CN116329511B - 一种减少热轧低碳钢连铸板坯卷渣夹杂物含量的方法 - Google Patents
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Abstract
一种减少热轧低碳钢连铸板坯卷渣夹杂物含量的方法，非稳态浇铸阶段包括开浇阶段、终浇阶段和换水口阶段；根据各个阶段的速度变化来计算非稳态浇铸期间浇铸的铸坯长度，并在出坯后将其进行切除，将保护渣夹杂物从铸坯主体上切除。本发明通过变速使坯壳最大限度的捕获夹杂物，夹杂物集中在了非稳态期间的铸坯段落上，将此铸坯段落切除，使得铸坯主体上的卷渣夹杂物减少，进而保证了后续轧制出的带钢质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种减少热轧低碳钢连铸板坯卷渣夹杂物含量的方法，特别是能够在连铸生产过程中减少板坯卷渣夹杂物含量的方法，属于炼钢技术领域。
背景技术
连铸机结晶器生产出来的板坯会运送到热轧线上进行轧制，低碳钢经过冷轧工序后多数应用到家电面板或者食品包装盒上，所以对于带钢表面的质量要求十分严格；带钢表面质量和铸坯内夹杂物的含量直接相关；在连铸生产的过程中不可避免要经过“非稳态浇铸”阶段，所谓非稳态浇铸指的是在浇铸过程中结晶器的液面和连铸机拉速频繁波动状态，比如开浇阶段、终浇阶段和换水口阶段；在非稳态浇铸阶段，结晶器液面不可避免会发生波动，结晶器内的流场出现变化，导致结晶器保护渣被卷入钢坯中的数量变多，一旦结晶器保护渣卷入钢水中会与铸坯融为一体，保护渣在铸坯内变成非金属夹杂物，直接影响了后续加工完毕的带钢表面质量；非稳态浇铸阶段的夹杂物控制一直以来都是钢铁行业的难题；在中国专利申请号为CN200710065284.2的专利“一种通过拉速变化减少连铸铸坯表层夹杂物含量的方法”公开了一种方法，通过恒定拉速或者较小的速率变化来控制夹杂物的含量；但是，在非稳态浇铸阶段采用小速率变化会延长结晶器非稳态浇铸时间，恶化结晶器传热，进而导致坯壳弯月面上移，坯壳捕捉保护渣的概率升高，因此，铸坯内卷渣夹杂物仍无法得到有效的清除；为此，业内仍然需要能够降低连铸铸坯卷渣夹杂物含量的方法，这对带钢表面质量的控制具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种减少热轧低碳钢连铸板坯卷渣夹杂物含量的方法，通过改变连铸机拉速来减少连铸板坯内大颗粒夹杂物的含量，进而提高低碳钢轧制后的带钢表面质量。
本发明所述问题是通过以下技术方案解决的：
一种减少热轧低碳钢连铸板坯卷渣夹杂物含量的方法，
所述方法根据非稳态浇铸阶段的拉速变化来计算非稳态浇铸期间浇铸的铸坯长度，然后在其出坯后将其从铸坯主体上切割下来，以减少连铸板坯主体上的卷渣夹杂物的含量；所述非稳态浇铸阶段包括开浇阶段、换水口阶段或终浇阶段；
所述非稳态浇铸阶段的拉速依据非稳态浇铸所处的阶段进行控制：
A、开浇阶段
在开浇阶段，先采用拉速调整速率a1将连铸机的拉速从初始浇铸拉速提升至拉速V27，然后再采用拉速调整速率a2将连铸机拉速由拉速V27提高至稳态浇铸拉速；
B、换水口阶段
在换水口阶段，先采用拉速调整速率a1将连铸机拉速由稳态浇铸拉速降低至0.7m/min，然后保持恒定拉速0.7m/min直至完成换水口作业，然后再采用拉速调整速率a2将连铸机拉速由0.7m/min提高至稳态浇铸拉速；
C、终浇阶段
在终浇阶段，先采用拉速调整速率a2将连铸机拉速由稳态浇铸拉速降低至拉速V27，然后再采用拉速调整速率a1将连铸机拉速由拉速V27降低至停止浇终止拉速；
其中，a1为连铸机拉速快速调整期间拉速的变化速率，a1的数值大于等于0.14m/min2；
a2为连铸机拉速缓慢调整期间拉速的变化速率，a2的数值小于等于0.1m/min2；
V27为坯壳厚度为0.027m的连铸坯出结晶器时的拉速。
上述减少热轧低碳钢连铸板坯卷渣夹杂物含量的方法，所述V27的计算公式如下：
