CN117272761B - 一种大方坯中间裂纹的监控方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属连铸技术领域，具体为一种大方坯中间裂纹的监控方法及系统，可以还原大方坯低倍和中间裂纹，并对中间裂纹的各项指标进行自动识别，实现中间裂纹的监控。若存在中间裂纹，则将中间裂纹特征与使用有限差分法计算的温度分布结果进行对应，实现中间裂纹、轻压下区间与温度分布、中心固相率之间的关联，明确中间裂纹出现的源头和原因，并提出工艺参数的优化方向，本发明综合考虑大方坯实际缺陷特征、连铸传热方式、中心固相率、轻压下实际工作条件，实现大方坯中间裂纹监控和优化，有利于大方坯连铸工艺向高品质、高产量、智能化方向的发展。
Description
技术领域
本发明涉及金属连铸技术领域，具体为一种大方坯中间裂纹的监控方法及系统。
背景技术
轻压下工艺是连铸过程优化大方坯质量的重要工艺手段之一。一方面，轻压下可以消除或减少大方坯收缩形成的内部空隙，减少凝固桥之间的缩孔和疏松的体积，使大方坯的凝固组织更加均匀致密；另一方面，轻压下所产生的挤压作用可促进钢液中的溶质元素进行重新分配，防止晶间富集溶质元素的钢液向大方坯中心横向流动。但是当压下位置的凝固前沿所承受的合力（钢水静压力、弯曲矫直力、热应力、摩擦力、相变力和意外机械力）超过钢的高温极限强度和变形能力时，凝固前沿容易产生开裂延伸，并沿着传热方向继续扩展，形成中间裂纹。中间裂纹无法在后续的热处理和热轧过程中被消除，会直接影响产品的质量和性能。现场对轻压下压下区间和压下量的设置，缺乏科学的指导，工业试错成本很高，导致生产出无缺陷的大方坯的难度很高，这些因素制约了连铸工艺向高品质、高产量、智能化方向的发展。
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大方坯中间裂纹的系统及方法。
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：
一种大方坯中间裂纹的监控方法，包括如下步骤：
S1、对大方坯进行热酸洗，还原大方坯低倍和中间裂纹；
S2、对中间裂纹的位置、尺寸、面积、形貌、数量等参数进行识别和采集，获得中间裂纹的特征；若存在裂纹，则进行步骤S3-S5；否则工艺结束；
S3、根据大方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、将中间裂纹的特征和模拟计算结果进行比较分析，明确中间裂纹出现的源头和原因。
作为本发明所述的一种大方坯中间裂纹的监控方法的优选方案，其中：所述步骤S5之后还包括：S6.根据中间裂纹出现的源头和原因，进行大方坯连铸工艺参数的优化。
作为本发明所述的一种大方坯中间裂纹的监控方法的优选方案，其中：模拟计算结果包括大方坯的温度分布。根据温度分布可获得不同拉矫机处大方坯的中心固相率，根据轻压下的自然收缩辊缝以及轻压下规则，在压下区间内根据压下量分配规律在不同的拉矫辊之间进行总压下量的分配。
作为本发明所述的一种大方坯中间裂纹的监控方法的优选方案，其中：根据凝固传热控制方程，采用有限差分法进行模拟计算。
作为本发明所述的一种大方坯中间裂纹的监控方法的优选方案，其中：使用扫描仪实现中间裂纹参数的识别和采集。
作为本发明所述的一种大方坯中间裂纹的监控方法的优选方案，其中：取大方坯的纵向（沿拉坯方向）试样，试样的长度为250~350mm，对试样进行热酸洗，酸洗溶液为浓度为35wt%的盐酸溶液，热酸洗时间为20~35min。
作为本发明所述的一种大方坯中间裂纹的监控方法的优选方案，其中：热酸洗结束后，分别用清水、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：
一种大方坯中间裂纹的监控系统，包括：
酸洗模块，对大方坯进行热酸洗，还原大方坯低倍和中间裂纹；
质量专家模块，对中间裂纹的包括位置、尺寸、面积、形貌、数量的参数进行识别和采集，获得中间裂纹的特征；
模拟计算模块，根据大方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，将中间裂纹的特征和模拟计算结果进行比较分析，明确中间裂纹出现的源头和原因。
