·1670 工程科学学报，第43卷，第12期 力和机械压力)以产生一定的压下量，阻碍含富集 坯凝固末端轻压下技术，目前轻压下主要分为辊 偏析元素的钢液流动从而消除中心偏析，同时补 式轻压下、热应力轻压下和凝固末端连续锻压技 偿连铸坯的凝固收缩量以消除中心疏松，即为铸 术4，如图9所示 Reduction roll Secondary cooling Indenter water Solidus Shell Liquid core of the end of solidification 图9轻压下分类示意图 Fig Different types of soft reduction 20世纪90年代末出现了实施跟踪凝固终点 S.(2+0.5·(-1-2)/1 (2) 并据此调整辊缝的压下方法，即动态轻压下方法， 当A到B区间长度横跨三个扇形段时，每个 其中基于辊缝动态控制的辊式压下技术是轻压下 扇形段的压下量按照上述插值方法进行计算.非 技术应用的主要方向，该法将凝固终点附近辊列 稳态压下是当拉速发生变化时，模型计算出压下 的收缩锥度由常规的0.2mmm左右增加到0.8~ 起止固相率，即确定了发生变化后新的A、B位置， 1.4mmm,以补偿钢水凝固造成的收缩，消除由 模型通过插值运算计算出相应的位置与压下量， 此引起的钢水流动，使中心偏析显著减轻.在压下 发送给可编程逻辑控制器（简称PLC),PLC立即 工艺中有两个重要参数，一是压下量、二是压下位 控制扇形段的位移传感器，进行压下控制.当拉速 置，普遍认为这两个参数是通过实验确定的经验 发生波动时，压下段对应的铸坯固相率发生波动， 值，通过不同的压下量、压下位置的组合进行某个 压下量和压下位置重新计算引起波动，最终导致 钢种的压下实验，然后取低倍试样进行对比，找出 非稳态压下波动.图I1(a)是某厂稳态时第8扇形 优化方案，确定压下量与压下位置.目前的压下方 段压下量的变化情况，稳态时压下量控制的较为 式中的总压下量基本为一定值，多数铸机的总压 理想.图11(b)、图11(c)分别为非稳态时第7、8 下量是5mm或者6mm,压下量分配通过固相率 扇形段压下量变化情况，压下量随拉速波动较大， 插值方式分给各个扇形段，压下区间经常出现在两 这种波动对设备损害较大，为此宝钢一些生产低 个扇形段上，有时能达到三个扇形段压下，甚至四 碳钢的铸机取消了压下功能.此外，大多数企业实 个扇形段压下.两段压下量的设定如图10所示 际生产中，当拉速降低到0.5mmin以下时，会切 A B 换成手动模式，然后模型按开浇方式重新投入轻 压下模式，造成很长一段铸坯（长度约为20m)未 被压下，这段铸坯的偏析、疏松级别较重 1.3.3模型数据库及异钢种混浇计算 通常动态配水及压下模型对应有一个数据 因10压下示意图 库，数据库中包含目标温度、钢种代码及所对应的 Fig.10 Schematic of soft reduction 成分、各钢种在不同温度的焓或者比热容、密度 压下通过设定两个固相率作为轻压下的开始 以及各钢种压下参数等.目前很多二冷配水及压 与结束位置，开始位置A的铸坯中心固相率在某 下模型使用等效比热法来计算铸坯的温度，等效 一扇形段内.结束位置B在另一个扇形段内.如图10 比热的核心是将凝固潜热平均分配到固-液两相 所示.设定总压下量为S,则每扇形段的压下量计 区，而实际上凝固潜热并非平均分布，在液相线附 算公式如下，第一个扇形段的压下量为公式(1)： 近凝固潜热的放出要快于固相线附近，所以采用 S.(01+0.5·(l-l1-2)/l (1) 等效比热法会影响二冷水量和压下参数的准确计 第二个扇形段的压下量为公式(2)： 算.