CN113020561A - 含硼钢连铸坯的二冷控制方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含硼钢连铸坯的二冷控制方法，包括：在连铸二冷工艺段的第一区段，控制含硼钢连铸坯的外弧表面目标温度为1050～1150℃；在连铸二冷工艺段的第二区段，控制含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为950～1049℃；在连铸二冷工艺段的第三区段，控制含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为800～830℃；通过上述手段的结合，能够显著的提高含硼钢连铸坯的表面质量，降低铸坯裂纹的发生率，适用于含硼钢的连铸工艺控制。

Description

含硼钢连铸坯的二冷控制方法、系统、设备及存储介质

技术领域

本申请涉及板坯连铸技术领域，尤其涉及一种含硼钢连铸坯的二冷控制方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

硼是一种半导体非金属，其原子序数为5，原子量为12。虽然硼在钢中的固溶度很小，不过添加硼对于钢材的相变与硬化产生极大的作用。低合金高强度钢加硼可有效改善低合金高强度钢的强韧性；钢中添加硼还能大大提高钢材的淬透性。通常来说，对于钢中硼含量＞0.001％的钢种可称之为含硼钢。

虽然硼的加入对含硼钢的机械性能有良好的作用，但另一方面也会对含硼钢连铸坯的表面质量带来明显的不利影响，由于硼易于与钢中的自由氮反应生成BN后析出，导致连铸坯高温脆性极大恶化，连铸坯在连铸二冷过程中不断承受“弯曲-矫直”的交变应力作用，高温脆性较差的铸坯会产生各类型表面缺陷，其中以铸坯外弧侧角横裂纹为最突出。故而，如何避免硼的加入导致连铸时含硼钢的连铸坯出现表面质量缺陷，是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种含硼钢连铸坯的二冷控制方法、系统、设备及存储介质，以解决或者部分解决硼的加入容易导致含硼钢在连铸过程中容易产生连铸坯边部质量缺陷的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种含硼钢连铸坯的二冷控制方法，包括：

在连铸二冷工艺段的第一区段，控制含硼钢连铸坯的外弧表面目标温度为1050～1150℃；

在连铸二冷工艺段的第二区段，控制含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为950～1049℃；

在连铸二冷工艺段的第三区段，控制含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为800～830℃。

可选的，第一区段为连铸结晶器下口至扇形段的第一弯曲段入口之间的区域。

进一步的，控制含硼钢连铸坯的外弧表面目标温度为1050～1150℃，具体包括：

控制第一区段的冷却水平均比水量为0.5～0.75L/min，以使含硼钢连铸坯在第一弯曲段入口处的外弧表面目标温度为1050～1150℃。

可选的，第二区段为扇形段的第一弯曲段至第一矫直段入口之间的区域。

进一步的，控制含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为950～1049℃，具体包括：

控制第二区段的冷却水平均比水量为0.35～0.5L/min，以使含硼钢连铸坯在第一矫直段入口处的内弧表面目标温度为950～1049℃。

可选的，第三区段为扇形段的第一矫直段至末尾矫直段之间的区域。

进一步的，控制含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为800～830℃，具体包括：

控制第三区段的冷却水平均比水量为0.65～1.0L/min，以使含硼钢连铸坯在末尾矫直段出口处的内弧表面目标温度为800～830℃。

如前述技术方案相同的发明构思，本发明还提供了一种含硼钢连铸坯的二冷控制系统，包括：

第一控制模块，用于在连铸二冷工艺段的第一区段，控制含硼钢连铸坯的外弧表面目标温度为1050～1150℃；

第二控制模块，用于在连铸二冷工艺段的第二区段，控制含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为950～1049℃；

第三控制模块，用于在连铸二冷工艺段的第三区段，控制含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为800～830℃。

如前述技术方案相同的发明构思，本发明还提供了一种控制设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现前述技术方案中任一项二冷控制方法的步骤。

