CN104084429B - 一种液芯大压下轧制压下量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液芯大压下轧制压下量控制方法。在连铸机水平段铸坯未完全凝固带液芯位置设置辊式轧机，在轧机位置获取液芯率δ并判断其是否大于0，如果液芯率δ大于0，则轧机对铸坯进行压下量大于或等于最小压下量ΔH_min的液芯大压下轧制，其中，最小压下量ΔH_min＝max[H·(ε_v+ε_l+δ)，μ·S]。该方法能够去除铸坯中心疏松和偏析、内裂纹等，改善铸坯质量，细化内部组织；轧后铸坯内部质量明显提高，铸坯致密度提高，由高温冷却至室温的线性收缩率至少减少1.5％；模型控制简单，实现容易。

Description

一种液芯大压下轧制压下量控制方法

技术领域

本发明涉及一种金属轧制控制方法，尤其涉及一种液芯大压下轧制压下量的控制方法。

背景技术

液芯轧制是指钢坯芯部为液态或者半固态时进行的轧制，这种方法是连铸坯未经切割即利用连铸余热进行轧制，铸坯热损失小，轧制本质是芯部液芯被挤回后部液相穴，芯部结晶区枝晶被打碎再结晶。比如在授权公告号为CN102189102、公告日为2013年2月6日、名称为“一种连铸机在线调厚辊式大压下液芯轧制方法”的中国专利文献中，在板坯连铸机水平段凝固末端设置一架大辊径的二辊轧机，对铸坯进行单道次大压下量液芯轧制，从而去除中心疏松和偏析、内裂纹等，改善铸坯质量，细化内部组织；同时采用全液压动态压下调整辊缝，可按后续工艺要求将同一厚度规格铸坯直接轧成各种厚度规格的铸坯产品，实现铸坯厚度在线可调可控。

虽然对于上述这种大压下液芯轧制方法，文献中有公布实施30～90mm压下量，但是针对不同厚度不同液芯情况下采用多少轧制压下量的控制仍然还是难点。其难点在于：如何控制不同液芯厚度和不同厚度铸坯情况下的最低压下量，才能去除中心疏松和偏析、内裂纹等，改善铸坯质量，细化内部组织。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种给出不同液芯厚度和不同厚度铸坯情况下的最低压下量的液芯大压下轧制压下量控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种液芯大压下轧制压下量控制方法，在连铸机水平段铸坯未完全凝固带液芯位置设置辊式轧机，在所述轧机位置获取液芯率δ并判断其是否大于0，如果液芯率δ大于0，则所述轧机对铸坯进行压下量大于或等于最小压下量ΔHmin的液芯大压下轧制，其中，最小压下量ΔH_min＝max[H·(s_v+s_l+δ)，μ·S]，上式中，H为轧制前铸坯厚度，单位mm；ε_V为凝固收缩率，单位％；ε_l为线性收缩率，单位％；δ为轧机位置液芯率，单位％；S为连铸机结晶器弯月面到轧机位置的距离，单位m；μ为轻压下率，取值范围为0.3～1.4mm/m。

作为本发明的进一步优化，如果液芯率δ为0，则所述轧机对铸坯进行压下量大于或等于最小压下量ΔH_min'的轧制，其中，最小压下量ΔH_min′＝max[H·(s_v+s_l)，μ·S]。

与现有技术相比，本发明技术方案主要的优点如下：

(1)能够去除铸坯中心疏松和偏析、内裂纹等，改善铸坯质量，细化内部组织；

(2)轧后铸坯内部质量明显提高，铸坯致密度提高，由高温冷却至室温的线性收缩率至少减少1.5％；

(3)模型控制简单，实现容易。

附图说明

图1是本发明所述的液芯大压下轧制压下量控制方法的流程图。

具体实施方式

本发明的液芯大压下轧制压下量控制方法如图1所示，在连铸机水平段铸坯未完全凝固带液芯位置设置辊式轧机，设轧机位置最大液芯厚度占轧制前铸坯厚度的百分比即液芯率为δ，获取液芯率δ并判断其是否大于0，如果液芯率δ大于0，则轧机对铸坯进行压下量大于或等于最小压下量ΔH_min的液芯大压下轧制，其中，最小压下量ΔH_min＝max[H·(s_v+s_l+δ)，μ·S]。

