CN104874758A

CN104874758A - 连铸重压下控制方法及装置

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Publication number: CN104874758A
Application number: CN201510239095.7A
Authority: CN
Inventors: 钱亮; 陈志凌; 韩丽娜
Original assignee: CCTec Engineering Co Ltd
Current assignee: CCTec Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2035-05-11
Also published as: CN104874758B

Abstract

本发明提供一种连铸重压下控制方法及装置，方法包括：实时跟踪计算铸坯温度场，得到铸坯的中心固相率；确定铸坯执行重压下的位置，所述位置在铸坯中心固相率0.6的位置到凝固位置后1.5m的范围内；压下位于重压下位置的拉矫棍上辊对铸坯进行重压下。装置包括：跟踪单元，用于实时跟踪计算铸坯温度场，得到铸坯的中心固相率：确定单元，用于确定铸坯执行重压下的位置，所述位置在铸坯中心固相率0.6的位置到凝固位置后1.5m的范围内；辊缝控制单元，压下位于重压下位置的拉矫棍上辊对铸坯进行重压下本发明能够改变铸坯中心微观组织和金相组织，有效降低连铸坯中心偏析和疏松，消除缩孔，提高压下效率，稳定压下效果。

Description

连铸重压下控制方法及装置

技术领域

本发明涉及连铸领域，更加具体地，涉及一种连铸重压下控制方法及装置。

背景技术

在小方坯连铸过程中，如图1所示，钢水从钢包1和中间包2通过结晶器3一次冷却结晶后形成外壳凝固中心为钢液的铸坯100并从结晶器3下口拉出，铸坯100在结晶器3中形成弯月面30。铸坯100从结晶器下口拉出后，进行二次冷却后，经过拉矫辊列(注意，图中只示出了一部分拉矫辊)的矫直后，通过切前辊道到达火切机4进行铸坯切割。在上述过程中，铸流在外界冷却作用下，从外向内不断凝固，产生的凝固收缩量由中心可以流动的自由钢液补充进来，但是在凝固末期，由于钢液在类似多空介质的两相区中流动阻力的增加，凝固收缩量无法得到及时补偿，形成的压降将导致铸坯中心附近枝晶间的富集偏析元素钢液向中心流动、汇集并最终凝固，从而形成中心宏观偏析，同时得不到补偿的凝固收缩量将最终形成中心疏松。

连铸坯中心偏析、疏松和缩孔等内部质量问题在后绪轧制过程中形成分层等缺陷，且对方坯的质量和性能产生重要影响，甚至导致判废。为了提高连铸坯的内部质量，提出了组合式电磁搅拌方法((M+F)-EMS),即在连铸机铸流的结晶器和凝固末端加装电磁搅拌器，在电磁搅拌条件下，由于液相穴中钢水流动的强化及其对传热、传质的影响，改变凝固组织从而改善连铸坯的内部质量。但是，由于电磁搅拌设备中搅拌器的位置对改善铸坯内部质量影响很大，导致铸坯冶金效果很难稳定；电磁搅拌设备自身的局限性，限制了铸坯种类和生产拉速的范围。

除了电磁搅拌法，还提出了一种轻压下技术，即，通过在连铸坯液芯末端区域施加均匀外力，形成一定的压缩量来补偿铸坯的凝固收缩量。轻压下是在连铸坯的中心固相率为0.3-0.85的范围内采用多辊小压下量的方式对拉矫辊实施单辊小于5mm的压下量。由于小方坯液芯宽度和表面宽度相差较大，采用轻压下技术改善铸坯内部质量的压下效率比较低、改善效果不明显。另外，由于拉矫机个数比较少，小方坯生产过程(拉速、中包温度等)很难保持稳定，导致改善铸坯内部质量的效果也很难稳定。

上述方法均不能够改变铸坯中心微观组织和金相组织，使得晶界上存在有危害的魏氏体，不利于后期轧制。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中存在的上述技术问题而做出，其目的在于提供一种能够改变铸坯中心微观组织和金相组织，显著改善小方坯铸坯内部质量并且提高改善效果的稳定性和压下效率的连铸重压下控制方法及装置。

