一種重軌鋼大方坯連鑄動態(tài)輕壓下量的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于煉鋼連鑄技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種重軌鋼大方坯連鑄動態(tài)輕壓下量的 確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)連鑄條件下，由于鋼水選分結(jié)晶和枝晶凝固特性，鑄坯在最后凝固的中心線 區(qū)域?qū)⒁蛉苜|(zhì)積聚和鋼水流動補(bǔ)縮困難不可避免地產(chǎn)生中心偏析和中心疏松缺陷。
[0003] 連鑄輕壓下系指在鑄坯凝固末端一個(gè)合適的兩相區(qū)內(nèi)利用當(dāng)?shù)氐膴A輥或其它專 門設(shè)備，對鑄坯在線實(shí)施一個(gè)合適的壓下量，用以抵消鑄坯凝固末端的體積收縮，避免中心 縮孔（疏松）形成；抑制凝固收縮而引起的濃化鋼水流動與積聚，減輕中心宏觀偏析程度的 鑄坯凝固過程壓力加工技術(shù)，如圖1所示。動態(tài)輕壓下技術(shù)憑借其在提升鑄坯內(nèi)部質(zhì)量、提 高連鑄效率等方面獨(dú)特的優(yōu)越性，已成為大方坯、常規(guī)板坯、厚板坯、薄板坯的標(biāo)配技術(shù)。
[0004] 顯然，只有合適的壓下工藝（包括壓下量，壓下區(qū)間，壓下分配等）才能起到改善 鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的作用。熱跟蹤準(zhǔn)確性直接決定了輕壓下技術(shù)的成功與否，壓下量的合理制 定也決定了內(nèi)部質(zhì)量改善的效果。壓下量過大，不僅可能導(dǎo)致鑄坯產(chǎn)生內(nèi)部裂紋，而且有可 能導(dǎo)致鑄坯坯形控制困難（出現(xiàn)嚴(yán)重窄面鼓肚或?qū)捳沟刃螤钊毕荩踔翆?shí)施壓下機(jī)構(gòu)（扇 形段或壓下輥）產(chǎn)生變形，對壓下工藝的準(zhǔn)確控制極為不利；壓下量過小，則會導(dǎo)致提高鑄 坯中心致密性和減輕中心宏觀偏析的效果不明顯。
[0005] 因此，合適的輕壓下工藝制定需要從兩個(gè)方面考慮，一方面，為了避免在壓下過程 中在鑄坯敏感區(qū)域產(chǎn)生較大應(yīng)力/應(yīng)變，應(yīng)控制壓下量的上限，這就需要深入系統(tǒng)地認(rèn)識 和掌握鑄坯在輕壓下過程中的凝固與變形規(guī)律；另一方面，為了保證鑄坯在輕壓下過程中 產(chǎn)生足夠的糊狀區(qū)縮減量，補(bǔ)充鑄坯中心的體收縮，應(yīng)控制壓下量的下限，這需要對鑄坯在 輕壓下過程鑄坯糊狀區(qū)的變形以及高溫條件下鑄坯體收縮量進(jìn)行定量化研究，這就與不同 鋼種的高溫?zé)嵛镄韵嚓P(guān)。如圖1所示為輕壓下工藝補(bǔ)償中心體積收縮示意圖。
[0006] 然而，如何獲得在特定鑄機(jī)及工藝條件下合適的壓下工藝，仍然是困擾大方坯連 鑄生產(chǎn)的難題之一。本專利提供一種重軌鋼大方坯連鑄過程中合理壓下量的確定方法，簡 單合理，經(jīng)濟(jì)高效，可避免大壓下量帶來的裂紋風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種重軌鋼大方坯連鑄動態(tài)輕壓下量的確定方法。解決了 生產(chǎn)過程中輕壓下量制定原理不清晰，僅依靠試錯(cuò)法試驗(yàn)的問題。實(shí)現(xiàn)了有效降低試驗(yàn)成 本，明顯改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。
