CN113245518B - 连铸坯的压下方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种连铸坯的压下方法，包括如下步骤：对铸坯的温度场进行实时的跟踪计算，得到铸坯温度场；根据铸坯温度场计算铸坯在沿拉坯方向上不同位置处横截面凝固前沿的温度梯度和冷却速率；根据温度梯度和冷却速率，利用预设临界位置判断式，确定出铸坯的压下的临界位置；临近临界位置之前和之后，根据铸坯的压下的临界位置，分别对铸坯同时进行第一重压下和第二重压下。利用本发明能够解决目前在现有技术中，无法实现压下工艺和设备的整体优化等问题。

Description

连铸坯的压下方法

技术领域

本发明属于连铸连轧技术领域，更为具体地，涉及一种连铸坯的压下方法。

背景技术

连铸坯内部缺陷，主要包括中心偏析、中心疏松和缩孔等内部质量问题。会带来轧制终材的分层、带状、探伤不合格、组织性能均匀性不合格等缺陷，因此会对方坯的质量和性能产生重要影响，甚至导致判废。为了控制、解决连铸坯内部缺陷，提出了很多技术，其中压下技术的作用效果最直接、有效。

压下技术目前应用很广泛，而且发展出了不同模式，主要有轻压下、重压下、单辊重压下和组合压下(即前面用轻压下后面用重压下的组合方式)。不同的压下方式的出现或者进步，主要是基于实践和理论的突破，轻压下到重压下的发展，不仅是实践上的突破，也带来了理论的突破，比如对压下裂纹的认识、对重压下提高致密度的认识等。现在理论的认识为：偏析和疏松在凝固初期形成，而缩孔是在凝固后期形成，所以应该在前期进行压下以防止、避免、降低偏析和疏松的形成，而后期甚至是凝固末端后进行大压下，以“焊合”缩孔。这是所有压下模式所遵循的理论指导，同时也限制了压下模式的突破。

在现有压下模式下，轻压下偏析效果较好，对疏松和缩孔改善效果一般；轻压下工艺对裂纹敏感，工艺设置不合适，裂纹就会出现从而带来质量问题；并且，轻压下的实施需要的压下辊或者扇形段较多，设备投入、维护等成本相应提高。单辊重压下首先不会出现裂纹，工艺范围很大，其次单辊重压下可以大大提高铸坯致密度，对缩孔和疏松的改善效果更优，也可以改善偏析，而且实施需要的压下辊少，设备投入、维护等成本较低，尤其对于小方坯，设备方案简单利于维护，但对于单辊重压下要同时解决偏析、疏松和缩孔的问题，压下位置选择要精确且需要大的压下量，比如15～20mm，这样对设备压下能力要求很高，不论是对大方坯、小方坯、板坯，设备实现和布置都带来难度。而组合压下的出现，按照传统理论好像更完美，实际上组合压下完全继承了轻压下和重压下的缺点，工艺对裂纹敏感，工艺不合适或者控制过程存在误差就会出裂纹，同时实施需要的压下辊或者扇形段个数依然较多，并且对设备的压下能力要求还较大，设备投入、维护等成本是提高了，而非降低了，同时设备实现和布置的难度也并没有降低，大大限制了压下的使用和推广，尤其对于小方坯铸机。

综上，现有技术无法实现压下工艺和设备的整体优化，即工艺上没有实现以最少的压下辊、最少的压下量来稳定实现内部缺陷的全面解决，设备上无法实现压下设备台数最少化、需求压下能力最小化，从而实现设备投资和维护成本降低，以及布置和实现的优化。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种连铸坯的压下方法，以解决目前的在现有技术中，无法实现压下工艺和设备的整体优化等问题。

本发明提供一种连铸坯的压下方法，包括如下步骤：

对铸坯的温度场进行实时的跟踪计算，得到铸坯温度场；

根据所述铸坯温度场计算所述铸坯在沿拉坯方向上不同位置处横截面凝固前沿的温度梯度和冷却速率；

根据所述温度梯度和所述冷却速率，利用预设临界位置判断式，确定出所述铸坯的压下的临界位置；

临近所述临界位置之前和之后，根据所述铸坯的压下的临界位置，分别对所述铸坯同时进行第一重压下和第二重压下；其中，所述第一重压下时，从位于所述临界位置之前的压下辊中选取第一压下辊；所述第二重压下时，从位于所述临界位置之后的压下辊中选取第二压下辊。

