CN1046875C - 在连续铸钢中产生粘滞后控制抽锭速度的方法 - Google Patents

在连续铸钢中产生粘滞后控制抽锭速度的方法 Download PDF

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Abstract

在连续铸钢中动态控制抽锭速度的方法，这方法包括在探测出铸模发生铸皮粘滞时，便抽锭速度产生周期变化，包括从正常速度降到减慢速度，接着在该速度下保持铸皮愈合的平稳段，再从减慢速度增加到正常速度的加速阶段，按照本发明，还包活采取措施来测出铸造的钢中的铁素体势，并确定减速阶段或加速阶段中一个的变化率作为铁素体势的函数。所述的愈合的平稳段的时间tr还可按所铸造的钢种的液固相线温度差的函数来确定。

Description

本发明涉及一种在连续铸钢中产生粘滞后控制抽锭速度的方法
在连铸机的铸模中产生铸锭表皮粘滞是很危险的，因为它们会导致漏钢。特别是通过SOLLAC发展的系统，名称为SAPSOL，基于通过两个水平插入在液面下垂直铸模的壁内的热电偶来监视模壁的温度的警报系统发出铸皮粘滞的警报。还有人提出过另外的警报系统。在测出警报信号后，开始时，铸造操作要停止一段时间，该段时间要长到足够使铸皮愈合。之后，要在愈合期控制抽锭速度，如前面所述，以避免连铸机完全停车。但是，该周期，更具体的是其减速阶段，对于产品表面质量和连铸机的生产率而言，并不是不重要的。
在水平连铸方法中，公知的技术还包括使用应力测量来探测漏钢的方法(EP-A-111000)，以及只有探测到铸模中有突然的温降就停止抽拉铸造产品的方法(DE-A-3307176)。但是现有技术的控制抽锭速度的方法的缺陷是生产周期较长。
本发明的目的是解现有技术的问题，提供一种既安全可靠又能缩短生产周期的在连续铸钢中产生粘滞后控制抽锭速度的方法。
为达到本发明的上述目的，本发明提供了一种在连续铸钢中动态控制抽锭速度的方法，这方法包含在探测出铸模发生铸皮粘滞时，使抽锭速度产生周期变化，包括从正常速度降到减慢速度，接着在该速度下保持铸皮愈合的平稳段，再从减慢速度增加到正常速度的加速阶段，按照本发明还包括采取措施来测出铸造的钢中的铁素体势，并确定减速阶段或加速阶段的变化率作为铁素体势的函数。
在实行中，本发明是根据一种发现-基于科学考虑和实验试验-出发的，按照该发现，可将铁素体势(下面将给以定义)作为铸皮愈合阶段控制抽锭速度的决定性因数。
把所述的愈合平稳段的时间按所铸造的钢种的液固相线温度差的函数来确定看来也是有利的。
最好，在发生铸皮粘滞时，将抽锭速度减慢到0.2～1米/分，以便使发生粘滞的区域愈合。
本发明的有益效果是使铸钢时愈合周期缩短；生产率增加。
下面参照附图及实例对本发明进行详细说明，可对本发明的标点及优点更进一步明白。在附图中：
图1是在铸皮愈合过程的速度图；
图2包括三个图，自上到下分别为：愈合时间tr(分)与凝固温度范围TL-TS(度)之间的函数关系，减速斜率D(米/分2)与铁素体势PF这间的函数关系，加速斜率A(米/分2)与铁素体势PF之间的函数关系。
图3是类似图1的图，示出了按照本发明，对三各钢X、B、D的愈合周期，还示出了与X钢相类似的X′钢按照普通方法的愈合周期。
图1中所示的曲线图是铸皮愈合周期的前、后及该周期中抽锭速度V(米/分2)与时间t(分)之间的关系。在该周期前后，抽锭速度都保持在正常值Vc。在测出铸皮粘滞信号的时间，抽锭速度降低为减速阶段td中的Vr值，平均减速率D=(Vt-Vc)/td，或者叫做减速斜率。在愈合或等待时间tr后，速度上升，在ta过程中回升到值Vc，因此加速率A=(Vc-Vr)/ta。
按照本发明，已发现td和D受到锭坯在引带辊之间的鼓胀的强烈影响。而后者又取决于铸锭表皮的高温塑性变形性能；具有低蠕变强度的铁素体钢要求长的减速时间ta(及低D值)，而对于奥氏体钢则相反。本发明还发现tr主要与凝固范围相关，也说是与液固相线温度差TL-TS(cK)相关，结论是具有宽的凝固温度范围TL-TS值的高合金级别要求相应地增加tr，反之亦然；本发明还发现ta和A要求按照铸锭表皮粘滞的倾向作一些调整，对完全铁素体钢或完全奥氏体钢来说，该倾向性大，但是如果在铸皮所经历的温度范围存在着混合的奥氏体/铁素体结构时，那么这倾向较小。
所有这些条件主要取决于在基体中的显微偏析效应，而最终取决于所铸造的钢种是铁素体或奥氏体的特点，因为研究已表明，就减小显微偏析来说，凝固相中出现铁素体有良好的作用。由于在普通碳钢或低合金钢中铁素体和奥氏体的固体部分的比例，随碳含量的变化而逐渐变化，因此可以规定一个“铁素体势”(PF)来表示在凝固时形成的铁素体的份数。因此：
