一种铸坯凝固组织均匀调控方法与流程
1.本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种铸坯凝固组织均匀调控方法。
背景技术：
2.钢是铁碳合金，钢液凝固是在一定的温度范围内完成的，由于溶质在分配产生成分过冷，以树脂晶生长方式完成凝固，即凝固发生在一定范围内，而不是位于一个平面内。铸坯的宏观组织通常由三个区组成，即表层细晶区、柱状晶区和中心粗等轴晶区。表层细晶区是浇注时，冷模壁产生很大的过冷度及非均匀形核作用，使表面形成一层很细的等轴晶粒区；柱状晶区是由于模壁温度升高，结晶放出潜热，使细晶区前沿液体的过冷度减小，形核困难，加上模壁的定向散热，使已有的晶体沿着与散热相反的方向生长而形成柱状晶区；中心粗等轴晶区是由于结晶潜热的不断放出，散热速度不断减慢，导致柱状晶生长停止，当心部液体全部冷至实际结晶温度以下时，在杂质作用下以非均匀形核方式形成许多尺寸较大的等轴晶粒。
3.铸坯的质量和性能与铸坯凝固组织关系密切，主要取决于柱状晶区与等轴晶区的比例以及晶粒的大小。铸坯的铸造缺陷类型较多，常见的有缩孔、气孔疏松、偏析、夹渣、白点和裂纹等，它们对铸坯的性能产生损害。
4.铸坯凝固组织在二冷段被加速冷却，为了使铸坯冷却时降温均匀，二冷段的足辊段采用全水冷的冷却方式，其余段为气-水冷却的方式，并且铸坯下侧的冷却强度要小，因为铸坯本身的面积会对蒸汽逸散产生一定的限制，过大的喷淋强度会受到铸坯内部的热阻限制，导致冷却水的利用效率降低，甚至导致铸坯表面出现“黑印”，使铸坯冷却不均匀。由于铸坯凝固冷却效果受到冷却强度和拉速等因素影响，调控难度较大。
5.在冷却过程中，铸坯的中心温度仍然较高，冷却不均会导致铸坯表面各处的冷却效果一，冷却强度过大或各段之间的冷却不均匀，会导致铸坯表面温度呈现周期性回升，从而引起坯壳膨胀，当施加到凝固前沿的张应力超过铸坯的高温允许和临界应变时，铸坯表面和中心之间就会出现沿柱状晶界的内裂纹，内裂纹严重时，铸坯在轧制过程中会出现劈头现象，降低轧钢的成材率，甚至损坏轧钢设备。
6.为了使铸坯在二冷段能够均匀冷却，便于各处同时回温，因此提出一种铸坯凝固组织均匀调控方法。
技术实现要素：
7.本发明的目的在于提供一种铸坯凝固组织均匀调控方法，以解决背景技术中的问题。
8.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
9.一种铸坯凝固组织均匀调控方法，包括如下步骤：
10.步骤一：设置预设参数，运行连铸设备；
11.步骤二：实时读取连铸设备运行过程中的工况信息，通过plc控制系统及时调整结
晶器和二冷段的运行参数，使铸坯各段冷却至目标温度。
12.连铸设备包括钢包、中间包、结晶器、二冷段和空冷段；钢包中钢液的过热度为10-30℃，中间包过热度在20-30℃，结晶器的冷却水流量为140-150m3/h，二冷段的铸坯移动速度为25-30cm/s。
13.结晶器设置有电磁控流装置，用于控制钢液的流动速度，电磁控流装置的频率为350-450hz，电流为350
±
150a；当铸坯移动速度＞30cm/s时，降低电磁控流装置的电流；当铸坯移动速度＜25cm/s时则提高电磁控流装置的电流。
14.铸坯从二冷段两侧夹辊之间移动，二冷段从结晶器出口开始，铸坯前侧依次分为a区、b区、c区、g区和i区，铸坯后侧对应分为d区、e区、f区、h区和j区；a区、b区、c区、d区、e区和f区设置有出水喷嘴，采用全水的冷却方式，通过第一配水系统供水；g区、i区、h区和j区设置有高压雾化喷嘴，通过第二配水系统供水，采用气-水的冷却方式，并且h区及j区还阵列设置有若干个吸气风道，通过吸风系统辅助控制铸坯凝固温度。
15.吸风系统包括高压漩涡风机和换热箱，高压漩涡风机的进风口通过第一集合风道与换热箱连接，换热箱远离第一集合风道的一端通过第二集合风道连接对应区段的若干个吸气风道；换热箱内靠近第二集合风道的一端设置有换热盘管，用于回收热量，增加热量利用效率的同时避免过高的热量损伤高压漩涡风机；换热箱内靠近第一集合风道的一端交错设置有若干和第一挡板和第二挡板，起到气液分离的作用，换热箱底部设置有若干根排出冷凝液用的排液管道。
16.本发明的有益效果：