如前述技术方案相同的发明构思，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述技术方案中任一项二冷控制方法的步骤。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供了一种含硼钢连铸坯的二冷控制方法，通过对二冷工艺段的第一区段的铸坯实施中冷，并将连铸坯的外弧表面目标温度控制在1050～1150℃，是为了在进入连铸机弯曲段之前，使连铸坯避开第一脆性温度区(1300-1150℃)，避免铸坯在弯曲段进入低塑性温度区，因为弯曲受力出现表面缺陷；通过在第二区段实施弱冷，并将连铸坯的外弧表面目标温度控制在950～1049℃，是为了使铸坯在弯曲段的温度在第一脆性温度区(1300-1150℃)与第二脆性温度区(950-830℃)之间；之所以在第三区段实施强冷，并将连铸坯的外弧表面目标温度控制在800～830℃，是为了使连铸坯在矫直段快速通过第二脆性温度区(950-830℃)，以确保铸坯矫直受力过程中具有足够的塑性。总的来说，通过考虑含硼钢高温逆熔化因素的上述手段的结合，能够显著的提高含硼钢连铸坯的表面质量，降低铸坯裂纹的发生率，对连铸坯角部横裂纹的防控尤为有效。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的Fe-B相图；

图2示出了根据本发明一个实施例的含硼钢连铸坯的二冷控制方法流程图；

图3示出了根据本发明一个实施例的含硼钢连铸坯的二冷控制系统示意图。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。除非另有特别说明，本发明中用到的各种设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

为了解决硼的加入容易导致含硼钢连铸坯产生各类铸坯边部质量缺陷的问题，对硼在钢中的作用机理进行了研究，通常来说，硼可与钢中自由氮在高温奥氏体中优先结合形成粗大的氮化硼颗粒，w(B)＝0.003％的低碳铝镇静钢，氮化硼在1280℃左右已开始析出，980℃时氮化硼析出已达到平衡，而钢种常见析出物氮化铝则刚开始析出。从热力学分析氮化硼的析出要优先于氮化铝，从动力学分析硼在钢中的扩散速率与氮相当，是铝在钢中扩散速率的10倍左右。钢中的B、N含量较高时，B和N容易结合生成BN，并在晶界沉淀。BN在晶界处的析出物很细小，连续钉扎在奥氏体和基体变形处，降低了晶界的流动性，使再结晶温度提高。这种沉淀在奥氏体晶界上颗粒间空隙十分细小的BN有效地锁住晶界，阻碍原生奥氏体晶界滑动引起晶粒间断裂，从而降低钢的热塑性。正是由于BN在连铸高温阶段的析出，才导致了连铸坯高温脆性的极大恶化。

对此，研究了不同硼含量的低碳钢试样的热塑性，结果表明，硼含量为0.01％的试样，在900～1200℃的热塑性较差，其断面收缩率仅在23％～39％之间，具有很宽的热脆性温度区域，当刚出结晶器的连铸坯坯壳处于这个温度区域时，很容易产生裂纹，严重时还会造成连铸漏钢事故。C含量为0.1％情况下的Fe-B-C相图如图1所示，由于包晶反应的存在会造成含硼钢的逆向熔化，即B含量在一定的范围内时，含硼钢首先完全凝固，但随着温度降低发生包晶反应，含硼钢内部会出现重新熔化的现象，从相图上可以看出，这条逆向熔化线是向内弯曲的，图中虚线所示为含硼量0.018％的情况，当温度为1450℃时，含硼钢完全凝固，所有相均转化为γ奥氏体，当温度低于1240℃左右时，虚线段与逆向熔化线相交，钢中再次出现了液相，液相会一直到温度低于1175℃时才会完全消失。再熔化现象发生的B含量在0.015％-0.022％之间。

基于上述研究结论进行下一步模拟和实验研究，具体的，对含硼钢的连铸冷却过程进行模拟仿真，再结合实验验证数据，发现硼钢从凝固开始由于硼析出物的高温析出，存在两个明显低塑性温度区，1300-1150℃、950-830℃。基于此，通过对连铸坯的二冷冷却控制，使铸坯在“弯曲-矫直”过程受复杂应力的条件下避开低塑性区，到达避免铸坯表面缺陷的目的。

基于上述模拟仿真和实验结果，在一个可选的实施例中，如图2所示，提出了一种含硼钢连铸坯的二冷控制方法，其整体思路如下：

S1：在连铸二冷工艺段的第一区段，控制含硼钢连铸坯的外弧表面目标温度为1050～1150℃；

S2：在连铸二冷工艺段的第二区段，控制含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为950～1049℃；

S3：在连铸二冷工艺段的第三区段，控制含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为800～830℃。

