CN112151129B - 一种连铸板坯结晶器下口宽度尺寸精确设定的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种连铸板坯结晶器下口宽度尺寸精确设定的工艺方法，属于冶金技术领域。本发明的技术方案是：确定连铸机内凝固坯壳的凝固收缩系数δ，δ=f(平均拉速、钢种强度、铸坯厚度)；确定连铸板坯的热态收缩系数β，热态收缩系数β的主要因素是化学成分和板坯温度；结晶器下口宽度=冷坯宽度*(1+热态收缩系数β)*(1+凝固收缩系数δ)。本发明的有益效果是：提供了精确计算不同钢种连铸板坯的凝固收缩系数δ和热态收缩系数β的工艺方法，从而精确设定结晶器下口宽度来确保连铸板坯的宽度精度，从而确保带钢成品的宽度精度，减少质量损失，提高产线综合成材率，提高热轧产品在市场占有率，提高热轧产品的品牌意识。

Description

一种连铸板坯结晶器下口宽度尺寸精确设定的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种连铸板坯结晶器下口宽度尺寸精确设定的工艺方法，属于冶金技术领域。
背景技术
热轧带钢是一种重要的钢铁冶金产品，广泛应用于国民生产生活的各个领域，其生产水平和产品质量代表着一个国家钢铁工业的发展水平。随着近些年来钢铁产业的迅猛发展，用户对于热轧带钢产品的质量要求日益提升，这就促使带钢各项指标也不断升高。带钢的宽度精度就属于衡量其好坏的标准之一，宽度精度作为热轧带钢成品的一项基准尺寸指标，客户要求控制的精准性及带钢通长的宽度稳定性，要求精度很高。而且在市场行情日渐下行的形势下，客户对热轧带钢成品宽度的精度也要求日益严格。
热轧基本原料，连铸板坯的宽度精度是保证带钢宽度精度的基本条件，其直接影响到带钢成品的宽度精度。要确保带钢成品的宽度精度就必须确保原料连铸板坯的宽度精度。实际生产中有些连铸板坯因宽度尺寸不足而无法兑现订单合同，另外存在一些连铸板坯因宽度过宽导致板坯轧制后出现余材。因此，保证热轧带钢成品的宽度精度，提高带钢产品的宽度精度，减少质量损失，提高产线综合成材率，对于提高热轧产品在市场占有率，提高热轧产品的品牌意识，具有重要的实际意义。
钢从浇注温度至室温的冷却过程中，其体积和线尺寸减少的现象称为收缩性。收缩是金属本身的物理性质，金属从浇注温度冷却到室温要经历连铸机内凝固坯壳的凝固收缩、热态板坯到冷态板坯的板坯热态收缩2个互相联系的收缩阶段。影响连铸板坯凝固收缩系数δ的主要因素是连铸机上部的平均拉速、钢种强度（化学成分）和铸坯厚度。影响连铸板坯热态收缩系数β的主要因素是化学成分和板坯温度。对于化学成分一定的钢，板坯温度越高，则热态体积收缩越大；当板坯温度一定时，随着碳质量分数的增加，热态体积收缩增大。
因此，连铸板坯的冷坯宽度=结晶器下口宽度/（1+凝固收缩系数δ）/（1+热态收缩系数β），如图1。如何精确计算不同钢种连铸板坯的凝固收缩系数δ和热态收缩系数β，从而精确设定结晶器下口宽度来确保连铸板坯的宽度精度，已成为各大钢铁企业的迫切需求和连铸工作者急需攻克的技术难题。
发明内容
本发明目的是提供一种连铸板坯结晶器下口宽度尺寸精确设定的工艺方法，提供了精确计算不同钢种连铸板坯的凝固收缩系数δ和热态收缩系数β的工艺方法，从而精确设定结晶器下口宽度来确保连铸板坯的宽度精度，从而确保带钢成品的宽度精度，减少质量损失，提高产线综合成材率，提高热轧产品在市场占有率，提高热轧产品的品牌意识，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种连铸板坯结晶器下口宽度尺寸精确设定的工艺方法，包含以下步骤：
