CN113714481B - 一种连铸板坯凝固末端压下区间起始位置的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连铸板坯凝固末端压下区间起始位置的确定方法，包括：获取连铸板坯的浇铸工况参数和连铸板坯的横断面信息；建立二维凝固传热模型，确定固相率fs与两相区厚度Hm的对应关系；对连铸板坯的横断面心部设定区域进行检测，确定连铸板坯的心部设定区域的缩孔、疏松分布厚度Hp；根据二维凝固传热模型，获取当Hm＝Hp时的连铸板坯中心固相率fs，作为压下区间起始位置固相率fs s。本发明所提供的方法，首先针对具体的连铸板坯的信息，对连铸板坯进行检测，确定其心部区域缩孔、疏松分布特征，基于二维凝固传热模型确定的连铸板坯中心固相率与两相区厚度关系，确定压下区间起始位置fs s，提高压下区间起始位置判定的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，特别是涉及一种连铸板坯凝固末端压下区间起始位置的确定方法。
背景技术
在连铸过程中，为改善连连铸板坯中心偏析与缩孔、疏松缺陷，采用凝固末端压下工艺，成为最有效技术手段之一，已被广泛应用于现代连铸机。凝固末端压下工艺通过在铸流凝固末端之前一定长度内对连铸板坯厚度方向施加压下变形，达到改善连铸板坯中心偏析与缩孔、疏松缺陷的工艺效果。在凝固末端压下过程中，压下区间是关键核心参数，表征了凝固末端压下工艺施加的铸流位置区域，通常以连铸板坯中心点固相率变化范围fs s～fs e表示，其中fs s、fs e分别表示压下区间起始位置与结束位置处连铸板坯中心点固相率；由于在铸流凝固末端(对应的连铸板坯中心固相率fs＝1.0)之前，铸流两相区内持续发生钢液凝固收缩(形成缩孔、疏松)与富含偏析溶质元素的浓化钢液向连铸板坯心部汇聚流动(形成中心偏析)，为通过压下工艺改善上述质量缺陷，可在铸流凝固末端之前持续施加压下工艺。因此，可采用连铸板坯中心固相率1.0作为压下区间结束位置，即fs e＝1.0；对于压下区间起始位置fs s，若压下起始位置过于靠前(对应的fs s偏小)，此时连铸板坯心部钢液流动性尚好，铸流上游钢液可很好的补偿两相区内的钢液凝固收缩，即使未施加压下，连铸板坯也不会生较明显的中心偏析与缩孔、疏松缺陷；并且，若压下起始位置过于靠前(fs s过小)，已凝固坯壳较薄，施加压下工艺极易引发凝固前沿内裂纹，从而进一步加剧连铸板坯质量缺陷。因此，压下起始位置fs s是决定压下区间合理性的关键因素，而合理的压下起始位置fs s应为铸流上游钢液难以有效补偿两相区内钢液凝固收缩时对应的中心固相率，而此时连铸板坯心部附近区域开始形成缩孔、疏松缺陷。
现有技术中，部分发明按经验值直接给定压下区间，如CN103447493A、CN112475251A，该方法无法考虑钢种成分与连铸板坯断面差异；部分发明基于压力反馈确定铸流凝固末端位置，如CN101912952B，该方法只能较为准确的确定铸流凝固末端位置，从而确定压下区间的结束位置fs e，但无法准确确定压下起始位置fs s；部分发明以钢种各元素微观偏析规律为依据制定压下区间，如CN101695747B，该方法随能考虑钢种成分影响，但难以考虑连铸板坯断面形状对压下区间影响，因为随着连铸板坯断面形状改变，相同连铸板坯中心固相率对应的两相区内钢液流动性有所差异，导致压下工艺的起始压下位置有所不同。综上，现有发明在制定压下区间时均难以较好的综合考虑连铸板坯形状、钢种成分差异影响，导致压下区间(尤其压下起始位置fs s)适用性较差。
因此，如何有效提高压下区间起始位置确定的准确性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种连铸板坯凝固末端压下区间起始位置的确定方法，在避免引发压下裂纹的前提下，通过准确施加压下工艺，有效改善连铸板坯的中心偏析与缩孔、疏松等内部质量缺陷。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种连铸板坯凝固末端压下区间起始位置的确定方法，包括以下步骤：
获取连铸板坯的浇铸工况参数和所述连铸板坯的横断面信息；
根据所述浇铸工况参数和所述横断面信息，建立二维凝固传热模型，确定固相率fs与两相区厚度Hm的对应关系；