可选的，第一区段为连铸结晶器下口至扇形段的第一弯曲段入口之间的区域。对应的，可采用下述手段将外弧表面目标温度控制到1050～1150℃：控制第一区段的冷却水平均比水量为0.5～0.75L/min，以使含硼钢连铸坯在第一弯曲段入口处的外弧表面目标温度为1050～1150℃。其中，优选外弧表面目标温度可控制在1060℃，1080℃，1100℃。

可选的，第二区段为扇形段的第一弯曲段至第一矫直段入口之间的区域。对应的，可采用下述手段，将含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度控制到950～1049℃：控制第二区段的冷却水平均比水量为0.35～0.5L/min，以使含硼钢连铸坯在第一矫直段入口处的内弧表面目标温度为950～1049℃。其中，优选内弧表面目标温度可控制在960℃，1000℃，1030℃。

可选的，第三区段为扇形段的第一矫直段至末尾矫直段之间的区域。对应的，可采用下述手段将含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为800～830℃：控制第三区段的冷却水平均比水量为0.65～1.0L/min，以使含硼钢连铸坯在末尾矫直段出口处的内弧表面目标温度为800～830℃。其中，优选内弧表面目标温度可控制在810℃，820℃，825℃。

具体的，上述方案首次将含硼钢的高温逆熔化的因素考虑进二冷工艺控制中，并结合模拟仿真得到的含硼钢的低塑性温度区，制定了上述二冷段分段冷却工艺，其控制原理具体如下：

之所以在第一区段：连铸结晶器下口至扇形段的第一个弯曲段入口处采用中冷工艺，并将弯曲段入口处的铸坯外弧表面目标温度、铸坯在整个第一区段中的冷却水比水量控制在上述范围，是因为在第一区段内连铸坯处于铸机的垂直段区间，铸坯不受机械应力作用，温度控制的关键在于保持坯壳厚度防止漏钢，并且为即将进入弯曲段的铸坯保持较高温度。对于普通钢种铸坯而言，第一区段按照强冷控制，而对于现有技术中含硼钢的处理方式，第一区段采用弱冷控制；但在本申请中，因模拟仿真发现了含硼钢的第一脆性温度区(1300-1150℃)，则必须按照中冷控制，以使弯曲开始温度要低于第一脆性温度区的下限温度1150℃，以确保铸坯弯曲时候具有足够的塑性。

之所以在第二区段：扇形段的第一个弯曲段至第一个矫直段入口的区域采用弱冷工艺，并将矫直段入口处的铸坯的内弧表面目标温度、铸坯在整个弯曲段的冷却水比水量控制在上述范围，是因为这个区段内的连铸坯处于弯曲段区，铸坯外弧受拉应力、内弧受压应力，在此期间运行的铸坯要保证不产生表面缺陷必须避开低塑性温度区，也就是说，在第二区段的连铸坯的温度范围应当在第一脆性温度区(1300-1150℃)与第二脆性温度区(950-830℃)之间。而对于普通钢种铸坯而言，此区域通常按照中冷控制。

之所以在第三区段：扇形段的所有矫直段中采用强冷工艺，并将矫直段出口处的铸坯的内弧表面目标温度、铸坯在整个矫直段的冷却水比水量控制在上述范围，是因为连铸坯处于矫直区时，铸坯外弧受压应力、内弧受拉应力，铸坯表面温度要低于第二脆性温度区(950-830℃)的下限温度830℃，以确保铸坯矫直受力过程中具有足够的塑性。对于普通钢种铸坯和常规的含硼钢铸坯而言，此区域通常按照弱冷控制。

总的来说，本实施例提供了一种含硼钢连铸坯的二冷控制方法，通过对二冷工艺段的第一区段的铸坯实施中冷，并将连铸坯的外弧表面目标温度控制在1050～1150℃，是为了在进入连铸机弯曲段之前，使连铸坯避开第一脆性温度区(1300-1150℃)，避免铸坯在弯曲段进入低塑性温度区，因为弯曲受力出现表面缺陷；通过在第二区段实施弱冷，并将连铸坯的外弧表面目标温度控制在950～1049℃，是为了使铸坯在弯曲段的温度在第一脆性温度区(1300-1150℃)与第二脆性温度区(950-830℃)之间；之所以在第三区段实施强冷，并将连铸坯的外弧表面目标温度控制在800～830℃，是为了使连铸坯在矫直段快速通过第二脆性温度区(950-830℃)，以确保铸坯矫直受力过程中具有足够的塑性。总的来说，通过考虑含硼钢高温逆熔化因素的上述手段的结合，能够显著的提高含硼钢连铸坯的表面质量，降低铸坯裂纹的发生率，对连铸坯角部横裂纹的防控尤为有效。

