專利名稱：薄帶連鑄裂紋和凝固組織在線預(yù)報(bào)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄帶連鑄技術(shù)，尤其涉及薄帶連鑄裂紋和凝固組織在線預(yù)報(bào)及控制方法。
背景技術(shù)：
對(duì)連鑄坯或鑄帶質(zhì)量進(jìn)行可靠的在線監(jiān)控和預(yù)報(bào)，減少鑄坯缺陷，滿足使用性能，這對(duì)提高鑄坯或鑄帶質(zhì)量都是極為重要的。不論是常規(guī)連鑄還是薄帶連鑄工藝，連鑄坯或鑄帶內(nèi)部的凝固組織，縮松以及表面裂紋等缺陷甚至漏鋼等事故都直接與水冷結(jié)晶器銅板或水冷結(jié)晶輥和鋼水之間的傳熱和冷卻相關(guān)。可用熱流密度來(lái)表示結(jié)晶輥或結(jié)晶器銅板的傳熱能力。因此通過(guò)監(jiān)測(cè)熱流密度可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄坯質(zhì)量的在線監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)的目的。
通常結(jié)晶器熱流密度在線檢測(cè)總是基于溫度的檢測(cè)。因此在常規(guī)的連鑄過(guò)程中，在結(jié)晶器銅壁內(nèi)埋入不同數(shù)量的熱電偶來(lái)監(jiān)測(cè)結(jié)晶器銅板的溫度是目前最成熟的而且已經(jīng)被廣泛使用的技術(shù)。如專利US5020585，US4949777公開(kāi)了一種用于板坯漏鋼預(yù)報(bào)的方法，其要點(diǎn)是在結(jié)晶器銅壁不同點(diǎn)埋入熱電偶和溫度傳感器，通過(guò)檢測(cè)各點(diǎn)溫度變化來(lái)進(jìn)行漏鋼預(yù)報(bào)。對(duì)于這些基于溫度檢測(cè)的系統(tǒng)，若要進(jìn)一步考察熱流密度的情況，則只能由溫度檢測(cè)值進(jìn)行近似計(jì)算或用模型進(jìn)行計(jì)算。另一種方法是直接檢測(cè)熱流密度。專利US455364采用了一種直接進(jìn)行熱流檢測(cè)的片狀傳感器，并根據(jù)熱流的變化來(lái)進(jìn)行漏鋼預(yù)報(bào)。專利CN200420082415.X公布了一種用來(lái)直接檢測(cè)圓坯的熱流密度的方法和裝置。
薄帶連鑄是鋼水經(jīng)過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶輥，并在軋制力的作用下凝固成2-5mm鑄帶。目前薄帶連鑄生產(chǎn)的基本工藝過(guò)程是薄帶連鑄機(jī)(雙輥、單輥、輪帶式)-密閉室-活套-夾送輥-熱軋(單機(jī)架或兩機(jī)架或無(wú))-控冷-卷取。鋼水從鋼包經(jīng)過(guò)長(zhǎng)水口、中間包和浸入式水口進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的水冷結(jié)晶輥與側(cè)封板形成的熔池內(nèi)，經(jīng)過(guò)水冷結(jié)晶輥的冷卻形成鑄帶，通過(guò)擺動(dòng)導(dǎo)板、夾送輥將鑄帶送至鑄帶輸送輥道，經(jīng)過(guò)熱軋機(jī)，噴淋冷卻，飛剪直至卷取機(jī)。在薄帶連鑄工藝中，在結(jié)晶輥內(nèi)安裝熱電偶直接測(cè)量結(jié)晶輥銅套的溫度和熱流密度都是很困難的。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)連鑄拉速一般比較低，拉速一般是1.2～5m/min，結(jié)晶器銅板只有上下的振動(dòng)。而薄帶連鑄的結(jié)晶輥是高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，轉(zhuǎn)速一般要達(dá)到100m/min。這就要求安裝在結(jié)晶輥內(nèi)部的熱電偶引出線也要能夠高速旋轉(zhuǎn)，這給密封和信號(hào)線的連接，抗干擾處理帶來(lái)很大的困難。目前還未見(jiàn)在結(jié)晶輥內(nèi)部安裝熱電偶直接測(cè)量結(jié)晶輥銅套的溫度和熱流密度的報(bào)道。因此在薄帶連鑄中，結(jié)晶輥表面溫度和熱流密度主要是根據(jù)模型計(jì)算獲得。
另外，除了利用結(jié)晶器銅板的表面溫度信號(hào)進(jìn)行鑄坯的裂紋和質(zhì)量預(yù)測(cè)外，專利DE69622966T公布了一種利用模型對(duì)連鑄坯的夾雜物進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)報(bào)的方法；JP05087801公布了一種通過(guò)模型對(duì)最終產(chǎn)品的奧氏體晶粒度，鐵素體含量以及各種顯微組織進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)連鑄坯或鑄帶的表面和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行在線預(yù)報(bào)和控制是提高產(chǎn)品質(zhì)量的主要手段。
