專利名稱：一種控制連鑄機矯直點處鑄坯表面溫度的方法
技術領域：
本發明涉及連鑄坯質量控制技術領域，特別涉及一種控制連鑄機矯直點處鑄坯表面溫度的方法。本方法，特別適用于在連鑄機矯直點前設置了較長空冷區的裂紋敏感性鋼種的鑄坯生產。應用本方法，可以保證在鑄坯拉速不穩定的生產下，鑄坯通過連鑄機矯直點處的表面溫度能穩定地避開所澆鋼種的“脆性溫度區間”，從而減少鑄坯在矯直過程中發生裂紋的幾率，提聞鑄還的質量。
背景技術：
連鑄二次冷卻控制是鑄坯生產過程的關鍵技術之一，二次冷卻控制不僅影響連鑄機的生產率，還對鑄坯質量有重要地影響。合理的二次冷卻控制，不僅要保證鑄坯在橫向上均勻冷卻，在縱向(拉坯方向)上的冷卻速率合理，還要保證鑄坯在連鑄機矯直點處被進行矯直時，鑄坯的表面溫度避開所澆鋼種的“脆性溫度區間”。對于裂紋敏感性鋼種的連鑄生產，為了提高其鑄坯質量，在連鑄機矯直點前設置較長的空冷區(相對于普通鋼種)，對鑄坯進行弱冷，這通過降低鑄坯冷卻速率減小鑄坯冷卻過程中產生的內應力，從而減少鑄坯在冷卻過程中裂紋發生的幾率。近年來，連鑄技術不斷地向著控制精細化和高度自動化的方向發展，連鑄二次冷卻控制技術也需要不斷地進行改進和完善，以適應產品高質量的要求。對連鑄坯二次冷卻控制方法前人有很多研究，他們也申請了很多關于連鑄坯冷卻過程質量控制方面的專利，例如，專利CN1911561主要研究了應用輕壓下工藝來來有效的補償鑄坯的凝固收縮量來提高鑄坯質量；專利CN101347822主要通過鑄坯凝固過程溫度場在線檢測，實時反饋來調整二冷各段水量，控制鑄坯有一個合理的溫度場來獲得高質量的鑄坯；專利CN101474666主要通過實驗確定不同鋼種凝固坯殼的不同連鑄凝固行為與二冷低塑性區域溫度范圍的定量關系，用于修正二冷配水冶金準則和確定合理的目標表面溫度曲線，使鑄坯凝固過程有個合理的溫度場，進而保證鑄坯質量。當前，鋼廠最常用的連鑄二冷控制方法是形如AfAy+BiV+Ci+Di A T的參數配水方法。該方法應用于連鑄生產時，首先，設定生產鋼種的各個冷卻段末的控制目標溫度；其次，運用傳熱模型計算出二冷各段水量與拉速和鋼水過熱度的對應關系；最后，運用數學回歸分析求出各個冷卻段的配水控制參數Ai, Bi, Ci, D”該方法應用于連鑄生產控制時，連鑄機二冷區各段水量以二冷各段出口的鑄坯表面溫度作為控制目標，根據鑄坯拉速和鋼水澆鑄溫度變化做相應水量調整。對于在連鑄機矯直點前設置較短的空冷區或者全部水冷的連鑄生產，應用參數配水方法，基本能夠能保證鑄坯在連鑄機各個冷卻段末以及矯直點處的表面溫度達到控制目標溫度。圖1為連鑄機冶金結構簡圖，對于在連鑄機矯直點前設置了較長空冷段的連鑄生產而言，在工作拉速生產情況下，應用參數配水方法，可以保證鑄坯在連鑄機各冷卻段末以及矯直點處的表面溫度達到控制目標溫度；在實際拉速偏離工作拉速的不穩定生產下，參數配水法卻難以保證鑄坯在矯直點處的表面溫度控制在設定目標溫度范圍內，因而也難以保證鑄坯在矯直點處的表面溫度穩定地避開所澆鋼種的“脆性溫度區間”，而且矯直點前的空冷區越長，越難以保證鑄坯在矯直點處溫度的穩定性。