此外，优选的方案是，在对铸坯的温度场进行实时的跟踪计算，得到铸坯温度场的过程中，

通过温度场计算模型对铸坯的温度场进行实时的跟踪计算，得到铸坯温度场。

此外，优选的方案是，所述温度场计算模型采用转换温度、转换热焓法，包括如下算法公式：

传热微分简化公式为：

其中，ρ为铸坯密度，t为传热时间，λ₀是参考温度T₀下的导热系数，φ为转换温度，H为热焓，热焓的单位为kJ·kg-1；

热焓计算公式为：

其中，T₀是任选的参考温度，H₀是对应的参考热焓；L为凝固潜热，凝固潜热的单位为J·kg-1,c_p(τ)为温度τ下的比热，f_s为固相率；

转换温度与温度对应关系公式为：

其中，λ₀是参考温度T₀下的导热系数；λ(t)为温度t下的导热系数。

此外，优选的方案是，所述预设临界位置判断式为：

其中，G为凝固前沿温度梯度，单位为℃/m；

为冷却速率，单位为℃/s；m和n为常数；Pcri为临界位置判定标准；

在铸坯拉坯过程中，当G和T的指数乘积开始小于Pcri时，确定出铸坯的压下的临界位置。

此外，优选的方案是，当所述铸坯为72A钢种时，在所述预设临界位置判断式中，m＝1，n＝0.5，Pcri＝520。

此外，优选的方案是，在临近所述临界位置之前和之后，根据所述铸坯的压下的临界位置，分别对所述铸坯同时进行第一重压下和第二重压下的过程中，

临近所述临界位置之前，选择距离所述铸坯的压下的临界位置最近的压下辊作为第一压下辊进行第一重压下；

临近所述临界位置之后，选择距离所述铸坯的压下的临界位置最近的压下辊作为第二压下辊进行第二重压下。

此外，优选的方案是，在临近所述临界位置之前和之后，根据所述铸坯的压下的临界位置，分别对所述铸坯同时进行第一重压下和第二重压下的过程中，

当所述临界位置之前无压下辊，则判断最前压下辊所在位置处铸坯中心固相率是否在0.5～0.8范围内，如果在，则对所述最前压下辊执行单辊重压下，压下量大于10mm；

当所述临界位置之后无压下辊，则判断最后压下辊所在位置处铸坯中心固相率是否在0.5～0.8范围内，如果在，则对所述最后压下辊执行单辊重压下，压下量大于10mm。

此外，优选的方案是，所述第一重压下的压下量大于7mm；和/或，所述第二重压下的压下量大于7mm。

从上面的技术方案可知，本发明提供的连铸坯的压下方法，通过实时计算铸坯温度场，根据铸坯温度场得到铸坯在沿拉坯方向上不同位置处横截面凝固前沿的温度梯度和冷却速率，再利用预设临界位置判断式得到缩孔完全形成的位置作为铸坯的压下的临界位置，然后根据铸坯的压下的临界位置，临近临界位置之前和之后，分别对铸坯上的同一位置进行第一重压下和第二重压下。整个过程基于单辊大压下的实践，突破现有理论认识，一方面缩孔一旦形成，要通过压下完全消除基本上很难，需要很大的压下量，实践中单辊至少需要20mm以上的压下量才有可能，因此要消除缩孔在其形成之前进行阻止，才能以最小的代价消除缩孔；另一方面，疏松的发生是随着凝固持续进行的，只要铸坯未完全凝固疏松都会发生，只有在疏松完全形成而不再发展后进行压下，才会避免压下后继续产生疏松，才能带来最大化的减轻。因此，本发明提出的两点式的连铸坯的压下方法，从工艺上实现以最少的压下辊、最小的压下量来降低或消除铸坯内部质量缺陷。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

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为根据本发明实施例的连铸坯的压下方法的流程图。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