对所述连铸板坯的横断面心部设定区域进行检测，确定所述连铸板坯的心部设定区域的缩孔、疏松分布厚度Hp；
根据所述二维凝固传热模型，获取当Hm＝Hp时的连铸板坯中心固相率fs，作为压下区间起始位置固相率fs s。
优选的，所述步骤对所述连铸板坯的横断面心部设定区域进行检测，包括：
采用超声波扫描显微镜对连铸板坯的横断面心部设定区域进行检测。
优选的，所述步骤确定固相率fs与两相区厚度Hm的对应关系包括：
计算确定所述连铸板坯的中心在不同固相率fs时所对应的两相区厚度Hm。
优选的，所述步骤建立二维凝固传热模型包括：
采用MSC.Marc有限元软件建立二维凝固传热模型。
优选的，所述步骤根据所述浇铸工况参数和所述横断面信息，建立二维凝固传热模型包括：
以所述连铸板坯的浇铸工况参数作为模型计算参数输入有限元软件；以所述连铸板坯的横断面信息为对象，建立所述二维凝固传热模型。
优选的，所述二维凝固传热模型中，模型采用四边形单元划分网格，所述网格的边长为3mm～5mm。
优选的，所述连铸板坯的浇铸工况参数包括所述连铸板坯的钢种类型、钢种成本、液相线温度、固相线温度、横截面尺寸和拉速。
优选的，所述连铸板坯的浇铸工况参数还包括结晶器有效高度、结晶器冷却强度、二冷区长度以及二冷区比水量。
优选的，所述步骤对所述连铸板坯的横断面心部设定区域进行检测，确定所述连铸板坯的心部设定区域的缩孔、疏松分布厚度Hp包括：
在所述连铸板坯的横断面心部设定区域取观测样；采用超声波扫描显微镜对获取的所述观测样中的缩孔、疏松进行扫描；通过测量确定所述观测样的缩孔、疏松集中分布于所述连铸板坯心部沿厚度方向的距离，作为Hp。
本发明所提供的连铸板坯凝固末端压下区间起始位置的确定方法，包括以下步骤：获取连铸板坯的浇铸工况参数和所述连铸板坯的横断面信息；根据所述浇铸工况参数和所述横断面信息，建立二维凝固传热模型，确定固相率fs与两相区厚度Hm的对应关系；对所述连铸板坯的横断面心部设定区域进行检测，确定所述连铸板坯的心部设定区域的缩孔、疏松分布厚度Hp；根据所述二维凝固传热模型，获取当Hm＝Hp时的连铸板坯中心固相率fs，作为压下区间起始位置固相率fs s。本发明所提供的方法，首先针对具体的连铸板坯的信息，对连铸板坯进行检测，确定其心部区域缩孔、疏松分布特征，并进一步结合基于二维凝固传热模型确定的连铸板坯中心固相率与两相区厚度关系，确定压下区间起始位置fs s，可以更好的考虑具体类型的连铸板坯的浇铸工况参数与横断面信息对压下区间的影响，提高压下区间起始位置判定的准确性。
在一种优选实施方式中，所述连铸板坯的浇铸工况参数包括所述连铸板坯的钢种类型、钢种成本、液相线温度、固相线温度、横截面尺寸和拉速。上述设置，通过对具体钢种、横截面尺寸的连铸板坯进行检测，更充分的考虑钢种类型、钢种成分以及连铸板坯横截面形状对压下区间的影响，进一步提高压下区间起始位置确定的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的连铸板坯凝固末端压下区间起始位置的确定方法一种具体实施方式的流程图；
图2为本发明所提供的连铸板坯二维凝固传热模型；
图3为本发明所提供的连铸板坯的横断面内两相区厚度与中心点固相率示意图；
图4为本发明所提供的连铸板坯两相区厚度随连铸板坯中心固相率变化规律示意图；
图5为本发明所提供的连铸板坯取样位置与尺寸示意图；
图6为本发明所提供的连铸板坯观测样超声波扫描结果示意图；
图7为本发明所提供的连铸板坯压下区间起始位置fs s确定示意图；
其中：1-连铸板坯；2-观测样。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种连铸板坯凝固末端压下区间起始位置的确定方法，通过准确施加压下工艺，有效改善连铸板坯的中心偏析与缩孔、疏松等内部质量缺陷。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图7，图1为本发明所提供的连铸板坯凝固末端压下区间起始位置的确定方法一种具体实施方式的流程图；图2为本发明所提供的连铸板坯二维凝固传热模型；图3为本发明所提供的连铸板坯的横断面内两相区厚度与中心点固相率示意图；图4为本发明所提供的连铸板坯两相区厚度随连铸板坯中心固相率变化规律示意图；图5为本发明所提供的连铸板坯取样位置与尺寸示意图；图6为本发明所提供的连铸板坯观测样超声波扫描结果示意图；图7为本发明所提供的连铸板坯压下区间起始位置fs s确定示意图。
