CN114990311A - 一种大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法；该方法包括判断第一实时温度是否高于第一预设值，若高于则控制连铸坯在低温段内步进；若低于或等于则判断第一实时断面温差是否大于第一标准值，若小于或等于则控制连铸坯在低温段中步进，若大于则控制连铸坯继续在低温段加热；当连铸坯运动至出低温段的位置时，判断第一实时温度是否大于目标钢温及第一实时断面温差是否大于第二标准值，若第一实时温度大于目标钢温且第一实时断面温差小于或等于第二标准值则控制连铸坯向高温段方向步进，若第一实时温度小于目标钢温或第一实时断面温差大于第二标准值则控制连铸坯继续在低温段加热。该方法能改善成品的碳化物带状评级，提高成品钢的质量。

Description

一种大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法

技术领域

本发明涉及金属加热技术领域，具体而言，涉及一种大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法。

背景技术

高碳铬轴承钢是当今特钢品种中不可忽略的一种，它在滚动轴承生产和制造中有着至关重要的意义，因为其在连铸生产过程中存在着偏析的问题，需要在加热过程中进行高温扩散，且高碳铬轴承钢导热系数较小、低温塑性较差，容易由于加热速度太快而造成的热应力内裂或断裂，也容易由于坯料进行相变，因体积膨胀而产生较大的组织应力，以导致钢的裂纹产生。因此其加热方法的选择至关重要。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其能实现钢坯在炉内整个加热过程加热温度的(钢坯表面温度和断面温差)数字化精准控制，能改善成品的碳化物带状评级，提高成品钢的质量。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，基于步进梁式加热炉，步进梁式加热炉包括沿炉长方向在装料端至出料端方向依次设置有低温段和高温段，大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法包括：

获取连铸坯在低温段的第一实时温度和第一实时断面温差；

判断第一实时温度是否高于第一预设值，若高于则控制连铸坯在低温段内步进；若低于或等于则判断第一实时断面温差是否大于第一标准值，若小于或等于第一标准值则控制连铸坯在低温段中步进，若大于则控制连铸坯继续在低温段加热；当连铸坯运动至出低温段的位置时，判断第一实时温度是否大于目标钢温及第一实时断面温差是否大于第二标准值，若第一实时温度大于目标钢温且第一实时断面温差小于或等于第二标准值则控制连铸坯向高温段方向步进，若第一实时温度小于目标钢温或第一实时断面温差大于第二标准值则控制连铸坯继续在低温段加热。

在可选的实施方式中，在预热段中，第一预设值和目标钢温均为连铸坯的表面钢温值，第一预设值为600℃，目标钢温为580℃，第一标准值为180℃，第二标准值为120℃；

在一加热段中，第一预设值为800℃，目标钢温为850℃，第一标准值为170℃，第二标准值为130℃。

在可选的实施方式中，预热段包括靠近预热段入口的第一检测点和靠近预热段出口的第二检测点；方法还包括：控制第一检测点和第二检测点的炉温；其中，第一检测点的炉温按照≤650℃，目标600℃控制；第二检测点的炉温按照≤850℃，目标800℃控制；

和/或，

一加热段包括靠近一加热段的入口的第三检测点和靠近一加热段的出口的第四检测点；方法还包括控制第三检测点和第四检测点的炉温；其中，第三检测点的炉温按照≤880℃，目标830℃控制；第四检测点的炉温按照930～1030℃，目标980℃控制。

在可选的实施方式中，还包括在连铸坯步进至高温段时：

获取连铸坯在高温段内的第二实时温度以及第二实时断面温差；

在连铸坯步进至出高温段的位置时，判断第二实时温度是否低于或等于第二预设值，若低于或等于则控制连铸坯继续在高温段加热，若高于则判断第二实时断面温差是否大于第三标准值，若大于则控制连铸坯继续在高温段加热，若小于或等于则控制连铸坯从高温段出段。

在可选的实施方式中，高温段包括在装料端至出料端的方向上依次设置的二加热段和均热段；

在二加热段中，第二预设值为1210℃，第三标准值为20℃；在均热段中，第二预设值为1220℃，第三标准值为10℃。

在可选的实施方式中，二加热段包括靠近二加热段的入口的第五检测点和靠近二加热段的出口的第六检测点；方法还包括控制第五检测点和第六检测点的炉温；其中，第五检测点的炉温按照1100～1160℃，目标1130℃控制；第六检测点的炉温按照1210～1250℃，目标1230℃控制；

和/或，

均热段包括靠近均热段的入口的第七检测点和靠近均热段出口的第八检测点，方法还包括控制第七检测点和第八检测点的炉温；其中，第七检测点和第八检测点的炉温均按照1220～1250℃，目标1235℃控制。

在可选的实施方式中，还包括：

控制连铸坯的高温扩散时间大于120min；

其中，高温扩散时间从连铸坯在步进梁式加热炉内的表面温度达到1220℃，且连铸坯的中心温度达到1200℃后开始计算。

在可选的实施方式中，还包括：

建立步进梁式加热炉的从装料端至出料端方向上的炉内温度曲线，以能通过温度曲线和连铸坯的埋偶黑匣子修正钢坯温度预测数学模型，从而能通过钢坯温度预测数学模型计算连铸坯的表面温度和断面温差。

在可选的实施方式中，还包括：

建立步进梁式加热炉的从装料端至出料端方向上的炉内温度曲线，且炉内温度曲线通过在步进梁式加热炉设置的多个热电偶的采集数据绘制得到：

其中，低温段包括在装料端至出料端的方向上依次设置的预热段和一加热段，预热段内间隔设置有四个热电偶，一加热段内间隔设置有八个热电偶；高温段包括在装料端至出料端的方向上依次设置的二加热段和均热段，二加热段和均热段内分别间隔设置有八个热电偶。

