CN114951577B - 控制连铸板坯宽度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种控制连铸板坯宽度的方法，包括：(1)实时采集连铸机的总拉矫力及对应的铸坯宽度，计算符合铸坯宽度控制范围的总拉矫力平均值和铸坯宽度平均值；(2)计算在铸坯控制目标宽度下当前连铸机的期望总拉矫力；(3)实时计算所述连铸机的总拉矫力与所述期望总拉矫力的差值；(4)根据所述差值实时定期调整连铸机中的二冷强度，使生产出的铸坯宽度符合宽度控制范围要求。本发明的控制连铸板坯宽度的方法，能够生产出符合宽度控制范围要求的板坯，且宽度波动更小，能显著提高铸坯宽度合格率。

Description

控制连铸板坯宽度的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种控制连铸板坯宽度的方法。

背景技术

连铸是把液态钢液用连铸机浇注、冷凝、切割而直接得到预定规格形状铸坯的工艺。它是连接炼钢和轧钢的中间环节，是炼钢生产的重要组成部分。如图1所示，连铸过程主要是把一炉或多炉钢水通过钢包1、经中间包2连续注入结晶器3，结晶器3由四块铜板构成，铜板背部装配有水冷槽，钢水在水冷槽中不断流经的冷却水冷却下形成四周为固态的坯壳、芯部仍为钢液的铸坯，结晶器冷却又称为一次冷却；然后依次经过带有喷淋冷却水(或水、气混合)装置的二冷段(二次冷却简称为“二冷”)，二冷段从机械结构上可分为弯曲段4、弧形段5、矫直段6和水平段7，这样铸坯在二冷介质(水或水、气混合)的冷却作用下逐渐全部凝固。二冷段每个部分是由多对起支撑、传动作用的传动辊8或起驱动作用的驱动辊9组成，其中弧形段5、矫直段6和水平段7包含驱动辊。驱动辊在电动机带动下以一定转速转动，在驱动辊与铸坯表面之间摩擦力的作用下，铸坯就能以设定速度(称为拉速)不断被拉出连铸机，再由火焰切割机10切割成预定长度的铸坯。一般铸坯切割完后，会经过一台红外测宽仪11，该设备会以一定频率连续测量铸坯等间距位置的宽度。

通常，板坯在长度方向不同位置的宽度会有一定幅度的波动。这种现象在一些高温强度较低的钢种上尤为常见，如不锈钢430、0Cr13、电工硅钢、IF钢等。主要原因是由于一些外部因素(如钢液温度、成分等)的不可避免的波动影响，铸坯凝固过程中坯壳的厚度和强度就会产生波动，在芯部钢液静压力作用下，若坯壳强度不足以支撑钢液静压力，坯壳会向外发生轻微的变形、鼓肚，继而在铸机传动辊和驱动辊的作用下，与辊接触的铸坯表面会恢复平整，而在没有辊支撑的两侧铸坯表面就会向外产生轻微延展，当然铸坯还会因为受到冷却产生收缩，因此若冷却不足，前者占优，表现为铸坯变宽；若冷却过强，后者占优，表现为铸坯变窄，这样铸坯宽度就会产生波动。铸坯宽度波动幅度与钢种特性和连铸工艺条件有较大关系，一般为0至50mm之间。

对于二冷方式为水、气混合的连铸机，冷却水和压缩空气通过气雾喷嘴混合并雾化，然后喷淋到铸坯表面。由于冷却水经雾化后表面积大幅度增加，与铸坯的接触面积就会大大增加。这样既增加了水的冷却强度，也提升了水的利用率。一般在气的压力调节范围内，若水的流量不变，水、气混合冷却的冷却效果会随着气的压力增加而增强。

铸坯拉速大部分时间下要求恒定，即驱动辊的转动速度要求恒定，若铸坯宽度变化或铸坯表面形状起伏，就会造成驱动辊与铸坯表面之间的摩擦力变化，这样驱动电机为了维持转速恒定，电机电流也随之波动。通过电流可以计算出每对驱动辊的驱动力(称为拉矫力)，所有驱动辊拉矫力之和称为总拉矫力。一般连铸机会实时采集并监控每对驱动辊的拉矫力以及总拉矫力数据。

