CN117259705A - 一种板坯白亮带的监控方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属连铸技术领域，具体为一种板坯白亮带的监控方法及系统，可以还原板坯白亮带和微观枝晶的特征，借助液相率的位置与板坯出现白亮带的位置、白亮带附近溶质碳的偏析程度的计算值和测量值，对系统计算的准确性进行验证，系统的计算过程和结果可以进一步还原板坯凝固进程、二冷电磁搅拌作用区间、白亮带形成过程，将钢液流动、溶质传输、凝固坯壳厚度、二冷电磁力与板坯实际溶质碳偏析、白亮带特征、实际二冷电磁搅拌参数相联系，实现板坯白亮带监控和优化、二冷电磁搅拌参数的合理调控，有利于板坯连铸工艺向洁净化、均质化、高效化方向的发展。
Description
技术领域
本发明涉及金属连铸技术领域，具体为一种板坯白亮带的监控方法及系统。
背景技术
二冷电磁搅拌技术可以细化凝固组织，促进溶质均质化，获得好的内部质量、长的使用寿命的优质钢材。二冷电磁搅拌器和搅拌工艺的应用大大优化了传统板坯生产的工艺流程。二冷电磁搅拌的不当使用也会对连铸过程和质量控制产生不利影响，过高的二冷电磁搅拌的电流强度会导致液芯降低并导致局部壳层变薄。由于二冷电磁搅拌通常在钢液凝固中期进行工作，此时的钢液有效粘度很小，二冷电磁搅拌的工作参数不合理时，搅拌位置附近会出现负偏析区，即白亮带。白亮带会对钢材的使用寿命和机械性能造成不良影响。现场二冷电磁搅拌装置的安装位置一般无法改变，不同钢种对应的二冷电磁搅拌的合理作用区间和工作参数不一致，现场对二冷电磁搅拌器和搅拌工艺的应用，缺乏科学指导和正确规划，工艺试验成本过高且难度较大，二冷电磁搅拌在改善板坯白亮带、提升板坯均质化方面的作用效果并不理想，这制约了连铸工艺向洁净化、均质化、高效化方向的发展。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种板坯白亮带的监控方法及系统。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种板坯白亮带的监控方法，包括如下步骤：
S1、对板坯进行热酸洗，还原板坯白亮带及白亮带附近微观枝晶；
S2、对白亮带的包括数量、位置、宽度、长度的参数以及微观枝晶是否发生偏转或者折断进行识别和采集，获得白亮带特征及白亮带附近微观枝晶特征；
S3、根据板坯生产时的设备参数、材料参数、工艺参数设定模型计算参数，进行模拟计算；
S4、对模拟计算模块的模拟计算结果进行在线监测；
S5、将白亮带特征及白亮带附近微观枝晶特征和模拟计算结果进行比较分析，明确白亮带出现的源头和原因。
作为本发明所述的一种板坯白亮带的监控方法的优选方案，其中：所述步骤S5之后还包括：S6.根据白亮带出现的源头和原因，进行板坯连铸工艺参数的优化。
作为本发明所述的一种板坯白亮带的监控方法的优选方案，其中：模拟计算结果包括距离弯月面距离、流动速度、湍流状态、溶质分布、凝固状态、电磁力、焦耳热。
作为本发明所述的一种板坯白亮带的监控方法的优选方案，其中：根据动量方程+连续性方程+能量方程+组分传输方程，考虑二冷配水的有效换热系数，考虑二冷电磁搅拌工作时的电磁力、焦耳热、溶质有效分配系数、溶质有效扩散系数、有效糊状区系数等进行模拟计算。
作为本发明所述的一种板坯白亮带的监控方法的优选方案，其中：使用高速相机或光镜实现识别和采集。
作为本发明所述的一种板坯白亮带的监控方法的优选方案，其中：取板坯的横向（沿着宽度方向）试样I，试样I的尺寸为100mm×230mm×20mm（宽度方向×厚度方向×拉坯方向），对试样I进行热酸洗，酸洗溶液为浓度35wt%的盐酸溶液，热酸洗时间为10~20min；从试样I（100mm×230mm×20mm）上切取靠近内弧侧的试样II（50mm×80mm×20mm），对试样II进行热酸洗，酸洗溶液为浓度为35wt%的盐酸+氯化铜+氯化镁的混合溶液，热酸洗时间为35~45min。
