技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
铸坯连铸过程控制方法，具体说涉及一种用于方坯
连铸机的减少尾坯缩孔的控制方法。
背景技术
[0002] 连铸是一种将
钢水连续浇铸成铸坯的生产工艺，其主要流程如图1所示：使盛有
钢水1的钢包(又称大包)2通过其底部的水口3a将钢水注入
中间包4，使中间包4底部水口3b将钢水分配到各流结晶器5，钢水在结晶器5中经过一次冷却形成坯壳，经过扇形段二次冷却区二次冷却和拉矫机7矫直后，连续形成符合工艺要求的铸坯10，然后经辊道9输出。拉矫机包括位移
传感器7a、油缸7b和拉矫机压下辊7c和下辊8b。
[0003] 连铸坯10的尾部缩孔是一种不可避免的
缺陷，主要产生在连铸终浇炉铸坯末尾。连铸终浇期间，由于注入结晶器5的钢流减小并最终停止注入，尾部钢液
凝固收缩时留下的体积空隙得不到有效补充，加剧铸坯尾部中心部位缩孔的形成。这种缩孔组织十分疏松，对钢材性能会产生严重影响，只能作为缺陷进行切废处理。一般生产厂都规定在每个浇次终浇后，在终浇炉的铸坯尾部
切除带有缩孔的残材，以防止缺陷坯流入下游工序或终端用户而发生
质量事故，因此会造成一定的坯材损失。
[0004] 目前生产中低
碳钢(碳含量小于0.5％)和低
合金钢(
合金元素含量小于5％)的方坯连铸机，普遍采用的是满足高生产率的常规拉矫压
力控
制模式，即拉矫机7的压下辊7c在浇铸全程只需要保持矫直和拉坯所需要的稳定压力，并且采用“降速法”来控制和减少尾坯的缩孔，即在终浇时，先降低拉矫机7的拉坯速度，以减少铸坯10的液芯17a的深度，起到补缩作用，待铸坯尾部拉出结晶器5后，再提高拉坯速度，期间保持拉矫机7的压力不变。其控制结构参见图2。这种方法虽然可以一定程度上减少中低
碳钢和低
合金钢的尾坯缩孔发生量，但是效果仍然不够显著。
[0005] 以意大利达涅利公司设计的320*425mm四流大方坯连铸机为例，该铸机生产中低碳钢和
低合金钢时，拉矫机在浇铸全程采用常规拉矫压力控制模式，拉矫机最大压力不超过15t，尾坯补缩采用降速方式，拉速从钢种标准拉速下降到0.3m/min，下降速率为0.2m/min2，尾坯缩孔长度平均控制在2.5～3米的水平。
[0006] 除“降速法”外，其它与控制尾坯缩孔相关的技术还在中国发明
专利第CN201010562829.2和第CN201010561300.9号中揭示：
[0007] 在中国专利第CN201010562829.2号中揭示一种通过长水口补浇消除连铸钢锭中心缩孔与疏松的方法，该方法是通过拉坯结束后，将一特定尺寸的长水口由钢锭顶部插入其中心一定深度，补浇钢水；随钢水不断浇入，长水口逐渐上升，直至到达钢锭顶部。采用该种长水口补浇钢水的方法补充凝固收缩所需的金属液，从而达到减轻并消除连铸钢锭中心缩孔的目的。
[0008] 在中国专利第CN201010561300.9号中揭示一种消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，该方法是选择与连铸钢锭具有相同或相近化学成分的一定尺寸的金属棒，采用旋转置入方法，将金属棒插入连铸钢锭轴心，借助连铸钢锭中心液芯的热量将金属棒融化，实现金属液芯与金属棒的
冶金结合，从而达到减轻并消除连铸钢锭中心缩孔的目的。
[0009] 以上两种方法在连续自动化生产线上实际操作难度大，自动化程度低。
发明内容
[0010] 本发明的目的在于提供一种方坯连铸机减少尾坯缩孔的自动控制方法，解决常规拉矫压力控制模式下的方坯尾部缩孔量大的问题，从而减少铸坯质量损失，提高连铸机的收得率。
[0011] 本发明的一种方坯连铸机减少尾坯缩孔的自动控制方法，包括以下步骤：
[0012] 在实施压缩控制的拉矫机压下辊油缸上配置
位置传感器，使其检测
