CN115608938A - 一种用于h型钢轧制生产的连铸矩形坯异型化方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于H型钢轧制生产的连铸矩形坯异型化方法，属于连铸矩形坯生产领域。针对H型钢轧前尺寸需求，提供一组或多组内外弧双侧凸型辊与一组或多组平辊组合凝固末端压下，在连铸矩形坯经凸型辊压下发生较大形变后，再利用平辊进行压下，极大程度降低压坯抗力；对连铸矩形坯角部的凸起翘脚进行修正，使入轧前连铸矩形坯坯型趋于异型化，从而降低H型钢轧制道次，解决了矩形坯轧制H型钢道次多、金属收得率低的难题，同时达到改善连铸矩形坯内部质量的作用。
Description
技术领域
本发明属于连铸矩形坯生产领域，具体为一种用于H型钢轧制生产的连铸矩形坯异型化方法。
背景技术
目前，大规格型材生产流程大致分为两种，一种是采用常规矩形连铸坯为轧制原料，通过万能轧机进行压凹、扩腰等步骤，直至最后成材；第二种是直接采用连铸异形坯进行轧制，其中连铸异形坯的断面是H型，其更接近成品轧材断面。
采用第一种方式生产时，例如专利CN111465458A提出了一种H型钢的制造方法，采用矩形坯直接轧制H型钢，由于轧制件的腹部比目标型钢的腹部宽，在轧制件的尾部会出现突出的舌形，在后续万能轧机轧制之前，需要将这一部分凸出的舌形切割才能进行精轧，显著降低了金属收得率。此外，在轧制过程中需要对矩形坯压下凹坑，同时还需辅以多组立辊修正窄边鼓肚，不仅显著增加了轧制道次，而且对轧制力要求较大，轧辊磨损严重。
采用第二种方式生产时，例如专利CN209773412U提出了一种连铸机及其近终型异形坯连铸结晶器，可以保证连铸至轧制过程中的异型化生产。因结晶器设计为异形坯的结构，在结晶器内初凝时，在翼缘、腹板、R角等位置因受力不同，难以避免萌生裂纹。专利CN107876721A提出了一种异形坯腹板中心裂纹控制方法，但由于连铸异形坯独特的结构，各个特征部位温差很大，导致铸坯裂纹缺陷频发。此外，异形坯表面积大、腰部窄，其凝固终点很短，且由于形状特殊，无法实施电磁搅拌、凝固末端压下等内部质量控制技术。
利用拉矫机内弧辊在大方坯凝固末端实施压下可起到改善铸坯中心偏析与缩孔缺陷的工艺效果，即连铸凝固末端压下技术，已在行业内得到广泛应用。连铸凝固末端压下技术旨在实现挤压凝固末端，改善偏析与疏松，为内弧辊单侧压坯，受拉矫机液压缸所能提供压力的限制，其压下变形量一般只能达到铸坯厚度的3％～10％。专利CN104399924A提出了一种凸型辊压坯技术，即采用凸型辊在凝固末端压下，并在凝固末端实施约10％变形量，压下量不足且为单侧压坯。
专利CN213469512U提出了一种连铸合金钢方坯的制造设备，其中通过不同的单侧凸型辊压下不同断面的方坯，大幅度减少拉矫机的压坯抗力，但由于使用凸型辊的尺寸不同，形成的多梯度凹坑不利用后续的轧制。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于H型钢轧制生产的连铸矩形坯异型化方法，目的是根据H型钢轧前尺寸需求和连铸矩形坯质量控制要求，通过一组或多组内外弧双侧凸型辊与一组或多组平辊组合在凝固末端压下，凸型辊压下后，需使用平辊进行对角部的翘脚进行调整，并对凸辊未压下区域实现质量控制改变连铸矩形坯最终形状，变形后连铸矩形坯腰部厚度较连铸矩形坯宽边厚度减薄20％～50％，使入轧前连铸矩形坯坯型趋于异型化，从而降低H型钢轧制道次，解决了矩形坯轧制H型钢道次多、金属收得率低的难题。
采用本发明设计一种用于H型钢轧制生产的连铸矩形坯异型化方法，按照以下步骤进行：