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。

针对前述提出的目前在现有技术中，无法实现压下工艺和设备的整体优化等问题，提出了一种连铸坯的压下方法。

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

为了说明本发明提供的连铸坯的压下方法，图1示出了根据本发明实施例的连铸坯的压下方法的流程。

如图1所示，本发明提供的连铸坯的压下方法，包括如下步骤：

S1、对铸坯的温度场进行实时的跟踪计算，得到铸坯温度场。

具体的，实时收集铸坯温度场计算所需要的数据，通过数据实时对铸坯的温度场进行计算，得到铸坯温度场。其中，铸坯温度场是指铸坯各个点上温度的集合。

作为本发明的一个优选实施例，在对铸坯的温度场进行实时的跟踪计算，得到铸坯温度场的过程中，

通过温度场计算模型对铸坯的温度场进行实时的跟踪计算，得到铸坯温度场。

具体的，通过设定温度场计算模型能够快速完成对铸坯温度场跟踪计算，在温度场计算模型中储存温度场计算公式，将跟踪数据获取设备得到的用于铸坯温度场计算的数据输入至温度场计算模型中，直接输出铸坯温度场。

其中，温度场计算模型采用转换温度、转换热焓法，包括如下算法公式：

传热微分简化公式为：

其中，ρ为铸坯密度，t为传热时间，λ₀是参考温度T₀下的导热系数，φ为转换温度，H为热焓，热焓的单位为kJ·kg-1；

热焓计算公式为：

其中，T₀是任选的参考温度，H₀是对应的参考热焓；L为凝固潜热，凝固潜热的单位为J·kg-1,c_p(τ)为温度τ下的比热，f_s为固相率；

转换温度与温度对应关系公式为：

其中，λ₀是参考温度T₀下的导热系数；λ(t)为温度t下的导热系数。

具体的，采用转换温度和转换热焓的方式，采用温度和热焓转换算法，自然地计入凝固潜热和比热随温度变化；用温度和转换温度的变化关系考虑了导热系数随温度的变化，考虑了钢种物性参数随温度变化。

S2、根据铸坯温度场计算铸坯在沿拉坯方向上不同位置处横截面凝固前沿的温度梯度和冷却速率。

具体的，根据铸坯温度场能够得到铸坯在沿拉坯方向上不同位置处横截面凝固前沿的温度梯度和冷却速率；其中，温度梯度是单位长度下的铸坯温度，冷却速率是指铸坯温度随时间下降的速率；根据铸坯温度场计算温度梯度和冷却速率，整个计算过程本领域人员可根据现有方法完成。在此不做特别限定。

S3、根据温度梯度和冷却速率，利用预设临界位置判断式，确定出铸坯的压下的临界位置。

具体的，临界位置的判断机理上以缩孔完全形成的位置为标准，具体来说，结合温度场计算模型获得的铸坯温度场，求出凝固前沿的温度梯度和冷却速率能够判断出缩孔完全形成的位置。

其中，预设临界位置判断式为：

其中，G为凝固前沿温度梯度，单位为℃/m；

为冷却速率，单位为℃/s；m和n为常数；Pcri为临界位置判定标准；

在铸坯拉坯过程中，当G和T的指数乘积开始小于Pcri时，确定出铸坯的压下的临界位置。

具体的，在铸坯拉坯过程中，当G和T的指数乘积开始小于Pcri时，缩孔完全形成，即确定出铸坯的压下的临界位置。

作为本发明的一个优选实施例，当铸坯为72A钢种时，在预设临界位置判断式中，m＝1，n＝0.5，Pcri＝520。

S4、临近临界位置之前和之后，根据铸坯的压下的临界位置，分别对铸坯同时进行第一重压下和第二重压下；其中，第一重压下时，从位于临界位置之前的压下辊中选取第一压下辊；第二重压下时，从位于临界位置之后的压下辊中选取第二压下辊。

具体的，临界位置是沿拉坯方向上的一个点，基于这个临界位置，在其前后进行两点(两辊)压下。

作为本发明的一个优选实施例，在临近临界位置之前和之后，根据铸坯的压下的临界位置，分别对铸坯同时进行第一重压下和第二重压下的过程中，

临近临界位置之前，选择距离铸坯的压下的临界位置最近的压下辊作为第一压下辊进行第一重压下；

临近临界位置之后，选择距离铸坯的压下的临界位置最近的压下辊作为第二压下辊进行第二重压下。

具体的，选择距离临界位置最近的压下辊进行第一重压下，以阻止、控制缩孔的发生和降低偏析的形成；在临界位置之后，选择距离临界位置最近的压下辊进行第二重压下，以提高铸坯中心区域的致密度，大大降低疏松、消除V型偏析。