根据本发明的一个方面，提供一种连铸重压下控制方法，包括：实时跟踪计算铸坯温度场，得到铸坯的中心固相率；确定铸坯执行重压下的位置，所述位置在铸坯中心固相率0.6的位置到凝固位置后1.5m的范围内；压下位于重压下位置的拉矫棍上辊对铸坯进行重压下。

所述的连铸重压下控制方法，其中，所述拉矫棍上辊对铸坯进行重压下的压下量在10mm至30mm范围内。

所述的连铸重压下控制方法，其中，所述铸坯的钢种为高碳钢、中碳合金钢、非调质钢、调质钢、帘线钢、硬线钢、弹簧钢、轴承钢。

优选地，所述铸坯为180*180mm，72A或72B钢种的小方坯，所述拉矫棍上辊对铸坯进行重压下的压下量为17mm。

经过重压下的铸坯的偏析指数在0.95至1.05范围内。

所述的连铸重压下控制方法，其中，所述铸坯执行重压下的位置位于两个拉矫棍上辊之间时，执行重压下的单个拉矫棍上辊的确定方法包括：

分别得到与执行重压下位置相邻两个拉矫辊上辊i和i+1与上述位置的距离差ΔXi、ΔXi+1，其中i是拉矫辊上辊的编号，沿铸坯拉向递增排列；判断ΔX_i是否满足|ΔX_i|≦|ΔX_cri|，其中ΔX_cri为重压下位置到拉矫辊上辊中心下垂线的临界长度；若满足，确定拉矫辊上辊i为执行重压下的拉矫辊上辊；若不满足，确定拉矫辊上辊i+1为执行重压下的拉矫辊上辊。

根据本发明的另一个方面，提供一种连铸重压下控制装置，包括：跟踪单元，用于实时跟踪计算铸坯温度场，得到铸坯的中心固相率：确定单元，用于确定铸坯执行重压下的位置，所述位置在铸坯中心固相率0.6的位置到凝固位置后1.5m的范围内；辊缝控制单元，压下位于重压下位置的拉矫棍上辊对铸坯进行重压下。

所述的连铸重压下控制装置，其中，所述确定单元在所述执行重压下位置位于两个拉矫棍上辊之间时，还用于根据上述两个拉矫棍上辊与执行重压下位置的距离差，确定执行重压下的拉矫棍上辊。

所述的连铸重压下控制装置，其中，所述连铸重压下辊缝控制装置还包括：压下量确定单元，根据生产铸坯的类型和执行重压下的位置确定重压下的压下量，所述压下量在10mm至30mm范围内。

本发明通过控制拉矫辊在铸坯中心固相率0.6的位置到凝固位置后1.5m范围内实施重压下压，能够改变铸坯中心微观组织和金相组织，有效避免连铸坯中心偏析、疏松和缩孔等内部质量问题，提高压下效率，稳定压下效果。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1是连铸机的示意图；

图2是根据本发明连铸重压下控制方法的流程图；

图3是本发明重压下位置位于两个拉矫棍上辊之间时，执行重压下的单个拉矫棍上辊的确定方法的流程图；

图4是本发明单个拉矫棍上辊对铸坯进行重压下的示意图；

图5是本发明连铸重压下控制装置的构成框图；

图6a是根据本发明连铸重压下控制方法对72A或72B钢种180*180mm小方坯进行重压下时，不同压下量对铸坯中心偏析的影响的示意图；

图6b是根据本发明连铸重压下控制方法对72A或72B钢种180*180mm小方坯进行重压下时，不同压下位置对铸坯中心疏松的影响的示意图；

图6c是根据本发明连铸重压下控制方法对72A或72B钢种180*180mm小方坯进行重压下时，不同压下量对铸坯中心疏松的影响的示意图；

图7是根据本发明连铸重压下控制方法对72A或72B钢种180*180mm小方坯进行重压下时，不同压下量对铸坯中心部位的凝固枝晶组织影响的示意图；

图8是根据本发明连铸重压下控制方法对72A或72B钢种180*180mm小方坯进行重压下时，不同压下量对铸坯中心部位的金相组织影响的示意图。

图9是根据本发明连铸重压下控制方法及装置不同压下量对铸坯中心缩孔影响的示意图。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