步骤1：首先根据典型连铸工况条件确定凝固终点位置范围，以在凝固末端及完全凝固后排布拉矫机，为改善中心偏析，降低压下变形难度和裂纹风险，一般选取连铸矩形坯中心固相率fs＝0.6至完全凝固后10m～20m内排布拉矫机；
步骤2：根据H型钢轧前尺寸需求，设计连铸凸型辊结构，凸型辊形状由三部分组成：边缘区、弧形区及凸台区；其中，边缘区即从凸型辊边缘到弧形曲线的距离；弧形区为弧形曲线的长度，设计贴近粗轧所需弧形；凸台区即凸起平台的长度；凸台区经过弧形区过渡到边缘区，由于形成的凸型辊整体弧形是呈先增大后减小的趋势，故为凸型辊结构；平辊长度覆盖连铸矩形坯宽度即可；
步骤3：将一组或多组内外弧双侧凸型辊与一组或多组平辊组合设置在凝固末端，建立连铸矩形坯凝固末端凸型辊与平辊压下过程三维热/力耦合模型，根据H型钢轧前尺寸需求，设计凸型辊和平辊压下道次与压下量，优化步骤(2)中凸型辊的结构，具体步骤如下：
步骤3.1：首先沿拉坯方向，一组或多组内外弧双侧凸型辊压下量逐渐增大，控制总压下量达到热/力学模拟后H型钢轧前凹陷尺寸需求的变形量；
步骤3.2：在经过一组或多组内外弧双侧凸型辊压下后，角部发生凸起产生翘脚，其形状不利于开坯机粗轧，因此需在凸型辊压下后，沿拉坯方向，排布一组或多组平辊，并逐渐增加压下量，控制总压下量达到热/力学模拟后H型钢轧前角部尺寸需求的变形量；
步骤3.3：比对最终压后连铸矩形坯形状与H型钢轧前尺寸需求，当连铸矩形坯异型化后主要结构尺寸(凹陷深度、腹板长度、弧形区长度、铸坯最大宽度、铸坯最大高度等)与H型钢轧前尺寸需求误差≤5％，认为连铸矩形坯形状符合轧制异形坯要求；如误差超过5％，则对凸型辊结构进行优化调整(步骤2)和压下量、压下道次进行调整(步骤3.1)，直至满足H型钢轧前尺寸需求。
所述的步骤3中，首先通过单辊单道次内外弧双侧凸型辊凝固末端压下模型，确定各梯度的压坯抗力及压下坯型。根据各梯度的单道次压下状况，选择总压下量进行一组或多组内外弧双侧凸型辊加一组或多组平辊凝固末端压下，使其压坯抗力满足其拉矫机的承受范围及压下坯型符合H型钢轧前尺寸需求。其中所述的连铸矩形坯可替换为方坯。
本发明的有益效果：
本发明提出了通过在常规矩形坯凝固末端增加内外弧双侧凸型辊压下，完成常规矩形坯向H型钢的异型化调控的流程。该流程不仅可实现矩形坯异型化以满足H型钢轧前尺寸需求，还可以减少常规矩形坯流程轧制道次，改善连铸矩形坯内部质量，解决异形坯连铸裂纹频发的难题。
本发明提出的通过内外弧双侧凸型辊与平辊组合压下的工艺，可使矩形坯在连铸阶段完成异型化，与既有的连铸异形坯轧制H型钢流程相比可从解决铸坯裂纹频发的缺陷，与既有的矩形坯轧制H型钢流程相比可显著减少轧制道次，降低连铸矩形坯切头切尾损耗，提高金属收得率。提前对压下过程热/力学模拟得到的各压下道次压下量-压坯力-拉坯力等关键变量，作为后继连铸机拉矫机能力设计的重要基础数据。此外，该技术对既有矩形坯连铸机改造小，具有投资少，且能兼顾多断面的优势。
附图说明
图1为本发明设计流程图；
图2为凸型辊单辊示意图，其中1为凸台区长度，2为弧形区长度，3为边缘区长度，4为弧形区高度；
图3为平辊单辊示意图；
图4为本发明实施例中四组内外弧双侧凸型辊压下后连铸矩形坯半坯横断面坯型，(a)为四组内外弧双侧凸型辊压下示意图，(b)为凸型辊压下后连铸矩形坯半坯横断面示意图；其中，5为内外弧双侧凸型辊，6为凸型辊压下后连铸矩形坯半坯；
图5为本发明实施例中四组内外弧双侧凸型辊加两组平辊压下后连铸矩形坯半坯横断面坯型，(a)为平辊压下示意图，(b)为平辊压下后连铸矩形坯半坯横断面示意图，其中，7为平辊，8为平辊压下后连铸矩形坯半坯；
