CN109142144B - 铸坯均质化程度分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铸坯均质化程度分析方法，包括：以铸坯从中心到表面不同区域的致密度变化评价铸坯均质化程度，其中，所述致密度变化在设定范围内，说明铸坯均质性好；所述致密度变化不在设定范围内，说明铸坯均质性差。所述分析方法面向终材的全流程角度分析连铸坯质量的改善，提高保证终材组织的均匀性，保证产品性能，降低现有工艺的生产成本。

Description

铸坯均质化程度分析方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，更为具体地，涉及铸坯均质化程度分析方法。
背景技术
铸坯凝固是从表面向中心逐渐推进的过程，由于存在凝固收缩、选份结晶等自然现象，在没有任何技术措施条件下，铸坯中心区域会存在缺陷，比如中心缩孔、疏松、偏析等，而这些缺陷在后期的轧制过程中会遗传且很难消除，所以才要求连铸坯尽量“无缺陷”和“均质化”。尤其对于小方坯连铸的高品质钢生产，连铸坯缺陷在后期会导致拉拔断和组织性能不均，是现有技术无法解决的难题。
铸坯的均质性要求是未来连铸技术发展的终极目标。铸坯的均质性有很多评价指标，比如偏析的均匀性、组织的均匀性等，而在现有均质性评价指标的指导下，通过技术改善了铸坯的均质性，却无法显著的改善后期工艺，例如：通过轻压下技术可以改善铸坯的偏析，无论对于方坯还是板坯，高碳钢的偏析指数可以控制到1.08，可是对于板坯，却无法降低轧制比，如果不能保证轧制比，板材的探伤无法通过；对于方坯，却无法改善终材的网碳和带状组织，即轻压下技术可以改善铸坯的偏析指数，却对终材缺陷组织基本上没有有益效果。
如上所述，现有均质性的评价指标，只能评价连铸领域铸坯的均质性改善效果，并不能从面向终材的全流程角度看铸坯质量的改善效果，因此用现有均质性评价指标去评价现有连铸技术并不全面，并不能反应技术在全流程中的全局价值，不具有一致性，不利于从全流程角度制定生产工艺而提高产品质量同时降低生产成本。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种面向终材的全流程角度分析连铸坯质量的改善，提高保证终材组织的均匀性，保证产品性能，并且能显著降低现有工艺的生产成本的铸坯均质化程度分析方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种铸坯均质化程度分析方法，包括：以铸坯从中心到表面不同区域的致密度变化评价铸坯均质化程度，其中，所述致密度变化在设定范围内，说明铸坯均质性好；所述致密度变化不在设定范围内，说明铸坯均质性差。
所述的铸坯均质化程度分析方法，其中，包括：
检测铸坯从中心到表面不同区域设定体积上的密度；
判断铸坯从中心到表面的密度变化是否超过第一设定范围；
如果所述密度变化超过第一设定范围，说明铸坯的均质性差；
如果所述密度变化在第一设定范围内，说明铸坯的均质性好。
所述的铸坯均质化程度分析方法，其中，包括：
检测铸坯中心区域的密度和铸坯1/4处的密度；
根据下式(1)获得铸坯的单位质量的疏松体积
Figure BDA0001737757190000021
其中，Vρ为单位质量的疏松体积，ρcent为铸坯中心区域的密度，ρquar为铸坯1/4位置处的密度；
判断铸坯单位质量的疏松体积变化是否超过第二设定范围；
如果所述单位质量的疏松体积变化超出第二设定范围，说明铸坯的均质性差；
如果所述单位质量的疏松体积变化在第二设定范围内，说明铸坯的均质性好。
所述的铸坯均质化程度分析方法，其中，包括
检测铸坯从中心到表面不同区域设定面积上的表观密度；
判断铸坯从中心到表面的表观密度变化是否超过第三设定范围；
