一種大方坯連鑄生產(chǎn)過程的凝固末端位置在線檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于大方坯生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種大方坯連鑄生產(chǎn)過程的凝固末端位置在線檢測方法。本發(fā)明首先采用射釘法測定凝固坯殼厚度，建立熱跟蹤模型，計算得到不同固相率、不同澆注溫度和拉速下沿鑄流方向的坯殼厚度的預(yù)測結(jié)果，然后測定拉矯機(jī)對鑄坯進(jìn)行壓下時不同的坯殼厚度處的壓下量，建立坯殼厚度-壓力-壓下量關(guān)系曲線，建立鋼種-坯殼厚度-壓力-壓下量對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，在線測量各拉矯機(jī)進(jìn)行周期性壓下時的鋼種-壓力-壓下量對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，判定當(dāng)前連鑄坯的實(shí)際坯殼厚度，確定凝固末端位置。本發(fā)明方法緊密結(jié)合大方坯連鑄生產(chǎn)實(shí)際，不需要新增檢測設(shè)備，利用現(xiàn)有拉矯機(jī)完成凝固末端在線檢測過程。
【專利說明】一種大方坯連鑄生產(chǎn)過程的凝固末端位置在線檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于大方坯生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種大方坯連鑄生產(chǎn)過程的凝固末端 位置在線檢測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 連鑄坯凝固的特點(diǎn)決定了其凝固過程中易形成中心偏析和疏松。凝固末端壓下計 算是解決這一問題的有效手段，已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。連鑄坯凝固末端壓下技術(shù)是指通過 在連鑄坯凝固末端施加一定壓力，迫使鑄坯兩相區(qū)液芯變形，從而將凝固前沿富含溶質(zhì)偏 析元素的鋼鐵向液相區(qū)擠壓排出，同時補(bǔ)償凝固收縮。壓下區(qū)間，壓下量，壓下率與壓下效 率是常用的凝固末端壓下參數(shù)。對于大方坯連鑄機(jī)而言，由于多采用空冷區(qū)的拉矯機(jī)進(jìn)行 壓下，因此常用壓下量表征各拉矯機(jī)的壓下工藝。此外，壓下區(qū)間是指凝固末端壓下的作用 區(qū)域，多用連鑄坯中心固相率表征；壓下效率指壓下過程中液芯變形量與坯殼變形量之比， 其常用于表征表面壓下量向液芯傳遞并引起液芯變形的效率。
[0003] 凝固末端壓下技術(shù)是在連鑄坯凝固末端的一段區(qū)域進(jìn)行壓下，其技術(shù)核心在于： 準(zhǔn)確檢測并控制液芯位置與形貌，并通過合理的壓下施加穩(wěn)定有效控制液芯變形。因此，準(zhǔn) 確定位凝固末端位置是實(shí)施凝固末端壓下技術(shù)的前提。目前用來確定凝固末端位置主要有 兩種方法，一是通過在線熱跟蹤模型的實(shí)時計算結(jié)果判定，另一種是通過安裝在扇形段上 壓力傳感器的實(shí)時探測判定。
[0004] 其中熱跟蹤模型計算方法要求模型計算結(jié)果準(zhǔn)確，計算時間短（周期為秒級）。如 Danieli開發(fā)的LPC模型就能根據(jù)鋼種、澆鑄溫度、拉速等變化因素在線計算鑄坯的凝固末 端位置（MetallurgicalPlantandTechnologyInternational, 2003(2) :44-51.)，VAI的 DYNACSk'也可根據(jù)不同的饒鑄條件在線預(yù)測凝固終點(diǎn)位置（MetallurgicalPlantand TechnologyInternational, 2004(4) :46-48.)?，F(xiàn)有技術(shù)中常常米用射釘法獲取還殼厚度 數(shù)據(jù)以校正熱跟蹤模型計算的準(zhǔn)確性，但一方面，受限于實(shí)驗成本等，無法對鑄坯每個位置 均進(jìn)行射釘試驗；另一方面，非穩(wěn)態(tài)澆鑄過程中也不可能采用射釘試驗實(shí)時校正熱跟蹤模 型計算的準(zhǔn)確性，所以僅僅依靠熱跟蹤模型將不可避免的導(dǎo)致凝固坯殼預(yù)測偏差。