作为本发明所述的一种板坯白亮带的监控方法的优选方案，其中：试样I和试样II热酸洗结束后，均依次用清水、酒精对试样表面进行冲刷清洗，冲刷清洗时间约90s，再用吹风机对试样表面进行干燥处理，干燥处理时间约45s。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种板坯白亮带的监控系统，包括：
酸洗模块，对板坯进行热酸洗，还原板坯白亮带及白亮带附近微观枝晶；
质量专家模块，对白亮带的包括数量、位置、宽度、长度的参数以及微观枝晶是否发生偏转或者折断进行识别和采集，获得白亮带特征及白亮带附近微观枝晶特征；
模拟计算模块，根据板坯生产时的设备参数、材料参数、工艺参数设定模型计算参数，进行模拟计算；
过程监控模块，对模拟计算模块的模拟计算结果进行在线监测；
数据分析模块，将白亮带特征及白亮带附近微观枝晶特征和模拟计算结果进行比较分析，明确白亮带出现的源头和原因。
作为本发明所述的一种板坯白亮带的监控系统的优选方案，其中：所述系统还包括：参数优化模块，根据白亮带出现的源头和原因，进行板坯连铸工艺参数的优化。
本发明的有益效果如下：
本发明提出一种板坯白亮带的监控方法及系统，可以还原板坯白亮带和微观枝晶的特征，借助液相率的位置与板坯出现白亮带的位置、白亮带附近溶质碳的偏析程度的计算值和测量值，对系统计算的准确性进行验证，系统的计算过程和结果可以进一步还原板坯凝固进程、二冷电磁搅拌作用区间、白亮带形成过程，将钢液流动、溶质传输、凝固坯壳厚度、二冷电磁力与板坯实际溶质碳偏析、白亮带特征、实际二冷电磁搅拌参数相联系，实现板坯白亮带监控和优化、二冷电磁搅拌参数的合理调控，有利于板坯连铸工艺向洁净化、均质化、高效化方向的发展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中现有工艺制备的板坯的试样I和试样II的酸洗结果；
图2为本发明实施例1中现有工艺的流动速度分布图；
图3为本发明实施例1中现有工艺的电磁力分布图；
图4为本发明实施例1中现有工艺的液相率为0.7的位置与板坯出现白亮带的位置之间的比较图；
图5为本发明实施例1中现有工艺的白亮带附近溶质碳的偏析程度的计算值和测量值之间的比较图；
图6为本发明实施例1中优化后工艺的白亮带附近溶质碳的偏析程度的计算值和测量值之间的比较图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种板坯白亮带的监控方法，研究钢种为中碳钢22MnB5，断面为1300mm×230mm，拉速为1.0m/min，过热度为22℃，二冷电磁搅拌参数为150A、4Hz，开启一组电搅辊。包括如下步骤：
S1、对板坯进行热酸洗，还原板坯白亮带及白亮带附近微观枝晶；
第一次热酸洗实验：待工业生产后，取板坯的横向（沿着宽度方向）试样I，试样I的尺寸为100mm×230mm×20mm（宽度方向×厚度方向×拉坯方向）。对试样I进行热酸洗实验，酸洗溶液为浓度为35wt%的盐酸溶液，热酸洗时间为15min。待酸洗实验结束，分别用清水、酒精对试样I表面进行冲刷清洗，冲刷清洗时间约90s，再用吹风机对试样I表面进行干燥处理，干燥处理时间约45s。使用高速相机对处理后的试样I进行拍照记录，文件类型为TIFF格式。
第二次热酸洗实验：从试样I（100mm×230mm×20mm）上切取靠近内弧侧的试样II（50mm×80mm×20mm）。对试样II进行热酸洗实验，酸洗溶液为浓度为35wt%盐酸+氯化铜+氯化镁的混合溶液，热酸洗时间为45min。待酸洗实验结束，分别用清水、酒精对试样I表面进行冲刷清洗，冲刷清洗时间约90s，再用吹风机对试样I表面进行干燥处理，干燥处理时间约45s。使用光镜对处理后的试样II进行拍照记录，文件类型为TIFF格式。
