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连铸坯的质量包括铸坯洁净度、铸坯表面缺陷、铸坯内部缺陷等,连铸坯质量控制的方向是,铸坯洁净度决定于钢水进入结晶器之前的各工序,铸坯表面质量决定于钢水在结晶器的凝固过程,铸坯内部质量决定于钢水在二冷区的凝固过程。提高连铸坯质量已经成为钢铁冶金企业关注的焦点之一。
本文首先通过工业试验和取样分析,系统研究了本钢精炼一连铸过程中钢水和铸坯中夹杂物、气体含量的变化规律,并抽样调查了连铸工艺参数和设备参数对铸坯内部质量影响规律,进而提出相应的解决措施和研究方向;通过建立基于BP神经网络的连铸板坯内部质量预报模型,实现了对连铸坯质量准确、实时预报分析;结合本钢铸坯洁净度调查结果,重点进行了连铸中间包控流装置优化,以实现改善中间包内流场的目标。最后结合工业实践,系统研究了湍流控制器和弥散透气砖吹氩对钢中夹杂物的去除效果。论文的主要研究结论如下:
1.在本次工业试验条件下,开浇第1块坯中夹杂物指数为31.7 mg·10kg<-1>,正常坯中夹杂物指数为5.4 mg·10kg<-1>,交接坯中夹杂物指数为62.3 mg·10kg<-1>。连铸开浇时,中间包内钢水T.O最高,换包时次之,正常浇注时最好。主要原因是开浇时钢液面低,大包钢液的注流冲击导致卷吸空气,换包过程中,钢液面下降,导致空气和中间包覆盖剂卷入钢液。
2.在本次工业试验中,连铸板坯中夹杂物主要有Al<,2>O<,3>系群络状夹杂物、Al<,2>O<,3>系块状夹杂物、CaO-Al<,2>O<,3>-SiO<,2>系夹杂物、MnS或FeS类夹杂物4种类型,其中群络状Al<,2>O<,3>夹杂物含量较多,尺寸一般在20~50μm,块状Al<,2>O<,3>夹杂的尺寸大多在30~50gm,少数在80μm以上。提高本钢开浇坯和交接坯洁净度的措施,主要是在提高保护浇注工艺、钢包下渣自动控制、优化中间保控流装置以及防止卷渣等方面开展深入研究。
3.连铸工艺参数,如C、S含量,Mn/S比,二次冷却强度,中间包钢水过热度以及拉坯速度,均对铸坯内部质量有明显影响。连铸设备参数,如辊间距、辊子对中误差等,对铸坯中心裂纹、中心偏析影响比较明显,设备条件恶化,中心偏析等级有增加的趋势。因此定期检修设备,降低设备误差率是提高本钢铸坯内部质量的重要措施之一。
4.板坯中间裂纹的BP神经网络模型预测准确率为100%,中心偏析:BP神经网络模型预测的准确率为83.33%。分析误差产生的主要原因为,网络结构相对复杂,导致预测精度降低,而中心偏析缺陷等级为1.0的样本学习次数较多,可能导致训练过度,且模型选取的样本可能含有噪音样本。
5.中间包物理模拟实验表明,两种湍流控制器均起到不同程度的改善中间包内流体流动轨迹和流动特征参数的作用。在中间包内增加透气转吹氩,能进一步改善中间包内流动轨迹和特征参数,最佳的气幕挡墙透气砖中心线位置距离中间包出水口为555mm。采用导流隔墙与湍流控制器组合得到的中间包全混流体积分率大,死区体积分率小。在导流孔隔墙基础上增加透气转吹氩,除了峰值时间延长38%左右,其他特征参数变化不大。
6.中间包设置透气砖吹氩的工业实践表明,吹氩透气砖寿命和中间包寿命基本相同,吹氩对中间包两侧水口钢水的温度没有明显影响;吹氩后,铸坯中全氧含量可降低30%左右,夹杂物总量可从7.33~8.98 mg·10kg<-1>水平降低至4.21~4.33mg·10kg<-1>,夹杂物去除率约为40%;采用透气砖吹氩后,连铸坯中夹杂物,特别是大颗粒夹杂物数量明显减少,没有发现大于50μm的夹杂。