專利名稱：連鑄坯液芯凝固末端位置確定方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋼的連鑄領域，特別涉及一種板坯連續(xù)鑄造時連鑄坯液芯凝固末端位 置確定方法。
背景技術：
在連鑄技術中，鋼液在結晶器內部受到冷卻形成一定厚度的凝固坯殼，出了結晶 器后，鑄坯內部還處于液態(tài)，形成一個長長的液芯。在接下來的二冷階段，鑄坯受到二次 冷卻，凝固坯殼逐漸變厚，直到鑄坯芯部完全凝固，連鑄過程也就是鑄坯液芯逐步凝固的過 程。因此連鑄坯液芯凝固末端位置不僅是連鑄設備設計與連鑄工藝參數(shù)確定等前期設計計 算階段最主要的依據(jù)之一，同時也是實際生產(chǎn)過程中，作為連鑄控制、設備能力考核、鑄坯 內部組織結構和質量控制、乃至澆鑄新鋼種工藝規(guī)范的合理制度等方面主要參數(shù)之一。實際生產(chǎn)中連鑄坯液芯凝固末端的位置取決于多種因素的綜合作用，影響最大的 因素是拉坯速度和鑄坯尺寸的大小。此外，鋼種成分、鑄坯斷面形狀、澆鑄鋼水過熱度、鑄坯 在結晶器和二次冷卻區(qū)的冷卻方式、鑄坯坯殼與結晶器內壁及輥列接觸面積及其材料材質 等，也對連鑄坯凝固末端的準確位置有較重要的影響。尤其是鑄坯末端輕壓下技術的采用 對鑄坯液芯凝固末端的準確測定更加迫切。長期以來，國內外的主要鋼鐵企業(yè)，相關研究院所和高校等科技工作者對如何在 理論上和實際中準確確定連鑄坯液芯凝固末端位置都進行了大量的研究與探索，開發(fā)了各 種理論計算模型或實際測量方法。在理論分析方面，根據(jù)平方根定律5 =火V^，將鑄機中各 種邊界和初始條件都反應到凝固常數(shù)K中，依據(jù)坯殼厚度δ和時間t來估算鑄坯凝固末 端。近年來計算機技術發(fā)展迅速，各種模擬和計算方法出現(xiàn)，利用有限差分和有限元算法模 擬得到鑄坯凝固末端位置。平方根定律和數(shù)值計算是在鑄坯傳熱過程進行假設的基礎上得 到的，且實際應用也要根據(jù)具體的鑄機設備、鋼種和澆注條件進行調試，具有很大的不確定 性。實驗確定法則包括坯殼穿刺、同位素示蹤、射釘和鼓肚測量法等，這些實驗方法都是破 壞性實驗，只能作為樣本數(shù)量較少的研究，并不適用于工業(yè)生產(chǎn)。中國專利CN1909995A公開了一種確定連鑄坯中液芯凝固末端位置的方法，通過 在固定式或者調節(jié)式支撐輥上測量力信號，結合位移信號對調節(jié)工藝參數(shù)進行間接測量， 以此間接測量出每個長度單位或整個鑄坯長度的心部液體體積，并根據(jù)這些測量值完成凝 固末端當前位置的模型計算。該方法先通過測量結果調試計算模型，模型本身參數(shù)需要根 據(jù)測量數(shù)據(jù)修正，也有很大不確定性和間接性。

發(fā)明內容
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種連鑄坯液芯凝固末端位置確定方法，能直接、準 確地確定液芯凝固末端的位置，為凝固末端輕壓下技術和連鑄凝固傳熱模型驗證提供準確 fn息ο為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的連鑄坯液芯凝固末端位置確定方法，包括以下步驟步驟一、在連鑄機扇形段框架和夾緊油缸的連接處設置測力傳感器，測量在連鑄過程中各個 扇形段框架的入口和出口的壓力；步驟二、將上一步驟中測量到各個扇形段框架的入口和 出口的壓力值送入計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行處理，再通過顯示輸出系統(tǒng)輸出各個扇形段框 架入口和出口壓力的變化情況；步驟三、根據(jù)拉速變化時各個扇形段框架入口和出口壓力 的發(fā)生突變情況進行比較，確定液芯凝固末端的所處的位置。優(yōu)選地，本發(fā)明的連鑄坯液芯凝固末端位置確定方法，在步驟一所述的設置測力 傳感器時，先通過鑄坯凝固系數(shù)判斷在工作拉速下鑄坯液芯凝固末端所處的扇形段框架的 區(qū)域范圍，再在該區(qū)域范圍的扇形段框架和夾緊油缸的連接處設置測力傳感器。