在可选的实施方式中，在预热段内，四个热电偶中的两个间隔安装于预热段的入口炉顶的左右两侧，另外两个间隔安装于预热段出口炉顶的左右两侧；

和/或，

在一加热段中，八个热电偶中的两个间隔安装于一加热段的入口炉顶的左右两侧，两个间隔安装于一加热段的入口下炉膛的左右两侧炉墙，两个间隔安装于一加热段的出口炉顶的左右两侧，剩余两个间隔安装于一加热段的出口下炉膛的左右两侧炉墙；

和/或，

在二加热段中，八个热电偶中的两个间隔安装于二加热段的入口炉顶的左右两侧，两个间隔安装于二加热段的入口下炉膛的左右两侧炉墙，两个间隔安装于二加热段的出口炉顶的左右两侧，剩余两个间隔安装于二加热段的出口下炉膛的左右两侧炉墙；

和/或，

在均热段中，八个热电偶中的两个间隔安装于均热段的入口炉顶的左右两侧，两个间隔安装于均热段的入口下炉膛的左右两侧炉墙，两个间隔安装于均热段的出口炉顶的左右两侧，剩余两个间隔安装于均热段的出口下炉膛的左右两侧炉墙。

本发明的实施例至少具有以下优点或有益效果：

本发明的实施例提供了一种大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，基于步进梁式加热炉，步进梁式加热炉包括沿炉长方向在装料端至出料端方向依次设置有低温段和高温段，大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法包括：获取连铸坯在低温段的第一实时温度和第一实时断面温差；判断第一实时温度是否高于第一预设值，若高于则控制连铸坯在低温段内步进；若低于或等于则判断第一实时断面温差是否大于第一标准值，若小于或等于第一标准值则控制连铸坯在低温段中步进，若大于则控制连铸坯继续在低温段加热；当连铸坯运动至出低温段的位置时，判断第一实时温度是否大于目标钢温及第一实时断面温差是否大于第二标准值，若第一实时温度大于目标钢温且第一实时断面温差小于或等于第二标准值则控制连铸坯向高温段方向步进，若第一实时温度小于目标钢温或第一实时断面温差大于第二标准值则控制连铸坯继续在低温段加热。

该方法通过限制低温段的连铸坯的步进方法，能实现钢坯在炉内整个加热过程加热温度的(钢坯表面温度和断面温差)数字化精准控制，能保证钢的塑性和强度，以能解决温度较低时钢坯加热速度太快导致的热应力内裂或断裂问题，改善因体积膨胀产生的组织应力与热应力结合产生的裂纹问题，能改善成品的碳化物带状评级，提高成品钢的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明的实施例提供的大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法的流程示意图；

图2为本发明的实施例提供的黑匣子的测试数据图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

图1为本发明的实施例提供的大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法的流程示意图。请参阅图1，本实施例提供了一种大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，基于步进梁式加热炉，步进梁式加热炉包括沿炉长方向在装料端至出料端方向依次设置有低温段和高温段。其中，步进梁式加热炉的低温段包括在装料端至出料端的方向上依次设置的预热段和一加热段，高温段包括在装料端至出料端的方向上依次设置的二加热段和均热段。并且，步进梁式加热炉的有效长度36000mm(其中预热段13150mm、一加热段7000mm、二加热段8200mm、均热段7650mm)、有效宽度9700mm、步距371mm。当然，在本发明的其他实施例中，步进梁式加热炉各加热段的参数还可以进行调整，本发明的实施例不做限定。

详细地，基于此步进梁式加热炉的大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法包括以下步骤：

S1：获取连铸坯在低温段的第一实时温度和第一实时断面温差；

S21：判断第一实时温度是否高于第一预设值；

S22：若高于则控制连铸坯在低温段内步进；

S23：若低于或等于则判断第一实时断面温差是否大于第一标准值；

S231：若小于或等于第一标准值则控制连铸坯在低温段中步进；

S232：若大于则控制连铸坯继续在低温段加热；

S24：当连铸坯运动至出低温段的位置时，判断第一实时温度是否大于目标钢温及第一实时断面温差是否大于第二标准值。

S241：若第一实时温度大于目标钢温且第一实时断面温差小于或等于第二标准值则控制连铸坯向高温段方向步进；

S242：若第一实时温度小于目标钢温或第一实时断面温差大于第二标准值则控制连铸坯继续在低温段加热。

详细地，在步骤S1中，连铸坯在低温段内的第一实时温度以及第一实时断面温差可以通过钢坯预测数学模型获取。钢坯预测数学模型参数可以通过黑匣子测试进行修正。温度预测数学模型为现有的钢坯温度计算模型，包括钢坯内部导热模型、炉膛辐射换热模型及炉膛对流换热模型等结构，本发明的实施例未对其进行实质改进。

详细地，在步骤S21中，由于高碳铬轴承钢导热系数较小、低温塑性较差，因而当钢温达到600℃以上时钢的塑性和强度才会提高，所以必须防止600℃以下由于加热速度太快而造成的热应力内裂或断裂。因而，在本发明的实施例中，第一预设值设置为600℃。

详细地，在步骤S22中，若温度高于600℃则正常的步进至一加热段不会影响连铸坯的质量，也不容易产生裂纹，因而若高于600℃则控制连铸坯在低温段内步进，以使得连铸坯能从预热段运动至一加热段继续加热，以便于向后续的高温段输送。

详细地，在步骤S23中，若温度低于或等于600℃，则具有产生裂纹的风险，但钢坯低温加热时的热应力产生的根本原因还在于断面温差。在低温段炉气上浮，上炉气温度明显高于下炉气温度，使得钢坯上表面温度明显高于下表面温度，因此断面温差主要体现在钢坯上表面和中心温度差，这个温度差容易使得钢坯产生热应力，因而容易出现裂纹。为此，在步骤S23中，需要当温度低于或等于600℃时，需要判断断面温差是否大于第一标准值，若小于或等于第一标准值则执行步骤S231，以使得位于预热段内的连铸坯能向一加热段按照正常步进节奏步进，而位于一加热段内的连铸坯则可以向高温段方向按照正常步进节奏步进。其中，正常步进节奏为系统原设定的步进节奏，例如可以设定为3.5min/步。当然，原设定的步进节奏可以根据需求进行调整和选择，本发明的实施例不做限定。