在该实施方式中，连铸板坯1凝固末端压下区间起始位置的确定方法包括以下步骤：
步骤S1：获取连铸板坯1的浇铸工况参数和连铸板坯1的横断面信息，具体的，浇铸工况参数包括但不限于钢种类型、钢种成分，横截面信息包括横截面形状和横截面尺寸；
步骤S2：根据浇铸工况参数和横断面信息，建立二维凝固传热模型，如图4所示，确定固相率fs与两相区厚度Hm的对应关系；固相率fs与两相区厚度Hm的对应关系可以通过有限元软件来建立；
步骤S3：对连铸板坯1的横断面心部设定区域进行检测，确定连铸板坯1的心部设定区域的缩孔、疏松分布厚度Hp，该厚度Hp表征了缩孔、疏松初始形成位置；设定区域应当为横断面心部附近区域，可以根据实际需求进行设定；
步骤S4：根据二维凝固传热模型，获取当Hm＝Hp时的连铸板坯1中心固相率fs，作为压下区间起始位置固相率fs s，如图7所示。
本发明所提供的方法，首先针对具体的连铸板坯1的信息，对连铸板坯1进行检测，确定其心部区域缩孔、疏松分布特征，并进一步结合基于二维凝固传热模型确定的连铸板坯1中心固相率与两相区厚度关系，确定压下区间起始位置fs s，可以更好的考虑具体类型的连铸板坯1的浇铸工况参数与横断面信息对压下区间的影响，提高压下区间起始位置判定的准确性，有效解决连铸板坯1凝固末端压下工艺的开始施加位置不准确的问题。
在上述各实施方式的基础上，步骤对连铸板坯1的横断面心部设定区域进行检测，包括：采用超声波扫描显微镜对连铸板坯1的横断面心部设定区域进行检测；连铸板坯1的横断面示意图，如图2所示。
在上述各实施方式的基础上，步骤确定固相率fs与两相区厚度Hm的对应关系包括：
计算确定连铸板坯1的中心在不同固相率fs时所对应的两相区厚度Hm。
在上述各实施方式的基础上，步骤建立二维凝固传热模型包括：
采用MSC.Marc有限元软件建立二维凝固传热模型；MSC.Marc为高级非线性有限元分析模块，对于连铸板坯1的二维凝固传热模型的建立更加准确、高效。
在上述各实施方式的基础上，步骤根据浇铸工况参数和横断面信息，建立二维凝固传热模型包括：
以连铸板坯1的浇铸工况参数作为模型计算参数输入有限元软件；以连铸板坯1的横断面信息为对象，建立二维凝固传热模型。
在上述各实施方式的基础上，二维凝固传热模型中，模型采用四边形单元划分网格，网格的边长为3mm～5mm，如图2所示。
在上述各实施方式的基础上，连铸板坯1的浇铸工况参数包括连铸板坯1的钢种类型、钢种成本、液相线温度、固相线温度、横截面尺寸和拉速。上述设置，通过对具体钢种、横截面尺寸的连铸板坯1进行检测，更充分的考虑钢种类型、钢种成分以及连铸板坯1横截面形状对压下区间的影响，进一步提高压下区间起始位置确定的准确性。
进一步，连铸板坯1的浇铸工况参数还包括结晶器有效高度、结晶器冷却强度、二冷区长度以及二冷区比水量。
在上述各实施方式的基础上，步骤对连铸板坯1的横断面心部设定区域进行检测，确定连铸板坯1的心部设定区域的缩孔、疏松分布厚度Hp包括：
在连铸板坯1的横断面心部设定区域取观测样2；采用超声波扫描显微镜对获取的观测样2中的缩孔、疏松进行扫描；通过测量确定观测样2的缩孔、疏松集中分布于连铸板坯1心部沿厚度方向的距离，作为Hp。
在一种具体实施例中，该方法包括以下步骤：
步骤S1：基于连铸板坯1的现场浇铸工况参数，以连铸板坯1的横断面为对象，建立二维凝固传热模型，计算确定连铸板坯1的中心在不同固相率fs时两相区厚度Hm；其中，连铸板坯1的现场浇铸工况参数如下：钢种：Q345；钢种成分：C-1.7wt％Si-0.31wt％Mn-1.5wt％P-0.014wt％S-0.011wt％；液相线温度：1517.7℃；固相线温度：1467.5℃；横断面尺寸：2000mm×280mm；拉速：0.8m/min；结晶器有效高度：0.8m；结晶器冷却强度：1.05MW/m2；二冷区长度：29.5m；二冷区比水量：0.85L/kg；
步骤S2：以连铸板坯1横断面为计算域，采用MSC.Marc有限元软件建立二维凝固传热模型，模型采用四边形单元划分网格，单元边长3mm～5mm，并以步骤S1中连铸板坯1的现场浇铸工况参数作为模型计算参数输入；基于步骤S2中建立的模型，计算连铸板坯1在浇铸过程中，两相区厚度随中心固相率的变化规律，图3为连铸板坯1的横断面两相区厚度与中心点固相率示意图，图4为连铸板坯1两相区厚度Hm随中心固相率fs变化规律示意图；
