CN112916813B - 一种用于连铸安全密封引锭的铁屑料精确选用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于连铸安全密封引锭的铁屑料精确选用方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：开浇坯壳安全厚度确定；步骤2：铁屑厚度确定；步骤3：铁屑规格选型；步骤4：开浇密封铁屑用料选型流程结束。该技术方案采用提供的连铸安全密封引锭的铁屑料精确选用方法，通过采集堵引锭开浇拉坯阻力，依据坯壳凝固特征确定开浇坯壳的最小安全厚度，然后依据开浇头坯最小安全厚度，通过采集钢水过热度，依据坯壳厚度凝固传热定律，计算确定出铁屑使用量的最小厚度。随后设置安全系数确定提供铁屑使用量范围，最后通过碳含量来区分不同钢种的铁屑用料选型。

Description

一种用于连铸安全密封引锭的铁屑料精确选用方法
技术领域
本发明涉及一种方法，具体涉及一种用于连铸安全密封引锭的铁屑料精确选用方法，属于钢铁冶金连铸浇注技术领域。
背景技术
在现有的板坯连铸工艺当中，每次新的生产开始时，都需要一种称之为引锭杆的装置预选安装在连铸机的流线当中。引锭杆的头部俗称引锭头，它被定位摆放在连铸机的结晶器当中。新的生产开始后，钢水注入到结晶器当中，在经过预先安置在引锭头上的密封结构和结晶器的铜板共同冷却后，钢水在结晶器内逐步成型。随后连铸机起动拉坯装置，通过拉动引锭杆从而带动已经初步成型的板坯逐步在连铸机流线内通行。随着流线内的喷水冷却，成型的板坯从连铸机流线内拉出。同时通过一个专门的引锭杆卷扬回收装置回收引锭杆。引锭头由于设计有燕尾槽结构，从而实现引锭头和板坯的顺利分开。在这个生产工艺当中，在钢水注入结晶器(俗称开浇)以前，都需要在结晶器的引锭头上进行一定的密封。该密封不仅要保证钢水下来后能顺利快速冷却成型，且钢水不会从结晶器当中漏出，还必须保证在随后的拉坯过程中不能拉脱。冷却不够的话很容易导致板坯出结晶器下口后由于板坯坯壳过薄从而内部的钢水漏出造成很大的漏钢生产事故。冷却过强的话又容易导致引锭头和板坯过早的分开从而导致板坯在连铸机流线内拉脱，造成连铸机内流线板坯不能顺利通行的生产事故。
目前通用的密封冷却料，都会在引锭头上采用铁屑料进行冷却。铁屑料的使用，不仅让进入结晶器的钢水快速形成坯壳，还能有效保护引锭头不会过度受热导致变形开裂。但是目前冶金连铸工艺的铁屑料用量和规格选用，都是依靠现场工人经验判断进行，使用的材质和使用的数量都没有一个准确确定方法。这也导致了由于铁屑料的使用量不对造成许多生产事故。铁屑料过多，轻则浪费成本，污染铸机流线，积渣混合造成板坯划伤；重则会造成坯头拉脱，开浇漏钢等严重生产事故。铁屑量过少，轻则过少造成引锭头受热开裂，脱引锭困难、引锭头使用周期短，成本增加重则同样造成过冷却不够导致的开浇漏钢或者脱引锭不成功导致的滞坯等重大生产事故。
鉴于铁屑料选用的重要性，连铸工艺迫切需要有一个能精确确定密封引锭铁屑料用量和选型的选用方法。通过发明人的检索，目前公布的密封引锭专利和技术文献中，都集中于密封引锭的安装方式和开浇操作工艺控制，具有代表性的如申请号为CN201810142077的一种提高连铸开浇头坯冷凝速度和强度的冷料布放方法，其主要是在板坯连铸机开浇前，在结晶器的两个窄面沿宽度方向均匀摆放三层螺旋冷料。在引锭头内弧沿长度方向均匀摆放两层螺旋冷料，在引锭头外弧燕尾槽位置沿长度方向均匀摆放两层螺旋冷料。确保冷凝钢液在出苗时间前的较短时间内达到较高强度以使得铸坯能安全输出结晶器和扇形段。所有公开的连铸密封引锭专利和技术文献中，对铁屑料的精确选用都是采取人工经验控制，都还没有一个好的技术方案，因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种用于连铸安全密封引锭的铁屑料精确选用方法，该技术方案主要是通过采集堵引锭开浇拉坯阻力，依据坯壳凝固特征确定开浇坯壳的最小安全厚度。然后依据开浇头坯最小安全厚度，通过采集钢水过热度，依据坯壳厚度凝固传热定律，计算确定出铁屑使用量的最小厚度。随后设置安全系数确定提供铁屑使用量范围，最后通过碳含量来区分不同钢种的铁屑用料选型。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种用于连铸安全密封引锭的铁屑料精确选用方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：开浇坯壳安全厚度确定；