异钢种混浇是指在不更换中间包时更换浇注力和机械压力）以产生一定的压下量，阻碍含富集 偏析元素的钢液流动从而消除中心偏析，同时补 偿连铸坯的凝固收缩量以消除中心疏松，即为铸 坯凝固末端轻压下技术，目前轻压下主要分为辊 式轻压下、热应力轻压下和凝固末端连续锻压技 术[24] ，如图 9 所示. Reduction roll Solidus Indenter Secondary cooling water Shell Liquid core of the end of solidification 图 9 轻压下分类示意图[25] Fig.9 Different types of soft reduction[25] 20 世纪 90 年代末出现了实施跟踪凝固终点 并据此调整辊缝的压下方法，即动态轻压下方法， 其中基于辊缝动态控制的辊式压下技术是轻压下 技术应用的主要方向，该法将凝固终点附近辊列 的收缩锥度由常规的 0.2 mm·m−1 左右增加到 0.8～ 1.4 mm·m−1，以补偿钢水凝固造成的收缩，消除由 此引起的钢水流动，使中心偏析显著减轻. 在压下 工艺中有两个重要参数，一是压下量、二是压下位 置，普遍认为这两个参数是通过实验确定的经验 值，通过不同的压下量、压下位置的组合进行某个 钢种的压下实验，然后取低倍试样进行对比，找出 优化方案，确定压下量与压下位置. 目前的压下方 式中的总压下量基本为一定值，多数铸机的总压 下量是 5 mm 或者 6 mm，压下量分配通过固相率 插值方式分给各个扇形段，压下区间经常出现在两 个扇形段上，有时能达到三个扇形段压下，甚至四 个扇形段压下. 两段压下量的设定如图 10 所示. A B l1 l l2 图 10 压下示意图 Fig.10 Schematic of soft reduction 压下通过设定两个固相率作为轻压下的开始 与结束位置，开始位置 A 的铸坯中心固相率在某 一扇形段内，结束位置 B 在另一个扇形段内，如图 10 所示. 设定总压下量为 S，则每扇形段的压下量计 算公式如下，第一个扇形段的压下量为公式（1）： S ·(l1 +0.5 ·(l−l1 −l2))/l （1） 第二个扇形段的压下量为公式（2）： S ·(l2 +0.5 ·(l−l1 −l2))/l （2） 当 A 到 B 区间长度横跨三个扇形段时，每个 扇形段的压下量按照上述插值方法进行计算. 非 稳态压下是当拉速发生变化时，模型计算出压下 起止固相率，即确定了发生变化后新的 A、B 位置， 模型通过插值运算计算出相应的位置与压下量， 发送给可编程逻辑控制器（简称 PLC），PLC 立即 控制扇形段的位移传感器，进行压下控制. 当拉速 发生波动时，压下段对应的铸坯固相率发生波动， 压下量和压下位置重新计算引起波动，最终导致 非稳态压下波动. 图 11（a）是某厂稳态时第 8 扇形 段压下量的变化情况, 稳态时压下量控制的较为 理想. 图 11（b）、图 11（c）分别为非稳态时第 7、 8 扇形段压下量变化情况，压下量随拉速波动较大， 这种波动对设备损害较大，为此宝钢一些生产低 碳钢的铸机取消了压下功能. 此外，大多数企业实 际生产中，当拉速降低到 0.5 m·min−1 以下时，会切 换成手动模式，然后模型按开浇方式重新投入轻 压下模式，造成很长一段铸坯（长度约为 20 m）未 被压下，这段铸坯的偏析、疏松级别较重. 1.3.3 模型数据库及异钢种混浇计算 通常动态配水及压下模型对应有一个数据 库，数据库中包含目标温度、钢种代码及所对应的 成分、各钢种在不同温度的焓或者比热容、密度 以及各钢种压下参数等. 目前很多二冷配水及压 下模型使用等效比热法来计算铸坯的温度，等效 比热的核心是将凝固潜热平均分配到固−液两相 区，而实际上凝固潜热并非平均分布，在液相线附 近凝固潜热的放出要快于固相线附近，所以采用 等效比热法会影响二冷水量和压下参数的准确计 算. 异钢种混浇是指在不更换中间包时更换浇注 · 1670 · 工程科学学报，第 43 卷，第 12 期