優(yōu)選地，所述步驟二中通過顯示輸出系統(tǒng)輸出各個扇形段框架入口和出口壓力的 變化情況，采用表格形式列出所有壓力變化值。優(yōu)選地，所述步驟二中通過顯示輸出系統(tǒng)輸出各個扇形段框架入口和出口壓力的 變化情況，采用拉速變化時，各個扇形段框架入口和出口壓力隨時間變化的曲線的形式顯 示出來。本發(fā)明的連鑄坯液芯凝固末端位置確定方法，通過在各個扇形段框架入口和出口 的壓力來反映鋼液靜壓力的變化情況，結合連鑄過程中拉速的改變來確定鑄坯液芯凝固末 端的位置，具有準確、直接、快速的優(yōu)點。


圖1為連鑄坯液芯凝固末端位置確定系統(tǒng)的示意圖，圖2為圖1中的其中一個扇形段框架的立體示意圖，圖3為連鑄過程中拉坯速度變化時各框架入口出口壓力變化趨勢圖。
具體實施例方式圖1為連鑄坯液芯凝固末端位置確定系統(tǒng)的示意圖，鋼液從鋼包11排放到中間包 12中，鋼液從中間包12流入結晶器13中。從結晶器13出來，澆鑄的連鑄坯100穿過連鑄 機扇形段進行二次冷卻。連鑄機扇形段主要起到送裝引錠桿、支托、冷卻、拉矯板坯，減小坯 殼兩相界處鋼水靜壓力的鼓肚應變和矯直應變的作用。連鑄機扇形段分別由垂直段、弧形 段和水平段組成。如圖所示，垂直段即為圖中所示的垂直段支撐輥14部分，水平設置的四 個扇形段框架15為水平段，位于水平段和垂直段之間的六個扇形段框架15為弧形段，從垂 直段支撐輥14開始，垂直段支撐輥14為0號段，其后的弧形段的六個扇形段框架15依次 為1號段框架15a、2號段框架15b、3號段框架15c、4號段框架15d、5號段框架15e、6號段 框架15f，水平段的四個扇形段框架15依次為7號段框架15g、8號段框架15h、9號段框架 15i、10號段框架15j。因為液芯110的存在，連鑄坯100的物理性能發(fā)生改變，一個完全凝固的連鑄坯與 一個局部凝固連鑄坯的彈塑性性能方面是有區(qū)別的，而且其力的傳遞也是不同的。在扇形 段液壓缸151壓下過程中，連鑄坯100寬面下的液芯110受到外力發(fā)生流動，坯殼所受到的 外力傳遞到液芯110部分，因此鋼液靜壓力、液壓缸151夾緊力和扇形段框架15受壓力之 間有一個平衡。當鑄機拉速發(fā)生突變時，連鑄坯100的傳熱情況也會發(fā)生改變，連鑄坯100 的凝固時間發(fā)生改變，連鑄坯100液芯凝固末端111位置也隨之發(fā)生改變，液芯凝固末端111所處的扇形段位置的鋼水靜壓力也會發(fā)生改變，因此只要獲得各個扇形段受力變化情 況，就可以判斷出液芯凝固末端111所在位置。本發(fā)明原理是連鑄機扇形段框架15受力情況決定于連鑄坯100對扇形段框架 15的夾持輥的反作用力，而連鑄坯100對夾持輥的反作用力的主要是連鑄坯100鋼液靜壓 力，也就是說連鑄坯100對扇形段框架15的夾持輥反作用力的大小和變化，就反映出連鑄 坯100鋼液靜壓力的大小和變化。在對其中一個扇形段框架15進行分析，鋼液靜壓力可表 示為PLiquid 一 Pclamp-Pprame式中Pprame-扇形段框架15受到的壓力Pclamp-夾緊油缸151的夾緊力PLiquid-鋼液靜壓力對扇形段框架15的反作用力在連鑄機的穩(wěn)定澆鑄過程中，扇形段夾緊油缸151夾緊力Paamp是基本保持不變 的，而鋼液靜壓力對扇形段框架15的反作用力Puquid則隨著連鑄坯100坯殼厚度的變化而 變化，也就是導致了 Pfmk的變化。扇形段框架15所受壓力Pfmm的變化直接反映了該扇形段鑄坯內部鋼液靜壓力的 變化。通過測量扇形段的各個框架的入口、出口的壓力Pfmm，根據(jù)壓力變化，就可以判斷液 芯凝固末端111的位置。因此，可在扇形段的各個框架的入口、出口設置測力傳感器，各點壓力變化單獨記 錄，將各個框架的入口、出口的壓力Pfmk的信號進行處理。