[0008] -種重軌鋼大方坯連鑄動態(tài)輕壓下量的確定方法，包括獲取鑄機(jī)設(shè)備參數(shù)、工藝 參數(shù)以及鋼種物性參數(shù)、第一計(jì)算模塊、第二計(jì)算模塊及判斷調(diào)整模塊，具體步驟及參數(shù)如 下：
[0009] 1、獲取鑄機(jī)的設(shè)備參數(shù)、工藝參數(shù)、鋼種熱物性參數(shù)以及熱力學(xué)特性。
[0010] 所述連鑄機(jī)的設(shè)備參數(shù)包括連鑄機(jī)基弧半徑、連鑄坯斷面尺寸寬度及厚度、結(jié)晶 器長度、冷卻區(qū)布置特點(diǎn)及噴嘴類型等；工藝參數(shù)包括：結(jié)晶器水量、水溫差、各冷卻區(qū)水 量等。所述連鑄機(jī)設(shè)備參數(shù)及工藝參數(shù)根據(jù)相關(guān)鑄機(jī)操作規(guī)程及操作要點(diǎn)即可得到。
[0011] 所述鋼種熱物性參數(shù)包括密度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱，且均為溫度的函數(shù)，具體計(jì)算方 法如下：
[0018] 其中，f5,f。，fY，Lfg分別為給定鋼種凝固過程中各相組成百分比；
[0019] P5，Pa，PY，PL，P咖分別為給定鋼種凝固過程中各相密度；
[0020] k5，ka，kY，Ika+Fe3j別為給定鋼種凝固過程中各相導(dǎo)熱系數(shù)；
[0021] C5，Ca，Cy，Q，Ca+Fe3c分別為給定鋼種凝固過程中各相比熱；
[0022] krff，Crff，Lf分別為等效導(dǎo)熱系數(shù)，等效比熱及凝固潛熱。
[0023] 熱力學(xué)特性包括泊松比、彈性模量以及變形本構(gòu)方程，均為溫度的函數(shù)。
[0024] 2、所述第一計(jì)算模塊通過傳熱數(shù)學(xué)模型計(jì)算分析給定鋼種在凝固過程中鑄坯的 凝固進(jìn)程，獲得鑄坯中心溫度達(dá)到不同固相率時(shí)，凝固體積收縮的變化規(guī)律以獲得在不同 位置進(jìn)行輕壓下時(shí)需要補(bǔ)償?shù)捏w積收縮量，并得到第二計(jì)算模塊的初始溫度場。所述第一 計(jì)算模塊，包括前處理、計(jì)算過程以及后處理。前處理通過連鑄機(jī)參數(shù)、給定鋼種工藝參數(shù) 計(jì)算結(jié)晶器及二冷卻內(nèi)換熱系數(shù)，作為第一計(jì)算模塊邊界條件，其中結(jié)晶器內(nèi)換熱系數(shù)通 過結(jié)晶器水流量及水溫差得到平均熱流密度，然后處理為從結(jié)晶器彎月面至出口處逐漸遞 減的平方根關(guān)系；二次冷卻區(qū)內(nèi)換熱系數(shù)則根據(jù)各冷卻區(qū)內(nèi)水流密度通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出 各區(qū)內(nèi)二冷換熱系數(shù)。計(jì)算過程需通過商業(yè)軟件MSC.Marc通用子程序plotv.f獲得鑄坯 中心糊狀區(qū)的體積收縮量，具體計(jì)算方法為：
[0026] 其中，Vs糊狀區(qū)枝晶間濃化鋼水凝固過程的體積收縮量；
[0027]A#J狀區(qū)離散單元i的面積；
[0028]Ani糊狀區(qū)所有離散單元的面積之和；
[0029] A p i糊狀區(qū)濃化鋼水凝固前后的密度變化；
[0030] P1離散單元i鋼液凝固后密度；