式1
式中：
V27：坯壳厚度为0.027m的连铸坯排出结晶器时的拉速；
V开：初始浇铸拉速；
a1：连铸机拉速快速调整期间拉速的变化速率；
λ：钢的导热系数；
ρ:钢水密度；
Ta：凝固前沿温度；
Ts：铸坯表面温度；
Lf：凝固潜热；
e:坯壳厚度。
上述减少热轧低碳钢连铸板坯卷渣夹杂物含量的方法，所述开浇阶段非稳态浇铸期间的铸坯长度D1计算公式如下： 式2
式中：
a1：连铸机拉速快速调整期间拉速的变化速率；
a2：连铸机拉速缓慢调整期间拉速的变化速率；
V开：初始浇铸拉速；
V稳：稳态浇铸拉速。
上述减少热轧低碳钢连铸板坯卷渣夹杂物含量的方法，所述终浇阶段非稳态浇铸期间的铸坯长度D2计算公式如下： 式3
式中：
a1：连铸机拉速快速调整期间拉速的变化速率；
a2：连铸机拉速缓慢调整期间拉速的变化速率；
V终：停止浇终止拉速；
V稳：稳态浇铸拉速。
上述减少热轧低碳钢连铸板坯卷渣夹杂物含量的方法，所述换水口阶段非稳态浇铸期间的铸坯长度D3计算公式如下： 式4
式中：
a1：连铸机拉速快速调整期间拉速的变化速率；
a2：连铸机拉速缓慢调整期间拉速的变化速率；
V稳：稳态浇铸拉速；
V水：换水口指定拉速，取0.7m/min；
t水：换水口耗时。
本发明通过变速的方法在最短的时间内将连铸机的拉速调整至稳态浇铸拉速，在快速变速的过程中，坯壳最大限度的捕获夹杂物，在铸坯出拉矫机后，将非稳态阶段的铸坯从铸坯主体上进行切除，从而将非稳态浇铸阶段坯壳捕获的保护渣去除，进而减少铸坯卷渣夹杂物在后续的轧制过程中对质量带来的影响。
附图说明
图1为常规浇铸工艺下“非稳态”铸坯轧后夹杂物形貌；
图2为常规浇铸工艺下“非稳态”铸坯轧后夹杂物能谱分析；
图3为采用本发明方法后的铸坯轧后夹杂物形貌；
图4为采用本发明方法后的铸坯轧后夹杂物能谱分析；
图5为开浇阶段采用本发明方法后的铸坯轧后夹杂物形貌；
图6为开浇阶段采用本发明方法后的铸坯轧后夹杂物能谱分析；
图7为终浇阶段采用本发明方法后的铸坯轧后夹杂物形貌；
图8为终浇阶段采用本发明方法后的铸坯轧后夹杂物能谱分析；
图9为换水口阶段采用本发明方法后的铸坯轧后夹杂物形貌；
图10为换水口阶段采用本发明方法后的铸坯轧后夹杂物能谱分析。
具体实施方式
下面结合附图对发明进行进一步说明。
热轧低碳钢主要化学成分范围：C≤0.08%、Mn≥0.08%、Si≤0.08%、S≤0.025%、P≤0.025%、Als≥0.025%。
非稳态浇铸阶段包括开浇阶段、终浇阶段或换水口阶段；本发明提供了各个阶段的拉速调整方法，在本发明提供的拉速运行下，坯壳能够最大限度的捕获夹杂物，使夹杂物在铸坯主体存在的长度尽可能短，然后将非稳态阶段期间生产的铸坯部分从铸坯主体上切除，进而将夹杂物从铸坯主体上去除；
各个阶段的拉速变化如下：
开浇阶段：先采用拉速调整速率a1将连铸机的拉速从初始浇铸拉速提升至拉速V27，然后再采用拉速调整速率a2将连铸机拉速由拉速V27提高至稳态浇铸拉速；
终浇阶段：先采用拉速调整速率a2将连铸机拉速由稳态浇铸拉速降低至拉速V27，然后再采用拉速调整速率a1将连铸机拉速由拉速V27降低至停止浇终止拉速；
换水口阶段：先采用拉速调整速率a1将连铸机拉速由稳态浇铸拉速降低至0.7m/min，然后保持恒定拉速0.7m/min直至完成换水口作业，然后再采用拉速调整速率a2将连铸机拉速由0.7m/min提高至稳态浇铸拉速；
拉速调整速率a1的数值大于等于0.14m/min2，拉速调整速率a2的数值小于等于0.1m/min2；
在控制中心可以控制结晶器拉速以及拉速的速率调整和时间，通过计算即可得知非稳态阶段所生产的铸坯长度，在铸坯出拉矫机后，将铸坯主体上在非稳态阶段生产的局部切割下来，其余部分送至轧钢车间进行轧制；计算非稳态浇铸期间浇铸的铸坯长度，并在出坯后将其进行切除。
所述V27的计算公式如下： 式1
式中：
