CN105817594A - 微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置及控制方法。本发明的微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置，包括安装在连铸板立弯段两侧的两组喷淋架，其特征是：每组喷淋架包括两个由连杆连接在一起的两个喷淋架，每个所述的连杆连接喷淋架水平驱动装置，每个所述的喷淋架上安装一组喷淋管，所述的喷淋管通过电磁阀连接供水管路，所述的电磁阀和所述的水平驱动装置连接连铸机控制系统。本发明能够实现对不同微合金钢种及其对应断面尺寸连铸坯角部在连铸机立弯段内的强冷却，达到有效抑制微合金元素碳氮化物在铸坯角部组织晶界析出，提高铸坯抗裂纹能力的目的。
Description
技术领域：
本发明涉及一种微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置及控制方法，属于炼钢-连铸领域控制技术领域。
背景技术：
微合金钢已成为当前国内外钢铁企业生产的主力产品之一。然而，在实际微合金钢生产过程中，连铸坯角部却频发微横裂纹缺陷，致使其后续轧材产生严重的表面质量缺陷，给企业带来了巨大的经济损失，现已成为制约微合金钢高质和高效化生产亟待解决的共性技术难题。
造成微合金钢连铸坯角横裂纹频发的主要原因是：在现有连铸工艺条件下，连铸坯在凝固过程中，钢中的微合金元素极易与C，N等元素结合形成碳化物、氮化物或碳氮化物，并在奥氏体晶界大量析出；与此同时，受晶界析出物析出行为与连铸过程传统冷却模式共同作用，加剧了奥氏体晶界膜状或网状先共析铁素体膜形成，从而打破了铸坯表层奥氏体组织分布的连续性。受该二因素共同作用，连铸坯表层组织的塑性与强度极度弱化，当连铸坯进入弯曲与矫直段时，在弯曲或矫直应力作用下极易在铸坯角部组织晶界因应力集中而引发角横裂纹。为此，抑制连铸坯角部组织晶界微合金碳氮化物的晶界析出、强化角部组织晶界是从根本上控制微合金钢连铸坯角横裂纹发生的关键。
实践和已有研究均表明，在微合金元素碳氮化物析出温度区间内，采用快速冷却模式冷却钢组织可有效抑制微合金元素碳氮化物在钢组织晶界析出，从而强化钢的晶界强度。因此，对照实际微合金钢板坯连铸生产，若在铸坯凝固高温区采用合适的冷却强度冷却铸坯角部，亦可有效抑制微合金元素碳氮化物在铸坯角部组织晶界析出。
由理论与实测可知，目前主要钢铁企业所生产的微合金钢，其主要微合金元素碳氮化物（例如Nb(CN)、BN等）的析出温度区间均处于870~1150℃温度范围。对照实际微合金钢板坯连铸生产过程角部温度沿铸流方向的分布可知，该温度区间主要集中在连铸机足辊与立弯段区域。因此，需对足辊区与立弯段内的铸坯角部实施强冷，且加大该区域内铸坯角部的二冷水强度是实现铸坯角部快速冷却最有效的方法。
在实际连铸生产中，足辊段由于直接与结晶器出口相连，结晶器在调宽过程，窄面足辊可随断面调宽过程移动，因而在足辊段内的铸坯角部强冷可通过在结晶器下方足辊段窄面安装/固定一套拥有独立控制水量功能的供水回路和喷嘴系统，保证喷嘴系统在不同断面铸坯生产过程中对准其4个角部进行喷淋冷却，实现微合金钢板坯连铸生产的强冷控制。而对于立弯段，由于其为通用扇形段（可生产多个断面宽度与厚度的铸坯），且其段内的喷嘴安装固定，因而无法实现不同断面尺寸铸坯角部的强冷控制。
目前，针对微合金钢板坯在立弯段内的角部强冷控制技术研究与开发主要采用整体增加整个铸坯宽面或窄面的水量来实现。例如，专利号为201010259985.1的发明专利，公开了一种在垂直段（立弯段）内整体增大连铸坯宽、窄面水量2~5倍的方法，实现铸坯表面以3~10℃/s冷却速冷却，从而起到降低铸坯表层组织晶界微合金元素碳氮化物析出、降低角横裂纹的目的。然而，整体加大连铸坯宽、窄面水量，势必加大连铸坯的整体凝固速度，从而引发铸坯凝固末端提前，导致铸坯凝固末端压下工艺的改变。
专利号为201210348907.8的发明专利，公开了一种降低微合金钢板坯角部横裂纹的二次冷却方法，通过控制垂直段内的冷却水量及喷水模式，以3~8℃/s冷却速度冷却铸坯，实现铸坯的强冷。该方法与上述专利思想类似，同样采用整体增大连铸坯水量的方式实现铸坯角部强冷，同样会引起铸坯凝固末端压下工艺的改变。
因此，为了确保不同断面铸坯角部生产过程均可实现在立弯段内强冷，同时又可最大程度降低该强冷工艺所引入的后续生产工艺改变，急需开发一种新的微合金钢铸坯角部冷却控制方法。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置及控制方法，实现对不同微合金钢种及其对应断面尺寸连铸坯角部在连铸机立弯段内的强冷却，达到有效抑制微合金元素碳氮化物在铸坯角部组织晶界析出，提高铸坯抗裂纹能力的目的，并克服已有同类发明对后续连铸工艺改动量大的缺点，引入喷淋冷却系统强冷却铸坯各角部的微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制。
上述的目的通过以下技术方案实现：