上述方法适用于所有类型的含硼钢，对于硼含量在0.01wt.％～0.03wt.％的含硼钢，其表面缺陷的防控效果更佳。

基于前述实施例相同的发明构思，在又一个可选的实施例中，如图3所示，还提供了一种含硼钢连铸坯的二冷控制系统，包括：

第一控制模块10，用于在连铸二冷工艺段的第一区段，控制含硼钢连铸坯的外弧表面目标温度为1050～1150℃；

第二控制模块20，用于在连铸二冷工艺段的第二区段，控制含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为950～1049℃；

第三控制模块30，用于在连铸二冷工艺段的第三区段，控制含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为800～830℃。

可选的，第一区段为连铸结晶器下口至扇形段的第一弯曲段入口之间的区域。对应的，第一控制模块10具体用于：控制第一区段的冷却水平均比水量为0.5～0.75L/min，以使含硼钢连铸坯在第一弯曲段入口处的外弧表面目标温度为1050～1150℃。

可选的，第二区段为扇形段的第一弯曲段至第一矫直段入口之间的区域。对应的，第二控制模块20具体用于：控制第二区段的冷却水平均比水量为0.35～0.5L/min，以使含硼钢连铸坯在第一矫直段入口处的内弧表面目标温度为950～1049℃。

可选的，第三区段为扇形段的第一矫直段至末尾矫直段之间的区域。对应的，第三控制模块30具体用于：控制第三区段的冷却水平均比水量为0.65～1.0L/min，以使含硼钢连铸坯在末尾矫直段出口处的内弧表面目标温度为800～830℃。

基于前述实施例相同的发明构思，在又一个可选的实施例中，还提供了一种控制设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例中的二冷控制方法的步骤。

基于前述实施例相同的发明构思，在又一个可选的实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述实施例中的二冷控制方法的步骤。

在接下来的实施例中，以具体的生产数据，对上述方案进行进一步的说明：

设计了3个实施例，具体实施过程如下：

实施例1：

在某钢厂连铸机上生产连铸板坯250mm*2000mm坯型的S690Q钢铸坯，第一区段铸坯外弧表面温度为1150℃，冷却比水量0.6L/kg；第二区段铸坯内弧表面温度控制为1030℃，冷却比水量0.38L/kg；第三区段铸坯内弧表面温度控制为825℃，冷却比水量0.7L/kg。

实施例2：

生产连铸板坯300mm*1800mm坯型的S235-B钢铸坯，第一区段铸坯外弧表面温度为1100℃，冷却比水量0.65L/kg；第二区段铸坯内弧表面温度控制为1000℃，冷却比水量0.4L/kg；第三区段铸坯内弧表面温度控制为820℃，冷却比水量0.75L/kg。

实施例3：

生产连铸板坯400mm*2000mm坯型的Q690MD钢铸坯，第一区段铸坯外弧表面温度为1060℃，冷却比水量0.7L/kg；第二区段铸坯内弧表面温度控制为960℃，冷却比水量0.45L/kg；第三区段铸坯内弧表面温度控制为810℃，冷却比水量0.95L/kg。

对比设计了三个对比例，对应实施数据如下：

对比例1：

同样是250mm*2000mm坯型的S690Q钢铸坯，第一区段铸坯外弧表面温度为1030℃，冷却比水量0.9L/kg；第二区段铸坯内弧表面温度控制为980℃，冷却比水量0.5L/kg；第三区段铸坯内弧表面温度控制为900℃，冷却比水量0.5L/kg。

对比例2：

同样是300mm*1800mm坯型的S235-B钢铸坯，第一区段铸坯外弧表面温度为1000℃，冷却比水量0.92L/kg；第二区段铸坯内弧表面温度控制为960℃，冷却比水量0.53L/kg；第三区段铸坯内弧表面温度控制为880℃，冷却比水量0.6L/kg。

对比例3：

同样是400mm*2000mm坯型的Q690MD钢铸坯，第一区段铸坯外弧表面温度为980℃，冷却比水量0.95L/kg；第二区段铸坯内弧表面温度控制为950℃，冷却比水量0.55L/kg；第三区段铸坯内弧表面温度控制为870℃，冷却比水量0.65L/kg。