步骤S3：采用超声波扫描显微镜SAM确定连铸板坯1横断面心部附近区域的缩孔、疏松分布厚度Hp；
步骤S4：如图5所示，在连铸板坯1横断面的心部区域取观测样2，观测样2宽W＝50mm，高度H＝100mm；采用超声波扫描显微镜对获取的观测样2缩孔、疏松进行扫描，扫描结果如图6所示，图6中的点状结构代表缩孔、疏松，通过测量确定观测样2的缩孔、疏松集中分布于连铸板坯1心部沿厚度方向约52mm区域内，即Hp＝52mm；对比步骤S2中得到的不同固相率fs时的两相区厚度Hm与步骤S3中确定的缩孔、疏松厚度Hp，当Hm＝Hp时的连铸板坯1中心固相率fs即为压下区间起始位置固相率fs s；由步骤S3中确定了Hp＝52mm，进一步结合由步骤S2中得到的不同固相率fs时两相区厚度Hm，最终确定Hm＝Hp＝52mm时，fs＝fs s＝0.32，即压下区间起始位置fs s＝0.32。
本发明所提供的技术方案，解决了现有技术中，在确定压下区间起始压下位置fs s时，难以有效考虑连铸板坯1的横截断面、钢种成分的影响，给出了一种基于缩孔、疏松分布形貌的连铸板坯1凝固末端压下过程中，压下区间起始位置的确定方法，准确、高效、适用性较好。
以上对本发明所提供的连铸板坯凝固末端压下区间起始位置的确定方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种连铸板坯(1)凝固末端压下区间起始位置的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取连铸板坯(1)的浇铸工况参数和所述连铸板坯(1)的横断面信息；
根据所述浇铸工况参数和所述横断面信息，建立二维凝固传热模型，确定固相率fs与两相区厚度Hm的对应关系；
对所述连铸板坯(1)的横断面心部设定区域进行检测，确定所述连铸板坯(1)的心部设定区域的缩孔、疏松分布厚度Hp；
根据所述二维凝固传热模型，获取当Hm＝Hp时的连铸板坯(1)中心固相率fs，作为压下区间起始位置固相率fs s；
所述步骤确定固相率fs与两相区厚度Hm的对应关系包括：
计算确定所述连铸板坯(1)的中心在不同固相率fs时所对应的两相区厚度Hm。
2.根据权利要求1所述的连铸板坯(1)凝固末端压下区间起始位置的确定方法，其特征在于，所述步骤对所述连铸板坯(1)的横断面心部设定区域进行检测，包括：
采用超声波扫描显微镜对连铸板坯(1)的横断面心部设定区域进行检测。
3.根据权利要求1或2所述的连铸板坯(1)凝固末端压下区间起始位置的确定方法，其特征在于，所述步骤建立二维凝固传热模型包括：
采用MSC.Marc有限元软件建立二维凝固传热模型。
4.根据权利要求3所述的连铸板坯(1)凝固末端压下区间起始位置的确定方法，其特征在于，所述步骤根据所述浇铸工况参数和所述横断面信息，建立二维凝固传热模型包括：
以所述连铸板坯(1)的浇铸工况参数作为模型计算参数输入有限元软件；以所述连铸板坯(1)的横断面信息为对象，建立所述二维凝固传热模型。
5.根据权利要求4所述的连铸板坯(1)凝固末端压下区间起始位置的确定方法，其特征在于，所述二维凝固传热模型中，模型采用四边形单元划分网格，所述网格的边长为3mm～5mm。
6.根据权利要求1或2所述的连铸板坯(1)凝固末端压下区间起始位置的确定方法，其特征在于，所述连铸板坯(1)的浇铸工况参数包括所述连铸板坯(1)的钢种类型、钢种成本、液相线温度、固相线温度、横截面尺寸和拉速。
7.根据权利要求6所述的连铸板坯(1)凝固末端压下区间起始位置的确定方法，其特征在于，所述连铸板坯(1)的浇铸工况参数还包括结晶器有效高度、结晶器冷却强度、二冷区长度以及二冷区比水量。
8.根据权利要求1或2所述的连铸板坯(1)凝固末端压下区间起始位置的确定方法，其特征在于，所述步骤对所述连铸板坯(1)的横断面心部设定区域进行检测，确定所述连铸板坯(1)的心部设定区域的缩孔、疏松分布厚度Hp包括：
在所述连铸板坯(1)的横断面心部设定区域取观测样(2)；采用超声波扫描显微镜对获取的所述观测样(2)中的缩孔、疏松进行扫描；通过测量确定所述观测样(2)的缩孔、疏松集中分布于所述连铸板坯(1)心部沿厚度方向的距离，作为Hp。
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