專利名稱：基于壓力反饋檢測鑄坯凝固液芯末端的動態(tài)輕壓下方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于壓力反饋檢測鑄坯凝固液芯末端的動態(tài)輕壓下方法，屬冶金 連鑄控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在連鑄生產(chǎn)過程中，高溫液態(tài)鋼水在由結(jié)晶器和扇形段組成的設(shè)備中連鑄凝固， 形成帶有一定厚度液芯的鑄坯，液芯連續(xù)冷卻和凝固，最終形成固體板坯。由于凝固過程中 鋼液發(fā)生了凝固收縮，因此結(jié)晶器具有一定錐度；同時扇形段的輥縫設(shè)計成連續(xù)收縮的形 式，用來補償凝固收縮量，如果補償收縮量與實際凝固收縮量不一致，特別是凝固末端的液 芯收縮如果不能有效補償，在鑄坯中心部位可形成偏析、疏松、縮孔和裂紋等內(nèi)部缺陷；該 缺陷可能在后續(xù)軋制過程中形成分層等缺陷，對板材質(zhì)量和性能有重要影響，甚至導(dǎo)致板 材直接判廢。在連鑄過程中對鑄坯鋼液固態(tài)收縮進行補償?shù)妮伩p設(shè)計制度，以及利用扇形 段輥縫對凝固末端的液芯進行一定的壓下收縮，稱為輕壓下技術(shù)。輕壓下技術(shù)分為靜態(tài)輕 壓下和動態(tài)輕壓下，靜態(tài)輕壓下為制定的輥縫收縮制度是固定不變的，在澆注過程中收縮 量不能更改；動態(tài)輕壓下的輥縫收縮制度則為動態(tài)變化的，依據(jù)澆注過程工藝參數(shù)變化，動 態(tài)調(diào)整扇形段輥縫的收縮量和收縮位置。動態(tài)輕壓下技術(shù)為高端板坯產(chǎn)品連鑄的核心技術(shù)，通過動態(tài)調(diào)整壓下位置和壓下 量，對坯殼的凝固末端進行補縮。良好的動態(tài)輕壓下技術(shù)，能準確追蹤到鑄坯的凝固末端， 實施后能改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，減少板材的分層、疏松和偏析等缺陷，是提高板材質(zhì)量的關(guān)鍵 技術(shù)。該技術(shù)的難點是由于連鑄生產(chǎn)過程中，鋼水溫度、拉速等工藝參數(shù)經(jīng)常發(fā)生變化，導(dǎo) 致鑄坯的凝固末端位置會動態(tài)變化，如果不能正確檢測或預(yù)報鑄坯凝固液芯末端，輕壓下 的位置或者壓下量不合適，則難以改善鑄坯質(zhì)量，甚至會惡化鑄坯質(zhì)量和造成事故。傳統(tǒng)動態(tài)輕壓下技術(shù)確定鑄坯凝固末端的方法為對連鑄過程中的傳熱和凝固 行為建立數(shù)學(xué)模型，依據(jù)鋼種鋼液溫度、拉速和冷卻參數(shù)，計算鑄坯的溫度場分布和坯殼厚 度，預(yù)報凝固末端位置，然后在該位置實施比通常的輥縫收縮更大的壓下量。該技術(shù)的缺點 是由于凝固液芯的末端位置是理論計算所得，與計算所用的模型的好壞關(guān)系很大，計算方 法也較復(fù)雜，計算時間長；而且缺乏直接檢測依據(jù)和驗證較難。而實際生產(chǎn)過程則由于影響 因素多而比較復(fù)雜，導(dǎo)致預(yù)報的凝固液芯末端的位置準確性較差，導(dǎo)致控制效果的穩(wěn)定性 差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種基于壓力反饋檢測鑄坯凝固液芯末端的動態(tài)輕壓下方法， 