CN115055657A - 一种高牌号无取向硅钢铸坯宽度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高牌号无取向硅钢铸坯宽度控制方法。属于冶金技术领域。本发明的技术方案是：结晶器上、下口参数设定公式：结晶器下口宽度：W下＝k×[δ+(1.2‑ν)×0.085]；结晶器上口宽度：
本发明从钢种本身特性入手，结合连铸设备条件，通过调整合适的连铸工艺，达到提高高牌号无取向硅钢目标宽度命中率的目的。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种高牌号无取向硅钢铸坯宽度控制方法。
背景技术
钢铁产品一般要经过由冶炼铸造到轧制变形构成的长链生产流程。冷轧硅钢在炼铁、炼钢后，还需经过连铸、热轧、冷轧、退火等工序，高牌号无取向硅钢的流程有时候甚至还要更长，经过这些阶段，产出成品，获得满足下游需求产品性能。
产品性能包括几何性能、组织性能、机械性能和工艺性能。这些性能影响加工过程中的行为，并同物化性能一起共同决定产品的用途。硅钢正是由于其电磁性能广泛应用于电力、机械等能量传输与转换行业。
产品性能中的几何性能表现为尺寸和形状的精确度以及表面形貌。对于叠片使用的冷轧硅钢，特别需要对钢板的尺寸和形状精度加以严格控制。
在冷轧硅钢的生产过程中，由于连铸后续的热轧、冷轧过程中金属纵向流动远大于横向流动，成品的宽度尺寸很大程度上决定于连铸铸坯的宽度尺寸，也就是说铸坯的宽度尺寸是成品宽度的基础，而宽度与性能、涂层一样也是合同交付的关键指标，这在后续流程中提高成品宽度命中率和合同交付率上显得尤为重要。
连续铸钢自上世纪五十年代中期用于生产以来，发展异常迅速，目前已成为硅钢生产流程中炼钢工序不可缺少一环，采用板坯连铸是钢铁生产技术上的一大进步，它完全取代了模铸，并且不再需要初轧机。由此缩短了生产流程，从而降低原材料、能源和设备消耗，提高了生产效率、产量和成材率，而且铸坯质量好。连铸法的成材率较模铸法可提高10％-15％。但连铸坯缺陷中的铸坯尺寸不符，特别是宽度不符，直接影响着后工序热轧宽度控制与成材率，同时在精细化生产中还影响硅钢产品的稳定生产及热轧加热工艺控制，从而影响硅钢成品性能。此外，宽度不符还会影响到合同交付，导致重复投料带来成本控制难度的增加。
在实际生产过程中，高牌号无取向硅钢(wt％Si≥1.7％，wt％C≥0.0050％)对目标铸坯宽度控制偏差±5mm的实际命中率偏低，严重影响后续的成品宽度控制、合同交付与成本控制。
因而，如何在偏差标准保持不变的前提下，提高高牌号无取向硅钢铸坯宽度命中率，使得生产流程漫长的产品减少因宽度尺寸不符导致的合同兑付失败、以现货的形式降价出售、重复投料补充合同等异常情况，以提高生产效率、控制成本、提高硅钢产品的整体竞争力。这就是本专利需要解决的问题。
在铸坯宽度控制上，如专利《铁素体不锈钢连铸方法》(CN104550791A)，通过钢水Ni当量控制，构造模型确定铸造速度和铸坯宽度关系，提高了不锈钢连铸坯的宽度适中率。该专利对于Ni当量中的Ni、C、N、Mn对不锈钢的收缩影响开展了阐述和运用，但对于高牌号无取向硅钢来说，Ni、C、N属于杂质元素，含量较低(ppm级别)，依照专利确定出来Ni当量不适用；此外，仅考虑模具收缩率和铸造速度，没有考虑浇注温度、锥度等浇注参数，可能出现较大的偏差。