PF=2.5(0.5-％Cp)
式中：％Cp表示在包晶反应中的碳当量，也就是考虑了其它合金化元素修正过的碳含量。在实践中，用下列公式：
％Cp=％C+0.02％Mn+0.04％Ni-0.1
     ％Si-0.04％Cr-0.1％Mo
铁素体势为1或更高，意味着在凝固时特形成完全铁素体结构。相反地，负的铁素体势的值表示将形成完全奥氏体结构。
对于不锈钢，用下式来计算铁素体势：
PF=5.26(0.74-[％N′i/％C′r])式中：％N′i=％Ni+0.31％Mn+22％C+14.2％N+％Cu％C′r=％Cr+1.5％Si+1.4％Mo+3％Ti+2％Nb
根据如上所定义的铁素体势构成的钢的分类，有可能从实质上是经验导出的数据出发来确定在得到警报信号后愈合周期所要求的最佳加速率A和减速率D。在图2中下面的两根曲线显示了上述的最佳加速率和减速率。
因此，在图2中下面的曲线示出了与铁素体势呈函数关系的加速率A(米/分2)，从相对于高的铁素体势正值的一个略低于0.1米/分2的值增加到相对于铁素体势为接近1的大约为0.7米/分2的最大值，然后再降到相对于负的铁素体势的略低于0.2米/分2的值。下式为A与PF的函数关系的多项近似计算式：
A=f(PF)=α0+Σαi(PF)i式中：对PF＞1,a0=5.9,a1=-10.635,a2=7.82,a3=-2.8459,a4=0.5091,a5=-0.0357；对PF＜1:a0=0.3116,a1=0.2075,a2=0.15.a3=0.0471,a4=0.0051。
最佳的加速时间ta落在60至600秒之间。
事实上，最好调整加速时间ta(按理论，它由(Vc-Vr)/A计算出)以便也考虑到其它合金元素的影响，也就是考虑通过影响在铸模中钢液的粘度来促进粘滞的那些元素的影响。可用下列的乘数(相应于类似的A的除数)来进行校正
    元素含量％等于或大于    0.05   0.1    0.5
        SAlTiZr和/或稀土金属     111.52    2234     33610
对于减速率，也有一多项近似计算式：
D=f(PF)=α0+∑iαi(PF)i式中，a0=-57.15,a1=21,a2=7.68,a3=-1.83,a4=0.822,a5=0.0531,a6=0.0289；
最佳的减速时间为0.5至30秒。
关于愈合平稳段的等待时间tr，如上述，该时间与凝固范围TL-TS有关，式中TL和TS为液相线及固相线温度。最好用一定钢种的实际固相线温度(也就是已经相应于平衡时的理论固相线温度作了调整的温度)，以考虑少量地溶解的引起同相线降低的元素(例如磷和硫)的影响。
在实际上，液相线温度TL按下式计算：
对于PF＞0:TL=1538-90(％C)-(％X)
对于PF＜0:TL=1538-60(％C)-(％X)
同理，固相线温度TS按下式计算：
对于PF＞1:TS=1538-450(％C)-(％X)
对于PF＜1:TS=1538-180(％C)-(％X)
式中：元素及合金的系数X分别代表：
10Si,5Mn,2Cr,3Ni,3Mo,3Cu,8Nb,14Ti,3Al,2V,60B,1W,1Co,34P,40S,14As,10Sn,36Se。
图2中最上面的曲线示出等待时间tr是凝固温度范围的递增函数，从15秒增加到6分钟，最佳范围为30到300秒。
tr的多项近似计算式如下：
tr=f(TL-TS)=α0+∑iαj(TL-TS)i式中：a0=0.351,a1=-0.0194,a2=0.000572,a3=-0.1715·10-5。
如果把这整套曲线都在计算机或微处理机中编成程序，这些计算机或微处理机与给出粘滞警告信号的警报系统相配合对愈合周期进行自动控制，则更有利。很明显，所指示的D及A值是平均值，在一般情况下二者能作大约20％的调整，以便进行非线性的速度转换。
例如，在图2及下面的表1中示出了在包括连续铸造250毫米×1800毫米的钢坯时的典型情况下，对六种合金A、B、C、D、E、F测得的值。表Ⅰ见文后、表Ⅰ(续)见文后
下面通过实例来更有效地说明本发明的优点，这些实例一方面包括应用到同一钢种X(0.06％C,0.30％Mn,0.015％P,0.010％S,0.040％Al；PF=1.085；TL-TS=1531-1508=23°K)的普通控制方法和本发明的动力学控制方法，另一方面包括三个不同的钢种B、D和X所用的动态控制方法。