作为本发明的一个优选实施例，第一重压下的压下量大于7mm；和/或，第二重压下的压下量大于7mm。

具体的，执行重压下的两个辊的压下量分别大于7mm，只有单辊大于7mm才能保证不出现裂纹。

作为本发明的一个优选实施例，在临近临界位置之前和之后，根据铸坯的压下的临界位置，分别对铸坯同时进行第一重压下和第二重压下的过程中，

当临界位置之前无压下辊，则判断最前的压下辊所在位置处铸坯中心固相率是否在0.5～0.8范围内，如果在，则对最前压下辊执行单辊重压下，压下量大于10mm；

当临界位置之后无压下辊，则判断最后压下辊所在位置处铸坯中心固相率是否在0.5～0.8范围内，如果在，则对最后压下辊执行单辊重压下，压下量大于10mm。

为了更好的说明本发明所提供的连铸坯的压下方法，提供以下具体实施例，如下：

实施例1

以某钢厂180mm×180mm小方坯连铸为主，压下拉矫机有三台，距离结晶器液面分别为15m、16.2m和17.4m。经过大量实践回归，针对72A钢种，临界位置判断式中，m＝1，n＝0.5，Pcri＝520。因此通过温度场模型可以确定：

(1)生产拉速为1.45m/min时，根据预设临界位置判断式的温度梯度和冷却速率乘积等于(开始小于)Pcri的位置在距离结晶器液面以下15.95m，对应的中心固相率为0.62，在临界位置之前的压下辊为1#辊，1#辊压下10mm，用来阻止缩孔的发生和减轻偏析的发展；在临界位置之后的压下辊为2#辊，2#辊压下10mm，用来提高铸坯的致密度，从而达到改善疏松的效果。显然，两个拉矫辊各执行10mm压下，要比单辊执行20mm的压下时对设备压下能力要求要降低很多，设备设计会更容易和合理。

(2)生产拉速为1.5m/min时，根据临界位置判断式的温度梯度和冷却速率乘积等于(开始小于)Pcri的位置在距离结晶器液面以下16.32m，对应的中心固相率为0.65，在临界位置之前的压下辊为2#辊，2#辊压下10mm；在临界位置之后的压下辊为3#辊，3#辊压下10mm。

(3)生产拉速为1.3m/min时，根据临界位置判断式的温度梯度和冷却速率乘积等于(开始小于)Pcri的位置在距离结晶器液面以下14.6m，对应的中心固相率为0.595，在临界位置之前无压下辊，则按照如下的工艺方法执行单辊重压下：最前的压下辊所在位置(即15m)处铸坯中心固相率为0.64，位于0.5～0.8范围内，则对最前压下辊执行单辊重压下，压下量15mm。

(4)生产拉速为1.6m/min时，根据临界位置判断式的温度梯度和冷却速率乘积等于(开始小于)Pcri的位置在距离结晶器液面以下17.8m，对应的中心固相率为0.6，在临界位置之后无压下辊，则按照如下的工艺方法执行单辊重压下：最后压下辊所在位置(即17.4m)处铸坯中心固相率为0.45，不在0.5～0.8范围内，则不执行最后压下辊单辊重压下，目前拉速下不执行压下工艺。

通过上述具体实施方式可看出，本发明提供的连铸坯的压下方法，通过实时计算铸坯温度场，根据铸坯温度场得到铸坯在沿拉坯方向上不同位置处横截面凝固前沿的温度梯度和冷却速率，再利用预设临界位置判断式得到缩孔完全形成的位置作为铸坯的压下的临界位置，然后根据铸坯的压下的临界位置，临近临界位置之前和之后，分别对铸坯上的同一位置进行第一重压下和第二重压下。整个过程基于单辊大压下的实践，突破现有理论认识，一方面缩孔一旦形成，要通过压下完全消除基本上很难，需要很大的压下量，实践中单辊至少需要20mm以上的压下量才有可能，因此要消除缩孔在其形成之前进行阻止，才能以最小的代价消除缩孔；另一方面，疏松的发生是随着凝固持续进行的，只要铸坯未完全凝固疏松都会发生，只有在疏松完全形成而不再发展后进行压下，才会避免压下后继续产生疏松，才能带来最大化的减轻。因此，本发明提出的两点式的连铸坯的压下方法，从工艺上实现以最少的压下辊、最小的压下量来降低或消除铸坯内部质量缺陷。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的连铸坯的压下方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的连铸坯的压下方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (7)