信号反馈到控制系统，用于反映拉矫机压下辊的实际位置；
[0013] 确定尾坯压缩作用范围：通过模型计算机的
温度场分布计算，获得铸坯在各台拉矫机下的固相率，控制系统自动选择位于固相率fs＝0.2-0.7区间内的拉矫机作为尾坯压缩的作用范围；
[0014] 确定各流的拉矫机在尾坯上的压缩量：在压缩作用范围内采用多
机架分步压缩方式，对于中低碳钢和低合金钢，每一流的总压缩量设定在6-12mm之间，单机压缩量设定在2-4mm之间；
[0015] 当满足压缩启动条件后，逐台将压缩范围内的各流的拉矫机从压力控制方式切换到位置控制方式，并根据设定的压缩量，通过位置闭环调节调节各压下辊油缸位移量，使各流的拉矫机压下辊达到设定的压下位置；
[0016] 实施尾坯引拔时的局部降速过程：在中间包钢水重量减少到预设量W1时，降低拉矫机的拉坯速度，当铸坯尾部离开结晶器后，拉坯速度恢复到标准拉速；以及[0017] 当满足压缩终止条件后，逐台将位于压缩范围内的拉矫机退出位置控制，并自动抬起压下辊，结束尾坯压缩过程。
[0018] 其中，铸坯在连铸机的弧形段内各点上的固相率是根据钢种、
过热度、冷却强度、拉速参数，通过冶金模型计算机经过温度场分布模型计算来获得。
[0019] 尾坯压缩控制的启动点设定在铸机进入终浇尾坯引拔模式，并且中间包剩余钢水重量不少于预设量W2的时候。预设量W2应满足：W2≥Wmin+Ns*LC*Wpm，其中Wmin是中间包最低余钢量，Ns是铸机流数，LC是尾坯压缩作用范围长度，Wpm是铸坯米重。
[0020] 尾坯压缩控制的启动点是指拉矫机在终浇炉尾坯上投入压缩作用的开始点。
[0021] 尾坯压缩控制的终止点设定在铸坯尾部点到达压缩点前1m的时候，尾部点位置的
跟踪通过安装在拉矫机驱动辊
电机上的
角位移检测装置进行实时检测。
[0022] 根据预先设定的拉矫机压缩量，确定拉矫机压下辊的设
定位置，本台拉矫机压下辊的设定位置＝上台拉矫机压下辊的实际位置-本台拉矫机设定的压缩量。
[0023] 拉矫机从压力控制模式切换到位置控制模式，是控制系统通过闭环调节，控制伺服
阀，调节油缸压下力，使拉矫机压下辊达到设定的压缩量目标。
[0024] 铸坯每移动一个拉矫机辊间距，控制系统自动把位于下个压缩点上的拉矫机切换到位置控制模式，并自动更新一次各台拉矫机压下辊的设定位置。
[0025] 当中间包钢水重量减少到预设量W1时，系统自动将各流拉矫机的拉坯速度降低到0.3m/min，降速斜率设为0.2m/min2，预设量W1应满足：W1≥Wmin+Ns*LM*Wpm，其中Wmin是中间包最低余钢量，Ns是铸机流数，LM是结晶器长度，Wpm是铸坯米重。
[0026] 当尾坯
位置跟踪检测到铸坯尾部点离开结晶器后，该流拉矫机的拉速自动按0.2m/min2的上升斜率恢复到各钢种的标准拉速。
[0027] 拉矫机在位置控制方式下的压缩控制也可以通过拉矫机在压力控制方式下的逐辊
增压，近似达到使铸坯
挤压变形的效果。
[0028] 本发明的有益效果是：本发明对终浇炉尾坯增加了压缩控制，通过控制
指定压缩点上的拉矫机压下辊产生足够的压力，使尾坯厚度方向受到挤压，产生一定的形变收缩，来起到进一步减少方坯尾部缩孔的效果。本技术方案的实施，可以有效缩短方坯连铸尾坯缩孔长度，使连铸尾坯的缩孔量减少20％以上。
附图说明
[0029] 图1是方坯连铸机工艺流程示意图；
[0030] 图2是
现有技术的减少尾坯缩孔的控制结构示意图；
[0031] 图3是压缩控制的作用原理示意图；
[0032] 图4是实施本发明一个
实施例的方坯连铸机减少尾坯缩孔的自动控制方法的减少尾坯缩孔的控制结构示意图；
[0033] 图5是本发明一个实施例的方坯连铸机减少尾坯缩孔的自动控制方法的控制
流程图。
具体实施方式
[0034] 为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。