为了愈合由于铸皮粘滞而影响的面积所需的典型周期在图3已反映出来，也就是应用于低碳钢(牌号X)的按照本发明的愈合周期，和按普通方法的愈合周期，以及应用于磁钢片的高硅钢(牌号B)和应用于高碳型的100Co钢(牌号D)的本发明的愈合周期。在下面的表2列出了各种周期的参数。
可以看出在应用普通方法时，X′钢的愈合周期要求总愈合时间ta+tr为7分钟，还要有0.9秒的减速时间。故采用这种普通方法使生产率降低并恶化表面质量。
另外，由于缺乏关于如何区分对发生粘滞区域进行愈合的不同的特性的知识，故只有一个相似的普通愈合周期传统地应用于所有的钢种。
相反，当应用本发明时，愈合周期ta+tr显然可以缩短约为1分钟，相应于生产率的增益接近90％，而产品表面质量也只在很短的区域中有影响。
对于钢种B也可观察到类似的增益。
另一方面可看出本发明对钢种D要求有长得多的愈合周期，而普通方法却不能可靠地保证已发生粘滞的区域的有效的愈合。
这些实例清楚地表明本发明能同时在可靠性及生产率两方面都得到收益。
如上所述，在大多数实际情况下，选择减慢速度Vr为0.2至1米/分是有利的。但是，其选择最好遵守下面的准则；在愈合周期中的减慢速度大致等于下面两值中的较大值：(1)70％的正常速度，(2)铸模的有效长度对愈合平稳段时间tr的比值。换言之，如果选择减慢速度Vr约等于70％Vc对于在铸模的有效长度(即在铸模的第二水平热电偶和铸模出口之间距离)范围内进行愈合是相适应的，那就选定该值。例如，总高度为0.90米的铸模，第二水平热电偶位于0.30米处，则铸模有效长度为0.6米。
对于钢种X，表Ⅱ给出等待时间tr为0.23分，相应于70％Vc的速度给出理论速度Vr为1米/分。另外，可计算出最大的有效时间为L/Vr=0.6/1=0.6分，比0.23分大。因此表明Vr的理论值是合适的。
另外，对于钢种D，等待时间tr为3.6分，超过了由速度Vr为1米/分所得到的最大的有效时间。容许的速度Vr仅为Vr=L/tr=0.6/3.6=0.15米/分，如图3所示。
                          表Ⅰ
    钢种    A     B    C     D      E      F
分析成分％CSiMnCrNiTiAl特征值PFTL(℃)TS(℃)TL-TS(K) 0.050.51.518.010.50.531460140852 0.023.01.95150614997 0.0050.051.24153715352 1.01.5-1.0614651344121 0.120.300.030.941526150422 0.350.200.500.341502145844
表Ⅰ(续)
       钢种      A      B      C     D      E     F
    动态控制标准*D(米/分2)td(秒)tr(分)A(米/分2)ta(分)ra+tr(分**) -441.40.70.452.22.9 -1.25.00.30.166.26.5 -203.00.30.382.6***4.2 -680.93.60.224.58.1 -302.00.30.721.41.7 -521.20.50.382.63.1
*)Vr=1.5米/分；Vr=0.5米/分**)在减速阶段(愈合期)的总时间***)钛的校正的ta值：2.6×1.5=3.9分
                            表Ⅱ钢种           X             B             D         X′Vc′米/分      1.4           1.4           1.4       1.4D1米/分2      -26           -12           -68       -1.3td′分(秒)  0.015(0.9)    0.033(2.0)    0.02(1.2)    (0.9)Vr′米/分      1.0           1.0           0.15      0.1tr′分         0.23          0.3           3.6       2.0A1米/分2     0.58          0.16          0.22      0.26ta′分        0.7           2.5           6.1       5.0tr+ta′分     0.93          2.8           9.7       7.0