如果所述表观密度变化超过第三设定范围，说明铸坯的均质性差；
如果所述表观密度变化在第三设定范围内，说明铸坯的均质性好。
所述的铸坯均质化程度分析方法，其中，还包括：
当铸坯的均质性差时，提高铸坯的均质性，所述提高铸坯的均质性的方法包括：
判断铸坯中心固相率0.6以后的位置是否存在压下辊；
如果存在压下辊，增加所述压下辊的压下量；
如果不存在压下辊，在铸坯中心固相率0.6以后的位置增加压下辊，或者通过调整连铸工艺匹配凝固进程和已有压下辊的位置关系，达到在铸坯中心固相率0.6以后的位置存在压下辊的条件。
所述的铸坯均质化程度分析方法，其中，
通过轻压下和重压下结合的方式或单独重压下的方式对铸坯进行压下，通过调整压下辊的位置和压下量提高铸坯均匀性，压下位置越靠近出坯方向，需要的单辊压下量越小。
所述的铸坯均质化程度分析方法，其中，所述提高铸坯均匀性的方法包括：
判断各压下辊的压下量是否在各自的压下量设定范围内，所述压下量设定范围根据铸坯的中心缩孔、疏松、偏析、均匀性和裂纹中的一种或多种设定：
如果存在不在其压下量小于设定范围内的压下辊，增加该压下辊的压下量；
如果各压下辊的压下量均在各自的压下量设定范围内，增加一个或多个压下辊的压下量，越靠近出坯方向，增加的压下量越小；或者，在最后一个压下辊朝向出坯方向增加压下辊，进行单辊压下，达到相同的致密度增加压下辊的压下量小于所述最后一个压下辊的压下量；或者，在铸坯中心固相率0.6以后的位置增加压下辊，与原有的一个或多个压下辊结合进行压下。
本发明所述铸坯均质化程度分析方法具有以下有益效果：
给出了铸坯从中心到表面的密度变化、单位质量的疏松体积变化和表观密度变化的均质化评价指标，在所述均质化评价指标下，如果铸坯的均质性提高，则可以实现后期工序轧制比的降低(反过来，如果后期工序还保持原来的轧制比，则终材性能会有提高)，和改善终材的网碳和带状组织，提高终材的性能。
通过本发明的均质化指标，实现了铸坯均质化和终材质量的一致性和一惯性。
有利于开发满足终材组织的最优工艺，从而有效的节省生产成本。
能指导开发用小断面尺寸的小方坯铸机生产大尺寸冷镦钢，大大降低生产成本；有利于开发小断面尺寸断面生产高品质终材产品，避免终材组织性能不合，避免两火成材工艺，大大降低生产成本。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，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是本发明铸坯均质化程度分析方法的第一实施例的流程示意图；
图2是不同铸坯样的密度随距离铸坯中心的距离的变化趋势图；
图3a-3c是图2中铸坯样的终材带状组织图；
图4是本发明铸坯均质化程度分析方法的第二实施例的流程示意图；
图5a-5c是不同单位质量的疏松体积的铸坯样的终材带状组织图；
图6是本发明铸坯均质化程度分析方法的第三实施例的流程示意图；
图7a和7b是不同表观密度变化的两块铸坯样的原位分析结果图；
图8是图7a和7b的两块铸坯铸坯样的从中心到表面的表观密度变化趋势图；
图9是不同改善铸坯质量的技术手段下铸坯致密度变化趋势图。
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。以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
铸坯致密度表示铸坯的输送程度和间隙程度，致密度首先实现了铸坯中心疏松和中心缩孔的定量表述，经过规范后能做到精确的定量化，从而实现精确铸坯均质化程度的比较，其次致密度的变化常伴随引起局部的偏析，综合就表现为宏观偏析，致密度一定程度上可以反应偏析的机理和程度，所以致密度可以作为无缺陷铸坯的唯一性评价指标，据此，本发明所述铸坯均质化程度分析方法，包括：以铸坯从中心到表面不同区域的致密度变化评价铸坯均质化程度，其中，所述致密度变化在设定范围内，说明铸坯均质性好；所述致密度变化不在设定范围内，说明铸坯均质性差。
