一种小方坯连铸动态轻压下和重压下在线控制方法
【专利摘要】本发明提供一种小方坯动态轻压下和重压下在线控制方法，包括：实时跟踪计算铸坯温度场；初步确定执行轻压下的拉矫辊及其压下量；确定凝固末端位置；确定执行轻压下和重压下的拉矫辊及其压下量；将执行轻压下和重压下的拉矫辊及其压下量传输到辊缝自动控制系统，远程对各拉矫机上辊进行在线轻压下和在线重压下压下量的控制。本发明通过在线控制拉矫辊同时实施轻压下和重压下压下量，能够有效避免连铸坯中心偏析、疏松和缩孔等内部质量问题，提高压下效率，稳定压下效果。
【专利说明】一种小方坯连铸动态轻压下和重压下在线控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及连铸领域，更加具体地，涉及一种小方坯连铸动态轻压下和重压下在线控制方法。
【背景技术】
[0002]在小方坯连铸过程中，如图1所示，钢水从钢包I和中间包2通过结晶器3 —次冷却结晶后形成外壳凝固中心为钢液的铸坯100并从结晶器3下口拉出，铸坯100在结晶器3中形成弯月面30。铸坯100从结晶器下口拉出后，进行二次冷却后，经过拉矫辊列(注意，图中只示出了一部分拉矫辊)的矫直后，通过切前辊道到达火切机4进行铸坯切割。在上述过程中，铸流在外界冷却作用下，从外向内不断凝固，产生的凝固收缩量由中心可以流动的自由钢液补充进来，但是在凝固末期，由于钢液在类似多空介质的两相区中流动阻力的增加，凝固收缩量无法得到及时补偿，形成的压降将导致铸坯中心附近枝晶间的富集偏析元素钢液向中心流动、汇集并最终凝固，从而形成中心宏观偏析，同时得不到补偿的凝固收缩量将最终形成中心疏松。
[0003]连铸坯中心偏析、疏松和缩孔等内部质量问题在后绪轧制过程中形成分层等缺陷，且对方坯的质量和性能产生重要影响，甚至导致判废。为了提高连铸坯的内部质量，提出了组合式电磁搅拌方法((M+F)-EMS)，即在连铸机铸流的结晶器和凝固末端加装电磁搅拌器，在电磁搅拌条件下，由于液相穴中钢水流动的强化及其对传热、传质的影响，改变凝固组织从而改善连铸坯的内部质量。但是，由于电磁搅拌设备中搅拌器的位置对改善铸坯内部质量影响很大，导致铸坯冶金效果很难稳定；电磁搅拌设备自身的局限性，限制了铸坯种类和生产拉速的范围。
[0004]除了电磁搅拌法，还提出了一种轻压下技术，即，通过在连铸坯液芯末端区域施加均匀外力，形成一定的压缩量来补偿铸坯的凝固收缩量。轻压下是在连铸坯的中心固相率为0.3-0.85的范围内米用多棍小压下量的方式对拉矫棍实施单棍小于5mm的压下量。由于小方坯液芯宽度和表面宽度相差较大，采用轻压下技术改善铸坯内部质量的压下效率比较低、改善效果不明显。另外，由于拉矫机个数比较少，小方坯生产过程(拉速、中包温度等)很难保持稳定，导致改善铸坯内部质量的效果也很难稳定。
【发明内容】
[0005]本发明是为了解决现有技术中存在的上述技术问题而做出，其目的在于提供一种显著改善小方坯铸坯内部质量并且提高改善效果的稳定性和压下效率的小方坯动态轻压下和重压下在线控制方法。
[0006]所述小方坯动态轻压下和重压下在线控制方法包括在凝固末端两项区域(固相率在0-0.9之间)对小方坯实施轻压下技术，然后在凝固末端及以后实施重压下技术。所述重压下技术是在铸坯凝固末端或者以后给予大的变形，从而最大限度消除铸坯凝固过程中形成的孔隙以及改变内部溶质再分配甚至组织结构，从本质上改善铸坯内部质量(包括中心疏松、缩孔和偏析)的技术，它采用的是单辊大于5mm的大压下量。具体地，本发明提供一种小方坯动态轻压下和重压下在线控制方法，包括:实时跟踪计算铸坯温度场；初步确定执行轻压下的拉矫辊及其压下量；确定凝固末端位置；确定执行轻压下和重压下的拉矫辊及其压下量；将执行轻压下和重压下的拉矫辊及其压下量传输到辊缝自动控制系统，远程对各拉矫机上辊进行在线轻压下和在线重压下压下量的控制。