[0035] 本发明的一种方坯连铸机减少尾坯缩孔的自动控制方法，解决常规拉矫压力控制模式下的方坯尾部缩孔量大的问题，从而减少铸坯质量损失，提高连铸机的收得率。
[0036] 本发明方法的作用机理如图3所示：在铸坯凝固末端17c之前，由于铸坯10中心存在液芯17a，通过拉矫机压辊8a的进一步下压坯壳17b，使铸坯10产生厚度方向的形变，可以对铸坯中心液芯17a产生挤压作用，这种挤压作用可以使钢液在整个液相穴内产生流动和补充，如图中箭头所示，从而抵消和补偿部分由于凝固收缩引起的中心缩孔。
[0037] 如图4和图5所示，本发明的方法的方坯连铸机减少尾坯缩孔的自动控制方法包括以下步骤：
[0038] 在实施压缩控制的拉矫机7的压下辊7c的油缸7b上配置
位置传感器7a，使其检测信号反馈到控制系统，用于反映拉矫机压下辊7c的实际位置；
[0039] 确定铸坯10的尾坯压缩作用范围：通过模型计算机的温度场分布计算，获得铸坯10在各台拉矫机7下的固相率，控制系统自动选择位于固相率fs＝0.2-0.7区间内的拉矫机
7作为尾坯压缩的作用范围；
[0040] 确定各流的拉矫机在尾坯上的压缩量：在压缩作用范围内采用多机架分步压缩方式，对于中低碳钢和低合金钢每一流的总压缩量设定在6-12mm之间，单机压缩量设定在2-4mm之间；
[0041] 当满足压缩启动条件后，逐台将压缩范围内的各台拉矫机7从压力控制方式切换到位置控制方式，并根据设定的压缩量，通过位置闭环调节调节各压下辊7c的油缸7b的位移量，使各流的拉矫机7的压下辊7c达到设定的压下位置；
[0042] 实施尾坯引拔时的局部降速过程：在中间包4的钢水重量减少到预设量W1时，降低拉矫机7的拉坯速度，当铸坯10的尾部离开结晶器5后，拉坯速度恢复到标准拉速；
[0043] 当满足压缩终止条件后，逐台将位于压缩范围内的拉矫机7退出位置控制，并自动抬起压下辊7c，结束尾坯压缩过程。
[0044] 对于上述方案的特点、作用和效果作进一步具体说明如下：
[0045] 1.通过模型计算机的温度场分布计算，获得铸坯在各台拉矫机7位置下的固相率，控制系统自动选择位于固相率fs＝0.2～0.7区间内的拉矫机作为尾坯压缩点。
[0046] 尾坯压缩点位置同铸坯中心固相率fs有关。固相率是指铸坯在某体积区间范围内，固相区(超过固相线温度以上的部分)所占的比例，表现的是铸坯的凝固和结晶程度。铸坯在连铸机的弧形段内各点上的固相率是根据钢种、过热度、冷却强度、拉速等参数，通过冶金模型计算机经过温度场分布模型计算来获得的，如图4所示。根据实践经验，压缩点放在固相率fs＝0.2～0.7的凝固末端区域，对于改善尾坯缩孔的效果较好。当拉矫机所处位置的固相率处于该数值范围内，则该拉矫机将被作为压缩点，实施尾坯压缩控制。
[0047] 2.采用多点分步压缩方式，对于中低碳钢和低合金钢，每一流的总压缩量，如图4所示的1#、2#、3#至n拉矫机的压缩量设定在6～12mm之间，单点压缩量设定在2～4mm之间。
[0048] 尾坯压缩量需要能补偿铸坯尾部的体积收缩量，减少尾部缩孔的形成。压缩量过小时，起不到有效补缩的作用，压缩量过大时会使铸坯内部产生裂纹,并使压下辊等机构受到过大
应力而受损。根据实践经验，采用多点分步压缩方式即将总压缩量分解到多个压缩点分步完成，在总压缩量6～12mm之间，单点压缩量2～4mm的条件下，既可以获得较好的补缩效果，又可以避免铸坯内裂、防止设备受损。
[0049] 3.尾坯压缩控制的启动点设定在铸机进入终浇尾坯引拔模式，并且中间包4的剩余钢水重量不少于预设量W2的时候。