图1示出了本发明铸坯均质化程度分析方法的一个实施例的流程示意图，如图1所示，所述铸坯均质化程度分析方法，包括：
步骤S1，检测铸坯从中心到表面不同区域设定体积上的密度；
步骤S2，判断铸坯从中心到表面的密度变化是否超过第一设定范围；
如果所述密度变化超过第一设定范围，在步骤S3中，说明铸坯的均质性差；
如果所述密度变化在第一设定范围内，在步骤S4中，说明铸坯的均质性好。
上述实施例体现了致密度定量测量和评价的一种方法，以铸坯不同区域的密度作为评价指标。测量铸坯从中心到表面不同区域一定体积上的密度，从中心到表面密度变化大，说明铸坯致密度变化大，均质性差，反之说明铸坯的均质性好。
在本发明的一个具体实施例中，以72A钢种为例，在铸坯中心和距离铸坯中心50mm的地方各取10mm×10mm×10mm铸坯样，利用测量设备称量相应的精确密度，结果如2所示，从中可以明显的看出，铸坯样1和铸坯样2的致密度分布程度相当，而铸坯样3的致密度分布显然更好，说明铸坯样3的对应的铸坯的均匀性更好。
经过同样的加热程序对铸坯样1、2和3进行热处理，采用相同的轧制比进行轧制得到各自的终材，铸坯样1、2和3的终材带状组织分别如图3a-3c所示，铸坯样1的终材评级为3.7，铸坯样2的终材评级为3.2，铸坯样3的终材评级为1.5，只有铸坯样3的终材满足产品要求，从而进一步证明了采用铸坯中心到表面的密度变化标定铸坯均质化程度，所述密度变化越小，铸坯均质化程度越高，终材性能越高。
经过大量不同钢种的上述实验，得到第一设定范围为不大于50kg/m3。
另外，单次取样的体积为5mm×5mm×5mm到20mm×20mm×20mm，也可以根据不同坯型选择为长方体，但长方体的长、宽、高的范围都在5～20mm以内。
图4示出了本发明铸坯均质化程度分析方法的第二实施例的流程示意图，如图4所示，所述铸坯均质化程度分析方法，包括：
步骤S10，检测铸坯中心区域的密度和铸坯1/4处的密度；
步骤S20，根据下式(1)获得铸坯的单位质量的疏松体积
Figure BDA0001737757190000051
其中，Vρ为单位质量的疏松体积，ρcent为铸坯中心区域的密度，ρquar为铸坯1/4位置处的密度：
步骤S30，判断铸坯单位质量的疏松体积是否在第二设定范围内；
如果所述单位质量的疏松体积超出第二设定范围，在步骤S40中，说明铸坯的均质性差；
如果所述单位质量的疏松体积在第二设定范围内，在步骤S50中，说明铸坯的均质性好。
在本发明的一个具体实施例中，生产GCr15方坯，连铸的断面尺寸为280×380mm，具体地：
取10×10mm×10mm3铸坯样测量铸坯中心区域和铸坯1/4处的密度，得到铸坯样的单位质量的疏松体积，铸坯样1的单位质量的疏松体积为1.4*10-6m3/kg的铸坯铸坯样，铸坯样2的单位质量的疏松体积为0.9*10-6m3/kg，铸坯样3的单位质量的疏松体积为0.8*10-6m3/kg。
经过同样的加热程序对铸坯样1、2和3进行热处理，采用相同的轧制比进行轧制得到各自的终材，铸坯样1、2和3的终材带状组织分别如图5a-5c所示，铸坯样1的终材评级为3.2，铸坯样2的终材评级为1.7，铸坯样3的终材评级为1.5，铸坯样2和铸坯样3的终材满足产品要求。
从上述实施例可以看出采用铸坯单位质量的疏松体积标定铸坯均质化程度，所述单位质量的疏松体积越小，铸坯均质化程度越高，终材性能越高。
经过大量不同钢种的上述实验，得到图4所示铸坯均质化程度分析方法的第二设定范围为不大于0.9*10-6m3/kg。