试样I和试样II的酸洗结果如图1所示。
S2、对白亮带的包括数量、位置、宽度、长度的参数以及微观枝晶是否发生偏转或者折断进行识别和采集，获得白亮带特征及白亮带附近微观枝晶特征；
将试样I的TIFF格式的文件进行识别和采集，系统根据板坯基体和白亮带的色差的区别，自动识别白亮带的各项指标，指标包括：数量、位置、宽度、长度等。白亮带数量是1条，位置距离内弧侧约66mm，宽度为3mm。板坯表面出现白亮带，说明二冷电磁搅拌参数不合理。将试样II的TIFF格式的文件进行识别和采集，系统根据白亮带附近枝晶形态，判断微观枝晶是否发生偏转或者折断。枝晶发生偏转和折断，说明二冷电磁搅拌装置安装位置合理，其作用效果明显。
S3、根据板坯生产时的设备参数、材料参数、工艺参数设定模型计算参数，进行模拟计算；
根据动量方程+连续性方程+能量方程+组分传输方程，考虑二冷配水的有效换热系数，考虑二冷电磁搅拌工作时的电磁力、焦耳热、溶质有效分配系数、溶质有效扩散系数、有效糊状区系数等进行模拟计算。
S4、对模拟计算模块的模拟计算结果进行在线监测；
S5、将白亮带特征及白亮带附近微观枝晶特征和模拟计算结果进行比较分析，明确白亮带出现的源头和原因；
流动速度分布图和电磁力分布图分别如图2和3所示，糊状区中液相率分布、溶质分布与白亮带特征进行对应，明确二冷电磁搅拌参数设置的合理性。一般认为在糊状区内，液相率为0.7的位置与板坯出现白亮带的位置一致。图4展示了液相率为0.7的位置与板坯出现白亮带的位置，两者具有较好的对应性。图5展示了白亮带附近溶质碳的偏析程度的计算值和测量值，两者同样具有较好的对应性。这说明较高的二冷电磁搅拌的电流强度影响了该处流动、溶质传输、温度传递和凝固，进而导致白亮带的出现。
S6.根据白亮带出现的源头和原因，进行板坯连铸工艺参数的优化。
对二冷电磁搅拌参数进行调整，由150A、4Hz调整为100A、4Hz。
图6为优化后工艺的白亮带附近溶质碳的偏析程度的计算值和测量值之间的比较图，现场采用优化工艺后，取样分析，板坯表面无白亮带。
实施例2
一种板坯白亮带的监控方法，研究钢种为高碳钢65Mn，断面为1120mm×230mm，拉速为1.2m/min，过热度为31℃，二冷电磁搅拌参数为150A、4Hz，开启两组电搅辊。包括如下步骤：
S1、对板坯进行热酸洗，还原板坯白亮带及白亮带附近微观枝晶；
第一次热酸洗实验：待工业生产后，取板坯的横向（沿着宽度方向）试样I，试样I的尺寸为100mm×230mm×20mm（宽度方向×厚度方向×拉坯方向）。对试样I进行热酸洗实验，酸洗溶液为浓度为35wt%的盐酸溶液，热酸洗时间为10min。待酸洗实验结束，分别用清水、酒精对试样I表面进行冲刷清洗，冲刷清洗时间约90s，再用吹风机对试样I表面进行干燥处理，干燥处理时间约45s。使用高速相机对处理后的试样I进行拍照记录，文件类型为TIFF格式。
第二次热酸洗实验：从试样I（100mm×230mm×20mm）上切取靠近内弧侧的试样II（50mm×80mm×20mm）。对试样II进行热酸洗实验，酸洗溶液为浓度为35wt%盐酸+氯化铜+氯化镁的混合溶液，热酸洗时间为35min。待酸洗实验结束，分别用清水、酒精对试样I表面进行冲刷清洗，冲刷清洗时间约90s，再用吹风机对试样I表面进行干燥处理，干燥处理时间约45s。使用光镜对处理后的试样II进行拍照记录，文件类型为TIFF格式。
S2、对白亮带的包括数量、位置、宽度、长度的参数以及微观枝晶是否发生偏转或者折断进行识别和采集，获得白亮带特征及白亮带附近微观枝晶特征；
将试样I的TIFF格式的文件进行识别和采集，系统根据板坯基体和白亮带的色差的区别，自动识别白亮带的各项指标，指标包括：数量、位置、宽度、长度等。板坯表面没有出现白亮带，说明二冷电磁搅拌参数较合理。将试样II的TIFF格式的文件进行识别和采集，系统根据白亮带附近枝晶形态，判断微观枝晶是否发生偏转或者折断。枝晶发生偏转和折断，说明二冷电磁搅拌装置安装位置合理，其作用效果明显。
