CN112784367A - 一种连铸辊列位置坯壳厚度和铸机凝固末端推算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种连铸辊列位置坯壳厚度和铸机凝固末端推算方法，其特征在于：利用零塑性温度与固相线温度近似相等的规律，通过寻找连铸坯低倍上的点状裂纹，测量裂纹距铸坯边部的距离，求得拉矫辊处的坯壳厚度，根据测得的距弯月面最远辊子处的坯壳厚度和相应辊列位置和拉速，通过二次运用凝固定律平方根公式，进一步推算铸机综合凝固系数和液相穴长度，从而实现射钉或者凝固模型计算的效果。本发明公布一种不需模型、无须射钉，通过研究连铸坯低倍，推断坯壳厚度和凝固末端的方法，进而可以优化末端电磁搅拌、轻压下工装布置和生产工艺，从而改善连铸坯、轧材的偏析问题。
Description
技术领域
本发明属于金属冶炼技术领域，具体涉及一种连铸辊列位置坯壳厚度和铸机凝固末端推算方法。
背景技术
偏析特别是中心偏析是钢铁材料尤其是特钢质量评价的一项重要指标，偏析控制不好对钢材加工制品的使用性能带来严重危害。为了改善中心偏析，通常会在连铸机配置末端电磁搅拌、轻压下装备，但众多的钢铁企业调试这些设备时通常需要较长时间，有些甚至多年都没有找到合适的工艺，偏析改善达不到预期效果。究其原因，主要是凝固末端的位置或者定点位置的坯壳厚度不准确。一般采用射钉或数学模型的方法去寻找测量或计算坯厚度、凝固末端。但这两个方法在应用过程中都存在一些限制和困难。射钉法是将含有硫化物示踪材料的钢钉射入正在凝固的铸坯，在铸坯相应位置取样进行分析。其在坯壳厚度的判断技术上，由于两相区对外来钢和硫化物部分熔化溶解的原因，无论是从钉子的形貌，还是硫印示踪的方式，都存在两相区边界鉴定模糊的问题，同一个试样不同人判断测量结果可能存在差异。操作方面存在以下困难：⑴由于要避开现有厂房和设备布置，可以开展射钉的位置受限；⑵准备工序繁杂，通常一次只检测1个位置的坯壳厚度，若要多个位置一起做，准备工作量就要成倍增加；⑶枪械容易故障，因安装精度或操作原因还会发生子弹打偏状况；⑷制样过程复杂，遇到钉子偏斜试样加工就更加困难。安全性方面，射钉工作危险，操作区域高温，还存在枪械走火风险。另外，委托院校机构射钉业务也需要费用。总之利用射钉法得到有效一个数据不容易。
利用数学模型也有不少的困难，从无到有的建模过程需要既通晓连铸凝固专业知识，又具有熟练编程能力的人才团队，编程过程通常需要数年时间；利用现成模型，还存在此模型是否适合当前铸机(方、圆、板式，规格等差异)，物性参数是否合适的问题；代表计算精度的网格划分是否足够，若太密集则运算速度太慢，太稀疏则计算不够精准；边界条件的设定是否合适，环境因素可能影响某些物性参数的取值，这些都可能影响到计算结果的准确性和计算工艺对现场的适应性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种不需模型、无须射钉的连铸辊列位置坯壳厚度和铸机凝固末端推算方法，通过研究连铸坯低倍，推断坯壳厚度和凝固末端的方法，进而可以优化末端电磁搅拌、轻压下工装布置和生产工艺，从而改善连铸坯、轧材的偏析问题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种连铸辊列位置坯壳厚度和铸机凝固末端推算方法，连铸钢坯在凝固过程的两相区内，从铸坯表面到中心的温度梯度中存在零塑性温度和零强度温度，这期间铸坯受到机械压力造成铸坯变形就会在此处产生裂纹；根据众多的生产实践和铸坯低倍某种观察分析经验，这些裂纹点成间断的直线状分布且零塑性温度处产生的裂纹相对较重。通过高温拉伸试验测得的零塑性温度与固相线温度近似相等。
利用上述规律，在连铸坯低倍上测量裂纹点的位置就可以得到拉矫辊(轻压下辊)处的坯壳厚度，通过一定的修正可以得到生产时热态的坯壳厚度；在已知辊列位置和拉速的条件下，运用凝固定律平方根公式
可以进一步求解凝固末端的位置；从而就可以实现射钉或者凝固模型计算的效果。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
⑴本方法没有安全风险；射钉高温工作环境恶劣，还存在枪械意外走火或反弹折射伤人风险；
⑵采用本方法方便快速，一般半小时就能完成分析(射钉前期射钉平台支架准备时间长，后期制样也需较多时间；模型计算通常需要电脑运行数个小时)；