又如专利《无取向硅钢50W600连铸坯宽度的控制方法及其应用》(CN112317712A)，公布了一种无取向硅钢50W600连铸坯宽度的控制方法，该方法通过50W600成份中的Si和Al含量及过热度建立相应模型，确定拉速的调整方向，对结晶器调宽也做了适当的规定，达到提高连铸坯宽度目中率的效果。在该专利中，Si含量较低，为1.28～1.33wt.％，专利所述仅满足该成份下的铸坯宽度控制方法，对于合金含量更高的高牌号无取向硅钢则无涉及。
又如专利《一种连铸铸坯宽度的自动、快速、准确预报方法》(CN112068506A)建立了铸坯实际宽度与主要影响因子之间的模型，所述铸坯宽度计算函数为F(Mw，Vm)＝Mw+(Vm-Vk)×Kw，Mw为结晶器下口宽度，Vm为铸流实时拉速，Kw为宽度常量，Vk为拉速常量，通过数据采集系统和连铸一级系统、连铸二级系统，对连铸机生产中的拉速曲线、铸流浇铸长度曲线、钢种、炉号、结晶器下口宽度等铸坯信息进行采集及匹配，再将数据采集系统与QMS管理应用平台建立通讯，将其相应数据传输至QMS管理应用平台进行铸坯宽度计算，从而能够自动、快速、准确地预报连铸铸坯宽度。准确说来该专利属于精确测量范畴，与铸坯宽度控制相关性较弱。
又如专利《一种连铸板坯结晶器下口宽度尺寸精确设定的工艺方法》(CN112151129A)，提供了精确计算不同钢种连铸板坯的凝固收缩系数δ和热态收缩系数β的工艺方法，从而精确设定结晶器下口宽度来确保连铸板坯的宽度精度，该专利很好的覆盖了钢种成份、拉速、结晶器调整，对收缩系数也有了详细的规定，但对于高牌号无取向硅钢而言，主要参考元素C、Cr均为杂质元素，含量低，套用该模型几乎无指导意义。
现有高牌号无取向硅钢(wt％Si≥1.7％，wt％C≥0.0050％)对目标铸坯宽度控制偏差±5mm的实际命中率偏低(≤75％)，影响后续的成品宽度控制与合同交付等问题。
针对现有高牌号无取向硅钢(wt％Si≥1.7％，wt％C≥0.0050％)对目标铸坯宽度控制偏差±5mm的实际命中率偏低(≤75％)，后续的成品宽度控制与合同交付等问题，需要发明一种新的高牌号无取向硅钢铸坯宽度控制方法。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种高牌号无取向硅钢铸坯宽度控制方法。
本发明采用的技术方案是：一种高牌号无取向硅钢铸坯宽度控制方法，结晶器上、下口参数设定公式：
结晶器下口宽度：W下＝k×[δ+(1.2-ν)×0.085]；
结晶器上口宽度：
其中：
k为目标宽度，板坯温度＜40℃时的测量值；
δ为钢种收缩系数，其定义如下式：
δ与钢种成份及钢水过热度有关，不同成份，特别是C、Si、Al、Mn、P、S等元素含量变化时，其值跟随变化，该值可借助仪器测量获取，或通过经验模型估算得出；由于高牌号无取向硅钢的过热度偏差控制在0～5℃，对于约1600℃的钢水温度，几乎可认为浇注温度对δ影响很低；
υ为拉速，控制范围为0.8～1.2m/min，生产过程中尽量控制恒定；
β为结晶器宽面锥度，控制范围为0.01±0.005；
ε为浸入式水口插入深度，控制范围为100～150mm。
所述高牌号无取向硅钢成份：C：≤0.0030％，Si：1.70％～3.60％，Al：≤1.50％，Mn：≤1.0％，P：≤0.050％，S：≤0.0050％。无取向硅钢中的其余合金元素按钢种现有技术处理。
选用碱度控制在0.6～1.2的保护渣。碱度小的保护渣相对碱度大的保护渣导热性能好，板坯冷态宽度较窄。