V27：坯壳厚度为0.027m的连铸坯出结晶器时的拉速；
V开：初始浇铸拉速；
a1：连铸机拉速快速调整期间拉速的变化速率；
λ：钢的导热系数；
ρ:钢水密度；
Ta：凝固前沿温度；
Ts：铸坯表面温度；
Lf：凝固潜热；
e:坯壳厚度；
式1中的λ、ρ和Lf均可以根据金属材料的种类以及参数对照参数表来得到热导率、密度和凝固潜热数据。
一个浇次的开始阶段称之为开浇阶段；
所述开浇阶段非稳态浇铸期间的铸坯长度D1计算公式如下：
式2
式中：
a1：连铸机拉速快速调整期间拉速的变化速率；
a2：连铸机拉速缓慢调整期间拉速的变化速率；
V开：初始浇铸拉速；
V稳：稳态浇铸拉速。
终浇阶段指的是一个浇次里的最后收尾阶段；所述终浇阶段非稳态浇铸期间的铸坯长度D2计算公式如下： 式3
式中：
a1：连铸机拉速快速调整期间拉速的变化速率；
a2：连铸机拉速缓慢调整期间拉速的变化速率；
V终：停止浇终止拉速；
V稳：稳态浇铸拉速。
换水口阶段为更换水口的阶段；所述换水口阶段非稳态浇铸期间的铸坯长度D3计算公式如下： 式4
式中：
a1：连铸机拉速快速调整期间拉速的变化速率；
a2：连铸机拉速缓慢调整期间拉速的变化速率；
V稳：稳态浇铸拉速；
V水：换水口指定拉速，取0.7m/min；
t水：换水口耗时。
图1是在常规浇铸工艺下“非稳态”铸坯在轧制后的夹杂物形貌，其能谱分析如图2所示；由图1可知，非稳态浇铸的铸坯在轧制后，带钢上分布着较大颗粒的非金属夹杂物，由图2可知，带钢上含有Ca2+、Na+以及Mg2+等金属离子，此为典型的结晶器保护渣的成分，说明非稳态阶段下的铸坯内卷入混合了较多的保护渣。
在采用本发明的方法后，夹杂物的分布如图3所示，夹杂物的能谱分析如图4所示；从图3可以得知，采用本发明生产的铸坯在轧制后，带钢上的非金属夹杂物的数量较少且颗粒尺寸较小，由图4的能谱分析可以得知，夹杂物内不含有保护渣的典型成分Ca2+、Na+以及Mg2+，说明本发明方法有效地去除了铸坯主体上的保护渣成分。
对于实施例的初始设定参数如下：
对于200mm×1020mm板坯，结晶器长度904mm，浸入式水口浸入深度为140mm，出口夹角为12°的工艺参数条件下，在前期生产数据中可测得:凝固前沿温度Ta为1395℃，铸坯表面温度Ts为1236℃，开浇初始拉速为0.30m/min，终浇拉速为0.1m/min，稳态浇铸拉速为1.5m/min；此外，根据低碳钢的化学成分对照参数表可得知钢成分λ、ρ和Lf在参数表中的对应低碳钢的数值，λ取81W/(m·℃)，ρ取7870kg/m³，Lf取271.08kJ。
实施例1
开浇阶段，完成一个浇次的浇铸前准备工作，当中间包内的钢水液面满足开浇条件后，打开水口将钢液注入结晶器，在此期间缓慢调整钢水流量，保证合适的出苗时间，结晶器内液面接近弯月面液位时，也就是液面距离结晶器上口100mm时，立即启车开始浇铸作业；初始拉速0.30m/min，以a1高变化速率0.15m/min2将拉速快速提高至1.0m/min，待到拉速达到1.0m/min后，以a2低变化速率0.1m/min2将拉速提高至稳态浇铸拉速1.5m/min，根据式2计算出开浇阶段的长度为9.28米；出坯后，使用火焰切割枪将该部分长度进行切除，铸坯主体在切除后送到下一个工序进行轧制，在轧制后生产成带钢，对带钢进行取样分析，其夹杂物的相貌如图5，能谱分析为图6，由图5和图6可知铸坯主体在经过局部长度切割后有效地去除了保护渣夹杂的部分。
实施例2
终浇阶段，首先调整塞棒氩气流量，避免液面翻钢，调整好氩气流量后，将连铸机拉速由稳态浇铸拉速以a2低拉速变化速率0.10m/min2降低至1.0m/min，然后以a1高拉速变化速率0.40m/min2将拉速调整至0.10m/min，然后进行封顶作业，根据式3计算出终浇阶段的非稳态浇铸长度为7.49米，出坯后，利用火焰切割枪将该部分长度进行切除，其余部分送往轧钢厂进行轧制，对轧制后的带钢进行取样分析，夹杂物的相貌如图7，能谱分析为图8，由图7和图8可知保护渣混合在铸坯的部分有效地的集中在了局部长度段上，然后对此段进行切除能够有效地去除铸坯主体上的保护渣掺杂部分。