[0007]所述的动态轻压下和重压下在线控制方法，其中，所述确定凝固末端位置的方法包括:对各拉矫辊执行预定压下量的压下和抬起；得到各拉矫机油缸上腔压力和下腔压力；得到拉矫机油缸上下腔的压力差变化曲线；确定凝固末端相邻的两个拉矫辊；利用温度场得到凝固末端位置；对该凝固末端位置进行滤波，确定最终的凝固末端位置。
[0008]所述的动态轻压下和重压下在线控制方法，其中，所述各拉矫机油缸上腔压力和下腔压力通过在油缸的上腔和下腔分别设置至少一个压力传感器测得。
[0009]所述的动态轻压下和重压下在线控制方法，其中，所述确定凝固末端位置的方法还包括:通过已经确定的凝固末端相邻的两个拉矫辊的位置来校核利用温度场得到的凝固末端位置。
[0010]所述的动态轻压下和重压下在线控制方法，其中，所述确定执行轻压下和重压下的拉矫辊及其压下量的方法包括:分别得到凝固末端相邻两个拉矫辊i和i+Ι与凝固末端位置相对于结晶器弯月面的距离差AX1、AXi+l，其中i是拉矫辊的编号且为自然数；判断Λ Xi是否满足I ΛΧ」≤ I Λ Xrai |，其中Λ Xrai*凝固末端到拉矫辊中心下垂线的临界长度；若满足，确定拉矫辊i为执行重压下的拉矫辊；若不满足，确定拉矫辊i+Ι为执行重压下的拉矫辊；若重压下拉矫辊i+Ι，则判断AXi+1是否满足I AXi+1≤ I AXcri ;若满足，则增加拉矫辊i的轻压下的压下量；若不满足，则不改变拉矫辊i的轻压下的压下量。
[0011]所述的动态轻压下和重压下在线控制方法，其中，所述重压下的压下辊和压下量是在凝固末端及凝固末端以后对单辊施加5-50_的压下量。
[0012]所述的动态轻压下和重压下在线控制方法，其中，所述初步确定执行轻压下的拉矫辊的压下量通过计算轻压下的总压下量及压下量分布曲线获得。
[0013]所述的动态轻压下和重压下在线控制方法，其中，所述小方坯动态轻压下和重压下在线控制方法还包括:根据本发明所述的轻压下和重压下压下辊以及压下量的方法对铸坯进行多次实验，根据实验结果，制定压下工艺表；确定轻压下和重压下的压下规则；根据上述规则和工艺表，确定执行轻压下和重压下的拉矫辊及其压下量；将执行轻压下和重压下的拉矫辊及其压下量传输到辊缝自动控制系统，远程对各拉矫机上辊进行在线轻压下和在线重压下压下量的控制。
[0014]所述的动态轻压下和重压下在线控制方法，其中，所述工艺表包括凝固末端距离结晶器弯月面的位置数据以及与上述数据对应的各拉矫辊压下量的数据。
[0015]所述的动态轻压下和重压下在线控制方法，其中，所述轻压下和重压下的压下规则包括:判断凝固末端位置是否小于压下工艺表中的最小凝固末端位置数据或者大于最大凝固末端位置数据；若是，则不压下；若不是，则判断凝固末端位置是否为表中凝固末端位置数据；若凝固末端位置是表中凝固末端位置数据，则对各拉矫辊执行表中凝固末端位置数据对应的压下量；若凝固末端位置不是表中凝固末端位置数据，则确定凝固末端位置位于工艺表中凝固末端位置数据第j个和第j+Ι个凝固末端数据区间内，对各拉矫辊执行第j个凝固末端数据对应的压下量，其中j是凝固末端数据编号且为自然数。
