确定为3.5 MPa。由于采用渐进多点矫直（弧形半径10.25 m)，对切点位置前面的压下压力适当降低，后部压下压力适当上调，最终确定了第二次实验数据。

4 热坯压力的调节

综上所述，影响铸坯热坯压力的因素是多方面的，这其中包括自结晶器至切割单元的摩擦力、设备精度等。

根据理论计算，结合生产经验，技术人员对热坯压力作出优化，见表2。

表2 热坯压力优化试验结果 /MPa

在使用原始值发现有溜坯现象后，我们通过计算和生产经验使用了第一次试验数据。未产生溜坯现象。

由于热试过程中浇铸温度高于目标温度，拉速低于目标拉速。提高拉速后，二次冷却区域温度升高，影响铸坯与辊子间的摩擦。为保证在目标拉速情况下也不会发生溜坯现象，对热坯压力做适当调整。在使用第二次实验数据（在保证浇铸温度情况下，使用目标拉速进行浇铸)后，进行椭圆度测量。图4为第二次试验的检验低倍。经过测量，内外弧直径为308 mm，侧弧直径为309 mm，45°直径为309 mm，铸坯表面质量优，椭圆度要求为0.16%，满足要求。

图4 调整热坯压力后的铸坯低倍

5 结论

5.1 通过分析计算拉坯过程中的各种阻力，建立热坯压力与大圆坯变形的函数关系，联系到影响热坯压力的其它因素调节热坯压力值，所计算的热坯压力值与实际调试过程中的值相符，具有指导意义。

5.2 在热试生产过程中，我们不拘泥于理论，根据实际生产情况，对第一组热坯压力实验数据进行优化采取的第二组热坯压力值，产生了良好的生产和工艺效果。

5.3 经过热坯压力的调试，确保了生产中不出现铸坯溜坯现象，使得生产顺行，并且保证了铸坯不会产生变形，满足外形质量要求。此次热试为新铸机热坯压力的调试工作奠定了基础，提供了宝贵经验。

[1]荆德军.连铸结晶器内钢水凝固过程热和应力状态数值模拟研究[D].北京：北京科技大学，2001．

[2]蔡开科.连续铸钢500问[M].北京：冶金工业出版社，1994．

[3]吕立华.轧制理论基础[M].重庆：重庆大学出版社，1991．

[4]崔立新.板坯连铸动态轻压下工艺的三维热—力学模拟型研究[D].北京：北京科技大学，2006.

Hot Bloom Pressure Setting of TISCO Bloom Caster

Sun Fulai,Deng Zhiyong

The hot bloom pressure at withdrawal and straightening unit is an important parameter during bloom casting operation.Excessive pressure can cause oval deformation in bloom,which seriously affects bloom surface quality;insufficient pressure may result in bloom downward slippage during production due to the lack of resistance at withdrawal roll for pulling the bloom out.In order to solve the bloom slippage problem at hot commissioning of Bloom Caster 3,Tianjin Iron and Steel Group Company Limited,the authors made analysis on basis of process and equipment parameters,and adjusted hot bloom pressure and optimized data following theoretical calculation and production practice.The bloom slippage was eliminated and smooth production ensured.

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（收稿 2011－07－13 责编 赵实鸣

孙福来，2008年7月毕业于辽宁科技大学，现在天津钢铁集团有限公司炼钢厂电炉生产技术科，主要负责电炉生产铸坯的质量工作。