下面将参照附图来对根据本发明的各个实施例进行详细描述。

图1是小方坯连铸机示意图，如图1所示，连铸机设有若干个拉矫机200，每一台拉矫机200主要包含一对拉矫辊和一个液压缸210，拉矫辊的下辊240是固定支承辊，拉矫辊的上辊230的旋转由电机驱动，升降由与其固定连接的液压缸210控制，液压缸210上装有位移传感器250，检测液压缸210中活塞杆220的位移，由于活塞杆220和上辊230为固定连接，因此通过位移传感器250能够检测上辊230的位移，通过调节液压缸210的进/出油量，带动拉矫机上辊230下降，对铸坯进行重压下。

根据本发明连铸重压下控制方法的流程图，如图2所示，所述连铸重压下控制方法包括：

首先，在步骤S210中，实时计算跟踪铸坯的温度场，根据连铸坯的中心温度、液相温度以及固相温度得到连铸坯固相率，实时计算连铸坯的中心固相率f_s(t)。

f_{s} (t) = \frac{T_{l} - t + \frac{2}{π} (T_{S} - T_{l}) {1 - c o s [\frac{π (t - T_{l})}{2 (T_{S} - T_{l})}]}}{(T_{l} - T_{s}) (1 - \frac{2}{π})}

其中，t为铸坯中心温度，T_S是固相温度，T_l是液相温度。

在步骤S220中，确定铸坯执行重压下的位置，所述位置在铸坯中心固相率0.6的位置到凝固位置后1.5m范围内；

在步骤S230中，压下位于重压下位置的拉矫棍上辊对铸坯进行重压下，即，通过调整该拉矫棍上辊和下辊之间的辊缝来对铸坯进行重压下,其中，所述拉矫棍上辊对铸坯进行重压下的压下量必须大于排除糊状钢液的压下量同时小于致使铸坯产生裂纹的压下量，经过多次实验，在上述位置范围内，单辊重压下的压下量在10mm至30mm范围内时能够满足上述要求，为了减少连铸设备生产高质量铸坯的成本，优选地，单辊重压下的压下量在10mm至29mm范围内。

图3是本发明重压下位置位于两个拉矫棍上辊之间时，执行重压下的单个拉矫棍上辊的确定方法的流程图，图4是本发明单个拉矫棍上辊对铸坯进行重压下的示意图，如图3和4所示，所述铸坯执行重压下的位置位于两个拉矫棍上辊之间时，执行重压下的单个拉矫棍上辊的确定方法包括：

首先，在步骤S310中，分别得到与执行重压下位置相邻两个拉矫辊上辊i和i+1与上述位置的距离差ΔXi、ΔXi+1，其中，i是拉矫辊上辊的编号，沿铸坯拉向递增排列，拉矫棍上辊的位置和执行重压下的位置均以结晶器弯月面30为起始点；

在步骤S320中，判断ΔX_i是否满足|ΔX_i|≦|ΔX_cri|，其中，ΔX_cri凝固末端位置到辊子中心下垂线水平位置的临界距离，根据钢种、拉矫辊半径R、压下量δ和压下区间L确定，其绝对值一般不大于拉矫辊上辊作用区间的线性长度，即，