相反地，若大于第一标准值则执行S232的步骤，此时在预热段或一加热段内的连铸坯则在原预热段或原一加热段内继续加热。其中，继续加热的含义为减缓连铸坯在低温段的步进节奏，或让步进梁暂时停止步进一段时间以延长钢坯在低温段加热时间。例如具体可以将步进的节奏从原先3.5min/步减缓为5.5min/步，直至断面温差小于第一标准值，再执行相应加热流程。当然，减缓后的节奏的数值也可以根据需求进行调整和选择，本发明的实施例不做限定。另外，后续加热流程中对于正常步进和继续加热的问题也应与此处解释保持相同，后续不再赘述。

详细地，为了进一步地减少裂纹出现的几率，在步骤S24中，当连铸坯运动至出低温段的位置时，则需要判断第一实时断面温差是否大于第二标准值。若小于或等于则执行步骤S241，此时位于预热段内的连铸坯则向一加热段步进，位于一加热段内的连铸坯向高温段方向步进即可。若大于或等于则执行步骤S242，控制连铸坯继续在低温段加热，此时位于预热段内的连铸坯继续在预热段内加热，以满足需求时再向一加热段步进，位于一加热段内的连铸坯继续在一加热段内加热，以满足需求时向高温段步进即可。

通过这样设置，可以通过钢坯的温度以及断面温度精确控制加热进程和加热状态，以能在保证钢的塑性和强度的同时，还能改善温度较低时加热速度太快导致的热应力内裂或断裂问题，改善因体积膨胀产生的组织应力与热应力结合产生的裂纹问题，以提高成品第一预设值为600℃，第一标准值为180℃，第二标准值为120℃；在一加热段中，第一预设值为800℃，第一标准值为170℃，第二标准值为130℃。也即，在预热段中，在钢坯温度600℃以下时，出预热段需判断第一实时温度是否大于目标钢温580℃及第一实时断面温差是否大于第二标准值120℃，若第一实时温度大于目标钢温580℃且第一实时断面温差小于或等于第二标准值120℃则控制连铸坯向一加热段步进，若第一实时温度小于目标钢温580℃或第一实时断面温差大于第二标准值120℃则控制连铸坯继续在预热段加热。必须同时满足表面钢温和断面温差(上表面和中心温度差)条件，否则不允许钢坯出预热段。通过这样设置，能有效地减少或避免在连铸坯在预热段内因热应力而产生裂纹。

同理，在一加热段中，在钢坯温度800℃以下时，满足实时断面温差≤170℃的条件则可以往前步进，否则不允许钢坯步进，出一加热段需判断第一实时温度是否大于目标钢温850℃及第一实时断面温差是否大于第二标准值130℃，若第一实时温度大于目标钢温850℃且第一实时断面温差小于或等于第二标准值130℃则控制连铸坯向二加热段步进，若第一实时温度小于目标钢温850℃或第一实时断面温差大于第二标准值130℃则控制连铸坯继续在一加热段加热。必须同时满足表面钢温和断面温差(上表面和中心温度差)条件，否则不允许钢坯出一加热段。通过对一加热段的800℃的温度控制，也能有效地减少或避免在一加热段内因内应力产生裂纹，同时由于钢坯在800℃左右，由于坯料进行相变，也会因体积膨胀而产生较大的组织应力，这些组织应力与热应力相结合仍能导致钢的裂纹产生，因此通过此温度的控制，还能减少组织应力与热应力相结合导致的裂纹，以能进一步地保证成品钢的质量。

还需要说明的是，在本发明的实施例中，预热段包括靠近预热段入口的第一检测点和靠近预热段出口的第二检测点。第一检测点为预热段1，第二检测点为预热段2，控制方法还包括：控制第一检测点和第二检测点的炉温；其中，第一检测点的炉温按照≤650℃，目标600℃控制；第二检测点的炉温按照≤850℃，目标800℃控制。通过对预热段的温度进行控制，能保证连铸坯在预热段加热后的表面温度和中心温度，能减少断面温差，以改善裂纹问题。同时，通过对预热段的温度进行控制，还能保证加热效率，保证成品钢的质量。

同理，一加热段包括靠近一加热段的入口的第三检测点和靠近一加热段的出口的第四检测点。第三检测点为一加热段1，第四检测点为一加热段2。控制方法还包括控制第三检测点和第四检测点的炉温；其中，第三检测点的炉温按照≤880℃，目标830℃控制；第四检测点的炉温按照930～1030℃，目标980℃控制。通过对一加热段的温度进行控制，能保证连铸坯在一加热段加热后的表面温度和中心温度，能减少断面温差，以改善裂纹问题。同时，通过对一加热段的温度进行控制，还能保证加热效率，保证成品钢的质量。

在本发明的实施例中，在步骤S24后，控制方法还包括：

S3：在连铸坯步进至高温段时，获取连铸坯在高温段内的第二实时温度以及第二实时断面温差；

S41：在连铸坯步进至出高温段的位置时，判断第二实时温度是否低于或等于第二预设值；

S42：若低于或等于则控制连铸坯继续在高温段加热；

S43：若高于则判断第二实时断面温差是否大于第三标准值；

S431：若大于则控制连铸坯继续在高温段加热；

S432：若小于或等于则控制连铸坯向出炉方向步进。

详细地，高温段包括二加热段和均热段，钢坯进入二加热段后可以快速加热，因而本发明的实施例通过控制高温段的加热方法，能实现对钢坯加热温度和高温扩散时间的精准控制，提高成品钢的质量。