二次冷却水动态调整，满足铸坯通过矫直区域温度控制在900±25℃。
二次冷却水作为初生板坯的直接冷却媒介，对初生坯壳强度、液芯位置、凝固过程等是最直接的影响因素，在脱离结晶器后，板坯以初生坯壳、结晶层、液芯的组合形式进入二冷区，受力形式为扇形段铸辊有限的拉矫力，板坯尺寸存在自由发展的趋势。即使固定结晶器控制参数且过程无任何波动，对于高牌号无取向硅钢而言，Si含量越高，坯壳强度越低，由于板坯初生坯壳具有较低的强度和较高的塑性变形特征，一旦二冷区冷却强度发生改变，板坯会因此出现延展或收缩。二冷区的冷却强度无法固定的原因在于，初生坯壳强度和塑性变形能力对钢液成分尤其是奥氏体形成元素具有强敏感性，浇铸过程无法改变钢水成分条件，因此动态地根据钢液成分调整二冷区冷却强度成为高精度控制板坯宽度的重要手段。中间包温度是影响钢水在结晶器凝固的先决条件。
对铸机工况监控，通过调整维持辊缝间隙于±1.5％内变动。
在化学成分等因素变化不大的前提下随着连铸的进行，驱动辊会随着温度升高而膨胀辊缝减小，铸坯在液芯静压力的作用下只能向宽度方向扩展，冷却条件亦会随铸机状态改变而发生变化影响传热，同一浇次中展宽随炉次先增加后减少在中间炉次时达到最大值。使用激光跟踪仪、DINI高精度水准仪等测量设备对设备状态监测，适时调整，通过调整维持辊缝间隙于±1.5％内变动，提高命中率。
铸坯坯厚230±20mm。
本发明从钢种本身特性入手，结合连铸设备条件，通过调整合适的连铸工艺，达到提高高牌号无取向硅钢目标宽度命中率的目的。本发明适用于常规连铸流程(流程为炼钢→连铸→热轧→常化→冷轧→热处理→剪切包装)生产高牌号无取向硅钢。
本发明与现有技术相比，高牌号无取向硅钢(wt％Si≥1.7％，wt％C≥0.0050％)对目标铸坯宽度控制偏差±5mm的实际命中率可提高15～20％。
附图说明
图1为本发明实施前后实测宽度对比(目标宽度k＝1150mm)；
图2为本发明实施前后实测宽度对比(目标宽度k＝1200mm)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
本发明一种高牌号无取向硅钢铸坯宽度控制方法，结晶器上、下口参数设定公式：
结晶器下口宽度：W下＝k×[δ+(1.2-ν)×0.085]；
结晶器上口宽度：
其中：
k为目标宽度，板坯温度＜40℃时的测量值；
δ为钢种收缩系数，其定义如下式：
δ与钢种成份及钢水过热度有关，不同成份，特别是C、Si、Al、Mn、P、S等元素含量变化时，其值跟随变化，该值可借助仪器测量获取，或通过经验模型估算得出；由于高牌号无取向硅钢的过热度偏差控制在0～5℃，对于约1600℃的钢水温度，几乎可认为浇注温度对δ影响很低；
υ为拉速，控制范围为0.8～1.2m/min，生产过程中尽量控制恒定；
β为结晶器宽面锥度，控制范围为0.01±0.005；
ε为浸入式水口插入深度，控制范围为100～150mm。
所述高牌号无取向硅钢成份：C：≤0.0030％，Si：1.70％～3.60％，Al：≤1.50％，Mn：≤1.0％，P：≤0.050％，S：≤0.0050％。无取向硅钢中的其余合金元素按钢种现有技术处理。
选用碱度控制在0.6～1.2的保护渣。二次冷却水动态调整，满足铸坯通过矫直区域温度控制在900±25℃。对铸机工况监控，通过调整维持辊缝间隙于±1.5％内变动。本发明选用铸坯坯厚230±20mm。