[0016]本发明通过在线控制拉矫辊实施轻压下和重压下压下量，能够有效避免连铸坯中心偏析、疏松和缩孔等内部质量问题，提高压下效率，稳定压下效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中:
[0018]图1是根据本发明小方坯连铸机的示意图；
[0019]图2是根据本发明小方坯连铸动态轻压下和重压下在线控制方法轻压下区域和重压下区域的示意图；
[0020]图3是根据本发明小方坯连铸动态轻压下和重压下在线控制方法的流程图；
[0021]图4是根据本发明轻压下压下量分配曲线；
[0022]图5是根据本发明确定凝固末端位置的流程图；
[0023]图6根据本发明确定凝固末端的压力差变化的曲线图；
[0024]图7是根据本发明拉矫辊上辊与连铸坯凝固末端位置的示意图；
[0025]图8是根据本发明确定执行轻压下和重压下的拉矫辊及其压下量的流程图；
[0026]图9是根据本发明小方坯连铸动态轻压下和重压下在线控制方法另一实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0027]在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
[0028]下面将参照附图来对根据本发明的各个实施例进行详细描述。
[0029]本发明动态轻压下和重压下在线控制方法是指确定执行轻压下和重压下的拉矫辊及其压下量，并通过在线控制拉矫辊上辊的移动实现对铸坯的压下量的控制，图1是根据本发明小方坯连铸机示意图，如图所示，连铸机设有若干个拉矫机200，每一台拉矫机200主要包含一对拉矫辊和一个液压缸210，拉矫辊的下辊240是固定支承辊，拉矫辊的上辊230的旋转由电机驱动，升降由与其固定连接的液压缸210控制，上辊230压下位移量的大小决定了辊缝的大小，因此压下位移量的控制也称为辊缝控制。液压缸210上装有位移传感器250，检测液压缸210中活塞杆220的位移，由于活塞杆220和上辊230为固定连接，因此通过位移传感器250能够检测到上辊230的位移，即能够得到拉矫辊上辊230和下辊240的辊缝。液压缸210的上腔和下腔分别安装与压力传感器260，来测量上、下腔的压力变化情况，进而确定小方还连铸还凝固末端位置。
[0030]图2是根据本发明小方坯连铸动态轻压下和重压下在线控制方法轻压下区域和重压下区域的示意图，如图2所示，轻压下是在连铸坯的中心固相率为0.3-0.85的范围内采用多辊小压下量的方式对每个单辊实施小于5mm的压下量，重压下是在凝固末端及以后采用单辊大压下量的方式对单辊拉矫辊实施大于5_的压下量，优选地，重压下的压下量在5-50mm范围内，最理想的重压下位置是，执行重压下的拉矫辊上辊与水平面的切点正好是连铸坯的凝固末端。
[0031]根据本发明小方坯连铸动态轻压下和重压下在线控制方法的流程图，如图3所示，所述在线控制方法包括:
[0032]首先，在步骤S300中，实时计算跟踪铸坯的温度场，根据连铸坯的中心温度、液相温度以及固相温度得到连铸坯固相率，实时计算连铸坯的固相率fs(t)。
【权利要求】
1.一种小方坯动态轻压下和重压下在线控制方法，包括: 实时跟踪计算铸坯温度场； 初步确定执行轻压下的拉矫辊及其压下量； 确定凝固末端位置； 确定执行轻压下和重压下的拉矫辊及其压下量； 将执行轻压下和重压下的拉矫辊及其压下量传输到辊缝自动控制系统，远程对各拉矫机上辊进行在线轻压下和在线重压下压下量的控制。