若ΔX_i满足上述要求，在步骤S320a中，确定拉矫辊上辊i为执行重压下的拉矫辊上辊；

若ΔX_i不满足上述要求，在步骤S320b中，确定拉矫辊上辊i+1为执行重压下的拉矫辊上辊。

图5是本发明连铸重压下辊缝控制装置的构成框图，如图5所示，所述连铸重压下辊缝控制装置100包括：

跟踪单元110，用于实时跟踪计算铸坯温度场，得到铸坯的中心固相率，其中，所述连铸重压下辊缝控制装置还包括：

确定单元120，用于确定铸坯执行重压下的位置，所述位置在铸坯中心固相率0.6到凝固后1.5m位置范围内；

辊缝控制单元140，压下位于重压下位置的拉矫棍上辊对铸坯进行重压下，即，通过调整位于重压下位置的拉矫棍上辊和下辊之间的辊缝来对铸坯进行重压下。

优选地，确定单元120在执行重压下位置位于两个拉矫棍上辊之间时，还用于根据上述两个拉矫棍上辊与执行重压下位置的距离差，确定执行重压下的拉矫棍上辊。

另外，优选地，连铸重压下辊缝控制装置100还包括：压下量确定单元130，根据生产铸坯的类型和执行重压下的位置确定重压下的压下量，将确定后的压下量传输到辊缝控制单元140，通过控制执行重压下拉矫棍上辊和下辊之间的辊缝，以上述压下量对铸坯进所重压下。

本发明连铸重压下控制方法及装置，通过在铸坯中心固相率0.6的位置到凝固后1.5m位置范围内执行单辊重压下10mm至30mm，在铸坯不产生裂纹的情况下，能够改变铸坯中心微观组织和金相组织，显著改善小方坯铸坯中心缩孔、中心偏析和中心疏松等内部缺陷并且提高改善效果的稳定性和压下效率。

本发明连铸重压下控制方法及装置应用到高碳钢、中碳合金钢、非调质钢、调质钢、帘线钢、硬线钢、弹簧钢、轴承钢等铸坯生产过程中，均能达到有效降低连铸坯中心偏析、疏松和消除缩孔等内部质量问题以及提高压下效率的效果，以72A或72B钢种180*180mm小方坯为例，其中，图9示出了不同压下量对上述铸坯中心缩孔的影响，

从图9可以看出，随着单辊压下量的增加，缩孔有减小趋势，当压下量达到一定值后，可以完全消除缩孔，例如，对72A或72B钢种180*180mm小方坯进行了重压下时，完全消除中心缩孔所述拉矫棍上辊对铸坯进行重压下的压下量大于14mm，优选地，重压下的压下量为17mm。

图6a是根据本发明连铸重压下控制方法对72A或72B钢种180*180mm小方坯进行重压下时，不同压下量对铸坯中心偏析的影响的示意图，其中，横坐标为到铸坯中心的距离，单位为mm,纵坐标为碳偏析指数c/c₀，从图6a可以看出，单辊重压下可以大大改善铸坯中心偏析，不同的单辊重压下量对铸坯偏析的改善程度不同，10mm以上的单辊压下量，完全可以降偏析指数控制在0.95～1.05之间。

图6b是根据本发明连铸重压下控制方法对72A或72B钢种180*180mm小方坯进行重压下时，不同压下位置对铸坯中心疏松的影响的示意图，横坐标为铸坯压下位置的中心固相率，纵坐标为疏松体积重量，单位为×10^-3cm³/g，从图6b可以看出，当固相率大于0.6以后，疏松体积重量会更加稳定。

图6c是根据本发明连铸重压下控制方法对72A或72B钢种180*180mm小方坯进行重压下时，不同压下量对铸坯中心疏松的影响的示意图，横坐标为单棍压下量，单位为mm，纵坐标为疏松体积重量，单位为×10^-3cm³/g，图6c示出了铸坯拉速为1.3m/min和1.5m/min下不同压下量对铸坯中心疏松的影响，如图6c所示，不论在那种拉速下，随着压下量的增大，疏松体积重量有明显的下降，说明整个铸坯更加致密。

图7是根据本发明连铸重压下控制方法对72A或72B钢种180*180mm小方坯进行重压下时，不同压下量对铸坯中心部位的凝固枝晶组织影响的示意图，其中，模式I的三幅图从左到右分别是没有压下的铸坯距离中心10mm处、距离中心4mm处、中心处的凝固枝晶组织的示意图，模式II的三幅图从左到右分别是压下9mm的铸坯距离中心10mm处、距离中心4mm处、中心处的凝固枝晶组织的示意图，模式III的三幅图从左到右分别是压下17mm的铸坯距离中心10mm处、距离中心4mm处、中心处的凝固枝晶组织的示意图，从模式I、II和III的凝固枝晶组织的示意图对比可以看出，没有压下的铸坯和压下9mm的铸坯，铸坯中心凝固组织，即微观组织未发生改变，而在压下17mm的铸坯，其凝固组织发生断裂和改变，有利于提高后期轧制的质量和效率。