[0031]fsl離散單元i所處位置固相率。
[0032] 后處理則根據(jù)商業(yè)軟件MSC.Marc通用子程序plotv.f計(jì)算得到體積收縮量隨鑄 坯中心固相率的變化規(guī)律，并通過商業(yè)軟件MSC.Marc通用子程序impd.f輸出鑄坯初始溫 度場。
[0033] 3、所述第二計(jì)算模塊采用熱-力耦合的數(shù)學(xué)模型方法，分析輕壓下工藝對鑄坯的 擠壓變形作用以及對糊狀區(qū)變形的影響。第二計(jì)算模塊需調(diào)用第一計(jì)算模塊初始溫度場作 為計(jì)算條件，并通過位移邊界模擬輕壓下壓下輥的作用，在模塊中耦合商業(yè)軟件MSC.Marc 通用子程序plotv.f獲得輕壓下工藝對鑄坯中心糊狀區(qū)擠壓變形的影響規(guī)律，該擠壓變形 量即為對鑄坯中心體積收縮的補(bǔ)償量。輕壓下工藝對鑄坯中心枝晶間濃化鋼水體積收縮補(bǔ) 償量的計(jì)算方法為：
[0035] 其中，t為輕壓下工藝實(shí)施前后鑄坯糊狀區(qū)體積變化量；
[0036] A&為鑄坯糊狀區(qū)內(nèi)部單元i工藝實(shí)施前后面積變化；
[0037] n為鑄坯糊狀區(qū)內(nèi)單元個(gè)數(shù)；
[0038] L為壓下扇形段范圍內(nèi)鑄坯長度。
[0039] 4、所述判斷模塊用于判斷鑄坯中心體積收縮量Vs與輕壓下對鑄坯中心糊狀區(qū)擠 壓變形量Vr相對大小。
，則認(rèn)為此時(shí)壓下量為當(dāng)前工藝條件下的合理壓下 量；Vs，則減小壓下量，重復(fù)上述步驟，直至滿足
若Ws，則增大壓 下量，重復(fù)上述步驟，
[0040] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：方法簡單，經(jīng)濟(jì)高效，利用本發(fā)明可以在幾乎不進(jìn)行工業(yè)性試 錯(cuò)實(shí)驗(yàn)的條件下解決連鑄過程中不同鋼種或工藝條件下的輕壓下量工藝制定的難題，快速 尚效的提尚廣品質(zhì)量。
【附圖說明】
[0041] 圖1為輕壓下工藝補(bǔ)償中心體積收縮示意圖。其中，活動側(cè)壓下輥1，固定側(cè)支撐 輥2,壓下前鑄坯及糊狀區(qū)范圍3,壓下后鑄坯及糊狀區(qū)范圍4。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 實(shí)施例1
[0043] 利用本發(fā)明所涉及到的方法制定的重軌鋼輕壓下工藝在現(xiàn)場得到了應(yīng)用，具體如 下：
[0044] 1、采用本發(fā)明所述方法，獲取鑄機(jī)主要基本參數(shù)及壓下工藝控制如表1、表2所 不。
[0045] 表1鑄機(jī)基本工藝參數(shù)及壓下工藝
[0046]
[0052] 根據(jù)鋼種成分及凝固過程中相變，及公式1中密度計(jì)算方法即可得到，該鋼種溫 度達(dá)到液相線時(shí)密度約7070kg/m3,溫度達(dá)到固相線時(shí)密度為7350kg/m3,當(dāng)溫度介于液相 線溫度與固相線溫度之間時(shí)，密度逐漸增大?？梢?，由凝固末期加速凝固過程中次固液相 減密度差異引起的體積收縮時(shí)枝晶間濃化鋼水流動的主要驅(qū)動力之一；根據(jù)公式1處理得 到導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化規(guī)律如下：固相導(dǎo)熱系數(shù)為30WAm2 ?°C)，液相導(dǎo)熱系數(shù)為79W/ (m2 ?°C