CN114871400B - 基于单辊压下操作的连铸凝固进程判定方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁连铸技术领域，公开一种基于单辊压下操作的连铸凝固进程判定方法及其应用，本发明创新性地正向利用铸坯内部裂纹缺陷产生对应的热塑性机理，通过单辊压下操作增进对于连铸凝固进程的认知，促进连铸改进技术的高效利用，进而实现铸坯质量的有效提升。通过该方法，可以针对特定钢种在不同浇注温度、拉速及冷却条件下实施单辊压下，得出不同浇注条件下单辊压下位置处的铸坯固相坯壳厚度及其对应凝固进程。还可以针对于不同钢种或不同断面，获得不同钢种对应特定断面及浇注条件下的优选单辊压下量及对应压下裂纹的起始位置，进而实现不同钢种钢在不同浇注断面及不同浇注条件下铸坯凝固坯壳厚度的测量与铸坯凝固进程信息的获取和判定。
Description
技术领域
本发明属于钢铁连铸技术领域，具体涉及一种基于单辊压下操作的连铸凝固进程判定方法及其应用。
背景技术
连铸坯的凝固进程是连铸生产过程实施有效技术控制，进而提升铸坯质量的重要基础。对于连铸过程，实际凝固进程通常可以通过铸坯凝固坯壳厚度进行表征，而现有的连铸技术中对于连铸坯坯壳厚度进行实时检测是行业中公认的技术难点。目前，连铸坯凝固坯壳厚度的检测方法主要分为实测法和基于数字模拟计算的软测量法。软测量法，主要是利用求解一维或二维非稳态导热控制方程，并利用有限差分法来进行求解连铸坯内部形貌，该模型已在部分实际生产中得到应用，由于连铸生产是非稳态的特点，该方法存在难以确定准确的边界条件，而且模型计算收敛时间长的缺点，且通常受物性参数及传热经验公式选取的影响较大，需结合实测法进行验证确认。而实测法可分为直接实测和传感反馈实测两大类。传感反馈法对于铸机的适用性因工装设施的差异而存在明显局限性，而直接实测法中应用最广的射钉法，该方法检测设施及操作过程相对简单，容易测量，数据较为准确。不过具有一定的危险性，在安全管控要求不断强化及收紧的大环境下，该方法的实际应用可行性大幅缩减。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，提供一种基于单辊压下操作的连铸凝固进程判定方法及其应用，本发明创新性地正向利用铸坯内部裂纹缺陷产生对应的热塑性机理，通过单辊压下操作增进对于连铸凝固进程的认知，促进连铸改进技术的高效利用，进而实现铸坯质量的有效提升。
本发明首先提供了基于单辊压下操作的连铸凝固进程判定方法，包括如下步骤：
(1)在浇注过程中，对设定浇注温度、拉速及冷却条件下的铸坯，采用单组压下辊实施初始压下量的压下操作，获取单辊压下状态下铸坯纵向低倍试样状况及压力反馈值，特别关注并记录是否出现与浇注方向呈垂直状的压下裂纹及该裂纹起始位置，本发明中裂纹起始位置定义为铸坯内弧侧压下裂纹最靠近铸坯内弧表面的位置；若已出现与浇注方向呈垂直状的压下裂纹则该裂纹起始位置即为该压下位置处铸坯凝固坯壳厚度，若未出现与浇注方向呈垂直状的压下裂纹，则进入步骤(2)；
(2)根据初始单辊压下量对应的纵向低倍试样情况及压力反馈值，在压辊实施压下工装能力范围内，对单辊压下的压下量进行调整，获取不同单辊压下量下铸坯纵向低倍情况，若有与浇注方向呈垂直状的压下裂纹，记录裂纹的起始位置和对应的压力反馈值，然后进入步骤(3)，若无与浇注方向呈垂直状的压下裂纹，但单辊压下量已超过压下设备所允许的压力范围，则进入步骤(5)；
(3)根据各压下量条件下的纵向低倍压下裂纹情况及压力反馈值变化情况，选定优选的单辊压下量值并记录其对应的压下裂纹起始位置；压下量的选择不宜过大也不宜过小，过小无法突破铸坯临界应变值而形成压下裂纹，过大对于压辊设备易造成损坏或影响其维护周期及使用寿命，特定浇注条件下的最优单辊压下量是指在单辊压下条件下可以产生明显的压下裂纹，且在压下设备所允许的常规压下条件范围内(压下设备液相系统的压力值上限)实施的最小单辊压下量；
(4)记录特定浇注条件下，最优单辊压下量所对应铸坯低倍压下裂纹的起始位置，该位置对应铸坯凝固前沿零塑性温度ZDT(zero ductility temperature)处，而大量研究工作表明ZDT对应固相率fs＝0.99，即可认为对应所处压下位置处铸坯完全凝固坯壳厚度，通过该铸坯厚度值可以非常直观的获取连铸坯的凝固进程信息，并可作为与凝固传热模型计算预测坯壳厚度的对比校验值；