精确控制高牌号无取向硅钢铸坯宽度就需要使得展宽与收缩相平衡，两者对宽度的变化在可控的范围内。与现有技术相比，本发明着重于建立结晶器上下口宽度、锥度、拉速等连铸工艺调整模型，对高牌号无取向硅钢连铸板坯宽度进行精准控制，以下将对本发明中工艺控制范围详细说明。
连铸全过程均是明显的降温过程，铸坯的冷却收缩在结晶器内、二冷段和空冷段均存在，收缩量大小与降温幅度和钢种的收缩系数(热膨胀系数)有关，控制得当时，连铸过程铸坯的收缩量基本恒定，其中空冷段的收缩约占整体收缩的70～80％。
在结晶器中的铸坯由于边部有束缚，相当于对铸坯侧面刚性固定，铸坯无法展宽；在二冷段，在连铸机夹辊之间运行的板坯坯壳，缺少边部约束，在内部钢液压力和外部各种力的作用下产生展宽现象；空冷段铸坯全凝后，既无钢的液芯压力也不受外力，故不产生展宽，全部表现为收缩。
铸坯收缩和铸坯的展宽是铸坯连铸过程共存的两种现象，铸坯收缩在连铸全程均存在，而展宽现象只在二冷段存在。铸坯宽度尺寸的变化是铸坯展宽与冷却收缩两种现象叠加的结果。也意味着，铸坯宽度的变化是铸坯展宽与冷却收缩共同作用的结果，控制铸坯宽度也就是建立展宽、收缩与目标宽度之间的联系并据此调整连铸工艺参数。
在实际生产过程中，引起铸坯宽度尺寸与设计差异的因素可能是工艺因素的变化，如：拉速、二次冷却、浇铸温度、是否实施轻压下等；也可能是设备因素的差异：不同的辊列设计、驱动辊驱动力矩的差异等；铸坯本身的因素，例如断面尺寸不同、钢种差异等，也是铸坯宽度尺寸与设计差异的重要原因；另外，偶然因素，如结晶器锥度的突然改变，设备和工艺参数的偶然异常等，也会引起铸坯宽度尺寸与设计差异；除去偶然因素的影响，以上诸因素对铸坯宽度变化的影响概括为两个方面：即改变铸坯的温度场和改变铸坯的应力——应变场。如浇铸温度、拉速、二次冷却条件、铸坯断面尺寸等的差异均可以改变铸坯的温度场；而熔融钢水压力、驱动辊的碾压力、辊列与铸坯的摩擦力、轻压下作用等可改变铸坯的应力场；而钢种材料属性的不同，必然导致其高温力学性能的差异，在相同的受力状态下，不同材料的应变不同。此外，温度场和力场又相互影响：一方面，温度场会影响铸坯的变形，从而影响接触状态；另一方面，接触改变影响铸坯的传热条件，导致影响温度场；铸坯的宽度控制就是典型的热——力耦合影响及其控制。
过热度较高的炉次，在同一结晶器进行浇注时，板坯宽度比钢水温度较低的炉次宽。高的过热度延缓了弯月面区坯壳的形成，使得出结晶器时的坯壳减薄、铸坯展宽增加。
二次冷却水作为初生板坯的直接冷却媒介，对初生坯壳强度、液芯位置、凝固过程等是最直接的影响因素，在脱离结晶器后，板坯以初生坯壳、结晶层、液芯的组合形式进入二冷区，受力形式为扇形段铸辊有限的拉矫力，板坯尺寸存在自由发展的趋势。即使固定结晶器控制参数且过程无任何波动，对于高牌号无取向硅钢而言，Si含量越高，坯壳强度越低，由于板坯初生坯壳具有较低的强度和较高的塑性变形特征，一旦二冷区冷却强度发生改变，板坯会因此出现延展或收缩。二冷区的冷却强度无法固定的原因在于，初生坯壳强度和塑性变形能力对钢液成分尤其是奥氏体形成元素具有强敏感性，浇铸过程无法改变钢水成分条件，因此动态地根据钢液成分调整二冷区冷却强度成为高精度控制板坯宽度的重要手段。中间包温度是影响钢水在结晶器凝固的先决条件。