17.本发明铸坯凝固组织均匀调控方法，调控方法简单，二冷段靠前区段采用全水冷，有利于增加冷却速度，减少二次枝晶，细化铸坯凝固组织；二冷段h区和j区仍保持一定的喷淋强度，结构吸风系统及时排除过多的热蒸汽，相比于单独调控冷却强度有利于减小调控难度，在效果上可以防止铸坯表面产生“黑印”，并且有利于使二冷段中铸坯上下表面冷却进程保持一致，使铸坯中心高温区域位于截面中央，有利于铸坯在空冷锻时上表面和下表面回温进程保持均匀一致，减少内裂纹的产生，防止铸坯在轧制过程中出现劈头现象，有利于增加铸坯的成材率。
附图说明
18.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
19.图1是本发明实施例2中的铸坯表面位置-温度曲线图；
20.图2是本发明对比例1中的铸坯表面位置-温度曲线图；
21.图3是本发明对比例2中的铸坯表面位置-温度曲线图；
22.图4是本发明连铸设备的结构示意图；
23.图5是本发明二冷段和空冷段的结构示意图；
24.图6是本发明吸风系统的结构示意图。
25.图中：1、钢包；2、中间包；3、结晶器；4、二冷段；5、空冷段；6、高压漩涡风机；7、出水喷嘴；8、高压雾化喷嘴；9、吸气风道；41、第一配水系统；61、第一集合风道；62、第二集合风道；63、换热盘管；64、第一挡板；65、第二挡板；66、排液管道。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
27.请参阅图4-图6，连铸设备包括钢包1、中间包2、结晶器3、二冷段4和空冷段5，连铸设备的各段均设置有连续测温系统；结晶器3设置有电磁控流装置，用于控制钢液的流动速度；铸坯从二冷段4两侧夹辊之间移动，二冷段4从结晶器3出口开始，铸坯前侧依次分为a区、b区、c区、g区和i区，铸坯后侧对应分为d区、e区、f区、h区和j区。
28.a区、b区、c区、d区、e区和f区设置有出水喷嘴7，采用全水的冷却方式，通过第一配水系统41供水；g区、i区、h区和j区设置有高压雾化喷嘴8，通过第二配水系统供水，采用气-水的冷却方式；每个区段均单独设置有截止阀用于控制冷却水的流量，并且j区还阵列设置有若干吸气风道9，通过吸风系统辅助控制铸坯凝固温度。
29.吸风系统包括高压漩涡风机6和换热箱，高压漩涡风机6的进风口通过第一集合风道61与换热箱连接，换热箱远离第一集合风道61的一端通过第二集合风道62连接对应区段的吸气风道9；换热箱内靠近第二集合风道62的一端设置有换热盘管63，用于回收热量，增加热量利用效率的同时避免过高的热量损伤高压漩涡风机6；换热箱内靠近第一集合风道61的一端交错设置有若干和第一挡板64和第二挡板65，第一挡板64固定在换热箱上部，第二挡板65固定在换热箱下部，起到气液分离的作用，换热箱底部设置有若干根排出冷凝液用的排液管道66。
30.上述连铸设备与plc控制系统电信连接，各参数通过plc控制系统调控。
31.实施例1
32.以生产规格为180mm
×
220mm的gcr15钢为例，预设参数使钢包1中钢液的过热度为10-30℃，中间包2过热度在20-30℃，结晶器3的冷却水流量为140-150m3/h。
33.结晶器3设置有电磁控流装置，用于控制钢液的流动速度，二冷段4的铸坯移动速度为25-30cm/s，当铸坯移动速度＞30cm/s时，降低电磁控流装置的电流；当铸坯移动速度＜25cm/s时则提高电磁控流装置的电流。电磁控流装置的频率范围为350-450hz，电流范围为200-500a。
34.实施例2
35.设置二冷段4各区段铸坯表面的目标温度，具体如表1所示：
36.表1
[0037][0038]
根据上述预设的目标温度，通过连续测温系统监测连铸设备各处的温度，通过plc控制系统调整二冷段4的运行参数，使各处实际温度接近于目标温度，其运行参数主要为各
区段冷却水用量和吸气风道9的总风量，如表2所示：
[0039]
表2
[0040][0041]
记录二冷段4铸坯每个区段的表面实际温度和空冷段5铸坯距离i区/j区2m处的上表面(标记为m点)实际温度及下表面(标记为n点)实际温度。
[0042]