更详细地，在步骤S3中，连铸坯在高温段内的第二实时温度以及第二实时断面温差可以通过钢坯预测数学模型获取。钢坯预测数学模型参数可以通过黑匣子测试进行修正。

在步骤S41中，在连铸坯步进至出高温段的位置时，判断第二实时温度是否低于或等于第二预设值。在此步骤中通过对连铸坯的实时温度进行获取，能获知其加热状态，以便于后续控制。若低于或等于第二预设值，则执行步骤S42，控制连铸坯继续在高温段加热，若高于则执行步骤S43，判断第二实时断面温差是否大于第三标准值。若大于则执行步骤S431，控制连铸坯继续在高温段加热，此时位于二加热段内的连铸坯则继续在而加热段内加热，以满足需求时向均热段步进，而位于均热段内的连铸坯则继续在均热段内加热，以在满足需求时进行出炉。若小于或等于则执行S432步骤，控制连铸坯向出炉方向步进，也即此时位于二加热段内的连铸坯则继续向均热段步进，而位于均热段内的连铸坯则进行出炉。

需要说明的是，第二预设值为1210℃，第三标准值为20℃；在均热段中，第二预设值为1220℃，第三标准值为10℃。也即，二加热段时表面目标钢温达到1220℃(如果钢坯表面钢温小于1210℃则不允许出二加热段)时，且出二加热段钢坯断面目标温差小于或等于(表面和中心温度差、上下表面温度差)≤20℃即可向均匀段步进。若均热段内钢坯的钢温为1230℃，且出炉钢坯断面温差(表面和中心温度差、上下表面温度差)≤10℃则可出炉，如果钢坯表面钢温小于1220℃或钢坯断面温差大于10℃则不允许出炉，此时继续在对应位置加热直至满足需求才进行出炉作业。

还需要说明的是，二加热段包括靠近二加热段的入口的第五检测点和靠近二加热段的出口的第六检测点。第五检测点为二加热段1，第六检测点为二加热段2，控制方法还包括控制第五检测点和第六检测点的炉温。其中，第五检测点的炉温按照1100～1160℃，目标1130℃控制；第六检测点的炉温按照1210～1250℃，目标1230℃控制。通过对二加热段的温度进行控制，能保证连铸坯在二加热段加热后的表面温度和中心温度，能减少断面温差。

同理，均热段包括靠近均热段的入口的第七检测点和靠近均热段出口的第八检测点，第七检测点为均热段1，第八检测点为均热段2。控制方法还包括控制第七检测点和第八检测点的炉温；其中，第七检测点和第八检测点的炉温均按照1220～1250℃，目标1235℃控制，也即均热段1炉温控制要求：1220～1250℃(目标1235℃)，均热段2炉温控制要求:1220～1250℃(目标1235℃)。通过对均热段的温度进行控制，能保证连铸坯在均热段加热后的表面温度和中心温度，能减少断面温差。

通过对高温段的温度进行窄带化精准控制，能保证加热效率，实现对出炉钢温的精准控制以确保加热质量。

作为可选的方案，在本发明的实施例中，控制方法还包括步骤S43，控制连铸坯的高温扩散时间大于120min。其中，用户可根据加热钢坯断面尺寸及客户对成品碳化物带状控制要求情况进行调整，例如可以选择为140min、160min、200min等。其中，高温扩散时间从连铸坯在步进梁式加热炉内的表面温度达到1220℃，且连铸坯的中心温度达到1200℃后开始计算。

详细地，高碳铬轴承钢连铸坯需要在加热炉高温段加热到1200℃以上进行较长时间的高温扩散，以改善轴承钢碳化物带状。有别于采用高温段实际加热时间的传统控制方法，本发明的实施例的“高温扩散时间”控制是依据钢坯在加热炉高温段的位置和在线炉温检测数据，采用钢坯温度预测二级燃烧优化数学模型计算钢坯温度，当满足钢坯表面和中心温度分别达到1220℃和1200℃以上条件时开始计算其高温扩散时间直至出炉的时间段称为“高温扩散时间”。当此高温扩散时间满足大于120min要求时，能保证钢坯的高温扩散效果，可以有效地改善轴承钢碳化物带状，以有效地提高成品钢的质量。

在本发明的实施例中，控制方法还包括建立步进梁式加热炉的从装料端至出料端方向上的炉内温度曲线，以能通过温度曲线和连铸坯的埋偶黑匣子修正钢坯温度预测数学模型，从而能通过钢坯温度预测数学模型计算连铸坯的表面温度和断面温差。其中，炉温温度曲线通过安装在步进梁式加热炉中的热电偶检测数据绘制得到，图2为本发明的实施例提供的黑匣子的测试数据图，黑匣子可测量钢坯温度，以及钢坯中心和表面的温差，以得出不同结果。因而通过温度曲线和黑匣子测试的测试数据可以精确钢坯温度预测数学模型，以能获得更准确地钢坯温度以及温差数据，以能进一步地保证控制方法的精确性和可靠性，保证成品钢的质量。

还需要说明的是，为了进一步地提高成品钢质量，在本发明的实施例中，一加热段上下、左右炉温偏离目标温度控制要求：≤±20℃，二加热段上下、左右炉温偏离目标温度控制要求：≤±10℃，均热段上下、左右炉温偏离目标温度控制要求：≤±10℃。

详细地，为了获得准确的温度曲线，在本发明的实施例中。低温段包括在装料端至出料端的方向上依次设置的预热段和一加热段，预热段内间隔设置有四个热电偶，一加热段内间隔设置有八个热电偶；高温段包括在装料端至出料端的方向上依次设置的二加热段和均热段，二加热段和均热段内分别间隔设置有八个热电偶。通过间隔设置的热电偶，能测量加热炉内各个位置的温度数据，以能保证温度曲线的准确性，能进一步地减少误差，以减少或改善裂纹，以保证成品钢的质量。