拉速是明显影响板坯宽度的参数之一，对凝固坯壳厚度的影响十分显著。拉速增加，铸坯液芯长度增加，凝固坯壳厚度减薄，导致铸坯的温度增高，凝固坯壳的强度和抗外力(如轻压下力)的能力变低，在钢液静压力的作用下坯壳脱离结晶器约束后在宽度方向上扩展变大，导致同一断面拉速提升后宽度变宽。资料显示：对铁素体不锈钢来说，拉速每提高0.2m/min，凝固液面就向铸坯表面推进4mm，即拉速的提高使坯壳变薄。受铁素体高温强度低的性能影响，板坯坯壳越薄越容易发生外形改变，造成超宽，同为铁素体组织的高牌号无取向硅钢也是如此。因而，稳定中间包温度控制拉速降低凝固坯壳厚度的波动，在一定程度上能够缓解硅钢铸坯的展宽现象。
浸入式水口插入深度影响钢液在结晶器内的流场以及钢液对初生坯壳的冲刷程度，SEN水口插入过深使板坯整体宽度偏宽。
锥度的大小必须合适，过大的锥度会造成结晶器对坯壳的挤压，导致角部凹陷，坯壳与结晶器的摩擦增加，加剧结晶器的磨损，还会出现表面增铜。锥度小会使气隙增大、热流减小、坯壳减薄、容易发生漏钢；另外锥度过小会使角部转动加剧，诱发皮下裂纹和纵向凹陷的产生。
保护渣碱度是影响结晶器渣层导热和散热的主要因素之一，碱度小的保护渣相对碱度大的保护渣导热性能好，板坯冷态宽度较窄。
此外，铸机工况等设备因素也会引起板坯宽度尺寸变化，在化学成分等因素变化不大的前提下随着连铸的进行，驱动辊会随着温度升高而膨胀辊缝减小，铸坯在液芯静压力的作用下只能向宽度方向扩展，冷却条件亦会随铸机状态改变而发生变化影响传热，同一浇次中展宽随炉次先增加后减少在中间炉次时达到最大值。有条件可使用激光跟踪仪、DINI高精度水准仪等测量设备对设备状态监测，适时调整。
实施例1：如图1所示，实施本发明方法前后实测宽度对比(目标宽度k＝1150mm)，可知，实施前，对目标铸坯宽度控制偏差±5mm命中率为70％，实施后，命中率为91.50％。
实施例2：如图2所示，实施本发明方法前后实测宽度对比(目标宽度k＝1200mm)，可知，实施前，对目标铸坯宽度控制偏差±5mm命中率为71.4％，实施后，命中率为89.6％。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (5)
1.一种高牌号无取向硅钢铸坯宽度控制方法，其特征在于：
结晶器上、下口参数设定公式：
结晶器下口宽度：W下＝k×[δ+(1.2-ν)×0.085]；
结晶器上口宽度：
其中：
k为目标宽度，板坯温度＜40℃时的测量值；
δ为钢种收缩系数，其定义如下式：
υ为拉速，控制范围为0.8～1.2m/min；
β为结晶器宽面锥度，控制范围为0.01±0.005；
ε为浸入式水口插入深度，控制范围为100～150mm。
2.根据权利要求1所述的一种高牌号无取向硅钢铸坯宽度控制方法，其特征在于：上述步骤中，还包括选用碱度控制在0.6～1.2的保护渣。
3.根据权利要求1所述的一种高牌号无取向硅钢铸坯宽度控制方法，其特征在于：上述步骤中，还包括二次冷却水动态调整，满足铸坯通过矫直区域温度控制在900±25℃。
4.根据权利要求1所述的一种高牌号无取向硅钢铸坯宽度控制方法，其特征在于：上述步骤中，还包括对铸机工况监控，通过调整维持辊缝间隙于±1.5％内变动。
5.根据权利要求1所述的一种高牌号无取向硅钢铸坯宽度控制方法，其特征在于：铸坯坯厚230±20mm。
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- 2022-06-22 CN CN202210715112.XA patent/CN115055657A/zh active Pending
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