2.根据权利要求1所述的动态轻压下和重压下在线控制方法，其中，所述确定凝固末端位置的方法包括: 对各拉矫辊执行预定压下量的压下和抬起； 得到各拉矫机油缸上腔压力和下腔压力； 得到拉矫机油缸上下腔的压力差变化曲线； 确定凝固末端相邻的两个拉矫棍； 利用温度场得到凝固末端位置； 对该凝固末端位置进行滤波，确定最终的凝固末端位置。
3.根据权利要求2所述的动态轻压下和重压下在线控制方法，其中，所述各拉矫机油缸上腔压力和下腔压力通过在油缸的上腔和下腔分别设置至少一个压力传感器测得。
4.根据权利要求2所述的动态轻压下和重压下在线控制方法，其中，所述确定凝固末端位置的方法还包括:通过已经确定的凝固末端相邻的两个拉矫辊的位置来校核利用温度场得到的凝固末端位置。
5.根据权利要求1所述的动态轻压下和重压下在线控制方法，其中，所述确定执行轻压下和重压下的拉矫辊及其压下量的方法包括: 分别得到凝固末端相邻两个拉矫辊i和i+Ι与凝固末端位置相对于结晶器弯月面的距离差AX1、AXi+l，其中i是拉矫辊的编号且为自然数； 判断Λ Xi是否满足I AXiI ^ I Λ Xrai I，其中Λ Xrai为凝固末端到拉矫辊中心下垂线的临界长度； 若满足，确定拉矫辊i为执行重压下的拉矫辊； 若不满足，确定拉矫辊i+Ι为执行重压下的拉矫辊； 若重压下拉矫辊i+Ι，则判断AXi+1是否满足I AXi+1| ^ I AXcri ； 若满足，则增加拉矫辊i的轻压下的压下量； 若不满足，则不改变拉矫辊i的轻压下的压下量。
6.根据权利要求5所述的动态轻压下和重压下在线控制方法，其中，所述重压下的压下辊和压下量是在凝固末端及凝固末端以后对单辊施加5-50_的压下量。
7.根据权利要求1所述的动态轻压下和重压下在线控制方法，其中，所述初步确定执行轻压下的拉矫辊的压下量通过计算轻压下的总压下量及压下量分布曲线获得。
8.根据权利要求1所述的动态轻压下和重压下在线控制方法，其中，所述小方坯动态轻压下和重压下在线控制方法还包括: 根据权利要求1所述的轻压下和重压下压下辊以及压下量的方法对铸坯进行多次实验，根据实验结果，制定压下工艺表；确定轻压下和重压下的压下规则； 根据上述规则和工艺表，确定执行轻压下和重压下的拉矫辊及其压下量； 将执行轻压下和重压下的拉矫辊及其压下量传输到辊缝自动控制系统，远程对各拉矫机上辊进行在线轻压下和在线重压下压下量的控制。
9.根据权利要求8所述的动态轻压下和重压下在线控制方法，其中，所述工艺表包括凝固末端距离结晶器弯月面的位置数据以及与上述数据对应的各拉矫辊压下量的数据。
10.根据权利要求9所述的动态轻压下和重压下在线控制方法，其中，所述轻压下和重压下的压下规则包括: 判断凝固末端位置是否小于压下工艺表中的最小凝固末端位置数据或者大于最大凝固末端位置数据； 若是，则不压下； 若不是，则判断凝固末端位置是否为表中凝固末端位置数据； 若凝固末端位置是表中凝固末端位置数据，则对各拉矫辊执行表中凝固末端位置数据对应的压下量； 若凝固末端位置不是表中凝固末端位置数据，则确定凝固末端位置位于工艺表中凝固末端位置数据第j个和第j+Ι个凝固末端数据区间内，对各拉矫辊执行第j个凝固末端数据对应的压下量， 其中j是凝固末端数据编号且为自然数。
【文档编号】B22D11/12GK104001891SQ201410270691
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】钱亮, 陈志凌, 刘伟涛, 韩丽娜, 白居冰 申请人:中冶连铸技术工程有限责任公司