一種連鑄坯角部晶粒細化的控制系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于煉鋼-連鑄領域，具體涉及一種連鑄坯角部晶粒細化的控制系統及方法。
【背景技術】
[0002]往鋼中添加微合金元素可使其在熱加工過程產生良好的晶粒細化和析出強化效果，全面提升鋼的韌性與強度等力學性能；然而，在實際微合金鋼連鑄生產過程中，其鑄坯凝固裂紋敏感性較高，鑄坯角部頻發微橫裂紋缺陷，已成為制約微合金鋼高質和高效化生產亟待解決的共性技術難題；
[0003]微合金鋼連鑄坯產生角橫裂紋的本質原因是該類鋼鑄坯凝固過程，鋼中微合金元素易與C，N等元素結合形成碳化物、氮化物或碳氮化物，并在奧氏體晶界呈鏈狀形式大量析出，并由此加劇奧氏體晶界先共析鐵素體膜形成，致使鑄坯角部組織晶界強度大幅降低。鑄坯在彎曲和矯直力作用下，極易在鑄坯角部組織晶界因應力集中而引發橫裂紋；因此，控制微合金連鑄坯角部凝固過程組織演變、整體提升鑄坯角部組織塑性是從根本上消除微合金鋼連鑄坯角橫裂紋發生的關鍵；而實現該目的的有效手段則是細化鑄坯角部組織晶粒尺寸并彌散化其晶內與晶界微合金碳氮化物析出；
[0004]對于鑄坯晶粒細化控制，實施鑄坯角部組織凝固過程雙相變行為(S卩，使鑄坯組織在高溫區凝固過程快速由奧氏體轉變成鐵素體，再由鐵素體快速回溫至奧氏體)則是一種有效的鑄坯組織細晶控制手段；而根據鑄坯角部溫度演變特點，具備開展鑄坯角部組織該雙相變控制工藝的位置集中于連鑄機足輥與立彎段內；
[0005]而對于彌散化鑄坯凝固組織碳氮化物析出有效方法是采用較大冷卻速度冷卻對應碳氮化物析出溫度區內的高溫鋼組織，使得鑄坯組織中微合金及C、N等元素因無法快速擴散而彌散化鑄坯組織晶內與晶界析出；對于目前國內外產量較高的含Nb和含B微合金鋼生產而言，其鑄坯凝固過程碳氮化物的析出溫度區約為800?1125°C，對應鑄坯角部該溫度在連鑄機鑄流上的位置為結晶器中下部、足輥以及立彎段，且主要集中于足輥與立彎段區域；因此，若能實現鑄坯角部組織晶粒細化，其在快速鐵素體化過程所提供的鑄坯角部組織冷卻速度將可確保鋼中的Nb (C，N)與BN等析出物多在組織晶內與晶界彌散析出；
[0006]為此，需在鑄機足輥與立彎段前期對鑄坯角部實施前期快速冷卻，快速完成鑄坯角部組織由奧氏體向鐵素體轉變，并實現其組織內微合金碳氮化物于晶內與晶界彌散化析出。隨即，在立彎段中后期，需確保鑄坯角部快速回溫至完全奧氏體化溫度，實現鑄坯角部組織由鐵素體向奧氏體轉變，完成兩次相變過程，實現組織晶粒細化；
[0007]專利號為201010259985.1的發明專利，公開了一種在連鑄機立彎段內整體增大連鑄坯寬、窄面水量2?5倍，確保鑄坯表面以3?10°C /s冷卻速冷卻，控制鑄坯表層組織晶界微合金元素碳氮化物析出的方法。然而，該專利技術整體加大連鑄坯寬、窄面水量，勢必加速鑄坯整體凝固速度，改變鑄坯凝固末端位置，從而改變鑄坯凝固末端壓下工藝；其次，該專利只確保鑄坯表面快速降溫，其僅對抑制碳氮化物析出有益，但無鑄坯回溫控制工藝，過大的鑄坯表面冷卻速度極易誘導鑄坯表面生成裂紋敏感性更高的馬氏體等組織，加劇鑄坯表面產生面上裂紋；再者，實際連鑄生產過程，連鑄機立彎段內的鑄坯窄面一般不進行噴水冷卻，僅在傳統鑄機裝備條件下實施該專利技術，鑄坯角部溫度往往無法實現真正快速降溫；此外，該專利技術由于缺乏鑄坯角部溫度反饋，也無法及時、精確地動態控制連鑄生產過程中由于拉速與鋼水過熱度等工藝變化弓I起的鑄坯角部溫度變化。
[0008]同樣，專利號為201210348907.8的發明專利，公開了一種降低微合金鋼板還角部橫裂紋的二冷控冷方法，通過控制立彎段內的冷卻水量及噴水模式，以3?8°C /s冷卻速度冷卻鑄坯，實現鑄坯的強冷；該方法與專利號為201010259985.1的專利思想類似，同樣采用整體增大連鑄坯水量的方式實現鑄坯角部強冷卻。因此。同樣會引起鑄坯凝固末端壓下工藝改變和由于缺乏鑄坯角部溫度反饋而無法適時、精確地動態控制連鑄生產過程由于拉速與鋼水過熱度等工藝變化弓I起的鑄坯角部溫度變化等問題；
[0009]此外，在實際鋼連鑄生產過程中，鑄坯的斷面寬度常發生變化，上述專利也均未涉及與鑄坯斷面寬度變化相配套的相關技術與方法，不具有普適性；