铸坯宽度不合或波动大会对后续热连轧工序带来诸多弊端。例如若铸坯宽度严重不合，该铸坯不能流通至热连轧工序进行轧制，需要对铸坯切边至更小的宽度规格铸坯，甚至直接判为废坯。再例如热连轧初轧工序在轧制这种宽度波动大的铸坯时，会通过立辊由两侧向内施加侧压力尽可能将铸坯较宽的位置压回，但这样最终轧成热轧卷成品后容易在边部形成一条或多条“黑线”缺陷，且铸坯宽度越不稳定，“黑线”缺陷距边部的距离就越大，这种缺陷会严重影响用户使用，因此轧钢工序需要将该缺陷全部切除。“黑线”缺陷全部切除后一方面会造成金属收得率低，另一方面有可能会造成热轧卷宽度不合，这样会增加钢厂生产成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种控制连铸板坯宽度的方法。

具体的本发明的控制连铸板坯宽度的方法，包括：

(1)实时采集连铸机的总拉矫力及对应的铸坯宽度，计算符合铸坯宽度控制范围的总拉矫力平均值和铸坯宽度平均值；

(2)计算在铸坯控制目标宽度下当前连铸机的期望总拉矫力；

(3)实时计算所述连铸机的总拉矫力与所述期望总拉矫力的差值；

(4)根据所述差值实时定期调整连铸机中的二冷强度，使生产出的铸坯宽度符合宽度控制范围要求。

上述的控制连铸板坯宽度的方法，所述当前铸机期望总拉矫力的计算公式为：

F_expect＝F_avg-k×(W_avg–W_aim)

其中,F_expect为当前铸机的期望总拉矫力，kN；F_avg为总拉矫力平均值，kN；k为总拉矫力矫正系数，取值1～10kN/mm；W_avg为铸坯宽度平均值，mm；W_aim为铸坯控制目标宽度，mm。

上述的控制连铸板坯宽度的方法，当连铸机二冷介质为水、气混合冷却时，对气压力进行调整；当连铸机二冷介质为水冷却时，对水流量进行调整。

上述的控制连铸板坯宽度的方法，所述气压力的调整量计算公式为：

其中，P_adjust为气压力调整量，MPa；ΔF为总拉矫力与期望总拉矫力的差值，kN；F_{dead_zone}为调节死区，取10～20kN；K_air为气压力调节系数，取值0.001～0.005MPa/kN。

上述的控制连铸板坯宽度的方法，所述水流量的调整量计算公式为：

其中，Q_adjust为水流量调整量，L/min；ΔF为总拉矫力与期望总拉矫力的差值，kN；F_{dead_zone}为调节死区，取值10～20kN；K_water为水流量调节系数，取值1～5L/(min·kN)。

上述的控制连铸板坯宽度的方法，对所述二冷强度进行调整后，需要等待T_wait时长再进行下一次调整，T_wait计算公式为：

T_wait＝|ΔF|/F_{dead_zone}·K_t·T

其中，T_wait为等待时长，s；ΔF为总拉矫力与期望总拉矫力的差值，kN；F_{dead_zone}为调节死区，取值10～20kN；K_t为调整周期系数，取值10～80；T为步骤(1)中总拉矫力的数据采集周期，取值10～30s。

上述的控制连铸板坯宽度的方法，所述铸坯控制目标宽度根据铸坯宽度控制范围计算获得。

上述的控制连铸板坯宽度的方法，所述期望总拉矫力根据最新产生的铸坯宽度和总拉矫力数据定期更新。

上述的控制连铸板坯宽度的方法，所述更新的周期为5～10分钟。

上述的控制连铸板坯宽度的方法，所述连铸板坯的钢种包括但不限于430、0Cr13R、电工硅钢、IF钢中的一种。

本发明的技术方案具有如下的有益效果：

本发明的控制连铸板坯宽度的方法，能够生产出符合宽度控制范围要求的板坯，且宽度波动更小，能显著提高铸坯宽度合格率。

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。

图1为直结晶器弧形板坯连铸机的结构示意图。

符号说明：1-钢包；2-中间包；3-结晶器；4-弯曲段；5-弧形段；6-矫直段；7-水平段；8-传动辊；9-驱动辊；10-火焰切割机；11-红外测宽仪。

具体实施方式

为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。

本文使用的术语术语“该”“所述”“一个”和“一种”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的对象。术语“优选的”“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。

当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特征时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开的所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。