這是因為空冷區越長，鑄坯在空冷區傳輸的熱量占整個二冷過程傳輸的熱量比例越大，拉速的波動會導致鑄坯在空冷區傳輸的熱量產生一定的波動，從而直接影響鑄坯在連鑄機矯直點處的溫度的控制。因而，參數配水法很難保證鑄坯拉速不穩定時生產的鑄坯質量。下面以某鋼廠生產彈簧鋼60Si2Mn的二冷控制過程為例，對上述參數配水法的不足之處進行說明。60Si2Mn鋼是裂紋敏感性鋼種，在鑄坯生產中，連鑄機的二冷I段、二冷2段、二冷3段、二冷4段進行噴水冷卻，緊鄰矯直點前的第5段為空冷段。圖2是應用參數配水法控制60Si2Mn鋼的冷卻過程，得到在不同拉速下鑄坯在連鑄機各冷卻段末以及矯直點處的表面溫度的結果。從圖2中可以看出在鑄坯拉速發生波動時，應用參數配水法能有效地控制二冷I段、二冷2段、二冷3段和二冷4段末的鑄坯表面溫度穩定在一定的范圍內，而連鑄機矯直點處的鑄坯表面溫度卻發生了較大的變化。圖3是60Si2Mn鋼通過熱塑性實驗測得的鑄坯斷面收縮率和抗拉強度隨溫度的變化曲線。由圖2可知鑄坯拉速由工作拉速1.3m/min降到1.lm/min時，鑄坯在連鑄機矯直點處的表面溫度會由985°C降到950°C左右,而由圖3可知鑄坯在連鑄機矯直點處的斷面收縮率會相應的由60%急劇下降到25%。而在950°C時，鑄坯正處在其“脆性溫度區間”范圍內，鑄坯此溫度被進行矯直，會直接導致鑄坯裂紋缺陷增多，鑄坯質量下降。不能保證鑄坯在連鑄機矯直點處的表面溫度有效地避開所澆鋼的“脆性溫度區間”，鑄坯的質量就很難得到保證，因而，很有必要研發在連鑄機矯直點前設置了較長空冷段的連鑄生產的冷卻方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是:由于連鑄機矯直點前存在較長空冷區，針對常用二冷參數配水法在連鑄生產裂紋敏感性鋼種時存在的不足，提出了一種控制連鑄機在矯直點處鑄還表面溫度的冷卻方法。應用本發明方法控制鑄坯二冷過程，能保證在工作拉速和偏離工作拉速的兩種生產情況下，鑄還在拉還方向上的各冷卻段的冷卻速率基本不變，同時，鑄還通過矯直點處的表面溫度穩定地避開所澆鋼種的“脆性溫度區間”。本發明針對拉速不穩定的連鑄生產，在傳統參數配水方法的基礎上發明了新的二冷控制方法，新的二冷控制方法對連鑄二冷卻過程的水量進行精細調控，能有效減少因鑄坯拉速不穩定而導致的鑄坯裂紋缺陷，進而提高鑄還質量。本發明解決其技術問題采用新的二冷控制方法，具體內容如下:連鑄過程中，當實際拉速偏離工作拉速時，拉速變化會對鑄坯在連鑄機各個冷卻段的熱量傳輸產生影響。在水冷段，通過調節噴水量使鑄坯在各個冷卻段末達到設定的控制目標表面溫度；在矯直點前的空冷段，鑄坯通過輻射傳輸的熱量卻無法控制，因而不能保證鑄坯在連鑄機矯直點處的溫度控制在設定目標溫度范圍。本文發明針對這個問題，提出以下方法進行解決:連鑄機二冷區各段的控制水量由兩部分組成，一部分，是由傳統的二冷參數配水法得到的正常工藝參數(拉速、過熱度)下的水量Qpi ;另一部分，是因實際拉速偏離工作拉速時的補償水量Qei，具體控制方法的模型如下:Qi=Qp^Qci其中ApeAiV^+BjQ+Ci+DiAT Wci=Ei (V-V0)