改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，減少疏松和偏析等質(zhì)量問題，解決背景技術(shù)中存在的上述問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于壓力反饋檢測鑄坯凝固液芯末端的動態(tài)輕壓下方法包含如下步驟為準 確判斷鑄坯凝固液芯末端位置，首先在連鑄機上建立各扇形段遠程輥縫自動調(diào)節(jié)的控制平臺；然后利用安裝在各扇形段上的壓力傳感器檢測結(jié)果，計算出鑄坯在不同扇形段區(qū)域所 受壓力；通過變化各扇形段輥縫收縮大小，檢測輥縫變化時各扇形段內(nèi)鑄坯受力差異；通 過對比含液芯和不含液芯鑄坯受力差異，來判斷鑄坯凝固液芯末端位置；最后依據(jù)該方法 判斷液芯末端位置，利用輕壓下控制系統(tǒng)在鑄機各扇形段動態(tài)采取不同壓下量。更具體的步驟①在鑄機每個扇形段的液壓缸上分別安裝壓力傳感器和位移傳感器，以及PLC控 制系統(tǒng)；②建立計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和扇形段遠程輥縫調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，實時采集壓力傳感器和 位移傳感器顯示值，并依據(jù)計算機指令精確控制各扇形段上升和下降位移量，控制精度為 0. Olmm ；③建立依據(jù)傳感器檢測結(jié)果分析鑄坯受力的力學(xué)模型，依據(jù)鑄坯所受壓力進行檢 測鑄坯液芯凝固末端位置；④依據(jù)檢測鑄坯液芯凝固末端位置變化，動態(tài)確定各扇形段壓下模式，實施動態(tài) 輕壓下控制狀態(tài)下連續(xù)澆鋼模式。本發(fā)明所采用的動態(tài)輕壓下技術(shù)與傳統(tǒng)動態(tài)輕壓下技術(shù)不同，其判斷鑄坯液芯凝 固末端的方法不是采用模型計算和預(yù)報，而是利用安裝在各扇形段上的壓力傳感器檢測出 鑄坯的受力，通過對各扇形段內(nèi)鑄坯的受力進行分析，比較含液芯和不含液芯的鑄坯受力 的差異，判斷凝固液芯末端的位置；然后依據(jù)該方法判斷的液芯末端位置，在各扇形段動 態(tài)采取不同的壓下量，改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，減少疏松和偏析等質(zhì)量問題，鑄坯偏析和疏松可 95%控制在C類1.5以內(nèi)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的主要特點有1.與傳統(tǒng)動態(tài)輕壓下技術(shù)不同，其判斷鑄坯液芯凝固末端的方法不是采用模型 計算和預(yù)報，而是利用鑄坯的實時受力進行計算后直接獲得，因此，其鑄坯液芯凝固末端的 位置預(yù)報準確；而能否準確判斷鑄坯液芯凝固末端的是動態(tài)輕壓下技術(shù)改善鑄坯質(zhì)量的關(guān) 鍵；2.由于本方法不需要大量的數(shù)學(xué)模型計算鑄坯表面溫度和坯殼厚度，其判斷液芯 位置的算法簡單有效，能節(jié)省計算機資源，保證鑄機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和執(zhí)行效率。