连铸坯生产完成后下线，进行表面质量检测，得到的表面缺陷判定结果如表1所示：

表1：对比例和实施例的表面质量判定结果：

	牌号	横裂纹率	总裂纹率
				实施例1	S690Q	2.5％	6％
实施例2	S235-B	1.5％	3.8％
				实施例3	Q690MD	2.9	5.7％
对比例1	S690Q	13.5％	29％
				对比例2	S235-B	10.7％	27％
对比例3	Q690MD	18.2％	33％

从表1可以看出，在采用了本发明提供的新的二冷段控制工艺后，以采用前相比，铸坯的裂纹率得到了显著的减轻。

通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供了一种含硼钢连铸坯的二冷控制方法，通过对二冷工艺段的第一区段的铸坯实施中冷，并将连铸坯的外弧表面目标温度控制在1050～1150℃，是为了在进入连铸机弯曲段之前，使连铸坯避开第一脆性温度区(1300-1150℃)，避免铸坯在弯曲段进入低塑性温度区，因为弯曲受力出现表面缺陷；通过在第二区段实施弱冷，并将连铸坯的外弧表面目标温度控制在950～1049℃，是为了使铸坯在弯曲段的温度在第一脆性温度区(1300-1150℃)与第二脆性温度区(950-830℃)之间；之所以在第三区段实施强冷，并将连铸坯的外弧表面目标温度控制在800～830℃，是为了使连铸坯在矫直段快速通过第二脆性温度区(950-830℃)，以确保铸坯矫直受力过程中具有足够的塑性。总的来说，通过考虑含硼钢高温逆熔化因素的上述手段的结合，能够显著的提高含硼钢连铸坯的表面质量，降低铸坯裂纹的发生率，对连铸坯角部横裂纹的防控尤为有效。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种含硼钢连铸坯的二冷控制方法，其特征在于，所述二冷控制方法包括：

在所述连铸二冷工艺段的第一区段，控制所述含硼钢连铸坯的外弧表面目标温度为1050～1150℃；

在所述连铸二冷工艺段的第二区段，控制所述含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为950～1049℃；

在所述连铸二冷工艺段的第三区段，控制所述含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为800～830℃。

2.如权利要求1所述的二冷控制方法，其特征在于，所述第一区段为连铸结晶器下口至扇形段的第一弯曲段入口之间的区域。

3.如权利要求2所述的二冷控制方法，其特征在于，所述控制所述含硼钢连铸坯的外弧表面目标温度为1050～1150℃，具体包括：

控制所述第一区段的冷却水平均比水量为0.5～0.75L/min，以使所述含硼钢连铸坯在所述第一弯曲段入口处的所述外弧表面目标温度为1050～1150℃。

4.如权利要求1所述的二冷控制方法，其特征在于，所述第二区段为扇形段的第一弯曲段至第一矫直段入口之间的区域。

5.如权利要求4所述的二冷控制方法，其特征在于，所述控制所述含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为950～1049℃，具体包括：

控制所述第二区段的冷却水平均比水量为0.35～0.5L/min，以使所述含硼钢连铸坯在所述第一矫直段入口处的所述内弧表面目标温度为950～1049℃。

6.如权利要求1所述的二冷控制方法，其特征在于，所述第三区段为扇形段的第一矫直段至末尾矫直段之间的区域。

7.如权利要求6所述的二冷控制方法，其特征在于，所述控制所述含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为800～830℃，具体包括：

控制所述第三区段的冷却水平均比水量为0.65～1.0L/min，以使所述含硼钢连铸坯在所述末尾矫直段出口处的所述内弧表面目标温度为800～830℃。

8.一种含硼钢连铸坯的二冷控制系统，其特征在于，所述二冷控制系统包括：

第一控制模块，用于在所述连铸二冷工艺段的第一区段，控制所述含硼钢连铸坯的外弧表面目标温度为1050～1150℃；

第二控制模块，用于在所述连铸二冷工艺段的第二区段，控制所述含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为950～1049℃；

第三控制模块，用于在所述连铸二冷工艺段的第三区段，控制所述含硼钢连铸坯的内弧表面目标温度为800～830℃。

9.一种控制设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-7任一项所述二冷控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1～7任一项所述二冷控制方法的步骤。

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