如圖1所述，各個框架的入口、 出口的壓力PFMe的信號通過信號放大系統(tǒng)201進行濾波和放大，并通過A/D轉換系統(tǒng)202 轉換成符合計算機要求的信號，然后通過計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)203對數(shù)據(jù)進行處理，最后 通過顯示輸出系統(tǒng)204輸出。圖2為圖1中的其中一個扇形段框架的立體示意圖，如圖所示，框架15的入口、出 口設置測力傳感器151設置在夾緊油缸151和框架15的連接處，測力傳感器151完成在連 鑄過程中扇形段各個框架15的壓力，入口和出口壓力單獨記錄。本發(fā)明可通過鑄坯凝固系數(shù)K先判斷在工作拉速下鑄坯液芯凝固末端111的區(qū)域 范圍。鑄坯凝固的平方根定律為δ = K/t = K^式中，δ為坯殼厚度(mm)K為鑄坯凝固系數(shù)，該值為通過射釘試驗獲得的經(jīng)驗常數(shù)(mm/min"2)1為液芯凝固末端到結晶器液面的距離(m)ν為拉坯速度(m/min)利用鑄坯厚度的一半為坯殼厚度δ，通過該公式即可求得鑄機不同工作拉速ν下 的液芯凝固末端位置1大概區(qū)域，即液芯凝固末端111落在哪幾個扇形段框架內，在這幾個 扇形段內安裝測力傳感器151即可。這樣可以節(jié)省測力傳感器的數(shù)量，同時也可以減少數(shù) 據(jù)數(shù)據(jù)處理的工作量，便于數(shù)據(jù)分析。在扇形段夾緊油缸15的活塞桿軸線位置為具體測量點，確定在活塞桿和框架15的連接處安裝測力傳感器152。當鑄機拉速發(fā)生改變時，連鑄坯 100的傳熱情況也發(fā)生了改變，液芯凝固末端111也隨之改變，液芯凝固末端111所處的扇 形段區(qū)域也發(fā)生了改變，通過在線連續(xù)測量連鑄機部分扇形段壓力的變化，就直接反映了 鑄坯鋼液靜壓力的變化，而鋼液靜壓力是與鑄坯液芯的厚度和長短有直接關系，因此就可 以根據(jù)拉速的變化和各個扇形段框架出入口壓力的變化對比情況進而判斷其液芯凝固末 端111的位置。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)203對數(shù)據(jù)進行處理，通過顯示輸出系統(tǒng)204輸出，其輸出方式可以 采用數(shù)據(jù)表的形式顯示，也可通過拉坯速度隨時間的變化趨勢曲線的形式顯示。通過變化趨勢曲線或數(shù)據(jù)表的對照，比較拉速變化時，不同扇形段框架15入口和 出口處的壓力的變化。當拉速增加時，不同扇形段內的凝固坯殼會逐漸變薄。由于凝固坯 殼厚度的改變從而改變了此處的鋼液靜壓力對框架的作用力，從而反映到測力傳感器152。 液芯凝固末端111進入到某個扇形段區(qū)域時，其液芯靜壓力會發(fā)生變化，尤其由原來的凝 固狀態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)，因為有了液芯的存在而其靜壓力發(fā)生顯著的改變，這種改變也就直接 反應到測力傳感器152上。因此利用扇形段框架所受壓力、油缸夾緊力和鋼液靜壓力之間 的關系，就可以較準確地判斷鑄坯液芯凝固末端所在位置。下面以1550mmX 230mm斷面鑄坯為例，鋼種為Q235來具體說明如何確定液芯凝 固末端所在位置。根據(jù)平方根定律以及該鋼種的凝固系數(shù)K = 27mm/min1/2，則工作拉速為 0. 85m/min 1. Om/min的范圍內，液芯凝固末端位置大約為15. 42m到18. 14m左右。鑄機 的第6號段框架15f入口和第8段框架15h出口到結晶器液面的距離分別為14. 344m和 20. 176m，則可判斷該鑄機液芯凝固末端111大約處于第6號段框架15f和第8段框架15h 內，因此在第6、7和8段框架15f、15g、15h上分別安裝測力傳感器152。采用拉坯速度(簡稱拉速)變化時，各框架入口出口壓力變化隨時間的變化趨勢 曲線的形式顯示時，可采用圖3所示的曲線表示方式，圖3為連鑄過程中拉坯速度變化時各 框架入口出口壓力變化趨勢圖。