[0005] 不同研宄者提出的壓力傳感器探測判定方式有所差別，但基本原理都是對比檢測 分析帶液芯與不帶液芯鑄坯的差異，判定凝固末端位置。主要的檢測方法包括：振動法，壓 力反饋法，電磁超聲檢測法等。振動法：CYBERLINK扇形段通過上框架的周期性低幅（約 2mm)低頻（約2Hz)振動，可在線探測鑄坯凝固終點(diǎn)位置，與之相類似，專利CN103048242A、 專利CN102029368A均通過振動法檢測連鑄坯液固相分?jǐn)?shù)和液芯末端位置。壓力反饋法： DDD開發(fā)了實(shí)際液相穴末端監(jiān)測技術(shù)（ALCEM)應(yīng)用于OPTIMUM扇形段，即通過壓力反饋信號 來判斷壓下位置是否準(zhǔn)確；與之相類似，專利CN101912952B提出了一種動態(tài)輕壓下的控 制方法和壓下區(qū)間的確定方法，其根據(jù)多個連續(xù)的扇形段中壓力值的突變來確定凝固末端 位置，根據(jù)凝固末端位置確定壓下區(qū)間；專利CN101920323B提出了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，從而判斷被壓下鑄坯是否含有液芯，以確定凝固末端位置。電 磁超聲檢測法：新日鐵提出了一種采用電磁超聲在線測定連鑄板坯凝固坯殼厚度和液相穴 終點(diǎn)的方法（鋼鐵，1985. 11，41-44)，與之相類似，專利CN102500747A也采用電磁超聲方法 測定凝固坯殼厚度。
[0006] 通過扇形段在線檢測鑄坯壓力反饋值進(jìn)行凝固末端定位已成為動態(tài)輕壓下技術(shù) 的發(fā)展趨勢之一，但采用熱跟蹤模型進(jìn)行在線"軟測量"仍然是必不可少的手段。上述研宄 大多是針對采用扇形段機(jī)構(gòu)的板坯連鑄生產(chǎn)過程開展，在采用壓力反饋檢測過程中，由于 板坯連鑄多采用扇形段內(nèi)外弧形成錐度進(jìn)行壓下，其檢測的壓力反饋數(shù)據(jù)大多為一個壓下 面上的平均反饋力，往往難以準(zhǔn)確定位凝固末端在壓下面內(nèi)的具體位置。采用電磁超聲法 存受限于高溫下電磁超聲測厚回波的差異性較大和可測定性較差，大尺寸下的波形衰減嚴(yán) 重，信噪比上升等技術(shù)瓶頸，往往不能穩(wěn)定預(yù)測。因此進(jìn)一步提高在線熱跟蹤模型的計算精 度成為了研宄的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種大方坯連鑄生產(chǎn)過程的凝固末端位置 在線檢測方法，目的是根據(jù)拉矯機(jī)鑄輥的壓下時的壓力與壓下量反饋數(shù)據(jù)，對比得到液芯 厚度，并輔以熱跟蹤模型，準(zhǔn)確定位凝固末端位置。
[0008] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案具體按照以下步驟進(jìn)行：
[0009] (1)在穩(wěn)態(tài)澆鑄過程中，即穩(wěn)定澆鑄溫度范圍、鋼種和拉速條件下，采用射釘法，將 帶有硫化物的鋼釘射入某鋼種的鑄坯內(nèi)部，對鑄坯凝固后的射釘位置進(jìn)行切邊，經(jīng)過硫印 顯示得到硫化物沿鑄流方向的擴(kuò)散規(guī)律，得到射釘位置處的凝固坯殼厚度與液固兩相區(qū)的 厚度；
[0010] (2)采用步驟（1)中的具體澆鑄條件，基于有限差分方法建立熱跟蹤計算模型，計 算得到坯殼厚度生長規(guī)律，采用步驟（1)實(shí)測得到的坯殼厚度進(jìn)行比對校正，得到穩(wěn)態(tài)澆 鑄條件下坯殼厚度沿鑄流方向的生長分布；
[0011] (3)測定在步驟（1)中的具體澆鑄條件下，各拉矯機(jī)采用不同壓力對鑄坯進(jìn)行壓 下，得到記錄壓力值-壓下量關(guān)系，同時比對步驟（2)得到的不同拉矯機(jī)位置處的坯殼厚度 數(shù)據(jù)，建立坯殼厚度-壓力-壓下量關(guān)系曲線；
[0012] (4)按照步驟⑴?（3)所述的內(nèi)容，測定不同鋼種的坯殼厚度與壓力和壓下量的 關(guān)系曲線，建立鋼種-坯殼厚度-壓力-壓下量對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫；
[0013] (5)在實(shí)際生產(chǎn)中的穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)澆鑄條件下，在線測量各拉矯機(jī)進(jìn)行周期性壓 下時的鋼種-壓力-壓下量對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)，將在線測定的鋼種-壓力-壓下量對應(yīng)關(guān)系數(shù) 據(jù)與步驟（4)中建立的鋼種-坯殼厚度-壓力-壓下量對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，判定當(dāng) 前連鑄坯的實(shí)際坯殼厚度，確定凝固末端位置。