[0010]為了實現不同斷面微合金鋼板坯連鑄生產過程中角部溫度在足輥與立彎段內的強冷卻與大回溫智能化與精確化控制，實現微合金鋼連鑄坯角部組織微合金碳氮化物彌散化析出與雙相變晶粒細化精細化控制，使鑄坯角部生成高塑性、強抗裂紋能力的組織，且保證實施該角部強冷卻工藝后不會改變后續鑄坯生產工藝，需開發一種智能精確控制連鑄坯角部晶粒細化的系統及方法。

【發明內容】

[0011]針對現有技術的不足，本發明提出一種連鑄坯角部晶粒細化的控制系統及方法，以實現智能化、精確化控制不同斷面尺寸微合金鋼連鑄坯生產過程角部在連鑄機足輥與立彎段內的冷卻，實現鑄坯角部組織微合金元素碳氮化物彌散化析出與雙相變細化其晶粒尺寸精細化控制，達到大幅提高鑄坯角部組織抗裂紋能力，同時又可最大程度減少對應工藝對后續連鑄生產控制工藝造成影響的目的。
[0012]一種連鑄坯角部晶粒細化的控制系統，該系統包括:實現鑄坯角部溫度智能控制的上位機、PLC控制器、可適應鑄坯斷面寬度變化并針對鑄坯角部噴淋冷卻的冷卻水噴淋裝置、可通壓縮空氣的鑄坯角部非接觸式紅外測溫裝置；
[0013]其中，所述的冷卻水噴淋裝置設置于結晶器窄面足輥固定板下端并與其固定連接，所述的鑄坯角部非接觸式紅外測溫裝置設置于冷卻水噴淋裝置下端并與其固定連接，所述的上位機輸入端連接鑄坯角部非接觸式紅外測溫裝置，上位機的輸出端連接PLC控制器的輸入端，PLC控制器的輸出端連接冷卻水噴淋裝置。
[0014]所述的可適應鑄坯斷面寬度變化并針對鑄坯角部噴淋冷卻的冷卻水噴淋裝置，該裝置包括:噴淋架和噴淋管，所述的噴淋架包括豎直的一個主固定桿和水平的多個噴淋管連接桿；
[0015]其中，所述的主固定桿與噴淋管連接桿水平中間位置固定連接且相通，形成供水回路，所述的多個噴淋管連接桿沿鑄流方向按相同間隔寬度布置于主固定桿，所述的噴淋管連接桿兩端各設置有噴淋管。
[0016]所述的噴淋管按照一定角度安裝于每個噴淋管連接桿的兩端，所述的一定角度為:噴淋管對準鑄坯內外弧角部時，噴淋管與噴淋管連接桿所形成的夾角；所述的噴淋管，其噴嘴為具有60°?80°噴射角度的圓形或扁形噴嘴。
[0017]所述的主固定桿下端與鑄坯立彎段彎曲區入口平齊。
[0018]所述的供水回路與結晶器窄面足輥段供水回路相連。
[0019]所述的可通壓縮空氣的鑄坯角部非接觸式紅外測溫裝置，該裝置包括:可通壓縮空氣的紅外測溫探頭固定架和紅外測溫探頭，所述的紅外測溫探頭固定架包括:一個豎直的紅外測溫探頭主固定桿、兩個水平的紅外測溫探頭連接桿和四個紅外測溫探頭安放裝置；
[0020]其中，所述的紅外測溫探頭主固定桿與紅外測溫探頭連接桿水平中間位置固定連接且相通，形成通氣回路，所述的兩個水平的紅外測溫探頭連接桿分別位于鑄坯立彎段彎曲區入口與鑄坯立彎段出口處，所述的紅外測溫探頭安放裝置設置于紅外測溫探頭連接桿兩端，紅外測溫探頭設置于紅外測溫探頭安放裝置內部。
[0021]所述的紅外測溫探頭安放裝置，其一端與紅外測溫探頭連接桿相通，另一端為開口，該開口對準鑄坯內外弧角部，紅外測溫探頭安放裝置內部設置有用于固定紅外測溫探頭的卡槽，上述卡槽沿周向均勻布有用于壓縮空氣噴射的通孔。
[0022]所述的紅外測溫探頭主固定桿上端與噴淋架的主固定桿外側固定連接，且紅外測溫探頭主固定桿上端與噴淋架的主固定桿上端平齊，紅外測溫探頭主固定桿上端與壓縮空氣管道相連。
[0023]所述的紅外測溫探頭的信號輸出線通過紅外測溫探頭固定架和壓縮空氣管道與上位機相連。
[0024]采用連鑄坯角部晶粒細化的控制系統進行的控制方法，包括以下步驟:
[0025]步驟1、根據所生產鋼種的完全鐵素體化溫度與完全奧氏體化溫度要求，確定連鑄坯角部在立彎段彎曲區入口處完全鐵素體化與立彎段出口處完全奧氏體化的目標表面溫度，并設置于上位機中；
[0026]步驟2、根據所設置的目標表面溫度，采用數值仿真計算方法對連鑄坯二冷足輥段與立彎段內的溫度場進行模擬，從而確定滿足上述目標表面溫度要求的鑄機二冷足輥段寬面初始水量、鑄機二冷足輥段窄面初始水量、立彎段內二區初始水量、立彎段內三區初始水量、立彎段內四區初始水量和可適應鑄坯斷面寬度變化并針對鑄坯角部噴淋冷卻的冷卻水噴淋裝置初始水量；
[0027]步驟3、啟動系統，冷卻水噴淋裝置對鑄坯內外弧角部進行噴淋，且采用紅外測溫探頭實時監測當前連鑄坯在立彎段彎曲區入口與立彎段出口處各角部的表面溫度，并將采集的溫度值發送至上位機中進行周期性儲存；
[0028]步驟4、根據采集的溫度值與設定的目標表面溫度，對鑄機二冷足輥段寬面、窄面、立彎段二區以及冷卻水