在傳統(tǒng)的熱軋帶鋼的生產(chǎn)中，最終產(chǎn)品的質(zhì)量和性能除了與連鑄坯的鑄態(tài)凝固組織和質(zhì)量密切相關(guān)外，經(jīng)過(guò)后續(xù)的熱軋可以很大程度地提高材料的組織和性能。與傳統(tǒng)的熱軋帶鋼的生產(chǎn)工藝不同的是雙輥薄帶連鑄直接澆注的鑄帶就是2-5mm的帶鋼，鑄態(tài)組織或經(jīng)過(guò)一個(gè)道次的在線熱軋就可以直接使用，相當(dāng)于傳統(tǒng)的熱軋帶鋼。因此鑄帶的鑄態(tài)凝固組織和質(zhì)量決定了產(chǎn)品的最終性能。目前已進(jìn)行的研究工作表明不管是硅鋼，不銹鋼還是碳鋼，其快速凝固組織基本是相似的，其主要的特征是細(xì)柱狀晶從兩邊向內(nèi)生長(zhǎng)，直至鋼帶的中心，在一些情況下，在鋼帶的中心有一層等軸晶。柱狀晶中晶體的成長(zhǎng)是擇優(yōu)位向沿著垂直于模壁的散熱方向朝液體中伸展的，而其它位向的枝晶的長(zhǎng)大都受到阻礙，使樹(shù)枝晶得不到充分地發(fā)展，因而樹(shù)枝晶的分枝少，結(jié)晶后的顯微縮孔少，枝晶之間夾雜少，組織致密。但由于柱狀晶較粗大，因而較脆，并且位向一致，引起熱加工困難。同時(shí)在從兩個(gè)相鄰模壁上長(zhǎng)出來(lái)的柱狀晶的接觸面上即鑄錠中間面上容易集中氣體和夾雜物之類的雜質(zhì)，在后來(lái)的軋制過(guò)程中容易沿著這些界面產(chǎn)生裂紋，甚至鑄錠在快速時(shí)也容易沿這些界面產(chǎn)生開(kāi)裂。人們把這些面稱之為弱面。等軸晶與柱狀晶相比，因各枝晶彼此嵌合，結(jié)合得比較牢固，不產(chǎn)生弱面，在熱加工過(guò)程中不容易開(kāi)裂，同時(shí)鑄帶性能也不呈方向性。由于鑄帶的凝固組織直接影響著鑄帶的質(zhì)量和性能，因此在線對(duì)鑄帶的凝固組織進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制就顯得尤為重要。對(duì)不同的材料，要根據(jù)材料的使用性能來(lái)確定材料的凝固組織。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種薄帶連鑄裂紋和凝固組織在線預(yù)報(bào)及控制方法，該方法通過(guò)直接檢測(cè)結(jié)晶輥的表面溫度，根據(jù)數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)晶輥表面狀態(tài)的在線監(jiān)控和對(duì)鑄帶凝固組織的在線控制。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種薄帶連鑄裂紋和凝固組織在線預(yù)報(bào)及控制方法，其特征是當(dāng)薄帶連鑄工藝穩(wěn)定后，結(jié)晶輥表面溫度會(huì)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，實(shí)時(shí)在線檢測(cè)結(jié)晶輥的表面溫度，將檢測(cè)到的溫度信號(hào)通過(guò)信號(hào)的高速采集系統(tǒng)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中； 利用檢測(cè)到的實(shí)時(shí)的溫度信號(hào)，在熱流密度模塊內(nèi)根據(jù)熱流密度模型直接計(jì)算出實(shí)時(shí)的熱流密度；熱流密度的計(jì)算模型為 HFi＝ATi+B(1) 式中， HFi-實(shí)時(shí)的熱流密度， Ti-檢測(cè)到的實(shí)時(shí)的輥表面溫度的平均值， A，B-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，不同的鋼種和工藝，A和B取值不同；一般A的范圍為0.05-0.08，B的范圍為0-4； 當(dāng)模型計(jì)算的熱流密度大于裂紋門檻值HF0時(shí)，即 HFi＞HF0時(shí)，發(fā)出裂紋報(bào)警； 利用檢測(cè)到的實(shí)時(shí)的結(jié)晶輥表面溫度信號(hào)，可以在凝固組織模塊內(nèi)根據(jù)凝固組織模型直接計(jì)算出實(shí)時(shí)的等軸晶區(qū)比例，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)鑄帶的凝固狀況；等軸晶區(qū)比例的模型為 ERi％＝CTi+D(2) 式中， ERi％-鑄帶凝固組織中等軸晶區(qū)的比例， Ti-結(jié)晶輥表面溫度實(shí)時(shí)檢測(cè)值的平均值， C，D-系數(shù)，不同鋼種，不同生產(chǎn)工藝，C，D取值不同；C-0.25～-0.6，D70～140； 當(dāng)凝固組織中等軸晶區(qū)比例在目標(biāo)范圍內(nèi)時(shí)，即 |ERi-ERi-1|≤ε， 則維持生產(chǎn)工藝參數(shù)不變； 式中， ERi-當(dāng)前時(shí)刻的等軸晶區(qū)比例； ERi-1-前一時(shí)刻的等軸晶區(qū)的比例 ε-等軸晶區(qū)控制范圍； 若等軸晶區(qū)比例超過(guò)控制范圍，即 |ERi-ERi-1|＞ε 則需要對(duì)生產(chǎn)工藝參數(shù)的拉速、液位和帶厚進(jìn)行調(diào)整，該調(diào)整可以是單一的，也可以是混合的，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄帶凝固組織的在線控制。