⑶本方法无须增加额外费用(购买一个商用连铸凝固数学模型通常需要价格不菲的费用，委托科研机构射钉试验也需要一定的费用)，试样也无须另外制取，完全可以在现成的常规生产低倍样上进行分析；
⑷本方法可以分析同样冶金工艺下因工装或环境条件等造成坯壳厚度、凝固末端变化的影响(数学模型无法计算出此类差异)，从而适当调整连铸工艺，实现预期的冶金效果。
附图说明
图1是本发明实施例中200×200方的某钢铸坯的取样加工示意图。
图2是本发明实施例中200×200方的某钢铸坯的观察分析示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
举例：200×200方的某钢铸坯，低倍上测量得内外弧间距H＝195mm，辊列位置位置分别为1#辊13.5米、2#辊15米、3#辊16.5米；连铸拉速为1.2米/分钟；已知铸坯纵向低倍。求解该钢在此连铸机此工艺时各辊处的坯壳厚度以及全凝固时的凝固末端位置。
根据已知条件，即铸坯的名义厚度M＝200mm，铸坯低倍上的厚度H＝195mm；
切取与铸坯断面尺寸相当长度的连铸坯低倍样，沿内外弧面的中心线锯切得到一个厚度20mm的纵向低倍片，磨铣后用10％～40％体积百分比的硝酸水溶液腐蚀3～10分钟，肉眼或配合放大镜观察低倍样，逐层找出点状裂纹，量出每层裂纹点距离铸坯边部的距离。此距离即为拉矫辊(轻压下辊)处的坯壳厚度。
根据铸坯纵向低倍，判断低倍(冷态)上各辊对应的坯壳厚度依次为60、75、93mm,由于在连铸机上铸坯一般都是以热态形式存在，因此需要对坯壳厚度在热态下进行厚度修正，具体修正方式按一下公式：
公式中：A为低倍上测量的某辊处坯壳厚度(冷态)，B为修正值，C为生产时通过某辊时刻的坯壳厚度(热态)，M为铸坯的名义厚度，H为铸坯低倍上的厚度(内外弧间距)，n为辊列序号，厚度单位为mm。
即A1＝60mm；则B1＝(200-195)×60÷195＝1.5mm,C1＝60+1.5＝61.5mm；
A2＝75mm；则B2＝(200-195)×75÷195＝1.9mm,C2＝75+1.9＝76.9mm；
A3＝93mm；则B3＝(200-195)×93÷195＝2.4mm,C3＝93+2.4＝95.4mm；
即热态铸坯通过三辊处坯壳厚度依次为为61.5mm、76.9mm、95.4mm。计算结果见下表
根据上述条件，按照最后一辊的坯壳厚度以及拉速，可以计算综合凝固系数
即在此连铸机上该钢采用此工艺时的凝固末端位置为18.1米。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种连铸辊列位置坯壳厚度和铸机凝固末端推算方法，其特征在于：利用零塑性温度与固相线温度近似相等的规律，通过寻找连铸坯低倍上的点状裂纹，测量裂纹距铸坯边部的距离，求得拉矫辊处的坯壳厚度，根据测得的距弯月面最远辊子处的坯壳厚度和相应辊列位置和拉速，通过二次运用凝固定律平方根公式，进一步推算铸机综合凝固系数和液相穴长度，从而实现射钉或者凝固模型计算的效果。
2.根据权利要求1所述的一种连铸辊列位置坯壳厚度和铸机凝固末端推算方法，其特征在于：切取与铸坯断面尺寸相当长度的连铸坯低倍样，沿内外弧面的中心线锯切得到一定厚度的纵向低倍片，磨铣后用10％～40％体积百分比的硝酸水溶液腐蚀3～10分钟，肉眼或配合放大镜观察低倍样，逐层找出点状裂纹，量出每层裂纹点距离铸坯边部的距离，此距离即为拉矫辊处的坯壳厚度。
3.根据权利要求2所述的一种连铸辊列位置坯壳厚度和铸机凝固末端推算方法，其特征在于：考虑热胀冷缩的原因，为得到精确的热态坯壳厚度，采用以下公式进行修正：
公式中：An为低倍上测量的某辊处冷态坯壳厚度，Bn为修正值，Cn为生产时通过某辊时刻的热态坯壳厚度，M为铸坯的名义厚度，H为铸坯低倍上的厚度，n为辊列序号，上述厚度的单位为mm。
4.根据权利要求3所述的一种连铸辊列位置坯壳厚度和铸机凝固末端推算方法，其特征在于：根据距离弯月面最远辊子位置处或者最接近铸坯中心的坯壳厚度数据，通过凝固定律平方根公式可以求得综合凝固系数，再次利用凝固定律平方根公式可以得到凝固末端距离弯月面的位置，
附凝固定律平方根公式：
公式中：C为坯壳厚度，单位mm，L为坯壳距弯月面位置，单位m，V为拉速，单位m/分钟，K为综合凝固系数。
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