（1）确定连铸机内凝固坯壳的凝固收缩系数δ，凝固收缩系数δ是连铸机上部平均拉速、钢种强度和铸坯厚度的函数关系式，δ=f(平均拉速、钢种强度、铸坯厚度)；
（2）确定连铸板坯的热态收缩系数β，热态收缩系数β的主要因素是化学成分和板坯温度；
（3）结晶器下口宽度=冷坯宽度*(1+热态收缩系数β)*(1+凝固收缩系数δ)。
所述步骤（1）中连铸机内凝固坯壳的凝固收缩系数δ
δ=c⋅Dl⋅vn⋅Pm
式中：P.....钢种强度；
钢种强度P是由钢的特定化学元素的质量分数（以百分比计）的线性组合得到的，函数关系式是：
P=1.4+[%C]+[%Mn]+0.3*[%Cr])；
V.....连铸机结晶器至弯曲段结束的平均拉速，m/min；
D......铸坯厚度，m；
其中，c,l,m,n......拟合参数
c取值范围0.0002~0.0005；
l取值范围1.5~2.0；
m取值范围-0.5~-1.5；
n取值范围0.4~0.7。
所述步骤（2）中，板坯温度700-1100℃的热态板坯到板坯温度<20℃冷态板坯的热态收缩系数β首先根据钢水的碳含量来区分，碳含量占比<0.2%时，热态收缩系数β为1.11%，碳含量占比为0.2%-0.4%时，热态收缩系数β为1.2%，碳含量占比为0.4%-0.8%时，热态收缩系数β为1.3%，碳含量占比>0.8%时，热态收缩系数β为1.4%；对碳含量相近的钢种，根据添加的合金种类和数量，进一步微调热态收缩系数β。
本发明的有益效果是：提供了精确计算不同钢种连铸板坯的凝固收缩系数δ和热态收缩系数β的工艺方法，从而精确设定结晶器下口宽度来确保连铸板坯的宽度精度，从而确保带钢成品的宽度精度，减少质量损失，提高产线综合成材率，提高热轧产品在市场占有率，提高热轧产品的品牌意识。
附图说明
图1是本发明连铸板坯宽度影响因素示意图。
图中：结晶器下口宽度=冷坯宽度*(1+热态收缩系数β)*(1+凝固收缩系数δ)。
具体实施方式
为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。
一种连铸板坯结晶器下口宽度尺寸精确设定的工艺方法，包含以下步骤：
（1）确定连铸机内凝固坯壳的凝固收缩系数δ，凝固收缩系数δ是连铸机上部平均拉速、钢种强度和铸坯厚度的函数关系式，δ=f，与平均拉速、钢种强度和铸坯厚度相关；
（2）确定连铸板坯的热态收缩系数β，热态收缩系数β的主要因素是化学成分和板坯温度；
（3）结晶器下口宽度=冷坯宽度*(1+热态收缩系数β)*(1+凝固收缩系数δ)。
所述步骤（1）中连铸机内凝固坯壳的凝固收缩系数δ
δ=c⋅Dl⋅vn⋅Pm
式中：P.....钢种强度；
钢种强度P是由钢的特定化学元素的质量分数（以百分比计）的线性组合得到的，函数关系式是：
P=1.4+[%C]+[%Mn]+0.3*[%Cr])；
V.....连铸机结晶器至弯曲段结束的平均拉速，m/min；
D......铸坯厚度，m；
其中，c,l,m,n......拟合参数
c取值范围0.0002~0.0005；
l取值范围1.5~2.0；
m取值范围-0.5~-1.5；
n取值范围0.4~0.7。
所述步骤（2）中，热态板坯(700-1100℃)到冷态板坯(<20℃)的热态收缩系数β首先根据钢水的碳含量来区分，碳含量占比<0.2%时，热态收缩系数β为1.11%，碳含量占比为0.2%-0.4%时，热态收缩系数β为1.2%，碳含量占比为0.4%-0.8%时，热态收缩系数β为1.3%，碳含量占比>0.8%时，热态收缩系数β为1.4%；对碳含量相近的钢种，根据添加的合金种类和数量，进一步微调热态收缩系数β。