作为本发明所述的一种大方坯中间裂纹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，根据中间裂纹出现的源头和原因，进行大方坯连铸工艺参数的优化。
本发明的有益效果如下：
本发明提出一种大方坯中间裂纹的监控方法及系统，可以还原大方坯低倍和中间裂纹，并对中间裂纹的各项指标进行自动识别，实现中间裂纹的监控。若存在中间裂纹，则将中间裂纹特征与使用有限差分法计算的温度分布结果进行对应，实现中间裂纹、轻压下区间与温度分布、中心固相率之间的关联，明确中间裂纹出现的源头和原因，并提出工艺参数的优化方向，本发明综合考虑大方坯实际缺陷特征、连铸传热方式、中心固相率、轻压下实际工作条件，实现大方坯中间裂纹监控和优化，有利于大方坯连铸工艺向高品质、高产量、智能化方向的发展。
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中现有工艺制备的大方坯的纵向试样的中间裂纹特征示意图；
图2为本发明实施例1中现有工艺连铸过程中大方坯特征位置的温度变化曲线；
图3为本发明实施例1中现有工艺制备的大方坯中心固相率与轻压下区间的关联图；
图4为本发明实施例1中现有工艺制备的大方坯坯壳厚度与轻压下区间的关联图；
图5为本发明实施例1中优化后工艺制备的大方坯中心固相率与轻压下区间的关联图。
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
一种大方坯中间裂纹的监控方法，研究钢种为中碳钢S55CCr，拉速为0.8m/min，比水量为0.25L/kg，过热度为35℃，轻压下的压下区间距离弯月面的距离是21.197m（2#压下辊）-25.547m（5#压下辊），断面为280mm×320mm。包括如下步骤：
S1、对大方坯进行热酸洗，还原大方坯低倍和中间裂纹；取大方坯的纵向（沿拉坯方向）试样，试样的长度为300mm，对试样进行热酸洗，酸洗溶液为浓度为35wt%的盐酸溶液，热酸洗时间为30min。热酸洗结束后，分别用清水、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。
S2、对中间裂纹的位置、尺寸、面积、形貌、数量等参数进行识别和采集，获得中间裂纹的特征；否则工艺结束。使用扫描仪对处理后的试样进行扫描记录，文件类型为pdf格式，将pdf格式的文件加载到质量专家系统。系统根据大方坯基体和中间裂纹的色差、平整度的区别，自动识别中间裂纹的各项指标，指标包括：位置、尺寸、面积、形貌、数量等。试样的中间裂纹特征示意图如图1所示，由图1可见，中间裂纹带出现在距离外弧侧约97mm的地方，裂纹的长度约22~25mm，裂纹生长方向由外弧侧向中心生长，在视场内裂纹的数量约13条。
S3、根据大方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；根据凝固传热控制方程，考虑到不同冷却区域的传热方式不同（传导、对流和辐射），采用有限差分法计算大方坯内部到表面不同位置的温度分布。
根据温度分布可获得不同拉矫机处大方坯的中心固相率，根据轻压下模块的自然收缩辊缝以及轻压下规则，在压下区间内根据压下量分配规律在不同的拉矫辊之间进行总压下量的分配。大方坯特征位置的温度变化曲线如图2所示，模拟结果和实际检测结果的吻合度较高。
S4、对模拟计算模块的模拟计算结果进行在线监测；大方坯中心固相率与轻压下区间的关联图如图3所示，轻压下的压下起始位置（21.197m，2#压下辊）对应的中心固相率小于0.3，该位置不处于合理轻压下区间。大方坯坯壳厚度与轻压下区间的关联图如图4所示，中间裂纹出现位置（97mm）对应的位置距离弯月面的距离是20.89m，与轻压下的压下起始位置（21.197m，2#压下辊）具有较好的对应性。
S5、将中间裂纹的特征和模拟计算结果进行比较分析，明确中间裂纹出现的源头和原因，说明中间裂纹的出现与轻压下起始位置较低的中心固相率相关，中间裂纹的出现是由于当地的总应变超过了临界应变。
S6.根据中间裂纹出现的源头和原因，进行大方坯连铸工艺参数的优化。将拉速由0.8m/min调整为0.85m/min，轻压下区间由21.197m（2#压下辊）-25.547m（5#压下辊）调整为22.647m（3#压下辊）-26.997m（6#压下辊），优化后工艺制备的大方坯中心固相率与轻压下区间的关联图如图5所示，轻压下的压下起始位置（22.647m，2#压下辊）对应的中心固相率小于0.3，该位置处于合理轻压下区间。现场采用优化工艺后，取样分析，大方坯表面无中间裂纹。