上式中，H为轧制前铸坯厚度，单位mm；ε_V为凝固收缩率，单位％；ε_l为线性收缩率，单位％；δ为轧机位置液芯率，单位％；S为连铸机弯月面到轧机位置的距离，单位m；μ为轻压下率，取值范围为0.3～1.4mm/m，其取值受钢种的凝固收缩系数和铸坯尺寸的影响。

因为压下量ΔH为轧制前铸坯厚度H与压下率ε的乘积，所以只要知道了轧制的压下率，就可以得到压下量。该方法要求液芯大压下轧制压下量控制应满足如下原则：

液芯大压下轧制过程中，由于中间液芯部分和刚凝固的热芯部分变形抗力远小于完全凝固的表面的变形抗力，铸坯内部塑性大于表面塑性，轧制时内部优先变形，这样就有别于传统的热轧外部先变形，常规热轧的“压透深度”所需的最小压下率(约为)可以大大减小。

铸坯质量问题产生的根本在于凝固缺陷。钢从液态到固态的冷却过程中所发生的体积减小现象称为收缩。收缩是造成铸坯中许多缺陷如缩孔、疏松、裂纹、应力、变形等的根本原因。钢水从浇注温度冷却到常温都要经历三个收缩阶段：

①液态收缩阶段：钢液从浇注温度冷却至开始凝固的液相线温度的体积收缩为液态收缩。钢液每下降100℃，体积收缩率约为1.5～1.75％。在连铸过程中，温度在液相线以上的钢液，完全处于液芯内。液态收缩发生在液芯内部，其带来的体积减少完全可以由连续浇入的钢水来补充，因此对铸坯质量几乎没有影响。

②凝固收缩阶段：钢的凝固是在两相区内进行，在凝固温度范围内产生的收缩为凝固收缩，包括由液态到固态的状态改变和温度降低两部分收缩。钢的凝固收缩决定于其化学成分，对于碳钢来说，主要取决于含碳量C％。碳钢的凝固收缩率如表1：

C％	0.10	0.25	0.35	0.45	0.70
						εV％	2.0	2.5	3.0	4.3	5.3

表1-碳钢的凝固收缩率ε_V与含碳量的关系

铸坯中心两相区内的固相率达到预定值例如0.4～0.6后，枝晶发展成为密实的网络结构，阻止了钢液在枝晶间的流动。在浇注补缩不充分的条件下将会造成铸坯内部的缩孔和疏松缺陷，凝固收缩对铸坯的缩孔、疏松和裂纹有直接影响。

③固态收缩阶段：完全凝固后，钢由固相线温度到常温会发生固态收缩。碳钢的固态收缩分为三个阶段：珠光体转变前的收缩、共析转变期的膨胀、以及珠光体转变后的收缩，整个固态收缩率为三者之和。钢的固态收缩是铸坯中产生应力、变形和裂纹的根本原因。固态收缩率是体积收缩率，其在铸坯厚度方向上的分量为线性收缩率ε_l。对于碳钢来说，线性收缩率ε_l与含碳量C％的关系见下表2：

C％	0.08	0.14	0.35	0.45	0.55	0.60
							εl％	2.47	2.46	2.4	2.35	2.31	2.18

表2-碳钢的线性收缩率ε_l与含碳量的关系

因此，在液芯大压下轧制过程中，主要考虑克服凝固收缩和固态收缩对铸坯质量的影响。由于铸坯的液芯率δ大于0，液芯大压下轧制还要考虑先将液芯金属挤出凝固坯壳内腔来消除金属液态收缩的影响，则此时液芯大压下最小压下率为：

ε_min＝ε_v+ε_l+δ   (1)

其中，凝固收缩率ε_V是体积收缩率，单位％，凝固收缩过程由于坯壳已经形成，其体积收缩率在轧制压下过程中主要靠厚度方向压缩来进行补缩，故将凝固的体积收缩率ε_V直接对应到厚度方向的压下率。