图6示出了本发明铸坯均质化程度分析方法的第三实施例的流程示意图，如图6所示，所述铸坯均质化程度分析方法，包括：
步骤S100，检测铸坯从中心到表面不同区域设定面积上的表观密度；
步骤S200，判断铸坯从中心到表面的表观密度变化是否超过第三设定范围；
如果所述表观密度变化超过第三设定范围，在步骤S300中，说明铸坯的均质性差；
如果所述表观密度变化在第三设定范围内，在步骤S400中，说明铸坯的均质性好。
优选地，采用原位分析方法，根据不同坯型选择不同的网格进行各网格的表观密度测量。
进一步，优选地，所述网格为长方形网格，长度和宽度的范围均在3～20mm，其中，针对板坯，沿板坯宽度方向的所述长方形网格的长度的范围为不小于3mm,不大于板坯宽度减去两边的三角区长度。
在本发明的一个具体实施例中，以45#钢为例，取铸坯的横截面铸坯样，在从中心到表面分别取10*10mm的网格，进行原位分析扫描，以原位分析(OPA)技术测量的表观密度作为评价指标，图7a和7b为两块铸坯样相同位置处的原位分析结果，可以看出应用不用连铸工艺技术后生产的铸坯致密度有明显的区别。图8为两块铸坯样在不同位置上进行原位分析结果得到的趋势图，从中可以看出：铸坯样2显然比铸坯样1的更致密，并且从中心到表面表观密度差距更小，说明铸坯样2均匀性更好。
上述实施例中用原位分析仪测量铸坯从中心到表面不同区域一定面积上的平均表观密度，从中心到表面表观密度变化大，说明铸坯致密度变化大，均质性差，反之说明铸坯的均质性好，也就是说，从中心到表面表观密度变化越小，铸坯的均质性越好，终材组织性能越高。
经过大量不同钢种的上述实验，得到图6所示铸坯均质化程度分析方法的第三设定范围为不大于0.05。
理想情况是整个铸坯致密度接近，这是“无缺陷”铸坯的终极目标，如图9所示，对现有技术中各种改善铸坯疏松度和偏析度的方法生产的铸坯的致密度变化趋势进行了测试，无措施无法改善铸坯致密度，末端电搅和轻压下基本上无法改善铸坯致密度，重压下技术可以大大提高铸坯致密度，接近于“无缺陷”铸坯，从而影响后期轧制工序。因此，通过轻压下和重压下结合的方式或单独重压下的方式对铸坯进行压下，通过调整压下辊的位置和压下量提高铸坯均匀性，压下位置越靠近出坯方向，需要的单辊压下量越小。
在上述各实施例中，当铸坯的均质性差时，提高铸坯的均质性，所述提高铸坯的均质性的方法包括：
判断铸坯中心固相率0.6以后的位置是否存在压下辊；
如果存在压下辊，增加所述压下辊的压下量；
如果不存在压下辊，在铸坯中心固相率0.6以后的位置增加压下辊，或者通过调整连铸工艺匹配凝固进程和已有压下辊的位置关系，达到在铸坯中心固相率0.6以后的位置存在压下辊的条件。
优选地，所述提高铸坯均匀性的方法还包括：
判断各压下辊的压下量是否在各自的压下量设定范围内，所述压下量设定范围根据铸坯的中心缩孔、疏松、偏析、均匀性和裂纹中的一种或多种设定：
如果存在不在其压下量小于设定范围内的压下辊，增加该压下辊的压下量；
如果各压下辊的压下量均在各自的压下量设定范围内，增加一个或多个压下辊的压下量，越靠近出坯方向，增加的压下量越小；或者，在最后一个压下辊朝向出坯方向增加压下辊，进行单辊压下，达到相同的致密度增加压下辊的压下量小于所述最后一个压下辊的压下量；或者，在铸坯中心固相率0.6以后的位置增加压下辊，与原有的一个或多个压下辊结合进行压下。
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范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的发明实施例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，但是也可以设想具有多个元素，除非明确限制为单个元素。