如圖3所示，圖中曲線A表示6號段框架15f入口壓力值、 曲線B表示6號段框架15f出口壓力值、曲線C表示7號段框架15g入口壓力值，曲線D表 示拉坯速度值。當拉速從0. 8m/min增大到0. 85m/min時，液芯凝固末端位置增加，則6號 段框架15f出口壓力和7號段框架15g入口壓力發(fā)生突變，壓力顯著地減小，而6號段框架 15f入口壓力值稍有減小，而7號段框架15g出口值未改變，可判斷當拉速為0. 8m/min時， 液芯凝固末端111位于6號段框架15f內，且偏向6號段框架15f末端，可取15.9m。數(shù)據(jù)分析也可采用表格形式，如表1所示。表1列出了在拉速變化時各個扇形段 框架的入口和出口壓力變化。當拉速繼續(xù)增加，從0. 85m/min變化到0. 9m/min時，可根據(jù) 表1中的數(shù)據(jù)判斷，當拉速為0. 85m/min時，液芯凝固末端處于7號段框架15g的中部偏向 入口處，取16. Sm。表1中還給出了拉速繼續(xù)增大出現(xiàn)的類似情況，其他拉速變化時液芯凝 固末端的判斷情況見表1，這里不再一一描述。通過拉速變化時，壓力突變所處的位置，可確定不同拉速下的液芯凝固末端位置。表 權利要求
一種連鑄坯液芯凝固末端位置確定方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一、在連鑄機扇形段框架和夾緊油缸的連接處設置測力傳感器，測量在連鑄過程中各個扇形段框架的入口和出口的壓力值；步驟二、將上一步驟中測量到的各個扇形段框架的入口和出口的壓力值送入計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行處理，再通過顯示輸出系統(tǒng)輸出各個扇形段框架入口和出口壓力的變化情況；步驟三、根據(jù)拉速變化時各個扇形段框架入口和出口壓力的發(fā)生突變情況進行比較，確定液芯凝固末端的所處的位置。
2.如權利要求1所述的連鑄坯液芯凝固末端位置確定方法，其特征在于，在步驟一所 述的設置測力傳感器時，先通過鑄坯凝固系數(shù)判斷在工作拉速下鑄坯液芯凝固末端所處的 扇形段框架的區(qū)域范圍，再在該區(qū)域范圍的扇形段框架和夾緊油缸的連接處設置測力傳感o
3.如權利要求1所述的連鑄坯液芯凝固末端位置確定方法，其特征在于，所述步驟二 中通過顯示輸出系統(tǒng)輸出各個扇形段框架入口和出口壓力的變化情況，采用表格形式列出 所有壓力變化值。
4.如權利要求1所述的連鑄坯液芯凝固末端位置確定方法，其特征在于，所述步驟二 中通過顯示輸出系統(tǒng)輸出各個扇形段框架入口和出口壓力的變化情況，采用拉速變化時， 各個扇形段框架入口和出口壓力隨時間變化的曲線的形式顯示出來。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連鑄坯液芯凝固末端位置確定方法，該方法包括以下步驟步驟一、在連鑄機扇形段框架和夾緊油缸的連接處設置測力傳感器，測量在連鑄過程中各個扇形段框架的入口和出口的壓力；步驟二、將上一步驟中測量到各個扇形段框架的入口和出口的壓力值送入計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行處理，再通過顯示輸出系統(tǒng)輸出各個扇形段框架入口和出口壓力的變化情況；步驟三、根據(jù)拉速變化時各個扇形段框架入口和出口壓力的發(fā)生突變情況進行比較，確定液芯凝固末端的所處的位置。本發(fā)明的連鑄坯液芯凝固末端位置確定方法，具有準確、直接、快速的優(yōu)點。
文檔編號B22D11/16GK101890488SQ20091005173
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月21日 優(yōu)先權日2009年5月21日
發(fā)明者張立, 徐紅偉, 徐榮軍, 王迎春 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司