圖1為不含液芯的鑄坯壓力變化曲線示意圖；圖2為含液芯的鑄坯壓力變化曲線示意圖。以下結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步說明。在實施例中，基于壓力反饋檢測鑄坯凝固液芯末端的動態(tài)輕壓下方法具體的實施 步驟是①在鑄機每個扇形段的液壓缸上分別安裝壓力傳感器和位移傳感器，以及PLC控 制系統(tǒng)；②建立計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和扇形段遠程輥縫調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，實時采集壓力傳感器和 位移傳感器顯示值，并依據(jù)計算機指令精確控制各扇形段上升和下降位移量，控制精度為 0. Olmm ；③建立依據(jù)傳感器檢測結(jié)果分析鑄坯受力的力學(xué)模型，依據(jù)鑄坯所受壓力進行檢 測鑄坯液芯凝固末端位置；
檢測鑄坯凝固末端的位置實質(zhì)上是如何區(qū)分含液芯和不含液芯的鑄坯所在扇形 段的位置，依據(jù)含液芯和不含液芯的鑄坯在壓力變化時反饋的壓力變化曲線不同的特點， 來區(qū)分含液芯和不含液芯的鑄坯所在扇形段的位置；(1)參照附圖1，對不含液芯鑄坯，由于此區(qū)域鑄坯完全凝固，屬于固態(tài)直接壓下， 當對鑄坯實施0. 3mm壓下量時，鑄坯所受壓力瞬間上升到最大值，壓力變化比較穩(wěn)定，其 曲線的斜率范圍在0. 8-1. 0之間，鑄坯所受壓力波動振幅在O-St ；實施上抬則壓力變化相 反；(2)參照附圖2，對含液芯鑄坯，由于此區(qū)域鑄坯未完全凝固，屬于外有坯殼內(nèi)有 液芯的水袋結(jié)構(gòu)，當對鑄坯實施0. 3mm壓下量時，鑄坯的所受壓力按照一定的梯度逐步上 升到最大值，且波動較大；其曲線的斜率范圍在0. 3-0. 8之間，鑄坯所受壓力波動振幅在 0-15t ；實施上抬則壓力變化相反；在鑄機正常澆注階段，系統(tǒng)每十分鐘依次對各扇形段的鑄坯進行0. 3mm的壓下和 抬起，比較不同扇形段內(nèi)的鑄坯受力差異，判斷鑄坯液芯凝固末端的位置處于哪個扇形段 區(qū)域；④依據(jù)檢測鑄坯液芯凝固末端位置變化，動態(tài)確定各扇形段壓下模式，實施動態(tài) 輕壓下控制狀態(tài)下連續(xù)澆鋼模式；在步驟③的基礎(chǔ)上，按照分析周期，當判斷鑄坯液芯凝固末端在第η個扇形段，則 對第η-1，第η和第η+1號扇形段分別采取收縮1. 5mm, 1. 5mm和0. 8mm壓下量控制模式，對 其它扇形段則實施收縮0. 3mm壓下量控制模式。具體的實施例實施例一，板坯連鑄機，斷面1800X230，鑄機結(jié)構(gòu)0號為足輥段，共1_10號扇形 段。澆注鋼種Q235A，連澆爐數(shù)共14爐，選取第4爐，中間包溫度1544°C，拉速0. 90-0. 95m/ min0在動態(tài)輕壓下澆鋼模式下，檢測第5號扇形段內(nèi)鑄坯所受壓力大小在50t，波動振幅在 2_14t，輥縫上抬和下壓0. 3mm，鑄坯反饋壓力變化曲線的斜率范圍在0. 40-0. 75之間；6號 扇形段內(nèi)鑄坯所受壓力大小在68，波動振幅在0-5t，變化曲線的斜率范圍在0. 75-1. 00之 間。7號扇形段、8號扇形段內(nèi)鑄坯所受壓力大小在85t，波動振幅在0-5. 5t，變化曲線的斜 率范圍在0.9-1.0之間。因此，判斷鑄坯液芯凝固末端在第6號扇形段內(nèi)。輕壓下澆鋼控 制模式為第1-4號扇形段輥縫收縮量控制目標為0. 3mm，第5，6，7號扇形段輥縫收縮量控 制目標分別為1. 5mm, 1. 5mm和0. 8mm,第8-10號扇形段輥縫收縮量控制目標為0. 3mm。澆 鋼過程中，第1-4號扇形段實際輥縫收縮量為0. 2-0. 5mm ；第5號扇形段和第6號扇形段實 際輥縫收縮量1. 3-1. 8mm ；第7號扇形段實際輥縫收縮量為0. 4-0. 9mm ；第8_10號扇形段實 際輥縫收縮量0. 2-0. 6mm。控制效果對該區(qū)域內(nèi)鑄坯取樣四塊，進行酸洗檢驗，鑄坯內(nèi)部 偏析均為C類1.5。