具体的，本发明的控制连铸板坯宽度的方法，包括：

(1)实时采集连铸机的总拉矫力及对应的铸坯宽度，计算符合铸坯宽度控制范围的总拉矫力平均值和铸坯宽度平均值；

(2)计算在铸坯控制目标宽度下当前连铸机的期望总拉矫力；

(3)实时计算所述连铸机的总拉矫力与所述期望总拉矫力的差值；

(4)根据所述差值实时定期调整连铸机中的二冷强度，使生产出的铸坯宽度符合宽度控制范围要求。

本发明的控制连铸板坯宽度的方法，通过研究连铸机的总拉矫力与铸坯宽度之间的关系，用总拉矫力的变化来间接表征铸坯宽度的变化，然后通过适当调整二冷介质的强度(二冷介质流量或压力)，将铸机总拉矫力稳定在期望拉矫力水平，从而达到控制铸坯宽度的目的。

在一些优选的实施方式中，本发明的控制连铸板坯宽度的方法，包括：

(1)实时采集连铸机的总拉矫力及对应的铸坯宽度，计算符合铸坯宽度控制范围的总拉矫力平均值和铸坯宽度平均值。

其中，所述连铸机的总拉矫力为连铸机矫直段的总拉矫力。

优选的，所述采集包括根据铸坯宽度测量点对铸坯进行切片，实时采集每个切片在连铸机矫直段时的总拉矫力以及对应的铸坯宽度。

可选的，使用连铸一级系统和二级系统实现上述采集工作。

优选的，所述总拉矫力平均值和铸坯宽度平均值通过抓取采集的最近生产的符合铸坯宽度控制范围的1000～10000个切片数据计算获得。

(2)计算在铸坯控制目标宽度下当前连铸机的期望总拉矫力。

优选的，所述铸坯控制目标宽度根据铸坯宽度控制范围计算获得，一般按照中线控制，计算公式：(宽度控制上限+宽度控制下限)/2。

优选的，所述当前铸机期望总拉矫力的计算公式为：

F_expect＝F_avg-k×(W_avg–W_aim) (1)

其中，F_expect为当前铸机的期望总拉矫力，单位：kN；F_avg为实际总拉矫力平均值，单位：kN；k为总拉矫力矫正系数，一般取值1～10kN/mm；W_avg为铸坯实际宽度平均值，单位：mm；W_aim为铸坯控制目标宽度，单位：mm。

其中，总拉矫力矫正系数k表示单位铸坯实际宽度与目标宽度差需要补偿的总拉矫力。

使用计算公式(1)可以计算得到合适的期望总拉矫力大小。

进一步优选的，定期根据最新产生的铸坯宽度和总拉矫力数据对期望总拉矫力进行更新，更新周期为5～10分钟，借此，可以保证计算得到的期望拉矫力符合当前连铸机工艺状态。

(3)实时计算所述连铸机的总拉矫力与所述期望总拉矫力的差值，差值计算公式为：

ΔF＝F_actual-F_expect (2)

其中，ΔF为总拉矫力与期望总拉矫力的差值，单位：kN；F_actual为实时采集的连铸机的总拉矫力，单位：kN；F_expect为期望总拉矫力，单位：kN。

优选的，所述连铸机的总拉矫力的实时采集周期T为10～30s。

(4)根据所述差值实时定期调整连铸机中的二冷强度，使生产出的铸坯宽度符合宽度控制范围要求。

其中，当连铸机二冷介质为水、气混合冷却时，对气压力进行调整；当连铸机二冷介质为水冷却时，对水流量进行调整。

优选的，所述气压力的调整量计算公式为：

其中，P_adjust为气压力调整量，单位：MPa；ΔF为总拉矫力与期望总拉矫力的差值，单位：kN；F_{dead_zone}为调节死区，取值10～20kN；K_air为气压力调节系数，取值0.001～0.005MPa/kN。

其中，调节死区F_{dead_zone}表示不进行气压力调节的总拉矫力差异上限；气压力调节系数K_air表示调节单位总拉矫力大小需要调整的气压量。

进一步优选的，P_adjust大于0，表示需要加大二冷气压力；P_adjust小于0，表示需要减小二冷气压力。

使用公式(3)可以计算得到合适的气压力调整量。

优选的，所述水流量的调整量计算公式为：

其中，Q_adjust为水流量调整量，单位：L/min；ΔF为总拉矫力与期望总拉矫力的差值，单位：kN；F_{dead_zone}为调节死区，取值10～20kN；K_water为水流量调节系数，取值1～5L/(min·kN)。