微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置，包括安装在连铸板立弯段两侧的两组喷淋架，每组喷淋架包括两个由连杆连接在一起的两个喷淋架，每个所述的连杆连接喷淋架水平驱动装置，每个所述的喷淋架上安装一组喷淋管，所述的喷淋管通过电磁阀连接供水管路，所述的电磁阀和所述的水平驱动装置连接连铸机控制系统。
所述的微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置，所述的水平驱动装置采用液压油缸。
所述的微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置，所述的喷淋管喷嘴端与铸坯宽面方向的夹角呈55°~60°。
所述的微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置，所述的喷嘴与铸坯角部的距离控制范围为60~120mm。
所述的微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置，所述的喷淋管等距均匀分布在所述的喷淋架上。
利用上述微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置进行微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制的方法，该方法为：建立连铸坯二维非稳态温度场计算模型，模拟对应条件下铸坯的温度场分布，进而确定能够抑制所连铸微合金钢铸坯角部晶界微合金碳氮化物析出所需的冷却速度要求的额外受水量，根据该铸坯受水量，按照喷嘴的水流密度分布计算确定喷嘴的位置和喷淋管总流量，进而根据喷淋管总个数确定喷淋冷却系统总水量，在此基础上，根据仿真计算所确定的喷淋架位置和总冷却水量，试验生产微合金钢连铸坯，并修正连铸二级控制系统所下发的总水量，使其达晶界析出物弥散析出状态，最终确定出满足不同钢种及其对应断面尺寸铸坯在立弯段内强冷却的喷淋架停留位置参数和冷却水量，然后由连铸机控制系统控制水平驱动装置将喷淋架移动到需要的位置同时通过控制电磁阀控制喷水量。
所述的利用上述微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置进行微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制的方法，所述的建立连铸坯二维非稳态温度场计算模型的过程中喷淋架停留位置与冷却水量确定是由铸坯二冷温度场计算机仿真计算和现场试验共同确定，其中，铸坯二冷温度场计算机仿真采用有限元分析法进行。
附图说明
图1为连铸机立弯段铸坯角部强冷却装置及系统构成正视示意图。
图2为连铸机立弯段铸坯角部强冷却装置及系统构成俯视示意图。
图3为仿真计算铸坯立弯段铸坯角部强冷却温度变化曲线图。
图4为本发明实施后含Nb微合金钢铸坯角部晶界析出物透射电镜检测图。
图中：1、连铸板立弯段；2、喷淋架；3、连杆；4、水平驱动装置；5、喷淋管；6、电磁阀；7、供水管路；8、连铸机控制系统。
具体实施方式
如图1-2所示微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置，包括安装在连铸板立弯段1两侧的两组喷淋架2，每组喷淋架包括两个由连杆3连接在一起的两个喷淋架，每个所述的连杆连接喷淋架水平驱动装置4，每个所述的喷淋架上安装一组喷淋管5，所述的喷淋管通过电磁阀6连接供水管路7，所述的电磁阀和所述的水平驱动装置连接连铸机控制系统8。本实施例中所述的喷淋管之间通过供水主管连通在一起，电磁阀安装在供水主管上。
所述的微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置，所述的水平驱动装置采用液压油缸。
所述的微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置，所述的喷淋管喷嘴端与铸坯宽面方向的夹角呈55°~60°。
所述的微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置，所述的喷嘴与铸坯角部的距离控制范围为60~120mm。
所述的微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置，所述的喷淋管等距均匀分布在所述的喷淋架上。
如图1-4所示，利用上述微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置进行微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制的方法，该方法为：建立连铸坯二维非稳态温度场计算模型，模拟对应条件下铸坯的温度场分布，进而确定能够抑制所连铸微合金钢铸坯角部晶界微合金碳氮化物析出所需的冷却速度要求的额外受水量，根据该铸坯受水量，按照喷嘴的水流密度分布计算确定喷嘴的位置和喷淋管总流量，进而根据喷淋管总个数确定喷淋冷却系统总水量，在此基础上，根据仿真计算所确定的喷淋架位置和总冷却水量，试验生产微合金钢连铸坯，并修正连铸二级控制系统所下发的总水量，使其达晶界析出物弥散析出状态，最终确定出满足不同钢种及其对应断面尺寸铸坯在立弯段内强冷却的喷淋架停留位置参数和冷却水量，然后由连铸机控制系统控制水平驱动装置将喷淋架移动到需要的位置同时通过控制电磁阀控制喷水量。