(5)若在一定浇注条件下，单辊压下量已超过压下设备所允许的压力范围，在铸坯纵向低倍试样仍未发现较为明显的压下裂纹，则可进一步通过选择激活更接近弯月面的测试压下辊，或通过提升拉速和降低冷却的方法来降低压下裂纹对应的临界应变值，重复步骤(1)至(4)，直至出现明显的与浇注方向呈垂直状的压下裂纹，并记录对应压下裂纹起始位置。
本发明还提供了上述基于单辊压下操作的连铸凝固进程判定方法的应用：
例如，针对于特定钢种在不同浇注温度、拉速及冷却条件下实施单辊压下，重复上述步骤(1)至(4)，同样可以得出不同浇注条件下单辊压下位置处的铸坯固相坯壳厚度及其对应凝固进程；
再如，对于不同钢种或不同断面，重复上述(1)至(5)方法，获得不同钢种对应特定断面及浇注条件下的优选单辊压下量及对应压下裂纹的起始位置，进而实现不同钢种钢在不同浇注断面及不同浇注条件下铸坯凝固坯壳厚度的测量与铸坯凝固进程信息的获取和判定，为连铸坯浇注过程的技术可控及质量提升提供重要依据。
与现有技术相比，本发明取得了如下技术优势：本发明提供了一种简便且高效确认铸坯凝固进程的方法。该方法不仅避免了传统测试方法精度低，流程复杂，设备传感装置要求高，安全性无保障或需要辅助设备的缺点，基于铸坯凝固前沿热裂纹缺陷产生机理，利用凝固前沿特定固相率下的热塑特性，结合单辊一定压下量下产生的铸坯内部裂纹，精准定位压下单辊不同位置处凝固固相坯壳厚度；通过调整浇注条件，达到稳态后又可以利用单辊压下的方法实现不同浇注条件下凝固特性曲线的校核；具有操作简单，安全性高，准确性强，抗干扰性强，适用性广的特点。
具体实施方式
本发明不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明下面结合实施例作进一步详述：
实施例1：
本发明应用于某钢厂260mm*300mm矩形坯连铸机，浇注钢种为80钢，其化学成分如表1所示。
表1 80钢化学成分
1)首先在特定浇注条件(过热度23℃，拉速0.85m/min，比水量0.45L/kg)下，在离弯月面16.2m处的压辊处进行单辊压下，初始压下量均为5mm。
2)记录该浇注条件下，初始压下量为5mm时对应纵向铸坯试样的压下裂纹检验情况，及压辊的压力反馈值，得出该压下量条件下，纵向试样未发现明显的延铸坯厚度方向分布的压下裂纹，压辊压力反馈值506KN尚在最大允许压力值(900KN)范围内，且有较大的余量。
3)进行单辊压下量调整对比压下，压下量分别调整至6mm、7mm、8mm，记录各压下量下，纵向低倍出现压下裂纹的情况及压辊对应的压力反馈值，如表2所示。
表2 80钢260mm*300mm矩形坯16.2m处不同单辊压下量下的情况
4)从表2中可以看出，当各单辊等分压下量为5mm和6mm时，均未出现明显的压下裂纹，而当单辊等分压下量增加至7mm和8mm时，在对应铸坯纵向试样上均发现了压下裂纹，其起始位置都为距内弧面84mm之处，这说明，该浇注条件下，距离弯月面16.2m处铸坯凝固坯壳厚度应为84mm；同时由表2还可知，压辊的压力反馈值随压下量的增加而呈增加趋势，当压下量增加至8mm时，压力反馈值已略超最大允许压力值(900KN)，故而7mm为此实施例的优选单辊压下量。
5)不同测试方法测得值或预测值如表3所示，通过与射钉法测得值进行比对，进一步验证了单辊压下法测试的可靠性，说明单辊压下裂纹法完全可以作为替代射钉法的连铸过程铸坯凝固进程的测量方法；而与数值模拟凝固传热模型计算值的对比，模型预测值与实测值误差值仅为1mm，误差范围不足1.2％，说明该凝固传热模型可以作为该铸机浇注该钢种过程铸坯凝固进程的预测。
表3 80钢260mm*300mm矩形坯16.2m处不同凝固进程测试方法的对比情况
通过上述单辊压下的方法实现了260mm*300mm矩形坯连铸机80钢在特定浇注条件下，距离弯月面16.2m处铸坯凝固厚度的测定，测得值为84mm，该实施例下的优选压下量除实现了该实施例下的测量，同时也可为该钢种在特定浇注条件下其他压辊位置处坯壳厚度测定提供参考，便于后续更加安全高效的测定。与此同时，与射钉法测得坯壳厚度值的比较，进一步验证了单辊压下裂纹法的可靠性，而该方法的实测值又为数值模拟模型的验证提供了校验值。
实施例2：
本发明应用于某钢厂175mm*175mm小方坯连铸机，浇注钢种为35Mn2钢，其化学成分如表4所示。
表4 35Mn2钢化学成分
1)首先在特定浇注条件(过热度28℃，拉速2.0m/min，比水量0.65L/kg)在离弯月面17.6m处的压辊处进行单辊压下，初始压下量均为4mm。
2)记录该浇注条件下，初始压下量为4mm时对应纵向铸坯试样的压下裂纹检验情况，及压辊的压力反馈值，得出该压下量条件下，纵向试样未发现明显的延铸坯厚度方向分布的压下裂纹，压辊压力反馈值526KN尚在最大允许压力值(750KN)范围内。
