CN116900267A - 一种弧形连铸机冶金长度测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种弧形连铸机冶金长度测量方法及装置，包括设定电磁搅拌装置的电流和频率，通过电磁搅拌对连铸液施加电磁力；铸坯凝固后将铸坯加工成铸坯低倍试样；采用设定温度和配比下的酸洗溶液对铸坯低倍试样进行浸泡侵蚀；将铸坯低倍试样冲洗吹干白亮带表面，测量白亮带位置，得到坯壳厚度；通过凝固理论计算连铸综合凝固系数和冶金长度。本发明解决现有连铸坯壳厚度测量方法存在危险性和实施难度大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种弧形连铸机冶金长度测量方法及装置。
背景技术
钢铁材料被广泛应用于机械工程、汽车运输、工具结构等领域。据世界钢铁协会统计，超过90％是通过连铸生产的。随着国民经济和现代科技的快速发展，对机械材料以及特殊钢的性能要求不断提高，连铸作为材料成型的第一步，极大程度上影响着材料及其下游产品的质量、性能，因此保证连铸生产过程中连铸坯的质量具有重要意义。
准确确定连铸坯特定位置的凝固坯壳厚度、综合凝固系数和冶金长度对于优化设定末搅电磁搅拌(F-EMS)和末端轻压下参数，最大化发挥F-EMS和末端轻压下的降低中心偏析、中心疏松作用具有重要参考意义，同时可根据凝固坯壳厚度用来分析铸坯缺陷形成原因、二冷配水制度的合理性以及测量连铸拉速提高的潜力等。
目前，确定铸坯凝固坯壳厚度的方法主要有射钉试验法、刺穿坯壳法、同位素法等，射钉法作为应用最广泛的检测方法由于存在一定危险性，被逐渐取消使用，刺穿坯壳法、需要对铸坯进行破坏，容易造成生产事故，同位素法采用放射性金属具有辐射潜在风险。
发明内容
针对现有方法的不足，本发明解决现有连铸坯壳厚度测量方法存在危险性和实施难度大的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种弧形连铸机冶金长度测量方法及装置包括以下步骤：
步骤一、设定电磁搅拌装置的电流和频率，通过电磁搅拌对连铸液施加电磁力；
进一步的，电流范围为10A-1000A，频率范围为0.1Hz-100Hz。
进一步的，电磁搅拌的方式为交替式或连续式。
步骤二、铸坯凝固后将铸坯加工成铸坯低倍试样；
步骤三、采用设定温度和配比下的酸洗溶液对铸坯低倍试样进行浸泡侵蚀；
进一步的，设定温度范围60-80℃；配比下的酸洗溶液为工业盐酸和水体积比为1:1的混合；浸泡时间范围5-30min。
步骤四、将铸坯低倍试样冲洗吹干白亮带表面，测量白亮带位置，得到坯壳厚度；
进一步的，坯壳厚度δ的计算公式为：
δ＝(δ1+δ2+δ3+δ4)/4；
其中，δ1以铸坯几何中心为基准白亮带与铸坯纵向上边的距离，δ3以铸坯几何中心为基准白亮带与铸坯纵向下边的距离，δ2以铸坯几何中心为基准白亮带与铸坯纵向右边的距离，δ4以铸坯几何中心为基准白亮带与铸坯纵向左边的距离。
步骤五、通过凝固理论计算连铸综合凝固系数和冶金长度；
进一步的，综合凝固系数的计算公式为：
其中，K为综合凝固系数，δ为坯壳厚度，L为测量坯壳厚度的位置距离弯月面的长度，v为拉速。
进一步的，冶金长度的计算公式为：
其中，Le为冶金长度，K为综合凝固系数，v为拉速，D为铸坯厚度。
弧形连铸机冶金长度测量装置，包括：中包、结晶器和电磁搅拌装置，中包用于将钢液浇注到结晶器中；电磁搅拌装置通过感应线圈对连铸坯进行电磁处理，使铸坯凝固后形成偏析的白亮带。
进一步的，电磁搅拌装置设置在二冷区下0.1-8.0m处。
进一步的，还包括控制柜，控制柜对电磁搅拌装置的感应和激发特征进行控制。
本发明的有益效果：
在连铸凝固末期施加电磁搅拌；电磁搅拌常用于改善凝固组织，而本发明用于凝固区域形成局部负偏析，用于低倍酸洗中出现的白亮带；并使用酸洗工艺对低倍进行侵蚀，可清晰、准确确定坯壳厚度，以坯壳厚度为基础通过凝固理论计算连铸综合凝固系数和冶金长度，冶金长度值测量准确性高；本发明不对铸坯进行破坏，安全性高。
附图说明
图1是本发明的弧形连铸机冶金长度测量方法流程图；
图2是本发明的电磁搅拌装置安装示意图；
图3(a)和图3(b)是本发明的不同试验参数下的连铸坯低倍组织图；
图4是本发明设定连铸工艺参数下坯壳厚度模拟计算结果图；
图5是本发明的坯壳厚度值计算示意图；