图6为本发明实施例中H型钢轧前尺寸需求；
图7为本发明实施例中各道次压坯抗力大小；
图8为本发明实施例中模拟制得坯型尺寸；
图9为本发明实施例中重合轧制所需坯型与采用本发明方法后制得坯型。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
以某钢厂370×550mm断面矩形坯连铸生产Q235B微合金H型钢为例，其设计流程图如图1所示，实施步骤如下：
(1)根据现场铸机的结晶器及二冷段冷却制度，在过热度25℃，浇铸温度1515℃，工作拉速0.82m/min等条件计算出此断面下此钢种的凝固终点位置为37.61m，并根据凝固终点位置，在凝固终点后，在10m～20m内，以辊间距1.3m排布6架拉矫机。
(2)根据钢厂对H型钢轧前尺寸需求，设计凸型辊形状如图2所示，凸型辊形状由三部分组成：边缘区、弧形区及凸台区；凸台区经过弧形区过渡到边缘区，其中，边缘区即从凸型辊边缘到弧形曲线的距离，即为边缘区长度3；弧形区为弧形曲线的长度，即为弧形区长度2，根据弧形区长度2和弧形区高度4形成设计贴近粗轧所需弧形；凸台区中凸起平台的长度，即为凸台区长度1；由于凸型辊弧形是呈先增大后减小的趋势，故为凸型辊结构；平辊长度覆盖连铸坯宽度即可；平辊单辊如图3所示。热力学模拟后要达到H型钢轧前尺寸需求如图6所示，确保异型化后的连铸坯能较好进入开坯机进行粗轧。
其中，关键参数据H型钢轧前尺寸所需的弧形区长度82.46mm，设计凸型辊弧形区长度为85mm；据H型钢轧前尺寸所需的腹板长度225.08mm，设计凸型辊凸台长度为225mm；据H型钢轧前尺寸所需的坑深40mm，设计凸型辊凸台高度为40mm；辊径为500mm；从属尺寸辊长为595mm，覆盖连铸矩形坯宽度即可。平辊辊径为500mm，辊长为600mm。
(3)根据铸机参数和工况建立连铸矩形坯凸型辊/平辊压下过程的三维热/力耦合模型。首先通过单辊单道次内外弧双侧凸型辊凝固末端压下模型，确定各梯度压下量20mm，40mm，60mm，80mm，100mm，120mm的压坯抗力及压下坯型。根据单道次压下状况，选择总压下量为100mm进行一组或多组内外弧双侧凸型辊加一组或多组平辊凝固末端压下，使其压坯抗力满足其拉矫机的承受范围及压下坯型符合H型钢轧前尺寸需求。多道次多辊压下中其压下工艺满足当前道次压下量在前一道次压下量基础上递减的趋势，避免各道次压坯抗力出现较大差异，避免出现超过拉矫机上限的峰值。经排列组合二组、三组、四组内外弧双侧凸型辊压下100mm与一组、二组平辊压下20mm，最终得出在四组内外弧双侧凸型辊总压下量为100mm，分配压下量为40mm，30mm，20mm，10mm的压下量，内外弧双侧凸型辊5压下后(见图4(a))，得到的凸型辊压下后连铸矩形坯半坯6横断面示意图如图4(b)；两组平辊总压下量为20mm，分配为压下量为15mm，5mm，平辊7压下后(见图5(a))，修正连铸矩形坯角部凸起翘脚得到的平辊压下后连铸矩形坯半坯8横断面示意图如图5(b)。在工作拉速0.82m/min，凝固末端时开始排布内外弧双侧凸型辊，其辊间距为1.3m，四组内外弧双侧凸型辊后排布两组平辊，辊间距为1.3m。同时在压下过程中，控制宽面中心温度与角部温差大于150℃，表面温度大于800℃。经计算得到如图7所示各个道次的压坯抗力，模拟制得坯型满足H型钢轧前尺寸需求，如图8所示。
上述实施例仅为本发明技术的一种具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围之内。
综上所述，采用本发明技术，可将常规矩形坯异型化，使其入轧前接近异形坯形状，满足轧制坯型需求，如图9所示，解决常规矩形坯轧制H型钢道次多、成材率低的难题。
