一種鑄坯凝固組織均勻調控方法與流程
1.本發明屬于鋼鐵冶金技術領域，具體涉及一種鑄坯凝固組織均勻調控方法。
背景技術：
2.鋼是鐵碳合金，鋼液凝固是在一定的溫度范圍內完成的，由于溶質在分配產生成分過冷，以樹脂晶生長方式完成凝固，即凝固發生在一定范圍內，而不是位于一個平面內。鑄坯的宏觀組織通常由三個區組成，即表層細晶區、柱狀晶區和中心粗等軸晶區。表層細晶區是澆注時，冷模壁產生很大的過冷度及非均勻形核作用，使表面形成一層很細的等軸晶粒區；柱狀晶區是由于模壁溫度升高，結晶放出潛熱，使細晶區前沿液體的過冷度減小，形核困難，加上模壁的定向散熱，使已有的晶體沿著與散熱相反的方向生長而形成柱狀晶區；中心粗等軸晶區是由于結晶潛熱的不斷放出，散熱速度不斷減慢，導致柱狀晶生長停止，當心部液體全部冷至實際結晶溫度以下時，在雜質作用下以非均勻形核方式形成許多尺寸較大的等軸晶粒。
3.鑄坯的質量和性能與鑄坯凝固組織關系密切，主要取決于柱狀晶區與等軸晶區的比例以及晶粒的大小。鑄坯的鑄造缺陷類型較多，常見的有縮孔、氣孔疏松、偏析、夾渣、白點和裂紋等，它們對鑄坯的性能產生損害。
4.鑄坯凝固組織在二冷段被加速冷卻，為了使鑄坯冷卻時降溫均勻，二冷段的足輥段采用全水冷的冷卻方式，其余段為氣-水冷卻的方式，并且鑄坯下側的冷卻強度要小，因為鑄坯本身的面積會對蒸汽逸散產生一定的限制，過大的噴淋強度會受到鑄坯內部的熱阻限制，導致冷卻水的利用效率降低，甚至導致鑄坯表面出現“黑印”，使鑄坯冷卻不均勻。由于鑄坯凝固冷卻效果受到冷卻強度和拉速等因素影響，調控難度較大。
5.在冷卻過程中，鑄坯的中心溫度仍然較高，冷卻不均會導致鑄坯表面各處的冷卻效果一，冷卻強度過大或各段之間的冷卻不均勻，會導致鑄坯表面溫度呈現周期性回升，從而引起坯殼膨脹，當施加到凝固前沿的張應力超過鑄坯的高溫允許和臨界應變時，鑄坯表面和中心之間就會出現沿柱狀晶界的內裂紋，內裂紋嚴重時，鑄坯在軋制過程中會出現劈頭現象，降低軋鋼的成材率，甚至損壞軋鋼設備。
6.為了使鑄坯在二冷段能夠均勻冷卻，便于各處同時回溫，因此提出一種鑄坯凝固組織均勻調控方法。
技術實現要素：
7.本發明的目的在于提供一種鑄坯凝固組織均勻調控方法，以解決背景技術中的問題。
8.本發明的目的可以通過以下技術方案實現：
9.一種鑄坯凝固組織均勻調控方法，包括如下步驟：
10.步驟一：設置預設參數，運行連鑄設備；
11.步驟二：實時讀取連鑄設備運行過程中的工況信息，通過plc控制系統及時調整結
晶器和二冷段的運行參數，使鑄坯各段冷卻至目標溫度。
12.連鑄設備包括鋼包、中間包、結晶器、二冷段和空冷段；鋼包中鋼液的過熱度為10-30℃，中間包過熱度在20-30℃，結晶器的冷卻水流量為140-150m3/h，二冷段的鑄坯移動速度為25-30cm/s。
13.結晶器設置有電磁控流裝置，用于控制鋼液的流動速度，電磁控流裝置的頻率為350-450hz，電流為350
±
150a；當鑄坯移動速度＞30cm/s時，降低電磁控流裝置的電流；當鑄坯移動速度＜25cm/s時則提高電磁控流裝置的電流。
14.鑄坯從二冷段兩側夾輥之間移動，二冷段從結晶器出口開始，鑄坯前側依次分為a區、b區、c區、g區和i區，鑄坯后側對應分為d區、e區、f區、h區和j區；a區、b區、c區、d區、e區和f區設置有出水噴嘴，采用全水的冷卻方式，通過第一配水系統供水；g區、i區、h區和j區設置有高壓霧化噴嘴，通過第二配水系統供水，采用氣-水的冷卻方式，并且h區及j區還陣列設置有若干個吸氣風道，通過吸風系統輔助控制鑄坯凝固溫度。
15.吸風系統包括高壓漩渦風機和換熱箱，高壓漩渦風機的進風口通過第一集合風道與換熱箱連接，換熱箱遠離第一集合風道的一端通過第二集合風道連接對應區段的若干個吸氣風道；換熱箱內靠近第二集合風道的一端設置有換熱盤管，用于回收熱量，增加熱量利用效率的同時避免過高的熱量損傷高壓漩渦風機；換熱箱內靠近第一集合風道的一端交錯設置有若干和第一擋板和第二擋板，起到氣液分離的作用，換熱箱底部設置有若干根排出冷凝液用的排液管道。
16.本發明的有益效果：