本發(fā)明是通過(guò)直接檢測(cè)結(jié)晶輥的表面溫度，將檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度信號(hào)傳輸?shù)綗崃髅芏扔?jì)算模塊內(nèi)，根據(jù)熱流密度模型直接計(jì)算出實(shí)時(shí)的熱流密度；將計(jì)算出的熱流密度輸入到裂紋判斷模塊，來(lái)判斷是否發(fā)生裂紋，如果發(fā)生裂紋就發(fā)出報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)晶輥表面狀態(tài)的在線監(jiān)控。
同時(shí)將檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度傳輸?shù)降容S晶計(jì)算模塊中，根據(jù)等軸晶計(jì)算模型計(jì)算等軸晶；當(dāng)凝固組織中等軸晶區(qū)比例在在目標(biāo)范圍內(nèi)時(shí)，即|ERi-ERi-1|≤ε，則維持生產(chǎn)工藝參數(shù)不變； 若等軸晶區(qū)比例超過(guò)允許范圍，即|ERi-ERi-1|＞ε，則需要對(duì)生產(chǎn)工藝參數(shù)即拉速、厚度和液位高度進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄帶凝固組織的在線控制。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明薄帶連鑄裂紋和凝固組織在線預(yù)報(bào)及控制裝置示意圖； 圖2為本發(fā)明薄帶連鑄裂紋和凝固組織在線預(yù)報(bào)及控制方法流程圖。
圖中1固定輥，2移動(dòng)輥，3軸承座，4液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，5聯(lián)軸器，6電機(jī)，7壓力傳感器，8位移傳感器，9結(jié)晶輥表面溫度檢測(cè)儀，10中間包，11控流裝置(液流控制裝置、塞棒)，12水口，13液位傳感器，14熔池。
具體實(shí)施例方式 參見(jiàn)圖1、圖2，一種薄帶連鑄裂紋和凝固組織在線預(yù)報(bào)及控制裝置，包括一對(duì)水平平行水冷結(jié)晶輥1、2，在電機(jī)6的帶動(dòng)下通過(guò)減速機(jī)和聯(lián)軸器5以一定的速度相反方向旋轉(zhuǎn)。一個(gè)為固定輥1，一個(gè)是移動(dòng)輥2。兩個(gè)結(jié)晶輥1、2在兩個(gè)輥?zhàn)又g形成縫隙，鋼水經(jīng)過(guò)中間包10，通過(guò)鋼水控流裝置11，經(jīng)過(guò)水口12澆注到由兩個(gè)結(jié)晶輥1、2和側(cè)封板形成的三角熔池14內(nèi)，從縫隙中經(jīng)過(guò)水冷結(jié)晶輥凝固成一定厚度的鑄帶。移動(dòng)輥2通過(guò)液壓伺服機(jī)構(gòu)4可以任意快速、高精度平移，并通過(guò)位移傳感器8記錄輥縫變化量；固定輥1端安裝測(cè)試軋制力的壓力傳感器7，結(jié)晶輥表面裝有溫度傳感器9作為結(jié)晶輥表面溫度檢測(cè)儀9，液位高度用液位檢測(cè)傳感器13來(lái)檢測(cè)，并通過(guò)控流裝置11對(duì)鋼水流量進(jìn)行控制。結(jié)晶輥表面溫度檢測(cè)儀9檢測(cè)的溫度信號(hào)，電機(jī)6轉(zhuǎn)速信號(hào)，液位傳感器13檢測(cè)的液位高度信號(hào)，以及位移傳感器8的位移信號(hào)等通過(guò)高速信號(hào)采集系統(tǒng)以及信號(hào)傳輸系統(tǒng)并經(jīng)過(guò)抗干擾處理，輸送到PLC(可編程控制器)中，并在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示、控制以及報(bào)警等功能。
薄帶連鑄裂紋和凝固組織在線預(yù)報(bào)及控制系統(tǒng)主要包括結(jié)晶輥表面溫度檢測(cè)儀9，液位檢測(cè)與控制系統(tǒng)13，表面溫度測(cè)試系統(tǒng)；速度控制系統(tǒng)，帶厚控制系統(tǒng)，液流控制裝置11，表面溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，熱流密度計(jì)算模塊，裂紋報(bào)警系統(tǒng)，凝固組織計(jì)算模塊，凝固組織判別模塊等。液流控制裝置11可以是滑板式，也可以是塞棒式。液位檢測(cè)13可以是CCD，渦流，放射元素等能夠檢測(cè)到液位的方式。表面溫度測(cè)試系統(tǒng)可以是非接觸式(如紅外測(cè)溫法)和接觸式測(cè)溫(熱電偶法)。高速信號(hào)采集的顯示系統(tǒng)的采集速度是不低于50ms一次，采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)中值濾波和平滑處理；信號(hào)傳輸過(guò)程經(jīng)過(guò)抗干擾處理，主要包括低通濾波、光電隔離、以及屏蔽等措施。控制凝固組織的方式，可以是速度控制模式，可以是厚度控制模式，也可以是液位控制模式；還可以是速度，厚度，液位三種混合控制模式。通過(guò)上述的設(shè)備和控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)晶輥表面溫度，熱流密度，以及凝固組織的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)裂紋報(bào)警，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)鑄帶凝固組織的在線控制。