1.1多数据采集开浇坯壳出结晶器下口温度T1，以平均温度确定普遍的开浇坯壳出结晶器下口温度T；
1.2采集生产的钢种含碳量；
1.3依据含碳量确定生产钢种抗拉强度σb；
1.4采集连铸开浇拉坯阻力F；
1.5通过公式F＝σb*s推算出S＝F/σb，计算出坯壳受力面积S；
1.6采集结晶器断面宽度和厚度尺寸信息；
1.7通过公式s＝e*L推算出e＝S/L，计算出抵抗拉坯阻力最小厚度坯壳e；
1.8通过根据Fe-C相图推算，碳钢在0强度温度到出结晶器下口温度T1温度区间的凝固厚度e1；
1.9计算该温度下抵抗拉坯阻力坯壳最小厚度E：E＝e+e1；
1.9确定安全系数K；
1.10确定头坯坯壳最小安全厚度E头坯为E*K；
步骤2：铁屑厚度确定；
2.1采集开浇钢水过热度T；
2.2确定钢的比热容和铁屑温度；
2.3凝固传热确定:所用最小铁屑用量从升温到熔化所吸收的热量，应该等于钢水凝固成开浇最小坯壳安全厚度所吸收的热量。
2.3.1过热钢水-液相线温度导出热量Q1
Q1＝cmΔt＝cρVΔt＝cρE头坯LΔt E头坯---------凝固坯壳最小安全厚度
2.3.2冷却料升温至固相线温度吸收热量Q2
Q2＝cmΔt＝cρVΔt＝cρV；
2.3.3坯壳凝固放出热量Q3；
Q3＝K1*m1；m1----------凝固坯壳质量；
K1----------钢铁熔化吸热系数；
2.3.4冷却料熔化吸收热Q4；
Q4＝K1*m2；m2----------冷却料质量；
K1----------钢铁熔化吸热系数；
2.4：依据能量守恒定律计算最小铁屑厚度E铁屑；
Q1+Q3+＝Q2+Q4；
cρeLΔt+272*m1＝cρV(固相线温度-常温)+272*m2
2.5选取安全系数，确定铁屑厚度下限；
2.6依据传热性质，确定铁屑厚度上限；
步骤3：铁屑规格选型；
3.1确定选型的碳含量区分点；
3.2针对不同钢种选用不同碳含量的铁屑用量；
步骤4：开浇密封铁屑用料选型流程结束。
相对于现有技术，本发明具有如下优点，该技术方案采用提供的连铸安全密封引锭的铁屑料精确选用方法，通过采集堵引锭开浇拉坯阻力，依据坯壳凝固特征确定开浇坯壳的最小安全厚度，然后依据开浇头坯最小安全厚度，通过采集钢水过热度，依据坯壳厚度凝固传热定律，计算确定出铁屑使用量的最小厚度。随后设置安全系数确定提供铁屑使用量范围，最后通过碳含量来区分不同钢种的铁屑用料选型；梅钢炼钢厂在试验阶段使用该方法确定密封引锭工艺的铁屑料的用量和选型以后，密封引锭开浇造成的引锭头拉脱事故为“0”，开浇渗漏事故为“0”，同时铁屑的使用量节约了18.2％，由于铁屑量的使用合理性，密封引锭头的使用寿命延长了26％。
附图说明
图1为本发明的工艺控制流程图。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：参见图1，一种用于连铸安全密封引锭的铁屑料精确选用方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：开浇坯壳安全厚度确定；
1.1多数据采集开浇坯壳出结晶器下口温度T1，以平均温度确定普遍的开浇坯壳出结晶器下口温度T；
1.2采集生产的钢种含碳量；
1.3依据含碳量确定生产钢种抗拉强度σb；
1.4采集连铸开浇拉坯阻力F；
1.5通过公式F＝σb*s推算出S＝F/σb，计算出坯壳受力面积S；