17.本發明鑄坯凝固組織均勻調控方法，調控方法簡單，二冷段靠前區段采用全水冷，有利于增加冷卻速度，減少二次枝晶，細化鑄坯凝固組織；二冷段h區和j區仍保持一定的噴淋強度，結構吸風系統及時排除過多的熱蒸汽，相比于單獨調控冷卻強度有利于減小調控難度，在效果上可以防止鑄坯表面產生“黑印”，并且有利于使二冷段中鑄坯上下表面冷卻進程保持一致，使鑄坯中心高溫區域位于截面中央，有利于鑄坯在空冷鍛時上表面和下表面回溫進程保持均勻一致，減少內裂紋的產生，防止鑄坯在軋制過程中出現劈頭現象，有利于增加鑄坯的成材率。
附圖說明
18.下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
19.圖1是本發明實施例2中的鑄坯表面位置-溫度曲線圖；
20.圖2是本發明對比例1中的鑄坯表面位置-溫度曲線圖；
21.圖3是本發明對比例2中的鑄坯表面位置-溫度曲線圖；
22.圖4是本發明連鑄設備的結構示意圖；
23.圖5是本發明二冷段和空冷段的結構示意圖；
24.圖6是本發明吸風系統的結構示意圖。
25.圖中：1、鋼包；2、中間包；3、結晶器；4、二冷段；5、空冷段；6、高壓漩渦風機；7、出水噴嘴；8、高壓霧化噴嘴；9、吸氣風道；41、第一配水系統；61、第一集合風道；62、第二集合風道；63、換熱盤管；64、第一擋板；65、第二擋板；66、排液管道。
具體實施方式
26.下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。
27.請參閱圖4-圖6，連鑄設備包括鋼包1、中間包2、結晶器3、二冷段4和空冷段5，連鑄設備的各段均設置有連續測溫系統；結晶器3設置有電磁控流裝置，用于控制鋼液的流動速度；鑄坯從二冷段4兩側夾輥之間移動，二冷段4從結晶器3出口開始，鑄坯前側依次分為a區、b區、c區、g區和i區，鑄坯后側對應分為d區、e區、f區、h區和j區。
28.a區、b區、c區、d區、e區和f區設置有出水噴嘴7，采用全水的冷卻方式，通過第一配水系統41供水；g區、i區、h區和j區設置有高壓霧化噴嘴8，通過第二配水系統供水，采用氣-水的冷卻方式；每個區段均單獨設置有截止閥用于控制冷卻水的流量，并且j區還陣列設置有若干吸氣風道9，通過吸風系統輔助控制鑄坯凝固溫度。
29.吸風系統包括高壓漩渦風機6和換熱箱，高壓漩渦風機6的進風口通過第一集合風道61與換熱箱連接，換熱箱遠離第一集合風道61的一端通過第二集合風道62連接對應區段的吸氣風道9；換熱箱內靠近第二集合風道62的一端設置有換熱盤管63，用于回收熱量，增加熱量利用效率的同時避免過高的熱量損傷高壓漩渦風機6；換熱箱內靠近第一集合風道61的一端交錯設置有若干和第一擋板64和第二擋板65，第一擋板64固定在換熱箱上部，第二擋板65固定在換熱箱下部，起到氣液分離的作用，換熱箱底部設置有若干根排出冷凝液用的排液管道66。
30.上述連鑄設備與plc控制系統電信連接，各參數通過plc控制系統調控。
31.實施例1
32.以生產規格為180mm
×
220mm的gcr15鋼為例，預設參數使鋼包1中鋼液的過熱度為10-30℃，中間包2過熱度在20-30℃，結晶器3的冷卻水流量為140-150m3/h。
33.結晶器3設置有電磁控流裝置，用于控制鋼液的流動速度，二冷段4的鑄坯移動速度為25-30cm/s，當鑄坯移動速度＞30cm/s時，降低電磁控流裝置的電流；當鑄坯移動速度＜25cm/s時則提高電磁控流裝置的電流。電磁控流裝置的頻率范圍為350-450hz，電流范圍為200-500a。
34.實施例2
35.設置二冷段4各區段鑄坯表面的目標溫度，具體如表1所示：
36.表1
[0037][0038]
根據上述預設的目標溫度，通過連續測溫系統監測連鑄設備各處的溫度，通過plc控制系統調整二冷段4的運行參數，使各處實際溫度接近于目標溫度，其運行參數主要為各
區段冷卻水用量和吸氣風道9的總風量，如表2所示：
[0039]
表2
[0040][0041]
記錄二冷段4鑄坯每個區段的表面實際溫度和空冷段5鑄坯距離i區/j區2m處的上表面(標記為m點)實際溫度及下表面(標記為n點)實際溫度。
[0042]
對比例1：按照表2的冷卻強度進行鑄坯在的二冷段4冷卻，不啟用吸風系統即h區和j區吸氣風道9的風量為0，通過監測發現，h區和j區出現“黑印”，且對應表面溫度低于目標溫度。記錄二冷段4鑄坯每個區段的表面實際溫度和空冷段5鑄坯距離i區/j區2m處的上表面(標記為m點)實際溫度及下表面(標記為n點)實際溫度。