更详细地，在本发明的实施例中，在预热段内，四个热电偶中的两个间隔安装于预热段的入口炉顶的左右两侧，另外两个间隔安装于预热段出口炉顶的左右两侧。并且，位于入口炉顶处的两个分别安装在沿一加热段炉长方向距离该段入口1m左右位置，该左右2个检测点标为一加热段上1左和一加热段上1右，负责检测钢坯入一加热段时左右两侧炉顶的炉温。分别安装在一加热段入口下炉膛的左右两侧炉墙的两个热电偶，沿一加热段炉长方向距离该段入口1m左右位置，该左右2个检测点标为一加热段下1左和一加热段下1右，负责检测钢坯入一加热段时下炉膛左右两侧的炉温。

在一加热段中，八个热电偶中的两个间隔安装于一加热段的入口炉顶的左右两侧，两个间隔安装于一加热段的入口下炉膛的左右两侧炉墙，两个间隔安装于一加热段的出口炉顶的左右两侧，剩余两个间隔安装于一加热段的出口下炉膛的左右两侧炉墙。并且，设定一加热段炉长为L2，安装在一加热段出口炉顶的左右两侧的两个热电偶，安装在沿一加热段炉长方向距离该段入口(L2-2.5m)左右位置，该检测点标为一加热段上2左和一加热段上2右，负责检测钢坯出一加热段时左右两侧炉顶的炉温。安装在一加热段出口下炉膛的左右两侧炉墙的两个热电偶，分别安装在沿一加热段炉长方向距离该段入口(L2-2.5m)左右位置，该检测点标为一加热段下2左和一加热下2右，负责检测钢坯出一加热段时下炉膛左右两侧的炉温。

在二加热段中，八个热电偶中的两个间隔安装于二加热段的入口炉顶的左右两侧，两个间隔安装于二加热段的入口下炉膛的左右两侧炉墙，两个间隔安装于二加热段的出口炉顶的左右两侧，剩余两个间隔安装于二加热段的出口下炉膛的左右两侧炉墙。并且，位于二加热段入口炉顶的左右两侧的两个热电偶，位于沿二加热段炉长方向距离该段入口1m左右位置，该左右2个检测点标为二加热上1左和二加热上1右，负责检测钢坯入二加热段时左右两侧炉顶的炉温。二加热段入口下炉膛的左右两侧炉墙的两个热电偶，位于沿二加热段炉长方向距离该段入口1m左右位置，该左右2个检测点标为二加热下1左和二加热下1右，负责检测钢坯入二加热段时下炉膛左右两侧的炉温。设定二加热段炉长为L3，位于二加热段出口炉顶的左右两侧的两个热电偶，安装在沿二加热段炉长方向距离该段入口(L3-2.5m)左右位置，该检测点标为二加热上2左和二加热上2右，负责检测钢坯出二加热段时左右两侧炉顶的炉温。位于二加热段出口下炉膛的左右两侧炉墙的两个热电偶，安装在沿二加热段炉长方向距离该段入口(L3-2.5m)左右位置，该检测点标为二加热下2左和二加热下2右，负责检测钢坯出二加热段时下炉膛左右两侧的炉温。

在均热段中，八个热电偶中的两个间隔安装于均热段的入口炉顶的左右两侧，两个间隔安装于均热段的入口下炉膛的左右两侧炉墙，两个间隔安装于均热段的出口炉顶的左右两侧，剩余两个间隔安装于均热段的出口下炉膛的左右两侧炉墙。并且，在均热段入口炉顶的左右两侧的两个热电偶，沿均热段炉长方向距离该段入口1m左右位置，该左右2个检测点标为均热上1左和均热上1右，负责检测钢坯入均热段时左右两侧炉顶的炉温。在均热段入口下炉膛的左右两侧炉墙的两个热电偶，沿均热段炉长方向距离该段入口0.5m左右位置，该左右2个检测点标为均热下1左和均热下1右，负责检测钢坯入均热段时下炉膛左右两侧的炉温。设定均热段炉长为L4，在均热段出口炉顶的左右两侧的两个热电偶安装在沿均热段炉长方向距离该段入口(L4-2.5m)左右位置，该检测点标为均热上2左和均热上2右，负责检测钢坯出均热段时左右两侧炉顶的炉温。在均热段出口下炉膛的左右两侧炉墙的两个热电偶，安装在沿均热段炉长方向距离该段入口(L4-2.5m)左右位置，该检测点标为均热段下2左和均热下2右，负责检测钢坯出均热段时下炉膛左右两侧的炉温。

在上述热电偶的安装位置的设置过程中，1m的设置是基于距离入口太近会因装炉时带进冷空气影响检测的准确性(太近温度波动大)。因而选择距离入口1m位置能较准确反映预热段入口炉温。在本发明的其他实施例中，也可以选择0.8～1.2m，本发明的实施例不做限定。同理，L-2.5m的设置，目的在于使入口热电偶布置位置在该段第一排烧嘴前，出口热电偶在该段最后一排烧嘴前，以保证检测的准确性，保证检测过程的安全性。

上述加热炉炉温检测热电偶的配置有别于加热炉只在每段配置一组热电偶的传统配置方法，在加热炉每段的入口和出口均配置一组热电偶，这样有利于较准确的获取从装料端到出料端的炉温曲线变化趋势，结合多次钢坯埋偶黑匣子测试数据为建立钢坯温度预测数学模型提供较准确的基础数据。同时，在本发明的实施例中，热电偶的检测数据还可以作为炉温调节的基础，以能快速调节炉温以满足设定需求，直至钢坯加热质量满足加热工艺要求后出炉轧制。

下面结合具体地实施例对上述控制方法的流程进行详细地介绍：

实施例1

钢坯牌号：GCr15；钢坯规格：280×280×9000mm；生产支数：10支；装炉温度：常温；炉型：侧进侧出步进梁式加热炉；加热炉结构尺寸：有效长度36000mm(其中预热段13150mm、一加热段7000mm、二加热段8200mm、均热段7650mm)、有效宽度9700mm；加热炉步距：371mm。