3)进行单辊压下量调整对比压下，压下量分别调整至4.5mm、5mm、5.5mm，记录各压下量下，纵向低倍出现压下裂纹的情况及压辊对应的压力反馈值，如表5所示。
表5 35Mn2钢175mm*175mm小方坯17.6m处不同单辊压下量下的情况
6)从表5中可以看出，在各单辊等分压下量条件下，均未出现明显的压下裂纹，且当单辊压下量增加至5.5mm时，压辊反馈压力已超过最大允许压力值750KN。
7)于是，对于采用压下的辊组进行调整，选用距弯月面距离更近的前一组15.6m处的压辊作为工作辊进行单辊压下，浇注条件保持不变，压下量分别设定为4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm，相对应的纵向低倍及压力反馈情况如表6所示。
8)从表6中可以看出，当采用15.6m处的压辊进行压下时，若单辊等分压下量为4mm、4.5mm和5mm时，铸坯纵向试样尚未出现明显的压下裂纹，而当单辊等分压下量增加至5.5mm和6mm时，在对应铸坯纵向试样上均发现了压下裂纹，其起始位置都为距内弧面51mm之处，这说明，该浇注条件下，距离弯月面15.6m处铸坯凝固坯壳厚度应为51mm。同时，根据各单辊压下量对应压力反馈值变化情况，可以得出该实施条件下的优选单辊压下量为5.5mm。
表6 35Mn2钢175mm*175mm小方坯15.6m处不同单辊压下量下的情况
通过上述单辊压下的方法实现了175mm*3175mm小方坯连铸机35Mn2钢在特定浇注条件下，距离弯月面15.6m处铸坯凝固厚度的测定，测得值为51mm。该实施例下的单辊优选压下量为5.5m。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于单辊压下操作的连铸凝固进程判定方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)在浇注过程中，对设定浇注温度、拉速及冷却条件下的铸坯，采用单组压下辊实施初始压下量的压下操作，获取单辊压下状态下铸坯纵向低倍试样状况及压力反馈值，记录是否出现与浇注方向呈垂直状的压下裂纹及该裂纹起始位置；若已出现与浇注方向呈垂直状的压下裂纹则该裂纹起始位置即为该压下位置处铸坯凝固坯壳厚度，若未出现与浇注方向呈垂直状的压下裂纹则进入步骤(2)；
(2)根据初始单辊压下量对应的纵向低倍试样情况及压力反馈值，在压辊实施压下工装能力范围内，对单辊压下的压下量进行调整，获取不同单辊压下量下铸坯纵向低倍情况，若有与浇注方向呈垂直状的压下裂纹，记录裂纹的起始位置和对应的压力反馈值，然后进入步骤(3)，若无与浇注方向呈垂直状的压下裂纹，但单辊压下量已超过压下设备所允许的压力范围，则进入步骤(5)；
(3)根据各压下量条件下的纵向低倍压下裂纹情况及压力反馈值变化情况，选定优选的单辊压下量值并记录其对应的压下裂纹起始位置；优选的单辊压下量是指在单辊压下条件下产生与浇注方向呈垂直状的压下裂纹且未超出压下设备液相系统的压力值上限所对应的单辊压下量；
(4)记录优选的单辊压下量所对应铸坯低倍压下裂纹的起始位置，该起始位置即为所处压下位置处铸坯完全凝固坯壳厚度，再通过该铸坯厚度值获取连铸坯的凝固进程信息；
(5)进一步通过选择激活更接近弯月面的测试压下辊，或通过提升拉速和降低冷却的方法来降低压下裂纹对应的临界应变值，重复步骤(1)至(4)，直至出现与浇注方向呈垂直状的压下裂纹，并记录对应压下裂纹起始位置。
2.如权利要求1所述的基于单辊压下操作的连铸凝固进程判定方法的应用，其特征在于：针对于特定钢种在不同浇注温度、拉速及冷却条件下实施单辊压下，重复所述步骤(1)至(4)，得出不同浇注条件下单辊压下位置处的铸坯固相坯壳厚度及其对应凝固进程。
3.如权利要求1所述的基于单辊压下操作的连铸凝固进程判定方法的应用，其特征在于：对于不同钢种或不同断面，重复上述(1)至(5)方法，获得不同钢种对应特定断面及浇注条件下的优选单辊压下量及对应压下裂纹的起始位置，进而实现不同钢种钢在不同浇注断面及不同浇注条件下铸坯凝固坯壳厚度的测量与铸坯凝固进程信息的获取和判定。
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| GR01 | Patent grant | ||
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