[0043]
對比例2：根據表1預設目標溫度，不啟用吸風系統即h區和j區吸氣風道9的風量為0，通過plc控制系統調整二冷段4的運行參數，使各處實際溫度接近于目標溫度，通過監測發現，h區和j區的冷卻強與對應g區和i區的差距增大，且h區和j區的冷卻強度小于表2中對應區段的冷卻強度。記錄二冷段4鑄坯每個區段的表面實際溫度和空冷段5鑄坯距離i區/j區2m處的上表面(標記為m點)實際溫度及下表面(標記為n點)實際溫度。
[0044]
分別將實施例2、對比例1和對比例2中鑄坯各處實際表面溫度繪制出位置-溫度曲線圖，分別對應圖1-圖3(a區、b區、c區、g區、i區和m區連接為上表面曲線，d區、e區、f區、h區、j區和n區連接為下表面曲線)，并且通過紅外熱測溫系統對各組鑄坯進行監測。
[0045]
由圖1可以看出上表面曲線與下表面曲線基本重合，紅外測溫顯示鑄坯上下表面各處溫度分布均勻，中心高溫區域位于鑄坯截面中央位置，中心溫度在1500℃左右；由圖2可以看出鑄坯下表面溫度較上表面低，紅外測溫顯示鑄坯上下表面溫度分布不均，f區-n點的下表面陰影區域較c區-m點的上表面陰影區域大，中心高溫區域位置偏上；由圖3可以看出n點的空冷區鑄坯回溫溫度提高，m點回溫溫度較n點低，紅外測溫顯示鑄坯上下表面溫度分布不均，f區-n點的下表面陰影區域較c區-m點的上表面陰影區域小，中心高溫區域位置偏下。
[0046]
需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。
[0047]
盡管已經示出和描述了本發明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換
和變型，本發明的范圍由所附權利要求及其等同物限定。
技術特征：
1.一種鑄坯凝固組織均勻調控方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一：設置預設參數，運行連鑄設備；步驟二：實時讀取連鑄設備運行過程中的工況信息，通過plc控制系統及時調整結晶器(3)和二冷段(4)的運行參數，使鑄坯各段冷卻至目標溫度；連鑄設備包括鋼包(1)、中間包(2)、結晶器(3)、二冷段(4)和空冷段(5)；鋼包(1)中鋼液的過熱度為10-30℃，中間包(2)過熱度為20-30℃，結晶器(3)的冷卻水流量為140-150m3/h，二冷段(4)的鑄坯移動速度為25-30cm/s。2.根據權利要求1所述的一種鑄坯凝固組織均勻調控方法，其特征在于，所述結晶器(3)設置有電磁控流裝置，電磁控流裝置的頻率為400
±
50hz，電流為350
±
150a。3.根據權利要求1所述的一種鑄坯凝固組織均勻調控方法，其特征在于，所述二冷段(4)從結晶器(3)出口開始，鑄坯前側依次分為a區、b區、c區、g區和i區，鑄坯后側對應分為d區、e區、f區、h區和j區。4.根據權利要求3所述的一種鑄坯凝固組織均勻調控方法，其特征在于，a區、b區、c區、d區、e區和f區設置有出水噴嘴(7)，采用全水的冷卻方式，通過第一配水系統(41)供水。5.根據權利要求3所述的一種鑄坯凝固組織均勻調控方法，其特征在于，g區、i區、h區和j區設置有高壓霧化噴嘴(8)，通過第二配水系統供水，采用氣-水的冷卻方式，并且h區和j區還陣列設置有若干個吸氣風道(9)，通過吸風系統輔助控制鑄坯凝固溫度。
技術總結
本發明公開了一種鑄坯凝固組織均勻調控方法，屬于鋼鐵冶金技術領域，設置預設參數，運行連鑄設備；實時讀取連鑄設備運行過程中的工況信息，通過PLC控制系統及時調整結晶器和二冷段的運行參數，使鑄坯各段冷卻至目標溫度；調控方法簡單，二冷段h區和j區仍保持一定的噴淋強度，結構吸風系統及時排除過多的熱蒸汽，相比于單獨調控冷卻強度有利于減小調控難度，在效果上可以防止鑄坯表面產生“黑印”，并且有利于使二冷段中鑄坯上下表面冷卻進程保持一致，使鑄坯中心高溫區域位于截面中央，有利于鑄坯在空冷鍛時上表面和下表面回溫進程保持均勻一致，減少內裂紋的產生，防止鑄坯在軋制過程中出現劈頭現象，有利于增加鑄坯的成材率。率。率。