图2中，1、中包，2、结晶器，3、电磁搅拌装置，4、控制柜，5、控制台，6、连铸坯。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，一种弧形连铸机冶金长度测量方法包括以下步骤：
步骤一、利用在连铸机铸坯凝固区末端安装的电磁搅拌装置，根据钢种以及连铸工艺参数，设置连铸末端电磁搅拌参数，包括电流和频率，加强连铸液芯搅拌处理使铸坯出现白亮带；
电磁搅拌装置3的位置为铸坯未凝固占比20％-30％位置处；根据铸坯断面、具体钢种以及生产拉速工艺参数设置，电磁搅拌装置3的位置为二冷区以下0.1-8.0m；电流范围为10A-1000A，频率范围为0.1Hz-100Hz；搅拌方式为交替式或者连续式；发挥其电磁搅拌作用，在铸坯凝固后形成偏析的白亮带。
电磁搅拌的实质就是借助在铸坯的液相穴内感生的电磁力强化液相穴内钢水的运动，而末端电磁搅拌可进行搅拌的区域就是除了坯壳厚度之外的液相区，当电磁搅拌力过大时就会在凝固区域造成局部负偏析，这种负偏析就是低倍酸洗中出现的白亮带。
凝固传热模型以传热学原理为基础，利用ANSYS软件计算设定条件下的坯壳厚度；通过ANSYS软件计算距弯月面不同距离位置的连铸坯内部的固相率和液相率，形成随距弯月面距离变化的液相线和固相线分布图，获得距离弯月面某末搅位置测量凝固坯壳厚度，通过白亮带测量方法和与凝固传热模型模拟计算基本一致。
ANSYS软件模拟建立物理模型时作以下假设：
(1)忽略连铸坯拉坯方向的传热，模型简化为二维非稳态导热模型；
(2)连铸拉速恒定，传热处于稳定状态；
(3)固态相变潜热远小于凝固潜热，忽略固态相变的影响；
(4)钢种的固、液相线温度为常数；
(5)钢种的相密度为常数；
(6)连铸坯液芯内对流传热通过有效导热系数来模拟。
控制方程为二维非稳态导热微分方程：
式中：T为温度，℃；t为时间，s；λ为导热系数，W/(m·℃)；ρ为密度，kg/m3；fs为固相率。
初始条件：
t＝0时，结晶器2内温度与浇注温度相同。
边界条件：
连铸坯表面：
结晶器：
二冷区：qw＝α(tw-tc)(4)
铸坯中心绝热边界条件：
式中，qw为热流密度，W/m2；A、B为常数；tw为铸坯表面温度，℃；tc为冷却水温度，℃。
步骤二、待铸坯凝固后，将铸坯经加工机床加工成铸坯低倍试样；
步骤三、采用设定温度和配比下的酸洗溶液对铸坯低倍试样进行侵蚀，可以清晰地显现铸坯低倍组织，包括柱状晶长度、粗细，等轴晶区域等，以及可能出现的白亮带区域特征，可以供检测人员对铸坯低倍进行缺陷分析、评级，轻松初步判断铸坯的质量好坏。
侵蚀条件为设定温度为60-80℃；用工业盐酸和水体积比为1:1的混合腐蚀液，浸泡5-30min。
步骤四、将铸坯低倍试样冲洗干净，并吹干白亮带所在的表面，测量白亮带位置，得到坯壳厚度值；
经过热盐酸腐蚀后如果出现白亮带，用卡尺测量白亮带到铸坯边侧的距离，经多次测量，测量数据中选择铸坯横向和纵向的几何中线位置作为参考数据值，并计算平均值，最终确定坯壳厚度值；如图5所示，坯壳厚度值＝(δ1+δ2+δ3+δ4)/4，其中，δ1以铸坯几何中心为基准白亮带与铸坯纵向上边的距离，δ3以铸坯几何中心为基准白亮带与铸坯纵向下边的距离，δ2以铸坯几何中心为基准白亮带与铸坯纵向右边的距离，δ4以铸坯几何中心为基准白亮带与铸坯纵向左边的距离。
步骤五、以测量的坯壳厚度值为基础，通过凝固理论计算连铸综合凝固系数和冶金长度。
坯壳厚度除了实际测量，比如射钉法、灌铅法、同位素检测法等，其次最常用的方法就是计算机模拟，计算机模拟的成本比较低，试验周期也短，但模拟计算与实际测量略有差别。
测量出坯壳厚度后，根据公式计算综合凝固系数K值,单位为mm/min1/2；δ为坯壳厚度，单位为mm；L为测量坯壳厚度的位置距离弯月面的长度，单位为m；v为拉速，单位为m/min；利用综合凝固系数K值，再根据公式/>计算冶金长度Le，单位m；D为铸坯厚度，单位为mm；v为拉速，单位为m/min。
弧形连铸机冶金长度测量装置，包括：中包1、结晶器2和电磁搅拌装置3，在连铸生产时，钢液通过中包1浇注到结晶器2中，在结晶器2内的连铸坯6形成坯壳，根据钢种特性通过主控室内控制台5进行电磁搅拌装置3的处理参数设置，包括电流和频率，并将参数传输到控制柜4，由控制柜4对电磁搅拌装置3的感应和激发特征进行控制，通过电磁搅拌装置3对通过感应线圈的连铸坯6进行电磁处理，电磁搅拌装置3可以采用型号为DJM2-370SNF。
实施例2：