本实施例提供了一种大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其包括以下步骤：

Sa：预热段的第一检测点的炉温按照580～630℃(设定目标温度600℃)控制；预热段的第二检测点的炉温按照780～830℃(设定目标温度800℃)控制；步进节奏：3.0～3.6min/步，计算钢坯断面最大温差：160℃、161℃、162℃、163℃、164℃、165℃、167℃、170℃、172℃、173℃(满足小于或等于180℃的条件)，依据钢坯温度预测数学模型计算得出钢坯出预热段时上表面钢温：582℃、585℃、587℃、590℃、592℃、595℃、597℃、598℃、599℃、600℃(满足大于580℃的条件)、出预热段钢坯断面温差(上表面和中心温度差)105℃、107℃、108℃、110℃、112℃、115℃、116℃、117℃、118℃、119℃，满足小于或等于120℃的出预热段条件，预热段加热时间：128min、127min、126min、125min、125min、124min、123min、123min、122min、122min。

Sb：一加热段的第三检测点的炉温按照800～850℃(设定目标温度830℃)控制；一加热段的第四检测点的炉温按照950～1000℃(设定目标温度980℃)控制；步进节奏：3.0～3.6min/步，计算钢坯断面最大温差150℃、152℃、153℃、155℃、158℃、160℃、162℃、163℃、164℃、165℃(满足小于或等于170℃的条件)，依据钢坯温度预测数学模型计算得出钢坯出一加热段时上表面钢温：852℃、853℃、854℃、855℃、856℃、857℃、859℃、860℃、862℃、863℃(满足大于850℃的条件)，出一加热段钢坯断面温差(上表面和中心温度差)115℃、116℃、117℃、118℃、119℃、120℃、121℃、122℃、126℃、128℃，满足小于或等于130℃的出一加热段条件，一加热段加热时间：79min、78min、77min、76min、76min、75min、75min、74min、73min、72min。

Sc：二加热段的第五检测点的炉温按照1110～1150℃(目标1130℃)控制；二加热段的第六检测点的炉温按照1210～1250℃(目标1230℃)控制；在连铸坯步进至高温段时，获取连铸坯在高温段内的第二实时温度以及第二实时断面温差；当连铸坯步进至出二加热段的位置时，判断第二实时温度是否低于或等于1210℃；若低于或等于则控制连铸坯继续在二加热段加热，若高于则判断第二实时断面温差是否大于20℃；若大于则控制钢坯继续在二加热段加热；若小于或等于则控制连铸坯向均热段步进；依据钢坯温度预测数学模型计算得出钢坯出二加热段时上表面钢温：1220℃、1221℃、1222℃、1223℃、1220℃、1221℃、1222℃、1223℃、1224℃、1225℃(满足大于1210℃的条件)，出二加热段钢坯断面温差16℃、17℃、18℃、17℃、18℃、19℃、16℃、15℃、16℃、18℃，满足小于或等于20℃的出二加热段条件。

Sd：均热段的第七检测点和第八检测点的炉温均按照1220～1250℃(目标1235℃)控制；

Se：当连铸坯步进至出均热段的位置时，判断第二实时温度是否低于或等于1220℃；若低于或等于则控制连铸坯继续在均热段加热，若高于则判断第二实时断面温差是否大于10℃；若大于则控制钢坯继续在均热段加热；若小于或等于则控制连铸坯出炉；依据钢坯温度预测数学模型计算得出钢坯出均热段时上表面钢温：1225℃、1226℃、1227℃、1228℃、1225℃、1226℃、1226℃、1227℃、1227℃、1228℃(满足大于1220℃的条件)，出均热段钢坯断面温差8℃、9℃、10℃、9℃、8℃、9℃、9℃、8℃、10℃、8℃，满足小于或等于10℃的出均热段条件。

且整个加热过程高温扩散时间从连铸坯在步进梁式加热炉内的表面温度达到1220℃，且连铸坯的中心温度达到1200℃后开始计算，高温扩散时间为128min、133min、129min、135min、129min、130min、128min、129min、130min、135min，满足280方断面高温扩散时间大于120min的要求。

实施例2

钢坯牌号：GCr15；钢坯规格：320×425×9000mm；生产支数：8支；装炉温度：常温；炉型：端进端出步进梁式加热炉；加热炉结构尺寸：有效长度36000mm(其中预热段12850mm、一加热段7000mm、二加热段8200mm、均热段7950mm)、有效宽度9700mm；加热炉步距：500mm。

本实施例提供了一种大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其包括以下步骤：

Sa：预热段的第一检测点的炉温按照580～630℃(设定目标温度：600℃)控制；预热段的第二检测点的炉温按照780～830℃(设定目标温度：800℃)控制；步进节奏：5.7～6.3min/步，计算钢坯断面最大温差：162℃、163℃、164℃、166℃、167℃、170℃、172℃、175℃(满足小于或等于180℃的条件)，依据钢坯温度预测数学模型计算得出钢坯出预热段时上表面钢温：582℃、583℃、587℃、590℃、593℃、595℃、597℃、599℃(满足大于580℃的条件)、出预热段钢坯断面温差(上表面和中心温度差)108℃、110℃、112℃、114℃、115℃、116℃、117℃、118℃，满足小于或等于120℃的出预热段条件，预热段加热时间：165min、163min、162min、162min、160min、160min、159min、158min、157min、156min。

Sb：一加热段的第三检测点的炉温按照800～850℃(设定目标温度：830℃)控制；一加热段的第四检测点的炉温按照950～1000℃(设定目标温度：980℃)控制；步进节奏：5.7～6.3min/步，计算钢坯断面最大温差150℃、157℃、158℃、159℃、160℃、160℃、162℃、163℃、164℃、165℃(满足小于或等于170℃的条件)，依据钢坯温度预测数学模型计算得出钢坯出一加热段时上表面钢温：852℃、853℃、854℃、855℃、856℃、857℃、859℃、860℃、862℃、863℃(满足大于850℃的条件)，出一加热段钢坯断面温差(上表面和中心温度差)115℃、116℃、117℃、118℃、119℃、120℃、121℃、122℃、126℃、128℃，满足小于或等于130℃的出一加热段条件，一加热段加热时间：98min、97min、96min、95min、95min、94min、93min、92min。