1.6采集结晶器断面宽度和厚度尺寸信息；
1.7通过公式s＝e*L推算出e＝S/L，计算出抵抗拉坯阻力最小厚度坯壳e；
1.8通过根据Fe-C相图推算，碳钢在0强度温度到出结晶器下口温度T1温度区间的凝固厚度e1；
1.9计算该温度下抵抗拉坯阻力坯壳最小厚度E：E＝e+e1；
1.9确定安全系数K(按照范围1.5-3.5进行选取)；
1.10确定头坯坯壳最小安全厚度E头坯为E*K；
步骤2：铁屑厚度确定；
2.1采集开浇钢水过热度T；
2.2确定钢的比热容和铁屑温度；
2.3凝固传热确定:所用最小铁屑用量从升温到熔化所吸收的热量，应该等于钢水凝固成开浇最小坯壳安全厚度所吸收的热量；
2.3.1过热钢水-液相线温度导出热量Q1；
Q1＝cmΔt＝cρVΔt＝cρE头坯LΔt；E头坯---------凝固坯壳最小安全厚度；
2.3.2冷却料升温至固相线温度吸收热量Q2；
Q2＝cmΔt＝cρVΔt＝cρV；
2.3.3坯壳凝固放出热量Q3；
Q3＝K1*m1；m1----------凝固坯壳质量；
K1----------钢铁熔化吸热系数；
2.3.4冷却料熔化吸收热Q4；
Q4＝K1*m2；m2----------冷却料质量；
K1----------钢铁熔化吸热系数；
2.4：依据能量守恒定律计算最小铁屑厚度E铁屑
Q1+Q3+＝Q2+Q4
cρeLΔt+272*m1＝cρV(固相线温度-常温)+272*m2
2.5选取安全系数，确定铁屑厚度下限；
2.6依据传热性质，确定铁屑厚度上限；
步骤3：铁屑规格选型；
3.1确定选型的碳含量区分点；
3.2针对不同钢种选用不同碳含量的铁屑用量；
步骤4：开浇密封铁屑用料选型流程结束。
应用实施例：参照附图1，某钢厂生产的连铸坯尺寸为900*230mm，开浇钢水过热度为50℃，现生产含碳量为0.45％的钢种，需要进行引锭密封和确定密封的铁屑用量。依据本技术方案提供的方法，其铁屑料的用量和选型技术方案流程步骤如下：
步骤1：开浇坯壳安全厚度确定：
1.1多数据采集开浇坯壳出结晶器下口温度T1，以平均温度确定普遍的开浇坯壳出结晶器下口温度T；经过10次数据采集，确定开浇坯壳出结晶器下口温度T为800℃:
Figure BDA0002305071380000051
Figure BDA0002305071380000061
1.2采集生产的钢种含碳量为0.45％；
1.3依据含碳量确定生产钢种抗拉强度σb为80N/mm2；
1.4采集连铸开浇拉坯阻力F为500KN；
1.5通过公式F＝σb*s推算出S＝F/σb，计算出坯壳受力面积S；
S＝F/σb＝500/80＝6250m2
1.6采集结晶器断面宽度和厚度尺寸信息为900*230mm；
1.7通过公式s＝e*L推算出e＝S/L＝2.74mm，计算出抵抗拉坯阻力最小厚度坯壳e为2.74mm；
1.8通过根据Fe-C相图推算，碳钢在0强度温度到出结晶器下口温度T1(800℃)温度区间的凝固厚度e1为10mm；
1.9计算计算该温度下抵抗拉坯阻力坯壳最小厚度E：E＝e+e1＝10+2.74＝12.74mm；
1.9确定安全系数K为2；
1.10确定头坯坯壳最小安全厚度E头坯为E*K＝12.74*2＝24.75mm；
步骤2：铁屑厚度确定；
2.1采集开浇钢水过热度T为50℃；
2.2确定钢的比热容和铁屑温度。钢的比热容以0.5J/(kg.℃)，冷却料温25℃；
2.3凝固传热确定:所用最小铁屑用量从升温到熔化所吸收的热量，应该等于钢水凝固成开浇最小坯壳安全厚度所吸收的热量。
2.3.1过热钢水-液相线温度导出热量Q1
Q1＝cmΔt＝cρVΔt＝cρE头坯LΔt E头坯---------凝固坯壳最小安全厚度
2.3.2冷却料升温至固相线温度吸收热量Q2
Q2＝cmΔt＝cρVΔt＝cρV；
2.3.3坯壳凝固放出热量Q3:
Q3＝K1*m1；m1----------凝固坯壳质量；