[0050] 尾坯压缩控制的启动点是指拉矫机7在终浇炉尾坯上投入压缩作用的开始点。为了使压缩控制达到期望的补缩效果，各压缩点需要在各流钢水在结晶器5封尾前，达到所要求的压缩量。由于多点分步压缩需要逐个辊距的实施，因此需要在中间包4仍具有足够浇铸钢水量的时候投入各流的压缩控制。预设量W2应满足：W2≥Wmin+Ns*LC*Wpm，其中Wmin是中间包最低余钢量，Ns是铸机流数，LC是尾坯压缩作用范围长度，Wpm是铸坯米重。宝钢大方坯连铸机Wmin＝5t，Ns＝4，LC一般在4.4m，Wpm≈1t/m，则预设量W2应满足：W2≥23.6t，实际生产中取25t。根据计算，当中间包4的剩余钢水量不少于25t的时候启动各流的尾坯压缩，可以保证各流钢水在结晶器内封尾前，达到所要求的压缩量。
[0051] 4.尾坯压缩控制的终止点设定在铸坯10的尾部点到达压缩点前1m的时候，尾部点位置的跟踪可通过安装在拉矫机驱动辊电机12上的角位移检测装置13进行实时检测。
[0052] 由于铸坯10的尾部最后1m的压缩作用不大，且继续施加高压，可能会增加对辊面、机架的损伤机率，因此当系统跟踪铸坯尾部点到达压缩点前1m的时候，就自动发出退出指令，结束该压缩点的压缩过程。
[0053] 5.在实施压缩控制的拉矫机7的压下辊7c的油缸7b上安装位置传感器7a，位置传感器7a的检测值反馈到控制系统，来反映拉矫机压下辊7c的实际位置；
[0054] 6.根据预先设定的拉矫机7的压缩量，确定拉矫机压下辊7c的设定位置，本台拉矫机压下辊的设定位置＝上台拉矫机压下辊的实际位置-本台拉矫机设定的压缩量；
[0055] 7.尾坯压缩控制启动后，控制系统自动将位于首个压缩点上的拉矫机7从压力控制模式切换到位置控制模式，如图4所示，根据拉矫机压下辊7c的设定位置和实际位置，控制系统通过闭环调节，控制
伺服阀14，调节油缸7b的压下力，使拉矫机压下辊7c达到设定的压缩量目标。
[0056] 8.铸坯10每移动一个拉矫机辊间距，控制系统自动把位于下个压缩点上的拉矫机切换到位置控制模式，并自动更新一次各台拉矫机压下辊的设定位置；
[0057] 9.当中间包4的钢水重量减少到预设量W1时，系统自动将各流的拉矫机7的拉坯速度降低到0.3m/min，降速斜率设为0.2m/min2；预设量W1应满足：W1≥Wmin+Ns*LM*Wpm，其中Wmin是中间包最低余钢量，Ns是铸机流数，LM是结晶器长度，Wpm是铸坯米重。例如，大方坯连铸机Wmin＝5t，Ns＝4，LM＝0.9m，Wpm≈1t/m，则预设量W1应满足：W1≥8.6t，实际生产中取10t；
[0058] 10.当尾坯位置跟踪检测到铸坯尾部点离开结晶器5后，该流的拉矫机7的拉速自动按0.2m/min2的上升斜率恢复到各钢种的标准拉速；
[0059] 11.尾坯压缩控制终止后，对应压缩点上的拉矫机压下辊7c自动抬起，并逐个辊距地依次结束所有压缩点上的拉矫机的尾坯压缩过程。
[0060] 以上所述的压缩控制功能除了在拉矫机位置控制模式下可以实现外，在拉矫机压力控制模式下通过逐辊增压，也可以近似达到使铸坯挤压变形的效果，但由于是非位置闭环控制，压缩量控制
精度比较差，抗过程干扰能力也比较差，因而补偿收缩的效果和
稳定性也比较差，可以将其认为是本方法的一种简化变体，属于本方法的保护范围。
[0061] 以下将以钢种20CrMoH为例进一步说明上述实施例的应用，附表1是实施前终浇炉最后一根尾坯的缩孔长度，附表2是实施后终浇炉最后一根尾坯的缩孔长度，采用本方法后，尾坯缩孔长度比原来平均降低了28.6％，每年可因此为生产线节约大量的尾坯缩孔报废损失。
[0062] 表1技术方案实施前的尾坯缩孔长度
[0063]
[0064] 表2技术方案实施后的尾坯缩孔长度
[0065]
[0066] 在电炉320*425mm大方坯连铸机使用这种减少尾坯缩孔的控制方法可达到良好的效果，以下列举具体应用实例予以说明。
[0067] 实例1：