Sc：二加热段的第五检测点的炉温按照1110～1150℃(目标1130℃)控制；二加热段的第六检测点的炉温按照1210～1250℃(目标1230℃)控制；在连铸坯步进至高温段时，获取连铸坯在高温段内的第二实时温度以及第二实时断面温差；当连铸坯步进至出二加热段的位置时，判断第二实时温度是否低于或等于1210℃；若低于或等于则控制连铸坯继续在二加热段加热，若高于则判断第二实时断面温差是否大于20℃；若大于则控制钢坯继续在二加热段加热；若小于或等于则控制钢坯向均热段步进；依据钢坯温度预测数学模型计算得出钢坯出二加热段时上表面钢温：1221℃、1222℃、1220℃、1223℃、1220℃、1221℃、1224℃、1225℃(满足大于1210℃的条件)，出二加热段钢坯断面温差16℃、17℃、18℃、17℃、18℃、19℃、16℃、15℃、16℃、18℃，满足小于或等于20℃的出二加热段条件。

Sd：均热段的第七检测点和第八检测点的炉温均按照1220～1250℃(目标1235℃)控制；

Se：当连铸坯步进至出均热段的位置时，判断第二实时温度是否低于或等于1220℃；若低于或等于则控制连铸坯继续在均热段加热，若高于则判断第二实时断面温差是否大于10℃；若大于则控制钢坯继续在均热段加热；若小于或等于则控制连铸坯出炉；依据钢坯温度预测数学模型计算得出钢坯出均热段时上表面钢温：1222℃、1223℃、1224℃、1225℃、1225℃、1226℃、1226℃、1224℃、1227℃、1228℃(满足大于1220℃的条件)，出均热段钢坯断面温差8℃、9℃、10℃、9℃、8℃、9℃、9℃、8℃、10℃、8℃，满足小于或等于10℃的出均热段条件。

且整个加热过程高温扩散时间从连铸坯在步进梁式加热炉内的表面温度达到1220℃，且连铸坯的中心温度达到1200℃后开始计算，高温扩散时间为148min、143min、149min、145min、149min、150min、148min、149min，满足320×425断面高温扩散时间大于140min的要求。

对比例1

对比例1提供了一种280方断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，炉型结构尺寸与实施例1相同，投料支数48支，其与实施例1提供的控制方法的区别在于其通过对加热炉内预热段、一加热段、二加热段以及均热段的炉温和加热参数进行限定，每段只布置1套热电偶，以控制高碳铬轴承钢连铸坯的加热过程，12支钢坯加热过程参数如表1所示：

表1.对比例1控制方法参数

对比例2

对比例2提供了一种320×425断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，炉型结构尺寸与实施例2相同，投料支数30支，其与实施例2提供的控制方法的区别在于其通过对加热炉内预热段、一加热段、二加热段以及均热段的加热温度和加热参数进行限定，每段只布置1套热电偶，以控制高碳铬轴承钢连铸坯的加热过程，10支钢坯加热过程参数如表2所示：

表2.对比例2控制方法参数

实验例

在实施例1、2以及对比例1、2实施过程中各安排2支相同断面的高碳铬轴承钢连铸坯测试钢坯(其中实施例1共投料10支钢坯，2支280方测试钢坯分别安排在10支钢坯的最前面和最后面相邻装炉，对比例1共投料48支钢坯，2支280方测试钢坯也分别安排在48支钢坯的最前面和最后面相邻装炉，实施例2共投料8支钢坯，2支320×425断面测试钢坯分别安排在8支钢坯的最前面和最后面相邻装炉，对比例2共投料30支钢坯，2支320×425断面测试钢坯也分别安排在30支钢坯的最前面和最后面相邻装炉)进行埋偶黑匣子测试，测试完成后调取了黑匣子测试过程温度数据及制备得到的成品进行碳化物带状评级测试，结果如表3所示：

表3.钢坯黑匣子测试过程温度数据、成品碳化物带状评级

根据表3的数据可知，本实施例1、实施例2分别提供的2支钢坯黑匣子测试加热过程温度数据验证了前述钢坯温度预测数学模型提供的过程计算钢温数据准确性，而且整个加热过程均满足加热钢坯出段表面温度和断面温差要求；对比例1、对比例2也分别提供了2支钢坯黑匣子测试加热过程温度数据，由于对比例采用的传统加热控制方法，不能实时反映钢坯加热过程的实时钢温数据，各段炉温控制范围相对较宽，本发明提供的加热方法能依据模型计算的实时钢温数据及时反馈调整优化各供热段设定炉温，确保每支钢坯出段和最终出炉时的钢温要求(包括表面钢温和断面温差)，确保加热钢坯在低温段加热速度、在高温段加热钢温及高温扩散时间的精准可控，消除低温加热因加热速度过快导致的加热裂纹风险，保证高温加热的高温扩散效果稳定可控，从表3提供的成品碳化物带状评级(CZ7)数据来看，实施例相较于与对比例采用280方、320×425断面连铸坯轧制成品的碳化物带状评级(CZ7)≤7.4级占比分别提高了12.3％和13.4％。

综上所述，本发明的实施例提供的一种大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法能保证钢的塑性和强度，以能改善温度较低时加热速度太快导致的热应力内裂或断裂问题，改善因体积膨胀产生的组织应力与热应力结合产生的裂纹问题，实现钢坯加热过程加热温度的数字化精准控制，能改善成品的碳化物带状评级，提高成品钢的质量。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，基于步进梁式加热炉，所述步进梁式加热炉包括沿炉长方向在装料端至出料端方向依次设置有低温段和高温段，其特征在于，所述大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法包括：