式中Qi—各個冷卻段的控制水量，L/min ;Qpi—參數配水方法得到的各個冷卻段的控制水量，L/min ；Qa—實際拉速偏離工作拉速時各個冷卻段水量的補償值，L/min ；Ai, Bi, Ci, Di—參水配水方法下各個冷卻段水量的控制參數，L/m ；E1-實際拉速偏離工作拉速時各個冷卻段補償水量的控制參數，L/m ；V-鑄還實際拉速，m/min ；V0一設計的工作拉速，m/min ；A T鋼水的過熱度，°C。新的二冷控制方法中，參數配水方法的各控制參數ApBiXi和Di的求解過程見圖4，補償方法的核心控制思想以及補償水量參數Ei的求解過程如下(I)在生產中，當實際拉速低于工作拉速時，參數配水法通過調節二冷區各段水量能保證鑄坯各冷卻段末的表面溫度達到設定目標溫度，而鑄坯會因在矯直點前的空冷段停留時間較長，輻射傳輸了較多的熱量，從而導致鑄坯通過連鑄機矯直點處的表面溫度低于工作拉速下設定的目標溫度，而且拉速降低的越多，鑄坯到達連鑄機矯直點時的表面溫度越低，鑄坯越有可能在“脆性溫度區間”被矯直，因而，鑄坯在矯直過程中出現裂紋缺陷的幾率也越大，鑄坯的質量也難以得到保證。(2)在生產中，當實際拉速高于工作拉速時，參數配水法通過調節二冷區各段水量能保證鑄坯各冷卻段末的表面溫度達到設定目標溫度，而鑄坯會因在矯直點前的空冷段停留時間較短，輻射傳輸的熱量較少，從而，導致鑄坯通過連鑄機矯直點處的表面溫度高于工作拉速下設定的目標溫度，而且拉速增加的越多，鑄坯在連鑄機矯直點處的表面溫度越高，這種情況不會導致鑄坯在“脆性溫度區間”被矯直，因而對鑄坯的質量影響不大。(3)針對生產中實際拉速偏離工作拉速的情況，為了確保鑄坯在連鑄機矯直點處的表面溫度控制在設定目標溫度范圍，本發明的解決方法如下對因拉速波動導致的鑄坯在矯直點前的空冷段散熱量的增加或減少的值，在二冷區各水冷卻段對其進行前饋補償，具體的解決過程如下。(4)當實際拉速低于工作拉速時，本發明提出的方法中，二冷各段水量的減少量除了包括由參數配水模型計算減少的水量，還要額外增加通過補償模型計算的水量，具體補償值為Qei=Ei (V-Vtl),此時，計算的水量值為負值，即額外減少二冷各段水量，這可以適當提高鑄坯在二冷區各冷卻段出口處的表面溫度，使其略高于設定的控制目標溫度。通過減少水冷傳輸的熱量對因拉速降低所導致鑄坯在空冷段輻射熱量的增加量進行有效的前饋補償，從而保證鑄坯在矯直點處的表面溫度達到設定目標溫度。(5)當實際拉速高于工作拉速時，本發明提出的方法中，二冷各段水量的增加量除了包括由參數配水模型計算增加的水量，還要額外增加通過補償模型計算的水量，具體補償值為Qa=Ei (V-Vtl),此時，計算的水量值為正值，即額外增加二冷各段水量，這可以適當降低鑄坯在二冷區各冷卻段出口處的表面溫度，使其略低于設定的控制目標溫度。通過增加水冷傳輸的熱量對因拉速升高所導致鑄坯在空冷段輻射熱量的減少量進行有效的前饋補償，從而保證鑄坯在矯直點處的表面溫度達到設定目標溫度。(6) 二冷區各段的補償水量遵循沿拉坯方向各段水量逐漸遞減的原則，對因實際拉速偏離工作拉速而導致鑄坯在空冷區傳輸熱量的變化量進行分配；在偏離工作拉速時，根據上述原則調整二冷區各段的補償水量，運用鑄坯凝固傳熱模型計算鑄坯在連鑄機各冷卻段末以及矯直點處的表面溫度。