一種薄帶連鑄裂紋和凝固組織在線預(yù)報(bào)及控制方法是通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)的 參見(jiàn)圖2，澆注開(kāi)始時(shí)，鋼水通過(guò)中間包10，塞棒(滑板)11和浸入式水口12注入到結(jié)晶輥熔池14中，在結(jié)晶輥的冷卻作用下，鋼水凝固成坯殼，從結(jié)晶輥中拉出鑄帶。由于結(jié)晶輥表面與熔池14內(nèi)的鋼水接觸，所以表面溫度會(huì)隨著時(shí)間升高，到達(dá)一定溫度后，當(dāng)工藝穩(wěn)定后，結(jié)晶輥表面溫度會(huì)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。結(jié)晶輥表面的溫度傳感器9實(shí)時(shí)在線檢測(cè)結(jié)晶輥的表面溫度，將溫度傳感器9檢測(cè)到的溫度信號(hào)，通過(guò)信號(hào)的高速采集系統(tǒng)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中。
利用檢測(cè)到的實(shí)時(shí)的溫度信號(hào)，在熱流密度模塊內(nèi)根據(jù)熱流密度模型直接計(jì)算出實(shí)時(shí)的熱流密度；熱流密度的計(jì)算模型為 HFi＝ATi+B(1) 式中， HFi-實(shí)時(shí)的熱流密度， Ti-檢測(cè)到的實(shí)時(shí)的輥表面溫度的平均值， A，B-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，不同的鋼種和工藝，A和B取值不同；一般A的范圍為0.05-0.08；B的范圍0-4； 由于熱流密度大小直接影響到鑄帶的傳熱和冷卻，當(dāng)熱流密度增大時(shí)，裂紋發(fā)生率明顯增加。因此，當(dāng)模型計(jì)算的熱流密度大于裂紋門檻值HF0時(shí)，即 HFi＞HF0時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出裂紋報(bào)警。
根據(jù)鋼種不同，裂紋報(bào)警的門檻值HF0不同，HF0的大小根據(jù)不同設(shè)備和鋼種是生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)值。
利用檢測(cè)到的實(shí)時(shí)的結(jié)晶輥表面溫度信號(hào)，可以在凝固組織模塊內(nèi)根據(jù)凝固組織模型直接計(jì)算出實(shí)時(shí)的等軸晶區(qū)比例，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)鑄帶的凝固狀況；等軸晶區(qū)比例的模型為 ERi％＝CTi+D(2) 式中， ERi％-鑄帶凝固組織中等軸晶區(qū)的比例， Ti-結(jié)晶輥表面溫度實(shí)時(shí)檢測(cè)值的平均值， C，D-系數(shù)，不同鋼種，不同生產(chǎn)工藝，C，D取值不同；C-0.25～-0.6，D70～140。
在生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的表面溫度值，通過(guò)凝固組織計(jì)算模型(2)可以實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)鑄帶的凝固狀況。當(dāng)凝固組織中等軸晶區(qū)比例在目標(biāo)范圍內(nèi)時(shí)，即 |ERi-ERi-1|≤ε， 則維持生產(chǎn)工藝參數(shù)不變； 式中， ERi-當(dāng)前時(shí)刻的等軸晶區(qū)比例； ERi-1-前一時(shí)刻的等軸晶區(qū)的比例 ε-等軸晶區(qū)控制范圍；其范圍根據(jù)產(chǎn)品的要求確定 若等軸晶區(qū)比例超過(guò)控制范圍，即 |ERi-ERi-1|＞ε 則需要對(duì)生產(chǎn)工藝參數(shù)的拉速、液位和帶厚進(jìn)行調(diào)整，該調(diào)整可以是單一的，也可以是混合的，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄帶凝固組織的在線控制。
這里需要指出的是，等軸晶區(qū)的比例根據(jù)產(chǎn)品的使用以及組織性能要求確定，鋼種不同，需要控制的等軸晶區(qū)比例不同，即使同樣的鋼種成分，由于使用用途不同控制的等軸晶區(qū)比例也不同。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，一般設(shè)置ε值在5～10％。
下面具體描述通過(guò)對(duì)帶厚、拉速、液位高度的生產(chǎn)工藝參數(shù)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄帶凝固組織的在線控制。
1.帶厚工藝參數(shù)調(diào)整 隨著薄帶厚度增加，等軸晶比例增加。這是因?yàn)殍T帶越厚，在其它工藝參數(shù)不變的條件下，冷卻速度變小，柱狀晶前沿液相溫度梯度降低，有利于等軸晶的生長(zhǎng)，因此等軸晶比例增加。