所述的利用上述微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置进行微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制的方法，所述的建立连铸坯二维非稳态温度场计算模型的过程中喷淋架停留位置与冷却水量确定是由铸坯二冷温度场计算机仿真计算和现场试验共同确定，其中，铸坯二冷温度场计算机仿真采用有限元分析法进行。即利用Ansys商业有限元软件根据连铸现场条件，包括具体钢种、钢水过热度、铸坯断面规格、拉速、结晶器一次冷却水量、二冷足辊段与立弯段水量以及立弯段内铸坯角部不同额外水量，
例如：某钢厂主要生产230mm×900~1650mm含铌微合金钢，主流工作拉速为1.0~1.5m/min，钢水过热度集中在25~30℃，根据检测分析结果，所生产的含铌钢的碳氮化物析出温度约为1130℃，有效弥散铸坯组织晶界碳氮化铌析出的冷却速度为≥4.5℃/s。根据该含铌钢连铸生产条件，模拟仿真1.5m/min拉速下的铸坯角部温度演变，得如图3所示的角部附近区域温度变化曲线。根据仿真结果，设计喷淋架C每组的喷淋管数为5排，单个喷淋管B的冷却水量为8.8~10.0L/min，喷淋管的喷射角度选为72o；喷淋架移动位置由液压缸控制，保证喷淋管喷嘴与铸坯角部的距离为85~90mm。通过该工艺参数，铸坯角部出结晶器后的平均冷却强度达5.0℃/s以上，铸坯表层的碳氮化铌析出物析出有效弥散（析出物不再以传统链状形式出现），形貌如图4所示，有效提高了铸坯组织的晶界强度，起到了很好的抑制铸坯角横裂纹效果。
Claims (7)
1.一种微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置，包括安装在连铸板立弯段两侧的两组喷淋架，其特征是：每组喷淋架包括两个由连杆连接在一起的两个喷淋架，每个所述的连杆连接喷淋架水平驱动装置，每个所述的喷淋架上安装一组喷淋管，所述的喷淋管通过电磁阀连接供水管路，所述的电磁阀和所述的水平驱动装置连接连铸机控制系统。
2.根据权利要求1所述的微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置，其特征是：所述的水平驱动装置采用液压油缸。
3.根据权利要求1或2所述的微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置，其特征是：所述的喷淋管喷嘴端与铸坯宽面方向的夹角呈55°~60°。
4.根据权利要求1或2所述的微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置，其特征是：所述的喷嘴与铸坯角部的距离控制范围为60~120mm。
5.根据权利要求1或2所述的微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置，其特征是：所述的喷淋管等距均匀分布在所述的喷淋架上。
6.一种利用上述微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置进行微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制的方法，其特征是：该方法为：建立连铸坯二维非稳态温度场计算模型，模拟对应条件下铸坯的温度场分布，进而确定能够抑制所连铸微合金钢铸坯角部晶界微合金碳氮化物析出所需的冷却速度要求的额外受水量，根据该铸坯受水量，按照喷嘴的水流密度分布计算确定喷嘴的位置和喷淋管总流量，进而根据喷淋管总个数确定喷淋冷却系统总水量，在此基础上，根据仿真计算所确定的喷淋架位置和总冷却水量，试验生产微合金钢连铸坯，并修正连铸二级控制系统所下发的总水量，使其达晶界析出物弥散析出状态，最终确定出满足不同钢种及其对应断面尺寸铸坯在立弯段内强冷却的喷淋架停留位置参数和冷却水量，然后由连铸机控制系统控制水平驱动装置将喷淋架移动到需要的位置同时通过控制电磁阀控制喷水量。
7.根据权利要求6所述的利用上述微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制装置进行微合金钢连铸板坯角部立弯段强冷控制的方法，其特征是：所述的建立连铸坯二维非稳态温度场计算模型的过程中喷淋架停留位置与冷却水量确定是由铸坯二冷温度场计算机仿真计算和现场试验共同确定，其中，铸坯二冷温度场计算机仿真采用有限元分析法进行。
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