其中，调节死区F_{dead_zone}表示不进行水流量调节的总拉矫力差异上限；水流量调节系数K_water表示调节单位总拉矫力大小需要调整的水流量。

进一步优选的，当Q_adjust大于0，表示需要加大二冷水流量；Q_adjust小于0，表示需要减小二冷水流量。

使用公式(4)可以计算得到合适的水流量调整量。

其中，所述水流量指的是弯曲段二冷水流量。

优选的，二冷强度调整后需要等待T_wait时长再进行下一次调整，T_wait计算公式为：

T_wait＝|ΔF|/F_{dead_zone}·K_t·T (5)

其中，T_wait为等待时长，单位：s；ΔF为总拉矫力与期望总拉矫力的差值，单位：kN；F_{dead_zone}为调节死区，取值10～20kN；K_t为调整周期系数，取值10～80；T为步骤(3)中连铸机的总拉矫力的数据采集周期，取值10～30s。

其中，调节死区F_{dead_zone}表示不进行气压力或水流量调节的总拉矫力差异上限。

使用公式(5)可以计算得到二冷介质调整后需要等待的时间，其目的是让总拉矫力趋于平衡之后再进行下一次调整，避免下一次调整过量或调整不够。

可选的，所述连铸板坯的钢种为如430、0Cr13R、电工硅钢、IF钢等高温强度低且需要严格控制铸坯宽度的钢种中的一种。

实施例

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。

实施例1

连铸钢种为430。二冷段冷却方式为水、气混合冷却。红外测宽仪位置铸坯温度为710～800℃，此温度下热坯宽度控制范围为[1242,1257]mm。

其它连铸工艺参数如下：

1、计算期望总拉矫力

(1)根据铸坯宽度测量点对铸坯进行切片，实时采集每个切片在连铸机矫直段时的总拉矫力，以及对应的铸坯宽度。实时总拉矫力变化范围为480～570kN，实时宽度变化范围为1240～1260mm；

(2)每隔10min抓取一次最近生产的符合铸坯宽度控制范围5000个切片数据，然后计算总拉矫力平均值F_avg和铸坯宽度平均值W_avg；不同时刻F_avg和W_avg有所不同，F_avg波动范围为510～550kN，W_avg波动范围为1245～1254mm；

(3)根据铸坯控制范围计算铸坯控制目标宽度W_aim＝1250mm；

(4)按照计算公式(1)计算当前铸机期望总拉矫力F_expect，其中k取2kN/mm。F_expect波动范围为520～540kN。

2、计算二冷气气压调整量

(1)每间隔T＝10s实时采集连铸机的总拉矫力F_actual，计算实时总拉矫力与期望总拉矫力的差值；

(2)由于本实施例连铸机二冷方式为水、气混合冷却。这里只需要调整二冷气压力即可满足生产需求。二冷气调整量按照计算公式(3)计算可得，其中F_{dead_zone}这里取10kN，K_air＝0.0025MPa/kN；

(3)若计算调节量大于0，需要等待一定时长再进行下一次调整，等待时长T_wait根据公式(5)计算得到，其中K_t取10。

3、循环上面的步骤，即可对连铸机中铸坯宽度进行实时定期调整。

4、通过对比验证，前5炉不使用本发明方法，统计铸坯宽度合格率仅为78.1％；后5炉使用本发明方法，统计铸坯宽度合格率为93.9％。

实施例2

连铸钢种为0Cr13R。二冷段冷却方式为水冷却。红外测宽仪位置铸坯温度为690～780℃，此温度下热坯宽度控制范围为[1024,1039]mm。

其它连铸工艺参数如下：

1、计算期望总拉矫力

(1)根据铸坯宽度测量点对铸坯进行切片，实时采集每个切片在连铸机矫直段时的总拉矫力，以及对应的铸坯宽度。实时总拉矫力变化范围为410～530kN，实时宽度变化范围为1022～1045mm；

(2)每隔10min抓取一次最近生产的符合铸坯宽度控制范围5000个切片数据，然后计算总拉矫力平均值F_avg和铸坯宽度平均值W_avg；不同时刻F_avg和W_avg有所不同，F_avg波动范围为450～500kN，W_avg波动范围为1027～1035mm；