实施例3
换水口阶段，首先确认双流铸坯行走情况，当接近指定位置后，调整塞棒氩气流量，避免液面翻钢，调整好氩气流量后，将连铸机的拉速由稳态浇铸拉速以a1高拉速变化速率0.40m/min2将拉速降低至0.7m/min，在换水口作业期间，保持0.7m/min的拉速；实施例3的现场中，换水口时间为0.25min，换水口作业完成后，以a2低拉速变化速率0.10m/min2将拉速由0.7m/min提高至稳态浇铸拉速1.5m/min，根据式4计算得出换水口阶段的浇铸长度为14.95米，出坯后，利用火焰切割枪将该部分长度进行切除，其余部分送往轧钢厂进行轧制，对轧制后的带钢进行取样分析，夹杂物的相貌如图9，能谱分析为图10，由图9和图10可知保护渣混合在铸坯的部分有效地的集中在了局部长度段上，然后对此段进行切除能够有效地去除铸坯主体上的保护渣掺杂部分。
Claims (4)
1.一种减少热轧低碳钢连铸板坯卷渣夹杂物含量的方法，其特征在于：
所述方法根据非稳态浇铸阶段的拉速变化来计算非稳态浇铸期间浇铸的铸坯长度，然后在其出坯后将其从铸坯主体上切割下来，以减少连铸板坯主体上的卷渣夹杂物的含量；所述非稳态浇铸阶段包括开浇阶段、换水口阶段或终浇阶段；
所述非稳态浇铸阶段的拉速依据非稳态浇铸所处的阶段进行控制：
A、开浇阶段
在开浇阶段，先采用拉速调整速率a1将连铸机的拉速从初始浇铸拉速提升至拉速V27，然后再采用拉速调整速率a2将连铸机拉速由拉速V27提高至稳态浇铸拉速；
B、换水口阶段
在换水口阶段，先采用拉速调整速率a1将连铸机拉速由稳态浇铸拉速降低至0.7m/min，然后保持恒定拉速0.7m/min直至完成换水口作业，然后再采用拉速调整速率a2将连铸机拉速由0.7m/min提高至稳态浇铸拉速；
终浇阶段
在终浇阶段，先采用拉速调整速率a2将连铸机拉速由稳态浇铸拉速降低至拉速V27，然后再采用拉速调整速率a1将连铸机拉速由拉速V27降低至停止浇终止拉速；
其中，a1为连铸机拉速快速调整期间拉速的变化速率，a1的数值大于等于0.14m/min2；
a2为连铸机拉速缓慢调整期间拉速的变化速率，a2的数值小于等于0.1m/min2；
V27为坯壳厚度为0.027m的连铸坯出结晶器时的拉速；
所述V27的计算公式如下： 式1
式中：
V27：坯壳厚度为0.027m的连铸坯出结晶器时的拉速；
V开：初始浇铸拉速；
a1：连铸机拉速快速调整期间拉速的变化速率；
λ：钢的导热系数；
ρ:钢水密度；
Ta：凝固前沿温度；
Ts：铸坯表面温度；
Lf：凝固潜热；
e:坯壳厚度。
2.根据权利要求1所述的减少热轧低碳钢连铸板坯卷渣夹杂物含量的方法，其特征在于：所述开浇阶段非稳态浇铸期间的铸坯长度D1计算公式如下：
式2
式中：
a1：连铸机拉速快速调整期间拉速的变化速率；
a2：连铸机拉速缓慢调整期间拉速的变化速率；
V开：初始浇铸拉速；
V稳：稳态浇铸拉速。
3.根据权利要求2所述的减少热轧低碳钢连铸板坯卷渣夹杂物含量的方法，其特征在于：所述终浇阶段非稳态浇铸期间的铸坯长度D2计算公式如下：
式3
式中：
a1：连铸机拉速快速调整期间拉速的变化速率；
a2：连铸机拉速缓慢调整期间拉速的变化速率；
V终：停止浇终止拉速；
V稳：稳态浇铸拉速。
4.根据权利要求2所述的减少热轧低碳钢连铸板坯卷渣夹杂物含量的方法，其特征在于：所述换水口阶段非稳态浇铸期间的铸坯长度D3计算公式如下：
式4
式中：
a1：连铸机拉速快速调整期间拉速的变化速率；
a2：连铸机拉速缓慢调整期间拉速的变化速率；
V稳：稳态浇铸拉速；
V水：换水口指定拉速，取0.7m/min；
t水：换水口耗时。
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