為實現對鑄坯凝固冷卻過程的精細控制，不同拉速下二冷區各個冷卻段的冷卻速率遵循基本不變的原則，矯直點處的鑄坯表面溫度應控制在的目標溫度范圍。建立Ei與各段補償水量的關系，應用回歸分析方法求解各冷卻段的Ei值。本發明在參數配水法的基礎上，發明了一種控制連鑄機矯直點處鑄坯溫度的方法，本方法，適用于在連鑄機矯直點前設置了較長空冷區的裂紋敏感性鋼種的鑄坯生產。新的二冷控制方法既能夠保證在工作拉速下，鑄坯在冷卻過程中各冷卻段的鑄坯表面溫度達到設定目標溫度，鑄坯在矯直點處的表面溫度避開所澆鋼種的“脆性溫度區間”，又能保證實際拉速偏離工作拉速的生產下，各冷卻段的鑄坯表面溫度接近設定目標溫度，鑄坯在各冷卻段的冷卻速率基本不變，鑄坯通過矯直點處的表面溫度穩定地避開所澆鋼種的“脆性溫度區間”。本方法能有效地減少在拉速不穩定生產下鑄坯裂紋缺陷的發生幾率，進而提高鑄坯質量。本發明突破常用的二冷參數配水法，并在此基礎上進行了新的發明，技術的關鍵思想是對連鑄二冷過程中的鑄坯溫度進行精細控制，實現鑄坯冷卻過程的均勻可控。


圖1連鑄機冶金結構簡圖，其中I為中間包；2為結晶器；3為二冷區；4為矯直點前空冷區；5為矯直區；6為矯直點后空冷區；7為連鑄坯；8為鑄坯切割裝置圖2參數配水方法控制下鑄坯在各個冷卻段末的表面隨拉速的變化曲線，其中線0表示二冷I段末的溫度變化；線2表示二冷2段末的溫度變化；線3表示二冷3段末的溫度變化；線4表示二冷4段末的溫度變化；線5表示矯直點的溫度變化圖3 60Si2Mn鋼坯斷面收縮率和抗拉強度隨溫度的變化曲線，線I表示斷面收縮率隨溫度的變化，線2表示抗拉強度隨溫度變化曲線圖4傳統的參數配水法各冷卻段的控制參數求解邏輯5本發明建立的二冷控制方法得到鑄坯在各個冷卻段末的表面溫度隨拉速的變化曲線，其中線I表示二冷I段末的溫度變化；線2表示二冷2段末的溫度變化；線3表示二冷3段末的溫度變化；線4表示二冷4段末的溫度變化；線5表示矯直點的溫度變化
具體實施例方式下面以具體實施案例對本發明作進一步說明。本發明以某鋼廠60Si2Mn彈簧鋼的連鑄冷卻過程為例對本發明的運用過程做詳解。60Si2Mn彈簧鋼屬于裂紋敏感性鋼種，其連鑄機矯直點前設置了較長的空冷區，生產中對鑄坯進行弱冷以減少鑄坯裂紋缺陷，提高鑄坯質量。鑄機的各種參數見表1，生產中鑄坯在二冷區各冷卻段末以及矯直點處的表面溫度的控制目標值見表2。當使用參數配水模型Qi=AiViBWCJDi AT控制二冷區各段的水量時，按圖4所示的步驟對各冷卻段的控制參數進行求解，求解結果見表3，應用參數配水法確定二冷各段水量得到不同拉速下，鑄坯在二冷區各冷卻段末以及矯直點處的表面溫度的變化曲線見圖2。由圖2可知，當拉速波動時，參數配水法能保持二冷區各冷卻段末的鑄坯表面溫度控制在目標溫度范圍，而鑄坯在連鑄機矯直點處的表面溫度卻發生了很大的變化，如當拉速由1.3m/min降到1.lm/min時,鑄還在連鑄機矯直點處的表面溫度會由985°C降到950°C，可見，參數配水法不能很好的控制在實際拉速偏離工作拉速時鑄坯在矯直點處的表面溫度。根據圖3所示的60Si2Mn鋼坯斷面收縮率隨溫度的變化曲線，可以很清楚得知在不穩定的生產下，容易發生鑄坯在所澆鋼的“脆性溫度區間”內被矯直，這會直接導致鑄坯裂紋增多，鑄坯質量下降。表1連鑄機參數