當(dāng)根據(jù)模型(2)計(jì)算的等軸晶區(qū)比例超過(guò)允許值時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)帶厚來(lái)控制等軸晶區(qū)比例。當(dāng)?shù)容S晶區(qū)比例超過(guò)控制范圍后，則當(dāng)前時(shí)刻的帶厚可以通過(guò)下式計(jì)算得到 式中 δi-當(dāng)前時(shí)刻的帶厚值， δi-1-前一時(shí)刻的帶厚值， G是生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；G的取值范圍為90～150； 將計(jì)算后的帶厚值δi賦給位移傳感器8，通過(guò)位移傳感器8發(fā)出信號(hào)給液壓伺服機(jī)構(gòu)4，通過(guò)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)4的動(dòng)作，將帶厚變?yōu)棣膇。
2.拉速工藝參數(shù)調(diào)整 同樣，拉速增加，液位高度降低都可以增加等軸晶區(qū)比例，反之，則減少等軸晶的比例。
當(dāng)根據(jù)模型(2)計(jì)算的等軸晶區(qū)比例超過(guò)允許值時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)速度來(lái)控制等軸晶區(qū)比例。下一時(shí)刻結(jié)晶輥速度可以通過(guò)下式計(jì)算得到 式中 Vi-當(dāng)前時(shí)刻的帶厚值， Vi-1-前一時(shí)刻的帶厚值， E-系數(shù)，根據(jù)不同鋼種，不同工藝確定；E一般取值范圍為90～150； 將計(jì)算后的結(jié)晶輥速度Vi，輸送給電機(jī)6，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)6，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)晶輥速度的調(diào)節(jié)和控制。
3.液位高度工藝參數(shù)調(diào)整 當(dāng)根據(jù)模型(2)計(jì)算的等軸晶區(qū)比例超過(guò)允許值時(shí)，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)液位高度來(lái)控制等軸晶區(qū)比例。
下一時(shí)刻液位高度可以通過(guò)下式計(jì)算得到 式中 h-液位高度 M是系數(shù)，取值范圍為90-150； 將新的液位高度值h賦給液流控制裝置11，通過(guò)控制塞棒或滑板的開(kāi)度以及液位傳感器13的檢測(cè)信號(hào)值，可實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的控制。
通過(guò)對(duì)工藝參數(shù)拉速、帶厚和液位高度的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄帶凝固組織的控制。
實(shí)施例一 澆注開(kāi)始時(shí)，由于結(jié)晶輥表面與熔池內(nèi)的鋼水接觸，所以表面溫度會(huì)隨著時(shí)間升高，經(jīng)過(guò)-定時(shí)間，表面溫度會(huì)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)澆注不銹鋼時(shí)，熱流密度的模型為 HFi＝ATi+B A＝0.067，B＝2 對(duì)不銹鋼，當(dāng)檢測(cè)到的表面溫度大于180℃時(shí)，此時(shí)熱流密度大于14MW/m2時(shí)，發(fā)出裂紋報(bào)警。
利用檢測(cè)到的實(shí)時(shí)的結(jié)晶輥表面溫度信號(hào)，還可以在凝固組織模塊內(nèi)根據(jù)凝固組織模型直接計(jì)算出實(shí)時(shí)的等軸晶區(qū)比例。等軸晶區(qū)比例的模型為 ERi％＝CTi+D 對(duì)不銹鋼取 C＝-0277，D＝120 當(dāng)|ERi-ERi-1|≤ε，則維持生產(chǎn)工藝參數(shù)不變； 若等軸晶區(qū)比例超過(guò)允許范圍，即 |ERi-ERi-1|＞ε 在本實(shí)施例中，給出通過(guò)調(diào)節(jié)速度實(shí)現(xiàn)對(duì)凝固組織的在線控制。下一時(shí)刻速度可以通過(guò)下式計(jì)算得到 E＝90 將計(jì)算后的速度Vi，輸送給電機(jī)6，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)6，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的調(diào)節(jié)和控制。
實(shí)施例二 澆注開(kāi)始時(shí)，由于結(jié)晶輥表面與熔池內(nèi)的鋼水接觸，所以表面溫度會(huì)隨著時(shí)間升高，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，表面溫度會(huì)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)澆注低碳鋼時(shí)，熱流密度的模型為 HFi＝ATi+B A＝0.08；B＝0 對(duì)低碳鋼，當(dāng)檢測(cè)到的表面溫度大于200℃時(shí)，此時(shí)熱流密度大于16MW/m2時(shí)，發(fā)出裂紋報(bào)警。