[0014] 本發(fā)明所述的穩(wěn)態(tài)澆鑄條件是指澆鑄溫度和拉矯機(jī)拉速等都在穩(wěn)定范圍內(nèi)保持 不變；所述的非穩(wěn)態(tài)澆注條件是指澆注溫度和拉矯機(jī)拉速等在實(shí)際生產(chǎn)中隨時間有波動變 化的不穩(wěn)定現(xiàn)象。
[0015] 本發(fā)明中所述的熱跟蹤模型為基于切片法的傳熱計算模型，其基本原理在于在開 澆和澆鑄過程中，在結(jié)晶器彎月面處定時的不斷"出生"大小不一的跟蹤單元，并將跟蹤單 元與澆鑄工藝參數(shù)相關(guān)聯(lián)；在開澆時產(chǎn)生第一個跟蹤單元，間隔一定的時間Λt后在產(chǎn)生 第二個跟蹤單元，以后如此反復(fù)直至停澆；每個單元"出生"于結(jié)晶器彎月面，"消逝"于鑄 坯切割點(diǎn)；在每一個計算周期內(nèi)，實(shí)時計算整個鑄流線上所有跟蹤單元內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的溫度分 布從而得到鑄坯表面溫度，中心溫度，固相線位置，液相線位置，凝固終點(diǎn)位置；這樣就實(shí)現(xiàn) 了溫度場的計算從靜態(tài)轉(zhuǎn)為動態(tài)，并且該計算方法還時刻與連鑄工藝相關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了真 正意義上的實(shí)時溫度場計算。
[0016] 具體步驟是：
[0017] 選取鑄坯1/4建立二維凝固傳熱數(shù)學(xué)模型，如式1所示。
[0018]

【權(quán)利要求】
1. 一種大方坯連鑄生產(chǎn)過程的凝固末端位置在線檢測方法，其特征在于按照以下步驟 進(jìn)行： (1) 在穩(wěn)態(tài)澆鑄過程中，即穩(wěn)定澆鑄溫度范圍、鋼種和拉速條件下，采用射釘法，將帶 有硫化物的鋼釘射入某鋼種的鑄坯內(nèi)部，對鑄坯凝固后的射釘位置進(jìn)行切邊，經(jīng)過硫印顯 示得到硫化物沿鑄流方向的擴(kuò)散規(guī)律，得到射釘位置處的凝固坯殼厚度與液固兩相區(qū)的厚 度； (2) 采用步驟（1)中的具體澆鑄條件，基于有限差分方法建立熱跟蹤計算模型，計算得 到坯殼厚度生長規(guī)律，采用步驟（1)實(shí)測得到的坯殼厚度進(jìn)行比對校正，得到穩(wěn)態(tài)澆鑄條件 下坯殼厚度沿鑄流方向的生長分布； (3) 測定在步驟（1)中的具體澆鑄條件下，各拉矯機(jī)采用不同壓力對鑄坯進(jìn)行壓下，得 到記錄壓力值-壓下量關(guān)系，同時比對步驟（2)得到的不同拉矯機(jī)位置處的坯殼厚度數(shù)據(jù)， 建立坯殼厚度-壓力-壓下量關(guān)系曲線； (4) 按照步驟（1)~(3)所述的內(nèi)容，測定不同鋼種的坯殼厚度與壓力和壓下量的關(guān)系 曲線，建立鋼種-坯殼厚度-壓力-壓下量對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫； (5) 在實(shí)際生產(chǎn)中的穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)澆鑄條件下，在線測量各拉矯機(jī)進(jìn)行周期性壓下時 的鋼種-壓力-壓下量對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)，將測定得到的鋼種-壓力-壓下量對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)與 步驟（4)中建立的鋼種-坯殼厚度-壓力-壓下量對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，判定當(dāng)前連 鑄坯的實(shí)際坯殼厚度，確定凝固末端位置。
【文檔編號】B22D11/16GK104493121SQ201410709598
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】祭程, 朱苗勇 申請人:東北大學(xué)