1.一种连铸坯的压下方法，其特征在于，包括如下步骤：

对铸坯的温度场进行实时的跟踪计算，得到铸坯温度场；

根据所述铸坯温度场计算所述铸坯在沿拉坯方向上不同位置处横截面凝固前沿的温度梯度和冷却速率；

根据所述温度梯度和所述冷却速率，利用预设临界位置判断式，确定出所述铸坯的压下的临界位置；其中，所述预设临界位置判断式为：

其中，G为凝固前沿温度梯度，单位为℃/m；T为冷却速率，单位为℃/s；m和n为常数；Pcri为临界位置判定标准；在铸坯拉坯过程中，当G和T的指数乘积开始小于Pcri时，确定出铸坯的压下的临界位置；

临近所述临界位置之前和之后，根据所述铸坯的压下的临界位置，分别对所述铸坯同时进行第一重压下和第二重压下；其中，所述第一重压下时，从位于所述临界位置之前的压下辊中选取第一压下辊；所述第二重压下时，从位于所述临界位置之后的压下辊中选取第二压下辊。

2.根据权利要求1所述的连铸坯的压下方法，其特征在于，在对铸坯的温度场进行实时的跟踪计算，得到铸坯温度场的过程中，

通过温度场计算模型对铸坯的温度场进行实时的跟踪计算，得到铸坯温度场。

3.根据权利要求2所述的连铸坯的压下方法，其特征在于，所述温度场计算模型采用转换温度、转换热焓法，包括如下算法公式：

传热微分简化公式为：

其中，ρ为铸坯密度，t为传热时间，λ₀是参考温度T₀下的导热系数，φ为转换温度，H为热焓，热焓的单位为kJ·kg-1；

热焓计算公式为：

其中，T₀是任选的参考温度，T是温度，H₀是对应的参考热焓；L为凝固潜热，凝固潜热的单位为J·kg-1,c_p(τ)为温度τ下的比热，f_s为固相率；

转换温度与温度对应关系公式为：

其中，λ₀是参考温度T₀下的导热系数；λ(t)为温度t下的导热系数。

4.根据权利要求1所述的连铸坯的压下方法，其特征在于，当所述铸坯为72A钢种时，在所述预设临界位置判断式中，m＝1，n＝0.5，Pcri＝520。

5.根据权利要求1所述的连铸坯的压下方法，其特征在于，在临近所述临界位置之前和之后，根据所述铸坯的压下的临界位置，分别对所述铸坯同时进行第一重压下和第二重压下的过程中，

临近所述临界位置之前，选择距离所述铸坯的压下的临界位置最近的压下辊作为第一压下辊进行第一重压下；

临近所述临界位置之后，选择距离所述铸坯的压下的临界位置最近的压下辊作为第二压下辊进行第二重压下。

6.根据权利要求5所述的连铸坯的压下方法，其特征在于，在临近所述临界位置之前和之后，根据所述铸坯的压下的临界位置，分别对所述铸坯同时进行第一重压下和第二重压下的过程中，

当所述临界位置之前无压下辊，则判断最前压下辊所在位置处铸坯中心固相率是否在0.5～0.8范围内，如果在，则对所述最前压下辊执行单辊重压下，压下量大于10mm；

当所述临界位置之后无压下辊，则判断最后压下辊所在位置处铸坯中心固相率是否在0.5～0.8范围内，如果在，则对所述最后压下辊执行单辊重压下，压下量大于10mm。

7.根据权利要求1所述的连铸坯的压下方法，其特征在于，

所述第一重压下的压下量大于7mm；和/或，

所述第二重压下的压下量大于7mm。

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