在实际应用中，本发明包含以下两个步骤：
1、连铸机内凝固坯壳的凝固收缩系数δ计算方法：
本专利通过冶金原理和生产实践大数据，得到连铸机内凝固坯壳的凝固收缩系数δ是连铸机上部平均拉速、钢种强度和铸坯厚度的函数关系式，δ=f(平均拉速、钢种强度、铸坯厚度)，具体公式如下：
δ=c⋅Dl⋅vn⋅Pm 公式1
式中：
P. .....钢种强度；
钢种强度P是由钢的特定化学元素的质量分数（以百分比计）的线性组合得到的，函数关系式是：
P=1.4+[%C]+[%Mn]+0.3*[%Cr])；公式2
V.....连铸机结晶器至弯曲段结束的平均拉速，m/min；
D......铸坯厚度，m；
其中，c,l,m,n......拟合参数
c取值范围0.0002~0.0005；
l取值范围1.5~2.0；
m取值范围-0.5~-1.5；
n取值范围0.4~0.7；
所有这些参数都可以在宽度模型实践中定义和微调，而宽度模型实践可以针对各个钢种组进行不同的定义和微调。宽度模型主要用于固定浇铸条件，对于浇铸速度变化很大或非常低的情况，例如开始浇铸、结束浇铸、中间包交换等，可以定义和应用一些标准化的宽度变化曲线。
2、热态板坯到冷态板坯的热态收缩系数β计算方法：
影响连铸板坯热态收缩性的主要因素是化学成分和板坯温度。对于化学成分一定的钢，板坯温度越高，则热态收缩越大；当板坯温度一定时，随着碳质量分数的增加，热态体积收缩增大。在实际生产过程中，热态板坯(700-1100℃)到冷态板坯(<20℃)的热态收缩系数β首先根据钢水的碳含量来区分，如下表1：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
除碳含量影响以外，钢中的合金元素对铸坯热态体积收缩也有一定影响，一般来说，钢中合金元素较高的钢种铸坯收缩较小，尤其是Cr、Mo含量，故对碳含量相近的钢种，根据添加的合金种类和数量，热态收缩系数β还需进一步微调。
不同钢种连铸板坯的凝固收缩系数δ和热态收缩系数β确定以后，则结晶器下口宽度=冷坯宽度*(1+热态收缩系数β)*(1+凝固收缩系数δ)。
本发明的实施例如下：
某厂230*1650mm板坯连铸机；2250热连轧生产线，来料连铸板坯。
实施例1：以该厂生产的65Mn钢种为例，
热轧所需板坯宽度（冷坯宽度）：1600 mm
65Mn钢种：%C=0.65；%Mn=1.0；%Cr=0.22；
铸坯厚度：0.23m;
连铸机结晶器至弯曲段结束的平均拉速V=1.0m/min;
查表1，热态收缩系数β=1.3%=0.013，
连铸机内凝固坯壳的凝固收缩系数δ=c⋅Dl⋅vn⋅Pm
钢种强度P=1.4+[%C]+[%Mn]+0.3*[%Cr])=1.4+0.0065+0.01+0.3*0.0022=1.41716
拟合参数c,l,m,n取值如下：
C=0.0003962；l=1.58918813；m=-0.80288155；n=0.54150082
δ=c⋅Dl⋅vn⋅Pm=0.0003962*0.23 1.58918813 *1.0 0.54150082 *1.41716 0.80288155 = 0.00002897
结晶器下口宽度=冷坯宽度*(1+热态收缩系数β)*(1+凝固收缩系数δ)=1600*1.013*1.00002897=1620.85mm。