實施例二，板坯連鑄機，斷面1800X230，鑄機結(jié)構(gòu)0號為足輥段，共1_10號扇形 段。澆注鋼種03458，連澆爐數(shù)共8爐，選取第3爐，中間包溫度15421，拉速0.85-0.90111/ min0在動態(tài)輕壓下澆鋼模式下，檢測第6號扇形段內(nèi)鑄坯所受壓力大小在60t，波動振幅 在2-15t，輥縫上抬和下壓0. 3mm，鑄坯反饋壓力變化曲線的斜率范圍在0. 45-0. 70之間；7 號扇形段內(nèi)鑄坯所受壓力大小在75，波動振幅在0-5t，變化曲線的斜率范圍在0. 85-1. 00 之間。8號扇形段內(nèi)鑄坯所受壓力大小在80t，波動振幅在0-5. 5t，變化曲線的斜率范圍在0.9-1.0之間。因此，判斷鑄坯液芯凝固末端在第7號扇形段內(nèi)。輕壓下澆鋼控制模式為 第1-5號扇形段輥縫收縮量控制目標為0. 3mm，第6，7，8號扇形段輥縫收縮量控制目標分 別為1. 5mm, 1. 5mm和0. 8mm，第9，10號扇形段輥縫收縮量控制目標為0. 3mm。澆鋼過程中， 第1-5號扇形段實際輥縫收縮量為0. 2-0. 5mm ；第6扇形段和第7號扇形段實際輥縫收縮 量1. 3-1. 8mm ；第8號扇形段實際輥縫收縮量為0. 4-0. 9mm ；第9，10號扇形段實際輥縫收 縮量0. 2-0. 6mm。控制效果對該區(qū)域內(nèi)鑄坯取樣兩塊，進行酸洗檢驗，鑄坯內(nèi)部偏析均為C 類 1.5。 實施例三，板坯連鑄機，斷面1800X230，鑄機結(jié)構(gòu)0號為足輥段，共1_10號扇形 段。澆注鋼種A32，連澆爐數(shù)共9爐，選取第5爐，中間包溫度1546°C，拉速0. 85-0. 9m/ min0在動態(tài)輕壓下澆鋼模式下，檢測第7號扇形段內(nèi)鑄坯所受壓力大小在75t，波動振幅 在l_14t，輥縫上抬和下壓0. 3mm，鑄坯反饋壓力變化曲線的斜率范圍在0. 40-0. 60之間；8 號扇形段內(nèi)鑄坯所受壓力大小在70，波動振幅在0-7t，變化曲線的斜率范圍在0. 80-0. 90 之間。9號扇形段內(nèi)鑄坯所受壓力大小在77t，波動振幅在0-4. 5t，變化曲線的斜率范圍在 0.85-1. 00之間。因此，判斷鑄坯液芯凝固末端在第8號扇形段內(nèi)。輕壓下澆鋼控制模式 為第1-6號扇形段輥縫收縮量控制目標為0. 3mm，第7，8，9號扇形段輥縫收縮量控制目標 分別為1. 5mm, 1. 5mm和0. 8mm，第10號扇形段輥縫收縮量控制目標為0. 3mm。澆鋼過程中， 第1-6號扇形段實際輥縫收縮量為0. 2-0. 4mm ；第7號扇形段和第8號扇形段實際輥縫收 縮量1. 3-1. 7mm ；第9號扇形段實際輥縫收縮量為0. 5-0. 9mm ；第10號扇形段實際輥縫收縮 量0.2-0. 6mm?？刂菩Ч麑υ搮^(qū)域內(nèi)鑄坯取樣三塊，進行酸洗檢驗，鑄坯內(nèi)部偏析級別分 別為C類1.5，C類1.5和C類2.0。
權(quán)利要求
一種基于壓力反饋檢測鑄坯凝固液芯末端的動態(tài)輕壓下方法，其特征在于包含如下步驟為準確判斷鑄坯凝固液芯末端位置，首先在連鑄機上建立各扇形段遠程輥縫自動調(diào)節(jié)的控制平臺；然后利用安裝在各扇形段上的壓力傳感器檢測結(jié)果，計算出鑄坯在不同扇形段區(qū)域所受壓力；通過變化各扇形段輥縫收縮大小，檢測輥縫變化時各扇形段內(nèi)鑄坯受力差異；通過對比含液芯和不含液芯鑄坯受力差異，來判斷鑄坯凝固液芯末端位置；最后依據(jù)該方法判斷液芯末端位置，利用輕壓下控制系統(tǒng)在鑄機各扇形段動態(tài)采取不同壓下量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之基于壓力反饋檢測鑄坯凝固液芯末端的動態(tài)輕壓下方法，其 