Claims (8)

1.一种铸坯均质化程度分析方法，其特征在于，包括：
以铸坯从中心到表面不同区域的致密度变化评价铸坯均质化程度，其中，
所述致密度变化在设定范围内，说明铸坯均质性好；所述致密度变化不在设定范围内，说明铸坯均质性差，
其中，当铸坯的均质性差时，提高铸坯的均质性，所述提高铸坯的均质性的方法包括：
判断铸坯中心固相率0.6以后的位置是否存在压下辊；
如果存在压下辊，增加所述压下辊的压下量；
如果不存在压下辊，在铸坯中心固相率0.6以后的位置增加压下辊，或者通过调整连铸工艺匹配凝固进程和已有压下辊的位置关系，达到在铸坯中心固相率0.6以后的位置存在压下辊的条件，
其中，通过轻压下和重压下结合的方式或单独重压下的方式对铸坯进行压下，通过调整压下辊的位置和压下量提高铸坯均匀性，压下位置越靠近出坯方向，需要的单辊压下量越小。
2.根据权利要求1所述的铸坯均质化程度分析方法，其特征在于，包括：
检测铸坯从中心到表面不同区域设定体积上的密度；
判断铸坯从中心到表面的密度变化是否超过第一设定范围；
如果所述密度变化超过第一设定范围，说明铸坯的均质性差；
如果所述密度变化在第一设定范围内，说明铸坯的均质性好。
3.根据权利要求1所述的铸坯均质化程度分析方法，其特征在于，包括：
检测铸坯中心区域的密度和铸坯1/4处的密度；
根据下式(1)获得铸坯的单位质量的疏松体积
Figure FDA0002598478130000011
其中，Vρ为单位质量的疏松体积，ρcent为铸坯中心区域的密度，ρquar为铸坯1/4位置处的密度；
判断铸坯单位质量的疏松体积是否在第二设定范围内；
如果所述单位质量的疏松体积超出第二设定范围，说明铸坯的均质性差；
如果所述单位质量的疏松体积在第二设定范围内，说明铸坯的均质性好。
4.根据权利要求1所述的铸坯均质化程度分析方法，其特征在于，包括：
检测铸坯从中心到表面不同区域设定面积上的表观密度；
判断铸坯从中心到表面的表观密度变化是否超过第三设定范围；
如果所述表观密度变化超过第三设定范围，说明铸坯的均质性差；
如果所述表观密度变化在第三设定范围内，说明铸坯的均质性好。
5.根据权利要求1所述的铸坯均质化程度分析方法，其特征在于，
所述提高铸坯均匀性的方法包括：
判断各压下辊的压下量是否在各自的压下量设定范围内，所述压下量设定范围根据铸坯的中心缩孔、疏松、偏析、均匀性和裂纹中的一种或多种设定：
如果存在不在其压下量小于设定范围内的压下辊，增加该压下辊的压下量；
如果各压下辊的压下量均在各自的压下量设定范围内，增加一个或多个压下辊的压下量，越靠近出坯方向，增加的压下量越小；或者，在最后一个压下辊朝向出坯方向增加压下辊，进行单辊压下，达到相同的致密度增加压下辊的压下量小于所述最后一个压下辊的压下量；或者，在铸坯中心固相率0.6以后的位置增加压下辊，与原有的一个或多个压下辊结合进行压下。
6.根据权利要求2-4中任一权利要求所述的铸坯均质化程度分析方法，其特征在于，第一设定范围为不大于50kg/m3，第二设定范围为不大于0.9*10-6m3/kg，第三设定范围为不大于0.05。
7.根据权利要求4所述的铸坯均质化程度分析方法，其特征在于，采用原位分析方法，根据不同坯型选择不同的网格进行各网格的表观密度测量。
8.根据权利要求7所述的铸坯均质化程度分析方法，其特征在于，所述网格为长方形网格，长度和宽度的范围均在3～20mm，其中，针对板坯，沿板坯宽度方向的所述长方形网格的长度的范围为不小于3mm,不大于板坯宽度减去两边的三角区长度。
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