因为轧制的压下量ΔH＝H·ε，所以最小压下量ΔH_min如下：

ΔH_min＝H·ε_min＝H·(ε_v+ε_l+δ)   (2)

其中，H为轧制前铸坯厚度，单位为mm。因此，设定液芯大压下轧制压下量ΔH不小于最小压下量ΔH_min。

此外，在轧机位置前部铸机扇形段未投入动态轻压下的情况下，最小压下量ΔH_min还应满足如下条件：

ΔH_min＝μ·S   (3)

其中，S为连铸机结晶器弯月面到轧机位置的距离，单位m；μ为轻压下率，取值范围为0.3～1.4mm/m，其取值受钢种的凝固收缩系数和铸坯尺寸的影响。

综上所述，在铸坯未完全凝固的情况下，即轧机位置液芯率δ大于0时，热芯轧制最小压下量ΔH_min应该同时满足公式(2)和(3)并取两者中的最大值，即：

ΔH_min＝max[H·(ε_v+ε_l+δ)，μ·S]   (4)

因此，设定液芯大压下轧制压下量ΔH不小于最小压下量ΔH_min。

实际应用中，不排除在液芯大压下轧制过程中，由于拉速变化、过热度高、二冷变化等因素导致铸坯液芯无法到达液芯大压下轧制位置，这时液芯率δ为0，因而此时只需主要考虑克服凝固收缩和固态收缩对铸坯质量的影响，设定最小压下率ε_min'为：

ε_min'＝ε_v+ε_l   (5)

因为轧制的压下量ΔH＝H·ε，所以最小压下量ΔH_min'如下：

ΔH_min′＝H·ε_min′＝H·(ε_v+ε_l)   (6)

因此，设定轧制的压下量ΔH不小于最小压下量ΔH_min'。

此外，在轧机位置前部铸机扇形段未投入动态轻压下的情况下，最小压下量ΔH_min'还应满足如下条件：

ΔH_min'＝μ·S   (7)

综上所述，在轧制位置铸坯已完全凝固的情况下，即液芯率δ为0时，轧制的最小压下量ΔH_min'应该同时满足公式(6)和(7)并取两者中的最大值，即：

ΔH_min'＝max[H·(ε_v+ε_l)，μ·S]   (8)

因此，设定轧制的压下量ΔH不小于最小压下量ΔH_min'。

下面通过实际例子对本发明的液芯大压下轧制压下量控制方法作进一步说明。

以连铸机结晶器弯月面为参照点，在连铸机水平段凝固末端设置一架大辊径的二辊轧机，轧机位置S＝30m，对连铸坯实施设定压下量的轧制。为了

便于比较，下面的表3中分别以四种钢为例，与其中每种钢对应的各个参数举例见表3。

各例中，根据表1、表2的数据进行插值计算，得到凝固收缩率ε_V和线性收缩率ε_l。

表3

Claims (2)

1.一种液芯大压下轧制压下量控制方法，在连铸机水平段铸坯未完全凝固带液芯位置设置辊式轧机，其特征在于，在所述轧机位置获取液芯率δ并判断其是否大于0，如果液芯率δ大于0，则所述轧机对铸坯进行压下量大于或等于最小压下量ΔH_min的液芯大压下轧制，其中，最小压下量ΔH_min＝max[H·(ε_v+ε_l+δ)，μ·S]，

上式中，H为轧制前铸坯厚度，单位mm；ε_V为凝固收缩率，单位％；ε_l为线性收缩率，单位％；δ为轧机位置液芯率，单位％；S为连铸机结晶器弯月面到轧机位置的距离，单位m；μ为轻压下率，取值范围为0.3～1.4mm/m。

2.如权利要求1所述的液芯大压下轧制压下量控制方法，其特征在于，如果液芯率δ为0，则所述轧机对铸坯进行压下量大于或等于最小压下量ΔH_min'的轧制，其中，最小压下量ΔH_min′＝max[H·(ε_v+ε_l)，μ·S]。