Claims (9)
1.一种用于H型钢轧制生产的连铸矩形坯异型化方法，其特征在于，所述方法包括：
根据H型钢轧前尺寸需求和连铸矩形坯质量控制要求，通过一组或多组内外弧双侧凸型辊与一组或多组平辊组合在凝固末端压下，使入轧前连铸矩形坯坯型趋于异型化。
2.根据权利要求1所述的用于H型钢轧制生产的连铸矩形坯异型化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：首先根据典型连铸工况条件确定凝固终点位置范围，以在凝固末端及完全凝固后排布拉矫机；
步骤2：根据H型钢轧前尺寸需求，设计连铸凸型辊结构和平辊长度；
步骤3：将一组或多组内外弧双侧凸型辊与一组或多组平辊组合设置在凝固末端，建立连铸矩形坯凝固末端凸型辊与平辊压下过程三维热/力耦合模型，根据H型钢轧前尺寸需求，设计凸型辊和平辊压下道次与压下量，优化步骤2中凸型辊的结构，得到满足要求的轧制异型坯。
3.根据权利要求2所述的用于H型钢轧制生产的连铸矩形坯异型化方法，其特征在于，所述的步骤1中，一般选取连铸矩形坯中心固相率fs＝0.6至完全凝固后10m～20m内排布拉矫机。
4.根据权利要求2所述的用于H型钢轧制生产的连铸矩形坯异型化方法，其特征在于，设计的凸型辊结构分为边缘区、弧形区及凸台区；凸台区经过弧形区过渡到边缘区，形成凸型辊的整体弧形是呈先增大后减小的趋势，其中，边缘区即从凸型辊边缘到弧形曲线的距离；弧形区为弧形曲线的长度，设计贴近粗轧所需弧形；凸台区即凸起平台的长度。
5.根据权利要求2所述的用于H型钢轧制生产的连铸矩形坯异型化方法，其特征在于，平辊长度覆盖连铸矩形坯宽度。
6.根据权利要求2所述的用于H型钢轧制生产的连铸矩形坯异型化方法，其特征在于，根据H型钢轧前尺寸需求，设计凸型辊和平辊压下道次与压下量，优化步骤2中凸型辊的结构，具体步骤包括：
步骤3.1：首先沿拉坯方向，一组或多组内外弧双侧凸型辊压下量逐渐增大，控制总压下量达到热/力学模拟后H型钢轧前凹陷尺寸需求的变形量；
步骤3.2：在经过一组或多组内外弧双侧凸型辊压下后，角部发生凸起产生翘脚，在凸型辊压下后，沿拉坯方向，排布一组或多组平辊，并逐渐增加压下量，控制总压下量达到热/力学模拟后H型钢轧前角部尺寸需求的变形量；
步骤3.3：比对最终压后连铸矩形坯形状与H型钢轧前尺寸需求，连铸矩形坯主要结构尺寸与轧前尺寸需求误差≤5％，则认为连铸矩形坯形状符合轧制异型坯要求；则对步骤2中的凸型辊结构进行优化调整，并对步骤3.1中的压下量、压下道次进行调整，直至满足H型钢轧前尺寸需求。
7.根据权利要求6所述的用于H型钢轧制生产的连铸矩形坯异型化方法，其特征在于，所述的步骤3.3中，连铸矩形异型化后主要结构尺寸为凹陷深度、腹板长度、弧形区长度、铸坯最大宽度、铸坯最大高度中的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的用于H型钢轧制生产的连铸矩形坯异型化方法，其特征在于，所述的步骤3中，首先通过单辊单道次内外弧双侧凸型辊凝固末端压下模型，确定各梯度的压坯抗力及压下坯型；根据各梯度的单道次压下状况，选择总压下量进行一组或多组内外弧双侧凸型辊加一组或多组平辊凝固末端压下，使其压坯抗力满足其拉矫机的承受范围及压下坯型符合H型钢轧前尺寸需求。
9.根据权利要求6所述的用于H型钢轧制生产的连铸矩形坯异型化方法，其特征在于，所述的连铸矩形坯可替换为方坯。
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