K1----------钢铁熔化吸热系数；
2.3.4冷却料熔化吸收热Q4；
Q4＝K1*m2；m2----------冷却料质量；
K1----------钢铁熔化吸热系数；
2.4：依据能量守恒定律计算最小铁屑厚度E铁屑；
Q1+Q3+＝Q2+Q4
cρeLΔt+272*m1＝cρV(固相线温度-常温)+272*m2
0.5*7.4*25.4*520*50+272*7.4*25.4*520＝0.5*7.4*e2*520(1462-25)+272*7.4*e2*520
E铁屑＝6.98mm
2.5选取安全系数为2，确定铁屑厚度下限13.96；
2.6依据传热性质，确定铁屑厚度上限，考虑安全性，选取上限为20mm；
步骤3：.铁屑规格选型；
3.1确定选型的碳含量区分点为0.44％；
3.2针对该钢种碳含量为0.45％，碳含量＞0.44％，选用含碳量0.45-0.60％钢铁冷却料；
4.依据本技术方案，该钢种连铸坯尺寸为900*230mm的开浇密封铁屑用料，其用料厚度控制在13.96mm到20mm之间，选用选用含碳量为0.45-0.60％钢铁冷却料作为铁屑材质，
步骤4：铁屑用量和选型确定完毕，流程结束。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (2)

1.一种用于连铸安全密封引锭的铁屑料精确选用方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：开浇坯壳安全厚度确定；
步骤2：铁屑厚度确定；
步骤3：铁屑规格选型；
步骤4：开浇密封铁屑用料选型流程结束；
所述步骤1：开浇坯壳安全厚度确定，具体如下：
1.1多数据采集开浇坯壳出结晶器下口温度，以平均温度确定普遍的开浇坯壳出结晶器下口温度T；
1.2采集生产的钢种含碳量；
1.3依据含碳量确定生产钢种抗拉强度σb；
1.4采集连铸开浇拉坯阻力F；
1.5通过公式F＝σb*S推算出S＝F/σb，计算出坯壳受力面积S；
1.6采集结晶器断面宽度和厚度尺寸信息；
1.7通过公式S＝e*L推算出e＝S/L，计算出抵抗拉坯阻力最小厚度坯壳e；
1.8通过根据Fe-C相图推算，碳钢在0强度温度到出结晶器下口温度T1温度区间的凝固厚度e1；
1.9计算该温度下抵抗拉坯阻力坯壳最小厚度E：E＝e+e1；
1.9确定安全系数K；
1.10确定头坯坯壳最小安全厚度E头坯为E*K；
所述步骤2：铁屑厚度确定，具体如下：
2.1采集开浇钢水过热度ΔT；
2.2确定钢的比热容和铁屑温度；
2.3凝固传热确定：所用最小铁屑用量从升温到熔化所吸收的热量，应该等于钢水凝固成开浇最小坯壳安全厚度所吸收的热量；
2.3.1过热钢水-液相线温度导出热量Q1
Q1＝cmΔt＝cρVΔt＝cρE头坯LΔt；E头坯---------头坯坯壳最小安全厚度；
2.3.2冷却料升温至固相线温度吸收热量Q2；
Q2＝cmΔt＝cρVΔt＝cρV(固相线温度-常温)；
2.3.3坯壳凝固放出热量Q3:
Q3＝K1*m1；
m1----------凝固坯壳质量；
K1----------钢铁熔化吸热系数；
2.3.4冷却料熔化吸收热Q4；
Q4＝K1*m2；
m2----------冷却料质量；
K1----------钢铁熔化吸热系数；
2.4：依据能量守恒定律计算最小铁屑厚度E铁屑
Q1+Q3＝Q2+Q4；
cρE头坯LΔt+272*m1＝cρV(固相线温度-常温)+272*m2
2.5选取安全系数，安全系数按照1.5-3.5范围进行选取，确定铁屑厚度下限；
2.6依据传热性质，确定铁屑厚度上限。
2.根据权利要求1所述的用于连铸安全密封引锭的铁屑料精确选用方法，其特征在于，所述步骤3：铁屑规格选型，具体如下：
3.1确定选型的碳含量区分点；
3.2针对不同钢种选用不同碳含量的铁屑型号。
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