获取连铸坯在所述低温段的第一实时温度和第一实时断面温差；

判断所述第一实时温度是否高于第一预设值，若高于则控制所述连铸坯在所述低温段内步进；若低于或等于则判断所述第一实时断面温差是否大于第一标准值，若小于或等于所述第一标准值则控制所述连铸坯在所述低温段中步进，若大于则控制所述连铸坯继续在所述低温段加热；当所述连铸坯运动至出所述低温段的位置时，判断所述第一实时温度是否大于目标钢温及所述第一实时断面温差是否大于第二标准值，若所述第一实时温度大于所述目标钢温且所述第一实时断面温差小于或等于所述第二标准值则控制所述连铸坯向所述高温段方向步进，若所述第一实时温度小于所述目标钢温或所述第一实时断面温差大于所述第二标准值则控制所述连铸坯继续在所述低温段加热。

2.根据权利要求1所述的大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其特征在于，所述低温段包括在所述装料端至所述出料端的方向上依次设置的预热段和一加热段，所述高温段包括二加热段以及均热段；

在所述预热段中，所述第一预设值和所述目标钢温均为连铸坯的表面钢温值，所述第一预设值为600℃，所述目标钢温为580℃，所述第一标准值为180℃，所述第二标准值为120℃；

在所述一加热段中，所述第一预设值为800℃，所述目标钢温为850℃，所述第一标准值为170℃，所述第二标准值为130℃。

3.根据权利要求2所述的大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其特征在于：

所述预热段包括靠近所述预热段入口的第一检测点和靠近所述预热段出口的第二检测点；所述方法还包括：控制所述第一检测点和所述第二检测点的炉温；其中，所述第一检测点的炉温按照≤650℃，目标600℃控制，；所述第二检测点的炉温按照≤850℃，目标800℃控制；

和/或，

所述一加热段包括靠近所述一加热段的入口的第三检测点和靠近所述一加热段的出口的第四检测点；所述方法还包括控制所述第三检测点和所述第四检测点的炉温；其中，所述第三检测点的炉温按照≤880℃，目标830℃控制；所述第四检测点的炉温按照930～1030℃，目标980℃控制。

4.根据权利要求1所述的大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其特征在于，还包括在所述连铸坯步进至所述高温段时：

获取连铸坯在所述高温段内的第二实时温度以及第二实时断面温差；

在所述连铸坯步进至出所述高温段的位置时，判断所述第二实时温度是否低于或等于第二预设值，若低于或等于则控制所述连铸坯继续在所述高温段加热，若高于则判断所述第二实时断面温差是否大于第三标准值，若大于则控制所述连铸坯继续在所述高温段加热，若小于或等于则控制所述连铸坯从所述高温段出段。

5.根据权利要求4所述的大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其特征在于，所述高温段包括在所述装料端至所述出料端的方向上依次设置的二加热段和均热段；

在所述二加热段中，所述第二预设值为1210℃，所述第三标准值为20℃；在所述均热段中，所述第二预设值为1220℃，所述第三标准值为10℃。

6.根据权利要求5所述的大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其特征在于：

所述二加热段包括靠近所述二加热段的入口的第五检测点和靠近所述二加热段的出口的第六检测点；所述方法还包括控制所述第五检测点和所述第六检测点的炉温；其中，所述第五检测点的炉温按照1100～1160℃，目标1130℃控制；所述第六检测点的炉温按照1210～1250℃，目标1230℃控制；

和/或，

所述均热段包括靠近所述均热段的入口的第七检测点和靠近所述均热段出口的第八检测点，所述方法还包括控制所述第七检测点和所述第八检测点的炉温；其中，所述第七检测点和所述第八检测点的炉温均按照1220～1250℃，目标1235℃控制。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其特征在于，还包括：

控制所述连铸坯的高温扩散时间大于120min；

其中，所述高温扩散时间从所述连铸坯在所述步进梁式加热炉内的表面温度达到1220℃，且所述连铸坯的中心温度达到1200℃后开始计算。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其特征在于，还包括：

建立所述步进梁式加热炉的从装料端至出料端方向上的炉内温度曲线，以能通过所述温度曲线和所述连铸坯的埋偶黑匣子修正钢坯温度预测数学模型，从而能通过钢坯温度预测数学模型计算所述连铸坯的表面温度和断面温差。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其特征在于，还包括：

建立所述步进梁式加热炉的从装料端至出料端方向上的炉内温度曲线，且所述炉内温度曲线通过在所述步进梁式加热炉设置的多个热电偶的采集数据绘制得到：

其中，所述低温段包括在所述装料端至所述出料端的方向上依次设置的预热段和一加热段，所述预热段内间隔设置有四个热电偶，所述一加热段内间隔设置有八个热电偶；所述高温段包括在所述装料端至所述出料端的方向上依次设置的二加热段和均热段，所述二加热段和所述均热段内分别间隔设置有八个热电偶。

10.根据权利要求9所述的大断面高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其特征在于：

在所述预热段内，四个所述热电偶中的两个间隔安装于所述预热段的入口炉顶的左右两侧，另外两个间隔安装于所述预热段出口炉顶的左右两侧；

和/或，

在所述一加热段中，八个所述热电偶中的两个间隔安装于所述一加热段的入口炉顶的左右两侧，两个间隔安装于所述一加热段的入口下炉膛的左右两侧炉墙，两个间隔安装于所述一加热段的出口炉顶的左右两侧，剩余两个间隔安装于所述一加热段的出口下炉膛的左右两侧炉墙；

和/或，

在所述二加热段中，八个所述热电偶中的两个间隔安装于所述二加热段的入口炉顶的左右两侧，两个间隔安装于所述二加热段的入口下炉膛的左右两侧炉墙，两个间隔安装于所述二加热段的出口炉顶的左右两侧，剩余两个间隔安装于所述二加热段的出口下炉膛的左右两侧炉墙；

和/或，

在所述均热段中，八个所述热电偶中的两个间隔安装于所述均热段的入口炉顶的左右两侧，两个间隔安装于所述均热段的入口下炉膛的左右两侧炉墙，两个间隔安装于所述均热段的出口炉顶的左右两侧，剩余两个间隔安装于均热段的出口下炉膛的左右两侧炉墙。

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