特征在于更具體的步驟①在鑄機每個扇形段的液壓缸上分別安裝壓力傳感器和位移傳感器，以及PLC控制系統(tǒng)；②建立計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和扇形段遠程輥縫調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，實時采集壓力傳感器和位 移傳感器顯示值，并依據(jù)計算機指令精確控制各扇形段上升和下降位移量，控制精度為 0. Olmm ；③建立依據(jù)傳感器檢測結(jié)果分析鑄坯受力的力學(xué)模型，依據(jù)鑄坯所受壓力進行檢測鑄 坯液芯凝固末端位置；④依據(jù)檢測鑄坯液芯凝固末端位置變化，動態(tài)確定各扇形段壓下模式，實施動態(tài)輕壓 下控制狀態(tài)下連續(xù)澆鋼模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述之基于壓力反饋檢測鑄坯凝固液芯末端的動態(tài)輕壓下方法，其 特征在于檢測鑄坯凝固末端的位置是依據(jù)含液芯和不含液芯的鑄坯在壓力變化時反饋的 壓力變化曲線不同的特點，來如何區(qū)分含液芯和不含液芯的鑄坯所在扇形段的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述之基于壓力反饋檢測鑄坯凝固液芯末端的動態(tài)輕壓下方法，其 特征在于鑄機正常澆注階段，系統(tǒng)每十分鐘依次對各扇形段的鑄坯進行0. 3mm的壓下和抬 起，比較不同扇形段內(nèi)的鑄坯受力差異，判斷鑄坯液芯凝固末端的位置處于哪個扇形段區(qū) 域。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述之基于壓力反饋檢測鑄坯凝固液芯末端的動態(tài)輕壓下方法，其 特征在于當判斷鑄坯液芯凝固末端在第η個扇形段，則對第η-1，第η和第η+1號扇形段分 別采取收縮1. 5mm, 1. 5mm和0. 8mm壓下量控制模式，對其它扇形段則實施收縮0. 3mm壓下 量控制模式。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于壓力反饋檢測鑄坯凝固液芯末端的動態(tài)輕壓下方法，屬冶金連鑄控制技術(shù)領(lǐng)域。首先在連鑄機上建立各扇形段遠程輥縫自動調(diào)節(jié)的控制平臺，再利用安裝在各扇形段上的壓力傳感器檢測結(jié)果，計算鑄坯在不同扇形段區(qū)域所受壓力；通過變化各扇形段輥縫收縮大小，檢測輥縫變化時各扇形段內(nèi)鑄坯受力差異；通過對比含液芯和不含液芯鑄坯受力差異，判斷鑄坯凝固液芯末端位置；最后依據(jù)該方法判斷液芯末端位置，利用輕壓下控制系統(tǒng)在鑄機各扇形段動態(tài)采取不同壓下量。判斷鑄坯液芯凝固末端的方法是利用鑄坯的實時受力計算后直接獲得。由于不需大量數(shù)學(xué)模型計算鑄坯表面溫度和坯殼厚度，其計算方法簡單有效，保證鑄機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和執(zhí)行效率。
文檔編號B22D11/16GK101920323SQ20101024189
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者唐恒國, 張曉力, 彭兆豐, 李貴陽, 李金波, 胡志剛, 范佳, 許斌, 鄧建軍 申請人:河北鋼鐵股份有限公司邯鄲分公司