[0068] 钢种：20CrMoH，【C】含量在0.17～0.2之间；过热度：30℃；拉速：0.65m/min；冷却条件：结晶器水量：1950L/min(宽面)+1440L/min(窄面)；二冷模式：CC02K30；浇铸过程采用常规拉矫压力控制模式，压力≤15t；
[0069] 1)通过模型计算机获取铸坯在各流的拉矫机下的固相率：
[0070] 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9#
固相率fs 0.09 0.21 0.34 0.45 0.59 0.76 0.96 1 1
[0071] 2)根据设定的压缩点所需固相率范围(fs＝0.2～0.7)，确定尾坯压缩点为2#、3#、4#、5#拉矫机；
[0072] 3)根据范围及实践经验，设定压缩量为：
[0073] 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9#
压缩量mm 0 2 3 3 2 0 0 0 0
[0074] 4)尾坯压缩控制启动点：当铸机进入终浇尾坯引拔模式，并且中间包剩余钢水量减少到25t的时候；
[0075] 5)尾坯压缩控制终止点：铸坯尾部点到达压缩点之前1m处；
[0076] 6)按照本方法所述步骤实施，该钢种的尾坯缩孔长度减少了28.6％。
[0077] 实例2：
[0078] 钢种：SAE5120M，【C】含量在0.18～0.22之间；过热度：25℃；拉速：0.65m/min；冷却条件：结晶器水量：1950L/min(宽面)+1440L/min(窄面)；二冷模式：CC04K26；浇铸过程采用常规拉矫压力控制模式，压力≤15t；
[0079] 1)通过模型计算机获取铸坯在各流的拉矫机下的固相率：
[0080] 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9#
固相率fs 0.14 0.29 0.47 0.61 0.83 1 1 1 1
[0081] 2)根据设定的压缩点所需固相率范围(fs＝0.2～0.7)，确定尾坯压缩点为2#、3#、4#拉矫机；
[0082] 3)根据范围及实践经验，设定压缩量为：
[0083] 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9#
压缩量mm 0 2 3 2 0 0 0 0 0
[0084] 4)尾坯压缩控制启动点：当铸机进入终浇尾坯引拔模式，并且中间包剩余钢水量减少到25t的时候；
[0085] 5)尾坯压缩控制终止点：铸坯尾部点到达压缩点之前1m处；
[0086] 6)按照本方法所述步骤实施，该钢种的尾坯缩孔长度减少了24.1％。
[0087] 综上所述，本发明方法的工艺作用机理是：在铸坯凝固末端之前，由于铸坯中心存在液芯，通过拉矫机压辊的进一步下压，使铸坯产生厚度方向的形变，可以对铸坯中心液芯产生挤压作用，这种挤压作用可以使钢液在整个液相穴内产生流动和补充，从而抵消和补偿部分由于凝固收缩引起的中心缩孔。本发明方法主要适用于采用常规拉矫压力控制模式的方坯连铸机，其特点在于对终浇炉尾坯增加了压缩控制，通过控制指定压缩点上的拉矫机压下辊产生足够的压力，使尾坯厚度方向受到挤压，产生一定的形变收缩，来起到进一步减少方坯尾部缩孔的效果。
[0088] 本技术方案的实施，可以有效缩短方坯连铸尾坯缩孔长度，使连铸尾坯的缩孔量减少20％以上。本发明方案可用于减少方坯连铸的尾坯缩孔，特别适用于采用常规拉矫压力控制模式的方坯连铸机，对减少中低碳钢和低合金钢的尾坯缩孔效果显著，可有效减少铸坯质量损失，具有在同类钢厂连铸机上推广应用的良好前景。
[0089] 应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或
修改，这些等价形式同样落于本
申请所附
权利要求书所限定的范围。