说明高碳钢65Mn现有工艺参数和二冷电磁搅拌参数较匹配，现场生产时可以继续使用现有工艺进行生产。
本发明可以还原板坯白亮带和微观枝晶的特征，借助液相率的位置与板坯出现白亮带的位置、白亮带附近溶质碳的偏析程度的计算值和测量值，对系统计算的准确性进行验证，系统的计算过程和结果可以进一步还原板坯凝固进程、二冷电磁搅拌作用区间、白亮带形成过程，将钢液流动、溶质传输、凝固坯壳厚度、二冷电磁力与板坯实际溶质碳偏析、白亮带特征、实际二冷电磁搅拌参数相联系，实现板坯白亮带监控和优化、二冷电磁搅拌参数的合理调控，有利于板坯连铸工艺向洁净化、均质化、高效化方向的发展。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种板坯白亮带的监控方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对板坯进行热酸洗，还原板坯白亮带及白亮带附近微观枝晶；
S2、对白亮带的包括数量、位置、宽度、长度的参数以及微观枝晶是否发生偏转或者折断进行识别和采集，获得白亮带特征及白亮带附近微观枝晶特征；
S3、根据板坯生产时的设备参数、材料参数、工艺参数设定模型计算参数，进行模拟计算；
S4、对模拟计算模块的模拟计算结果进行在线监测；
S5、将白亮带特征及白亮带附近微观枝晶特征和模拟计算结果进行比较分析，明确白亮带出现的源头和原因。
2.根据权利要求1所述的板坯白亮带的监控方法，其特征在于，所述步骤S5之后还包括：S6.根据白亮带出现的源头和原因，进行板坯连铸工艺参数的优化。
3.根据权利要求1所述的板坯白亮带的监控方法，其特征在于，模拟计算结果包括距离弯月面距离、流动速度、湍流状态、溶质分布、凝固状态、电磁力、焦耳热。
4.根据权利要求1所述的板坯白亮带的监控方法，其特征在于，根据动量方程+连续性方程+能量方程+组分传输方程，考虑二冷配水的有效换热系数，考虑二冷电磁搅拌工作时的电磁力、焦耳热、溶质有效分配系数、溶质有效扩散系数、有效糊状区系数进行模拟计算。
5.根据权利要求1所述的板坯白亮带的监控方法，其特征在于，使用高速相机或光镜实现识别和采集。
6.根据权利要求1所述的板坯白亮带的监控方法，其特征在于，取板坯的横向试样I，对试样I进行热酸洗，酸洗溶液为浓度35wt%的盐酸溶液，热酸洗时间为10~20min。
7.根据权利要求6所述的板坯白亮带的监控方法，其特征在于，从试样I上切取靠近内弧侧的试样II，对试样II进行热酸洗，酸洗溶液为浓度为35wt%的盐酸+氯化铜+氯化镁的混合溶液，热酸洗时间为35~45min。
8.根据权利要求7所述的板坯白亮带的监控方法，其特征在于，试样I和试样II热酸洗结束后，均依次用清水、酒精对试样表面进行冲刷清洗，再用吹风机对试样表面进行干燥处理。
9.一种板坯白亮带的监控系统，其特征在于，用于权利要求1-8任一项所述的板坯白亮带的监控方法，包括：
酸洗模块，对板坯进行热酸洗，还原板坯白亮带及白亮带附近微观枝晶；
质量专家模块，对白亮带的包括数量、位置、宽度、长度的参数以及微观枝晶是否发生偏转或者折断进行识别和采集，获得白亮带特征及白亮带附近微观枝晶特征；
模拟计算模块，根据板坯生产时的设备参数、材料参数、工艺参数设定模型计算参数，进行模拟计算；
过程监控模块，对模拟计算模块的模拟计算结果进行在线监测；
数据分析模块，将白亮带特征及白亮带附近微观枝晶特征和模拟计算结果进行比较分析，明确白亮带出现的源头和原因。
10.根据权利要求9所述的板坯白亮带的监控系统，其特征在于，所述系统还包括：参数优化模块，根据白亮带出现的源头和原因，进行板坯连铸工艺参数的优化。
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