利用檢測(cè)到的實(shí)時(shí)的結(jié)晶輥表面溫度信號(hào)，還可以在凝固組織模塊內(nèi)根據(jù)凝固組織模型直接計(jì)算出實(shí)時(shí)的等軸晶區(qū)比例。等軸晶區(qū)比例的模型為 ERi％＝CTi+D 對(duì)低碳鋼取 C＝-0.3，D＝80 當(dāng)|ERi-ERi-1|≤ε，則維持生產(chǎn)工藝參數(shù)不變； 若等軸晶區(qū)比例超過(guò)允許范圍，即|ERi-ERi-1|＞ε 在本實(shí)施例中，給出通過(guò)調(diào)節(jié)帶厚實(shí)現(xiàn)對(duì)凝固組織的在線控制。通過(guò)帶厚控制模型計(jì)算出帶厚， G取150； 將計(jì)算后的帶厚值δi賦給位移傳感器8，通過(guò)位移傳感器8發(fā)出信號(hào)給液壓伺服機(jī)構(gòu)4，通過(guò)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)4的動(dòng)作，將帶厚變?yōu)棣膇。
實(shí)施例三 澆注開(kāi)始時(shí)，由于結(jié)晶輥表面與熔池內(nèi)的鋼水接觸，所以表面溫度會(huì)隨著時(shí)間升高，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，表面溫度會(huì)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)澆注高碳鋼時(shí)，熱流密度的模型為 HFi＝ATi+B A＝0.05；B＝3 對(duì)高碳鋼，當(dāng)檢測(cè)到的表面溫度大于160℃時(shí)，此時(shí)熱流密度大于11MW/m2時(shí)，發(fā)出裂紋報(bào)警。
利用檢測(cè)到的實(shí)時(shí)的結(jié)晶輥表面溫度信號(hào)，還可以在凝固組織模塊內(nèi)根據(jù)凝固組織模型直接計(jì)算出實(shí)時(shí)的等軸晶區(qū)比例。等軸晶區(qū)比例的模型為 ERi％＝CTi+D 對(duì)高碳鋼取 C＝-0.58，D＝123 當(dāng)|ERi-ERi-1|≤ε，則維持生產(chǎn)工藝參數(shù)不變； 若等軸晶區(qū)比例超過(guò)允許范圍，即 |ERi-ERi-1|＞ε 在本實(shí)施例中，給出通過(guò)調(diào)節(jié)液位高度實(shí)現(xiàn)對(duì)凝固組織的在線控制。通過(guò)液位控制模型計(jì)算出液位 M是系數(shù)，取M＝148 將新的液位高度值賦給液流控制裝置11，通過(guò)控制塞棒或滑板的開(kāi)度以及液位傳感器13的檢測(cè)信號(hào)值，可實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的控制。
實(shí)施例四 澆注開(kāi)始時(shí)，由于結(jié)晶輥表面與熔池內(nèi)的鋼水接觸，所以表面溫度會(huì)隨著時(shí)間升高，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，表面溫度會(huì)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)澆注低合金結(jié)構(gòu)鋼時(shí)，熱流密度的模型為 HFi＝ATi+B A＝0.06；B＝2 對(duì)低合金結(jié)構(gòu)鋼，當(dāng)檢測(cè)到的表面溫度大于180℃時(shí)，此時(shí)熱流密度大于12.8MW/m2時(shí)，發(fā)出裂紋報(bào)警。
利用檢測(cè)到的實(shí)時(shí)的結(jié)晶輥表面溫度信號(hào)，還可以在凝固組織模塊內(nèi)根據(jù)凝固組織模型直接計(jì)算出實(shí)時(shí)的等軸晶區(qū)比例。等軸晶區(qū)比例的模型為 ERi％＝CTi+D 對(duì)低合金結(jié)構(gòu)鋼取 C＝-0.3，D＝118 當(dāng)|ERi-ERi-1|≤ε，則維持生產(chǎn)工藝參數(shù)不變； 若等軸晶區(qū)比例超過(guò)允許范圍，即 |ERi-ERi-1|＞ε 在本實(shí)施例中，給出通過(guò)調(diào)節(jié)液位高度實(shí)現(xiàn)對(duì)凝固組織的在線控制。通過(guò)液位控制模型計(jì)算出液位 M是系數(shù)，取M＝95 將新的液位高度值賦給液流控制裝置11，通過(guò)控制塞棒或滑板的開(kāi)度以及液位傳感器13的檢測(cè)信號(hào)值，可實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的控制。
實(shí)施例五 澆注開(kāi)始時(shí)，由于結(jié)晶輥表面與熔池內(nèi)的鋼水接觸，所以表面溫度會(huì)隨著時(shí)間升高，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，表面溫度會(huì)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)澆注高合金鋼時(shí)，熱流密度的模型為 HFi＝ATi+B A＝0.08，B＝1 對(duì)高合金鋼，當(dāng)檢測(cè)到的表面溫度大于170℃時(shí)，此時(shí)熱流密度大于14.6MW/m2時(shí)，發(fā)出裂紋報(bào)警。