如图3(a)所示，以生产220mm×260mm断面的45钢为例，中包过热度为25℃，拉速为1.05m/min，结晶器水温差7℃，二冷比水量为0.25L/kg，F-EMS电流参数设置为400A，频率为6Hz，末搅位置距离弯月面10.15m，生产的铸坯经过加工、酸洗后测量坯壳厚度δ为80mm；将末搅位置、拉速和凝固坯壳厚度数据带入式得出连铸机在该冷却强度下的综合凝固系数K为25.73mm/min1/2；将K带入式/>得到该连铸工艺下连铸冶金长度Le为22.68m。
实施例3：
如图3(b)所示，以生产220mm×260mm断面的45钢为例，中包过热度为28℃，拉速为1.05m/min，结晶器水温差7℃，二冷比水量为0.20L/kg，F-EMS电流参数设置为400A,频率为6Hz,末搅位置距离弯月面10.15m，生产的铸坯经过加工、酸洗后测量坯壳厚度δ为73mm；将末搅位置、拉速和凝固坯壳厚度数据带入式得出连铸机在该冷却强度下的综合凝固系数K为23.48mm/min1/2，将K带入式/>得到该连铸工艺下连铸冶金长度Le为27.24m。
实施例4：
如图4所示，以电炉炼钢厂45钢为研究钢种，220mmx260mm断面铸坯为研究对象，建立物理模型；中包过热度为25℃，拉速为1.05m/min，结晶器水温差7℃，二冷比水量为0.25L/kg为模拟模型计算参数；通过ANSYS计算距弯月面不同距离位置的连铸坯内部的固相率、液相率，并将对应的位置的数值形成随距离变化的液相线和固相线分布图，通过ANSYS软件可以获得距离弯月面10.15m末搅位置测量凝固坯壳厚度为81.61mm，实际测量与模拟计算基本一致。
本发明实施时，在连铸凝固末期施加末端电磁搅拌操作简单，不对铸坯进行破坏，安全性高，使用特定酸洗工艺对低倍进行侵蚀，可清晰、准确确定坯壳厚度，以坯壳厚度为基础通过凝固理论计算连铸综合凝固系数和冶金长度，冶金长度值测量准确率高。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种弧形连铸机冶金长度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、设定电磁搅拌装置的电流和频率，通过电磁搅拌对连铸液施加电磁力；
步骤二、铸坯凝固后将铸坯加工成铸坯低倍试样；
步骤三、采用设定温度和配比下的酸洗溶液对铸坯低倍试样进行浸泡侵蚀；
步骤四、将铸坯低倍试样冲洗、吹干白亮带表面，测量白亮带位置，得到坯壳厚度；
步骤五、通过凝固理论计算连铸综合凝固系数和冶金长度。
2.根据权利要求1所述的弧形连铸机冶金长度测量方法，其特征在于，电流范围为10A-1000A，频率范围为0.1Hz-100Hz。
3.根据权利要求1所述的弧形连铸机冶金长度测量方法，其特征在于，电磁搅拌的方式为交替式或连续式。
4.根据权利要求1所述的弧形连铸机冶金长度测量方法，其特征在于，设定温度范围60-80℃；配比下的酸洗溶液为工业盐酸和水体积比为1:1的混合；浸泡时间范围5-30min。
5.根据权利要求1所述的弧形连铸机冶金长度测量方法，其特征在于，坯壳厚度δ的计算公式为：
δ＝(δ1+δ2+δ3+δ4)/4；
其中，δ1以铸坯几何中心为基准白亮带与铸坯纵向上边的距离，δ3以铸坯几何中心为基准白亮带与铸坯纵向下边的距离，δ2以铸坯几何中心为基准白亮带与铸坯纵向右边的距离，δ4以铸坯几何中心为基准白亮带与铸坯纵向左边的距离。
6.根据权利要求1所述的弧形连铸机冶金长度测量方法，其特征在于，综合凝固系数的计算公式为：
其中，K为综合凝固系数，δ为坯壳厚度，L为测量坯壳厚度的位置距离弯月面的长度，v为拉速。
7.根据权利要求1所述的弧形连铸机冶金长度测量方法，其特征在于，冶金长度的计算公式为：
其中，Le为冶金长度，K为综合凝固系数，v为拉速，D为铸坯厚度。
8.弧形连铸机冶金长度测量装置，其特征在于，包括：中包、结晶器和电磁搅拌装置，中包用于将钢液浇注到结晶器中；电磁搅拌装置通过感应线圈对连铸坯进行电磁处理，使铸坯凝固后形成偏析的白亮带。
9.根据权利要求8所述的弧形连铸机冶金长度测量装置，其特征在于，电磁搅拌装置设置在二冷区下0.1-8.0m处。
10.根据权利要求8所述的弧形连铸机冶金长度测量装置，其特征在于，还包括控制柜，控制柜对电磁搅拌装置的感应和激发特征进行控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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