[發(fā)明專利]一種連鑄坯凝固過程溫度和質(zhì)量控制冷卻方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910103080.2
• 申請日: 2009-01-16
• 公開（公告）號: CN101474666A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳登福;高興健;張健;趙巖;龍木軍;廖琪;王水根;宋立偉;王啟明;畢艷艷
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: B22D11/16
• 分類號: B22D11/16
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 李海華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種連鑄坯凝固過程溫度控制冷卻方法，主要應(yīng)用于鋼液的連鑄冷卻過程，也能用于有色金屬的連鑄冷卻過程。應(yīng)用此種連鑄的工藝?yán)鋮s控制方法能夠通過對鑄坯中凝固殼的溫度變化特別是表面溫度的變化進(jìn)行最優(yōu)調(diào)節(jié)和控制，制定合理的鋼的連鑄結(jié)晶器和二次冷卻制度，對提高連鑄坯的質(zhì)量、減少裂紋缺陷特別是矯直表面橫裂紋等具有重要意義。

背景技術(shù)

近年來，我國的連續(xù)鑄鋼生產(chǎn)繼續(xù)保持快速發(fā)展的態(tài)勢，2007年鑄坯產(chǎn)量達(dá)到47430萬噸，鋼鐵工業(yè)連鑄比達(dá)到98.86％，連鑄技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了我國鋼鐵生產(chǎn)流程的進(jìn)一步優(yōu)化。由于連鑄坯的質(zhì)量對最終鋼產(chǎn)品質(zhì)量有重要的影響，因此如何更好的控制和提高鑄坯質(zhì)量一直是國內(nèi)外冶金工作者研究的熱點。在連鑄技術(shù)發(fā)展過程中，凝固坯殼產(chǎn)生裂紋是提高鑄坯質(zhì)量的主要障礙。有關(guān)統(tǒng)計表明，在鑄坯的各類缺陷中，裂紋缺陷所占的比例在50％以上；并且裂紋也是連鑄生產(chǎn)過程中最難解決的質(zhì)量問題之一。生產(chǎn)實踐表明，連鑄坯的裂紋缺陷可能在鑄機(jī)的不同區(qū)域里產(chǎn)生，且裂紋形狀各異，產(chǎn)生的原因也極其復(fù)雜，受設(shè)備、工藝等多方面因素的影響。

為了保證鑄坯質(zhì)量，充分控制鑄坯溫度特別是表面溫度，防止產(chǎn)生裂紋缺陷，二冷配水優(yōu)化與控制模型成為改善鑄坯質(zhì)量和提高產(chǎn)量的主要研究手段。目前，對連鑄坯凝固過程溫度(特別是表面溫度)和質(zhì)量控制的冷卻方法主要有靜態(tài)控制模型和動態(tài)控制模型。

靜態(tài)控制模型主要包括三種控制方法：水表控制法、比例控制法和二次曲線控制法。水表控制法中，二冷各段水量與拉速的關(guān)系是由不同的拉速點對應(yīng)的水量來表示的，沒有采用公式法，其二冷配水隨拉速的變化是間斷或跳躍變化的。比例控制法，即采用比水量的方法，由Q＝KV(Q為噴水量，K為系數(shù)，v為拉速)確定各冷卻段的冷卻水量，二冷各段水量與拉速的關(guān)系為線性關(guān)系。二次曲線控制法根據(jù)不同鋼種，按Q＝AV²+BV+C(Q為噴水量，A、B、C為控制參數(shù)，v為拉速)一元二次方程進(jìn)行配水，其控制思路是制定出適合于生產(chǎn)鋼種的目標(biāo)表面溫度曲線，離線仿真找出鑄坯表面溫度符合目標(biāo)溫度時各冷卻循環(huán)水路的控制參數(shù)，澆注時選取對應(yīng)鋼種的控制參數(shù)，根據(jù)拉速配置各回路的冷卻水量。然而，無論采用那一種控制方法，靜態(tài)控制模型都存在兩個最大的缺點：①各冷卻段的配水量只隨拉坯速度而變化，沒有考慮不同連鑄凝固行為(不同冷卻速率和回溫速率)對鋼種二冷低延性區(qū)域溫度范圍(裂紋敏感溫度范圍)的影響；②對生產(chǎn)條件應(yīng)變的能力較差，當(dāng)拉速突然變化時，二冷配水也突然改變，引起鑄坯表面溫度波動較大，容易產(chǎn)生裂紋缺陷。

動態(tài)控制模型是目前冶金工作者致力研究的方向，其二冷配水不僅與拉速有關(guān)，而且與澆注溫度、鑄坯尺寸等工藝參數(shù)的變化有關(guān)。建立控制模型時，需要考慮整個生產(chǎn)過程工藝參數(shù)的變化，每隔t秒計算一次鑄坯表面溫度并與目標(biāo)表面溫度作比較，根據(jù)比較的差值在線調(diào)整各段冷卻水量，使鑄坯實際表面溫度能夠充分接近目標(biāo)表面溫度，以獲得良好的鑄坯質(zhì)量。動態(tài)控制模型在生產(chǎn)應(yīng)用時需要解決兩個關(guān)鍵問題，一是目標(biāo)表面溫度的確定，二是模型計算速度。目標(biāo)表面溫度通常根據(jù)鋼種的高溫延性特性(如避開二冷低延性區(qū)等)以及考慮二冷配水的諸要素而定出，然后通過生產(chǎn)實踐進(jìn)一步修正和完善。但由于沒有充分考慮鋼種高溫延性(二冷低延性區(qū)域溫度范圍)與不同連鑄凝固行為(不同冷卻速率和回溫速率)之間的關(guān)系，目標(biāo)表面溫度的確定不夠合理，不能滿足實際生產(chǎn)的要求。

為了避免裂紋的產(chǎn)生，靜態(tài)控制模型和動態(tài)控制模型在二冷配水時均應(yīng)滿足以下鑄坯凝固冷卻冶金準(zhǔn)則：①沿拉坯方向，鑄坯表面溫度冷卻速率小于200℃/m、回溫速率小于100℃/m；②鑄坯進(jìn)入彎曲段和矯直段的表面溫度應(yīng)避開700-900℃左右的脆性敏感區(qū)。顯然，以上兩條冶金準(zhǔn)則存在一定缺陷，即沒有充分考慮不同冷卻速率和回溫速率對鋼種二冷低延性區(qū)域溫度范圍(奧氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍)的影響。如對于某鋼種連鑄坯，在冷卻速率為5℃/min條件下，冷卻奧氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍為642-779℃；在冷卻速率為10℃/min條件下，冷卻奧氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍為645-798℃。這說明對于同一鋼種或鋼種大類，冷卻速率和回溫速率不同，其二冷低延性區(qū)域溫度范圍是移動的。在實際生產(chǎn)中，凝固坯殼的不同部位具有不同的冷卻速率和回溫速率，或凝固坯殼的同一部位在不同時刻也具有不同的冷卻速率和回溫速率。因此，在凝固坯殼的不同部位或凝固冷卻的不同時刻，二冷低延性區(qū)域的溫度范圍是變化的，即鋼種的裂紋敏感溫度范圍是變化的。因此，根據(jù)固定的二冷低延性區(qū)域溫度范圍制定冷卻配水冶金準(zhǔn)則，顯然不夠合理。

發(fā)明內(nèi)容