实际测量冷坯宽度1604~1608之间，目标宽度偏差控制在4～8mm之间，标准宽度偏差－5～+10mm的命中率100%。
实施例2：以该厂生产的汽车板IF钢种为例，
热轧所需板坯宽度（冷坯宽度）：1500 mm
IF钢种：%C=0.003；%Mn=0.25；%Cr=0；
铸坯厚度：0.23m;
连铸机结晶器至弯曲段结束的平均拉速V=1.4m/min;
查表1，热态收缩系数β=1.11%=0.0111，
连铸机内凝固坯壳的凝固收缩系数δ=c⋅Dl⋅vn⋅Pm
钢种强度P=1.4+[%C]+[%Mn]+0.3*[%Cr])=1.4+0.00003+0.0025=1.40253
拟合参数c,l,m,n取值如下：
C=0.000297265；l=1.76577975；m=-1.46331542；n=0.590913631
δ=c⋅Dl⋅vn⋅Pm=0.000297265*0.23 1.76577975 *1.4 0.590913631 *1.40253 -1.46331542 = 0.0000165
结晶器下口宽度=冷坯宽度*(1+热态收缩系数β)*(1+凝固收缩系数δ)=1500*1.0111*1.0000165=1516.68mm。
实际测量冷坯宽度1499~1504mm之间，目标宽度偏差控制在-1～4mm之间，标准宽度偏差－5～+10mm的命中率100%。
本发明的上线应用，极大减少了由于连铸板坯宽度异常造成的粗轧卡钢事故，降低了板坯在加热炉的烧损及热能损耗，同时良好的板坯宽度精度不仅可以提高热轧成材率，而且为热轧用户及后部工序创造更好的生产条件。

Claims (2)

1.一种连铸板坯结晶器下口宽度尺寸精确设定的工艺方法，其特征在于包含以下步骤：
（1）确定连铸机内凝固坯壳的凝固收缩系数δ，凝固收缩系数δ是连铸机上部平均拉速、钢种强度和铸坯厚度的函数关系式，δ=f，与平均拉速、钢种强度和铸坯厚度相关；
δ=c⋅Dl⋅vn⋅Pm
式中：P.....钢种强度；
钢种强度P是由钢的特定化学元素的质量分数（以百分比计）的线性组合得到的，函数关系式是：
P=1.4+[%C]+[%Mn]+0.3*[%Cr]；
V.....连铸机结晶器至弯曲段结束的平均拉速，m/min；
D......铸坯厚度，m；
其中，c,l,m,n......拟合参数
c取值范围0.0002~0.0005；
l取值范围1.5~2.0；
m取值范围-0.5~-1.5；
n取值范围0.4~0.7；
（2）确定连铸板坯的热态收缩系数β，热态收缩系数β的主要因素是化学成分和板坯温度；
（3）结晶器下口宽度=冷坯宽度*(1+热态收缩系数β)*(1+凝固收缩系数δ)。
2.根据权利要求1所述的一种连铸板坯结晶器下口宽度尺寸精确设定的工艺方法，其特征在于：所述步骤（2）中，板坯温度700-1100℃的热态板坯到板坯温度<20℃冷态板坯的热态收缩系数β首先根据钢水的碳含量来区分，碳含量占比<0.2%时，热态收缩系数β为1.11%，碳含量占比为0.2%-0.4%时，热态收缩系数β为1.2%，碳含量占比为0.4%-0.8%时，热态收缩系数β为1.3%，碳含量占比>0.8%时，热态收缩系数β为1.4%；对碳含量相近的钢种，根据添加的合金种类和数量，进一步微调热态收缩系数β。
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GR01 Patent grant
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