图8是根据本发明连铸重压下控制方法对72A或72B钢种180*180mm小方坯进行重压下时，不同压下量对铸坯中心部位的金相组织影响的示意图，其中，模式I为没有压下的铸坯中心处的金相组织示意图，模式II是压下9mm的铸坯中心处的金相组织的示意图，模式III是压下17mm的铸坯中心处的金相组织的示意图，从模式I、II和III的金相组织的示意图对比可以看出，没有压下的铸坯和压下9mm的铸坯，铸坯中心金相组织存在大量的魏氏体组织，增加了铸坯的脆性，而在压下17mm的铸坯，铸坯中心金相组织的的魏氏体组织大量减少，且变细和变得不连续，减少了铸坯的脆性，有利于提高后期轧制的质量和效率。

尽管前面公开的内容示出了本发明的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明范围的前提下，可以进行多种改变和修改。这里描述的发明实施例所述的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明的元素可以以个体形式描述或要求，但是也可以设想多个，除非明确限制为单数。

Claims

1.一种连铸重压下控制方法，包括：

实时跟踪计算铸坯温度场，得到铸坯的中心固相率；

确定铸坯执行重压下的位置，所述位置在铸坯中心固相率0.6的位置到凝固位置后1.5m的范围内；

压下位于重压下位置的拉矫棍上辊对铸坯进行重压下。

2.根据权利要求1所述的连铸重压下控制方法，其中，所述拉矫棍上辊对铸坯进行重压下的压下量在10mm至30mm范围内。

3.根据权利要求1所述的连铸重压下控制方法，其中，所述铸坯的钢种为高碳钢、中碳合金钢、非调质钢、调质钢、帘线钢、硬线钢、弹簧钢、轴承钢。

4.根据权利要求1所述的连铸重压下控制方法，其中，所述铸坯为180*180mm，72A或72B钢种的小方坯。

5.根据权利要求4所述的连铸重压下控制方法，其中，所述拉矫棍上辊对铸坯进行重压下的压下量为17mm。

6.根据权利要求3所述的连铸重压下控制方法，其中，经过重压下的铸坯的偏析指数在0.95至1.05范围内。

7.根据权利要求1所述的连铸重压下控制方法，其中，所述铸坯执行重压下的位置位于两个拉矫棍上辊之间时，执行重压下的单个拉矫棍上辊的确定方法包括：

分别得到与执行重压下位置相邻两个拉矫辊上辊i和i+1与上述位置的距离差ΔXi、ΔXi+1，其中，i是拉矫辊上辊的编号，沿铸坯拉向递增排列；

判断ΔX_i是否满足|ΔX_i|≦|ΔX_cri|，其中ΔX_cri为重压下位置到拉矫辊上辊中心下垂线的临界长度；

若满足，确定拉矫辊上辊i为执行重压下的拉矫辊上辊；

若不满足，确定拉矫辊上辊i+1为执行重压下的拉矫辊上辊。

8.一种连铸重压下控制装置，包括：

跟踪单元，用于实时跟踪计算铸坯温度场，得到铸坯的中心固相率：

确定单元，用于确定铸坯执行重压下的位置，所述位置所述位置在铸坯中心固相率0.6的位置到凝固位置后1.5m的范围内；

辊缝控制单元，压下位于重压下位置的拉矫棍上辊对铸坯进行重压下。

9.根据权利要求8所述的连铸重压下控制装置，其中，所述确定单元在所述执行重压下位置位于两个拉矫棍上辊之间时，还用于根据上述两个拉矫棍上辊与执行重压下位置的距离差，确定执行重压下的拉矫棍上辊。

10.根据权利要求8所述的连铸重压下控制装置，其中，所述连铸重压下辊缝控制装置还包括：压下量确定单元，根据生产铸坯的类型和执行重压下的位置确定重压下的压下量，所述压下量在10mm至30mm范围内。