Claims (7)

1．在连续铸钢中动态控制抽锭速度的方法，这方法包括在探测出铸模发生铸皮粘滞时，使抽锭速度产生周期变化，包括从正常速度降到减慢速度，接着在该速度下保持铸皮愈合的平稳阶段，再从减慢速度增加到正常速度的加速阶段，其特征在于采取措施来测出铸造的钢的铁素体势，和至少确定减速阶段或加速阶段中的一个的变化率为所述铁素体势(PF)的函数。
2．按照权利要求1的方法，其特征在于所述愈后的平稳段的时间tr按作为铸造的钢种的液固相线温度差的函数来确定。
3．按照权利要求1或2的方法，其特征在于在所述的铸造的钢种为低合金钢时，铁素体势的确定符合下式：
PF=2.5(0.5-％Cp)
式中：％Cp是在包晶反应中的碳当量，按照下式计算：
％Cp=％C+0.02％Mn+0.04％Ni-0.1
      ％Si-0.04％Cr-0.1％Mo
在所述钢种为不锈钢时，铁素体势的确定应符合下式：
PF=5.26(0.74-[％N′i/％C′r])式中：％N′i=％Ni+0.31％Mn+22％C+14.2％N+％Cn％C′r=％Cr+1.5％Si+1.4％Mo+3％Ti+2％Nb
4．按照权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于在所述减慢速度下的等待时间(tr)及减速率(D)和加速率(A)根据下面多项式进行近似计算：
tr=f(TL-TS)=α0+∑iαi(TL-TS)i式中：a0=0.351,a1=-0.0194,a2=0.000572,a3=-0.171510-5；
D=f(PF)=a0+∑iαi(PF)i式中：a0=-57.15,a1=21,a2=7.68,a3=-1.83,a4=0.822,a5=0.0531,a6=0.0289；
A=f(PF)=a0+∑iαi(PF)i式中：对PF＞1:a0=-5.9,a1=-10.635,a2=7.82,a3=2.8459,a4=0.5091,a5=-0.0357，对PF＜1:a0=0.3116,a1=0.2075,a2=0.15,a3=0.0471,a4=0.0051。
5．按照权利要求1至4中任一项的方法，其特征在于所述的减速时间(td)为0.5秒至30秒，在减慢速度下的等待时间(tr)为30至300秒，加速时间(ta)为60至600秒。
6．按照权利要求1至5中任一项的方法，其特征在于所述的抽锭速度的控制是通过计算机按照编入所铸造的钢种进行抽锭速度计算的程序来进行的。
7．按照权利要求1至6中任一项的方法，其特征在于在所述的愈合周期中减慢速度基本等于下面两个值中的较大值；(1)70％的正常速度，(2)铸模有效长度对愈合平稳段时间tr的比值。
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