(3)根据铸坯控制范围计算铸坯控制目标宽度W_aim＝1032mm；

(4)按照计算公式(1)计算当前铸机期望总拉矫力F_expect，其中k取3kN/mm。F_expect波动范围为465～480kN。

2、计算二冷水流量调整量

(1)每间隔T＝10s实时采集连铸机的总拉矫力F_actual，计算实时总拉矫力与期望总拉矫力的差值；

(2)由于本实施例连铸机二冷方式为水冷却。这里需要调整弯曲段二冷水流量。二冷水调整量按照公式(4)计算即可得到，其中F_{dead_zone}取15kN，K_water取3L/(min·kN)；

(3)若计算调节量大于0，需要等待一定时长再进行下一次调整，等待时长T_wait根据公式(5)计算得到，其中K_t取30。

3、循环上面的步骤，即可对连铸机中铸坯宽度进行实时定期调整。

4、通过对比验证，前5炉不使用本发明方法，统计铸坯宽度合格率仅为72.4％；后5炉使用本发明方法，统计铸坯宽度合格率为91.5％。

本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种控制连铸板坯宽度的方法，其特征在于，包括：

（1）实时采集连铸机的总拉矫力及对应的铸坯宽度，计算符合铸坯宽度控制范围的总拉矫力平均值和铸坯宽度平均值；

（2）计算在铸坯控制目标宽度下当前连铸机的期望总拉矫力；

（3）实时计算所述连铸机的总拉矫力与所述期望总拉矫力的差值；

（4）根据所述差值实时定期调整连铸机中的二冷强度，使生产出的铸坯宽度符合宽度控制范围要求；

所述当前连铸机期望总拉矫力的计算公式为：

F _expect =F _avg - k×（W _avg – W _aim ）

其中, F _expect为当前连铸机的期望总拉矫力，kN；F _avg为总拉矫力平均值，kN；k为总拉矫力矫正系数，取值1~10 kN/mm；W _avg为铸坯宽度平均值，mm；W _aim为铸坯控制目标宽度，mm。

2.根据权利要求1所述的控制连铸板坯宽度的方法，其特征在于，当连铸机二冷介质为水、气混合冷却时，对气压力进行调整；当连铸机二冷介质为水冷却时，对水流量进行调整。

3.根据权利要求2所述的控制连铸板坯宽度的方法，其特征在于，所述气压力的调整量计算公式为：

其中，P _adjust为气压力调整量，MPa；ΔF为总拉矫力与期望总拉矫力的差值，kN；F _{dead_zone}为调节死区，取10~20 kN；K _air为气压力调节系数，取值0.001~0.005 MPa/kN。

4.根据权利要求2所述的控制连铸板坯宽度的方法，其特征在于，所述水流量的调整量计算公式为：

其中，Q _adjust为水流量调整量，L/min；ΔF为总拉矫力与期望总拉矫力的差值，kN；F _{dead_zone}为调节死区，取值10~20 kN；K _water为水流量调节系数，取值1~5 L/（min·kN）。

5.根据权利要求2所述的控制连铸板坯宽度的方法，其特征在于，对所述二冷强度进行调整后，需要等待T _wait时长再进行下一次调整，T _wait计算公式为：

其中，T _wait为等待时长，s；ΔF为总拉矫力与期望总拉矫力的差值，kN；F _{dead_zone}为调节死区，取值10~20 kN；K _t为调整周期系数，取值10~80；T为步骤（1）中总拉矫力的数据采集周期，取值10~30 s。

6.根据权利要求1所述的控制连铸板坯宽度的方法，其特征在于，所述铸坯控制目标宽度根据铸坯宽度控制范围计算获得。

7.根据权利要求1所述的控制连铸板坯宽度的方法，其特征在于，所述期望总拉矫力根据最新产生的铸坯宽度和总拉矫力数据定期更新。

8.根据权利要求7所述的控制连铸板坯宽度的方法，其特征在于，所述更新的周期为5~10分钟。

9.根据权利要求1-8任一项所述的控制连铸板坯宽度的方法，其特征在于，所述连铸板坯的钢种包括但不限于430、0Cr13R、电工硅钢、IF钢中的一种。