对比例1：按照表2的冷却强度进行铸坯在的二冷段4冷却，不启用吸风系统即h区和j区吸气风道9的风量为0，通过监测发现，h区和j区出现“黑印”，且对应表面温度低于目标温度。记录二冷段4铸坯每个区段的表面实际温度和空冷段5铸坯距离i区/j区2m处的上表面(标记为m点)实际温度及下表面(标记为n点)实际温度。
[0043]
对比例2：根据表1预设目标温度，不启用吸风系统即h区和j区吸气风道9的风量为0，通过plc控制系统调整二冷段4的运行参数，使各处实际温度接近于目标温度，通过监测发现，h区和j区的冷却强与对应g区和i区的差距增大，且h区和j区的冷却强度小于表2中对应区段的冷却强度。记录二冷段4铸坯每个区段的表面实际温度和空冷段5铸坯距离i区/j区2m处的上表面(标记为m点)实际温度及下表面(标记为n点)实际温度。
[0044]
分别将实施例2、对比例1和对比例2中铸坯各处实际表面温度绘制出位置-温度曲线图，分别对应图1-图3(a区、b区、c区、g区、i区和m区连接为上表面曲线，d区、e区、f区、h区、j区和n区连接为下表面曲线)，并且通过红外热测温系统对各组铸坯进行监测。
[0045]
由图1可以看出上表面曲线与下表面曲线基本重合，红外测温显示铸坯上下表面各处温度分布均匀，中心高温区域位于铸坯截面中央位置，中心温度在1500℃左右；由图2可以看出铸坯下表面温度较上表面低，红外测温显示铸坯上下表面温度分布不均，f区-n点的下表面阴影区域较c区-m点的上表面阴影区域大，中心高温区域位置偏上；由图3可以看出n点的空冷区铸坯回温温度提高，m点回温温度较n点低，红外测温显示铸坯上下表面温度分布不均，f区-n点的下表面阴影区域较c区-m点的上表面阴影区域小，中心高温区域位置偏下。
[0046]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0047]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
技术特征：
1.一种铸坯凝固组织均匀调控方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：设置预设参数，运行连铸设备；步骤二：实时读取连铸设备运行过程中的工况信息，通过plc控制系统及时调整结晶器(3)和二冷段(4)的运行参数，使铸坯各段冷却至目标温度；连铸设备包括钢包(1)、中间包(2)、结晶器(3)、二冷段(4)和空冷段(5)；钢包(1)中钢液的过热度为10-30℃，中间包(2)过热度为20-30℃，结晶器(3)的冷却水流量为140-150m3/h，二冷段(4)的铸坯移动速度为25-30cm/s。2.根据权利要求1所述的一种铸坯凝固组织均匀调控方法，其特征在于，所述结晶器(3)设置有电磁控流装置，电磁控流装置的频率为400
±
50hz，电流为350
±
150a。3.根据权利要求1所述的一种铸坯凝固组织均匀调控方法，其特征在于，所述二冷段(4)从结晶器(3)出口开始，铸坯前侧依次分为a区、b区、c区、g区和i区，铸坯后侧对应分为d区、e区、f区、h区和j区。4.根据权利要求3所述的一种铸坯凝固组织均匀调控方法，其特征在于，a区、b区、c区、d区、e区和f区设置有出水喷嘴(7)，采用全水的冷却方式，通过第一配水系统(41)供水。5.根据权利要求3所述的一种铸坯凝固组织均匀调控方法，其特征在于，g区、i区、h区和j区设置有高压雾化喷嘴(8)，通过第二配水系统供水，采用气-水的冷却方式，并且h区和j区还阵列设置有若干个吸气风道(9)，通过吸风系统辅助控制铸坯凝固温度。
技术总结
本发明公开了一种铸坯凝固组织均匀调控方法，属于钢铁冶金技术领域，设置预设参数，运行连铸设备；实时读取连铸设备运行过程中的工况信息，通过PLC控制系统及时调整结晶器和二冷段的运行参数，使铸坯各段冷却至目标温度；调控方法简单，二冷段h区和j区仍保持一定的喷淋强度，结构吸风系统及时排除过多的热蒸汽，相比于单独调控冷却强度有利于减小调控难度，在效果上可以防止铸坯表面产生“黑印”，并且有利于使二冷段中铸坯上下表面冷却进程保持一致，使铸坯中心高温区域位于截面中央，有利于铸坯在空冷锻时上表面和下表面回温进程保持均匀一致，减少内裂纹的产生，防止铸坯在轧制过程中出现劈头现象，有利于增加铸坯的成材率。率。率。