实施例2
一种大方坯中间裂纹的监控方法，研究钢种为高碳钢GCr15，拉速为0.75m/min，比水量为0.25L/kg，过热度为25℃，轻压下的压下区间距离弯月面的距离是21.197m（2#压下辊）-25.547m（5#压下辊），断面为280mm×320mm。包括如下步骤：
S1、对大方坯进行热酸洗，还原大方坯低倍和中间裂纹；取大方坯的纵向（沿拉坯方向）试样，试样的长度为300mm，对试样进行热酸洗，酸洗溶液为浓度为35wt%的盐酸溶液，热酸洗时间为25min。热酸洗结束后，分别用清水、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。
S2、对中间裂纹的位置、尺寸、面积、形貌、数量等参数进行识别和采集，获得中间裂纹的特征；否则工艺结束。使用扫描仪对处理后的试样进行扫描记录，文件类型为pdf格式，将pdf格式的文件加载到质量专家系统。系统根据大方坯基体和中间裂纹的色差、平整度的区别，自动识别中间裂纹的各项指标，指标包括：位置、尺寸、面积、形貌、数量等。大方坯表面无中间裂纹，质量较好，这说明高碳钢GCr15现有工艺参数和轻压下参数较匹配，现场生产时可以继续使用现有工艺进行生产。
本发明可以还原大方坯低倍和中间裂纹，并对中间裂纹的各项指标进行自动识别，实现中间裂纹的监控。若存在中间裂纹，则将中间裂纹特征与使用有限差分法计算的温度分布结果进行对应，实现中间裂纹、轻压下区间与温度分布、中心固相率之间的关联，明确中间裂纹出现的源头和原因，并提出工艺参数的优化方向，本发明综合考虑大方坯实际缺陷特征、连铸传热方式、中心固相率、轻压下实际工作条件，实现大方坯中间裂纹监控和优化，有利于大方坯连铸工艺向高品质、高产量、智能化方向的发展。
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 (7)
1.一种大方坯中间裂纹的监控方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对大方坯进行热酸洗，还原大方坯低倍和中间裂纹；
S2、对中间裂纹的包括位置、尺寸、面积、形貌、数量的参数进行识别和采集，获得中间裂纹的特征；若存在裂纹，则进行步骤S3-S5；否则工艺结束；
S3、根据大方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；模拟计算结果包括大方坯的温度分布，根据温度分布获得不同拉矫机处大方坯的中心固相率；
S5、将中间裂纹的特征和模拟计算结果进行比较分析，明确中间裂纹出现的源头和原因；
S6.根据中间裂纹出现的源头和原因，进行大方坯连铸工艺参数的优化。
2.根据权利要求1所述的大方坯中间裂纹的监控方法，其特征在于，根据凝固传热控制方程，采用有限差分法进行模拟计算。
3.根据权利要求1所述的大方坯中间裂纹的监控方法，其特征在于，使用扫描仪实现中间裂纹参数的识别和采集。
4.根据权利要求1所述的大方坯中间裂纹的监控方法，其特征在于，取大方坯的纵向试样，试样的长度为250~350mm，对试样进行热酸洗，酸洗溶液为浓度为35wt%的盐酸溶液，热酸洗时间为20~35min。
5.根据权利要求1所述的大方坯中间裂纹的监控方法，其特征在于，热酸洗结束后，分别用清水、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。
6.一种大方坯中间裂纹的监控系统，其特征在于，用于权利要求1-5任一项所述的监控方法，包括：
酸洗模块，对大方坯进行热酸洗，还原大方坯低倍和中间裂纹；
质量专家模块，对中间裂纹的包括位置、尺寸、面积、形貌、数量的参数进行识别和采集，获得中间裂纹的特征；
模拟计算模块，根据大方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，将中间裂纹的特征和模拟计算结果进行比较分析，明确中间裂纹出现的源头和原因。
7.根据权利要求6所述的大方坯中间裂纹的监控系统，其特征在于，所述系统还包括：参数优化模块，根据中间裂纹出现的源头和原因，进行大方坯连铸工艺参数的优化。
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