利用檢測(cè)到的實(shí)時(shí)的結(jié)晶輥表面溫度信號(hào)，還可以在凝固組織模塊內(nèi)根據(jù)凝固組織模型直接計(jì)算出實(shí)時(shí)的等軸晶區(qū)比例。等軸晶區(qū)比例的模型為 ERi％＝CTi+D 高合金鋼取 C＝-0.3，D＝72 當(dāng)|ERi-ERi-1|≤ε，則維持生產(chǎn)工藝參數(shù)不變； 若等軸晶區(qū)比例超過(guò)允許范圍，即 |ERi-ERi-1|＞ε 在本實(shí)施例中，給出通過(guò)調(diào)節(jié)速度實(shí)現(xiàn)對(duì)凝固組織的在線控制。
下一時(shí)刻速度可以通過(guò)下式計(jì)算得到 E＝146 將計(jì)算后的速度Vi，輸送給電機(jī)6，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)6，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的調(diào)節(jié)和控制。
實(shí)施例六 澆注開(kāi)始時(shí)，由于結(jié)晶輥表面與熔池內(nèi)的鋼水接觸，所以表面溫度會(huì)隨著時(shí)間升高，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，表面溫度會(huì)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)澆注硅鋼時(shí)，熱流密度的模型為 HFi＝ATi+B A＝0.05；B＝2 對(duì)硅鋼，當(dāng)檢測(cè)到的表面溫度大于165℃時(shí)，此時(shí)熱流密度大于10.25W/m2時(shí)，發(fā)出裂紋報(bào)警。
利用檢測(cè)到的實(shí)時(shí)的結(jié)晶輥表面溫度信號(hào)，還可以在凝固組織模塊內(nèi)根據(jù)凝固組織模型直接計(jì)算出實(shí)時(shí)的等軸晶區(qū)比例。等軸晶區(qū)比例的模型為 ERi％＝CTi+D 對(duì)硅鋼取 C＝-0.6，D＝138 當(dāng)|ERi-ERi-1|≤ε，則維持生產(chǎn)工藝參數(shù)不變； 若等軸晶區(qū)比例超過(guò)允許范圍，即|ERi-ERi-1|＞ε 在本實(shí)施例中，給出通過(guò)調(diào)節(jié)帶厚實(shí)現(xiàn)對(duì)凝固組織的在線控制。通過(guò)帶厚控制模型計(jì)算出帶厚， G取98； 將計(jì)算后的帶厚值δi賦給位移傳感器8，通過(guò)位移傳感器8發(fā)出信號(hào)給液壓伺服機(jī)構(gòu)4，通過(guò)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)4的動(dòng)作，將帶厚變?yōu)棣膇。
表1給出了實(shí)施例中用的參數(shù)，根據(jù)表中的參數(shù)可以確定控制模型和控制參數(shù)。
表一
權(quán)利要求
1.一種薄帶連鑄裂紋和凝固組織在線預(yù)報(bào)及控制方法，其特征是當(dāng)薄帶連鑄工藝穩(wěn)定后，結(jié)晶輥表面溫度會(huì)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，實(shí)時(shí)在線檢測(cè)結(jié)晶輥的表面溫度，將檢測(cè)到的溫度信號(hào)通過(guò)信號(hào)的高速采集系統(tǒng)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中；
利用檢測(cè)到的實(shí)時(shí)的溫度信號(hào)，在熱流密度模塊內(nèi)根據(jù)熱流密度模型直接計(jì)算出實(shí)時(shí)的熱流密度；熱流密度的計(jì)算模型為
HFi＝ATi+B (1)
式中，
HFi-實(shí)時(shí)的熱流密度，
Ti-檢測(cè)到的實(shí)時(shí)的輥表面溫度的平均值，
A，B-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，不同的鋼種工藝，A，B取值不同；一般A的范圍為0.05-0.08；B為0-4；
當(dāng)模型計(jì)算的熱流密度大于裂紋門檻值HF0時(shí)，即
HFi＞HF0時(shí)，發(fā)出裂紋報(bào)警；
利用檢測(cè)到的實(shí)時(shí)的結(jié)晶輥表面溫度信號(hào)，可以在凝固組織模塊內(nèi)根據(jù)凝固組織模型直接計(jì)算出實(shí)時(shí)的等軸晶區(qū)比例，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)鑄帶的凝固狀況；等軸晶區(qū)比例的模型為
ERi％＝CTi+D(2)
式中，
ERi％-鑄帶凝固組織中等軸晶區(qū)的比例，
Ti-結(jié)晶輥表面溫度實(shí)時(shí)檢測(cè)值的平均值，
C，D-系數(shù)，不同鋼種，不同生產(chǎn)工藝，C，D取值不同；C-0.25～-0.6，D70～140；