權利要求
1.一種控制連鑄機矯直點處鑄坯表面溫度的方法，其特征在于:針對裂紋敏感性鋼種的鑄坯生產，在實際拉速偏離工作拉速的不穩定工況下，為了保證鑄坯在連鑄機矯直點處的表面溫度避開所澆鋼種的“脆性溫度區間”，對因拉速波動而導致鑄坯在連鑄機空冷區熱量傳輸的變化，通過調整空冷前各水冷段的水量對空冷過程進行前饋補償，保證鑄坯在連鑄機矯直點處的表面溫度控制在設定目標溫度范圍，有效地避開鑄坯在所澆鋼種的“脆性溫度區間”被矯直，進而減少鑄坯裂紋的發生幾率，提高鑄坯的質量，本發明其特征在于采用如下二冷配水方法: Qj-Qpi+Qci其中 Api=AiVc^BiVdCfDiAT5Qci=Ei (V-V0) 式中: Qi—各個冷卻段的控制水量，L/min ； Qpi—參數配水方法得到的各個冷卻段的控制水量，L/min ； Qa—實際拉速偏離工作拉速時各個冷卻段水量的補償值，L/min ； Ai, Bi, Ci, Di—參水配水方法下各個冷卻段水量的控制參數，L/m ； Ei—實際拉速偏離工作拉速時各個冷卻段補償水量的控制參數，L/m ； V-鑄還實際拉速,m/min ； V0-設計的工作拉速，m/min ； A T鋼水的 過熱度，°C。
2.按照權利要求1所述的一種控制連鑄機矯直點處鑄坯表面溫度的方法，針對連鑄凝固過程中冷卻水量控制方法，考慮到因拉速變化而導致鑄坯在連鑄機空冷區熱量傳輸的變化而進行的相應水量調節方法，當實際拉速偏工作拉速時，通過增加矯直點前補償水量Qci方式，以水冷傳輸的熱量方式對因拉速變化所導致鑄坯在空冷段輻射熱量的變化進行有效的前饋補償，建立Ei與各段補償水量的關系，應用回歸分析方法求解各冷卻段的Ei值，從而保證鑄坯在矯直點處的表面溫度達到設定目標溫度。
全文摘要
本發明涉及一種控制連鑄機矯直點處的鑄坯表面溫度的方法，屬于連鑄坯質量控制技術領域。本方法，特別適用于在連鑄機矯直點前設置了較長空冷區的裂紋敏感性鋼種的連鑄生產。針對傳統的二冷參數配水方法對裂紋敏感性鋼種的冷卻過程控制不足問題，提出了一種改進的二冷參數配水方法，該方法既能夠保證在工作拉速下，鑄坯在冷卻過程中各冷卻段的鑄坯表面溫度達到設定目標溫度，鑄坯在矯直點處的表面溫度避開所澆鋼種的“脆性溫度區間”，又能保證實際拉速偏離工作拉速的生產下，各冷卻段的鑄坯表面溫度接近設定目標溫度，鑄坯在各冷卻段的冷卻速率基本不變，鑄坯通過矯直點處的表面溫度穩定地避開所澆鋼種的“脆性溫度區間”。本方法能有效地減少在拉速不穩定生產下鑄坯裂紋缺陷的發生幾率，進而提高鑄坯質量。
文檔編號B22D11/22GK103071774SQ201310025769
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月24日 優先權日2013年1月24日
發明者劉青, 劉孝山, 張曉峰, 王彬, 汪宙, 王剛, 王寶, 謝飛鳴, 李紅衛, 盧新春 申請人:北京科技大學