當(dāng)凝固組織中等軸晶區(qū)比例在目標(biāo)范圍內(nèi)時(shí)，即
|ERi-ERi-1|≤ε，
則維持生產(chǎn)工藝參數(shù)不變；
式中，
ERi-當(dāng)前時(shí)刻的等軸晶區(qū)比例；
ERi-1-前一時(shí)刻的等軸晶區(qū)的比例
ε-等軸晶區(qū)控制范圍；
若等軸晶區(qū)比例超過(guò)控制范圍，即
|ERi-ERi-1|＞ε
則需要對(duì)生產(chǎn)工藝參數(shù)的拉速、液位和帶厚進(jìn)行調(diào)整，該調(diào)整可以是單一的，也可以是混合的，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄帶凝固組織的在線控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄帶連鑄裂紋和凝固組織在線預(yù)報(bào)及控制方法，其特征是通過(guò)調(diào)整帶厚來(lái)控制等軸晶區(qū)比例，當(dāng)?shù)容S晶區(qū)比例超過(guò)控制范圍后，則當(dāng)前時(shí)刻的帶厚可以通過(guò)下式計(jì)算得到
式中
δi-當(dāng)前時(shí)刻的帶厚值，
δi-1-前一時(shí)刻的帶厚值，
G是生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；G的取值范圍為90～150；
將計(jì)算后的帶厚值6i賦給位移傳感器，通過(guò)位移傳感器發(fā)出信號(hào)給液壓伺服機(jī)構(gòu)，通過(guò)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，將帶厚變?yōu)棣膇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄帶連鑄裂紋和凝固組織在線預(yù)報(bào)及控制方法，其特征是通過(guò)調(diào)整結(jié)晶輥的速度來(lái)控制等軸晶區(qū)比例，下一時(shí)刻結(jié)晶輥速度可以通過(guò)下式計(jì)算得到
式中
Vi-當(dāng)前時(shí)刻的帶厚值，
Vi-1-前一時(shí)刻的帶厚值，
E-系數(shù)，根據(jù)不同鋼種，不同工藝確定；E一般取值范圍為90～150；
將計(jì)算后的速度Vi輸送給電機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)晶輥速度的調(diào)節(jié)和控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄帶連鑄裂紋和凝固組織在線預(yù)報(bào)及控制方法，其特征是通過(guò)調(diào)整液位高度來(lái)控制等軸晶區(qū)比例，下一時(shí)刻液位高度可以通過(guò)下式計(jì)算得到
式中
h-液位高度
M是系數(shù)，取值范圍為90-150；
將新的液位高度值h賦給液流控制裝置，通過(guò)控制塞棒或滑板的開(kāi)度以及液位傳感器的檢測(cè)信號(hào)值，可實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的控制。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了薄帶連鑄裂紋和凝固組織在線預(yù)報(bào)及控制方法。本發(fā)明是通過(guò)直接檢測(cè)結(jié)晶輥的表面溫度，將檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度信號(hào)傳輸?shù)綗崃髅芏扔?jì)算模塊內(nèi)，根據(jù)熱流密度模型直接計(jì)算出實(shí)時(shí)的熱流密度；將計(jì)算出的熱流密度輸入到裂紋判斷模塊，來(lái)判斷是否發(fā)生裂紋，如果發(fā)生裂紋就發(fā)出報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)晶輥表面狀態(tài)的在線監(jiān)控。同時(shí)將檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度傳輸?shù)降容S晶計(jì)算模塊中，根據(jù)等軸晶計(jì)算模型計(jì)算等軸晶；當(dāng)凝固組織中等軸晶區(qū)比例在在目標(biāo)范圍內(nèi)時(shí)，即|ERi-ERi-1|≤ε，則維持生產(chǎn)工藝參數(shù)不變；若等軸晶區(qū)比例超過(guò)允許范圍，即|ERi-ERi-1|＞ε，則需要對(duì)生產(chǎn)工藝參數(shù)即拉速、厚度和液位高度進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄帶凝固組織的在線控制。
文檔編號(hào)B22D11/16GK101130205SQ20061003031
公開(kāi)日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2006年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月23日
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