專利名稱：用于連續(xù)鑄造的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在二輥工藝中連續(xù)鑄造薄金屬帶、尤其是一種鋼帶的方法，鋼帶厚度最好小于10mm，其中金屬熔液在形成一個熔池的條件下澆鑄在一個由兩個鑄造輥以待澆鑄的金屬帶厚度形成的澆鑄縫隙中。
背景技術(shù)：
在WO 95/15233和EP-B1 0 813 700以及在AT-B 408.198中描述了這種方法。前兩個文獻涉及到用于二輥工藝調(diào)節(jié)方法的過程模式，但是它們具有缺陷，只有在調(diào)節(jié)值偏離所傳送的實際值時才可能修正地施加影響，因此首先使金屬帶或多或少地偏離所期望的在市場上必需具有的狀態(tài)，例如在厚度、組織等方面，盡管接著進行過程模式的修正，如同在EP-B1 0 813 700中所描述的那樣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是避免這些缺陷和困難并提出實現(xiàn)一種上述類型的連續(xù)鑄造方法的任務(wù)，對于金屬帶，也就是說，對于不同化學(xué)組分的金屬，即對于大量待澆鑄的鋼坯質(zhì)量或鋼坯品質(zhì)來說，可以實現(xiàn)給定的質(zhì)量特征，例如尤其是一種所期望的金屬組織結(jié)構(gòu)或一種給定的幾何形狀可靠性。
本發(fā)明尤其提出這個任務(wù)，避免金屬帶質(zhì)量從一開始就持續(xù)偏差，也就是說，通過在加工步驟中建立影響方法，在加工步驟中，還不能輕而易舉地斷定一個確定質(zhì)量的要達到的金屬帶的實際值或者說不能以直接的方式確定。
按照本發(fā)明這個任務(wù)由此實現(xiàn)，為了在澆鑄的金屬帶中形成一種確定的組織和/或為了影響金屬帶的幾何形狀，以描述形成一定的金屬組織和/或形成金屬帶的幾何形狀的計算模型為基礎(chǔ)，在線計算情況下進行連續(xù)鑄造，其中在線動態(tài)地即在連續(xù)鑄造期間調(diào)整連續(xù)鑄造方法的影響組織形成或幾何形狀的變量。
在鋼帶澆鑄過程中，在凝固或形成組織時，鑄造輥表面的結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個重要的因素。這種結(jié)構(gòu)被液體金屬只仿型到一定程度，即，對應(yīng)于鑄造輥表面結(jié)構(gòu)在某個的表面范圍里導(dǎo)致較迅速地凝固而在其它的表面范圍里導(dǎo)致延遲的凝固。按照本發(fā)明最好檢測鑄造輥表面結(jié)構(gòu)，優(yōu)選在線檢測，并在考慮到由此引起的凝固和偏析條件、尤其是在初生凝固的情況下組合到計算模型中。
對于金屬在鑄造輥表面上凝固重要的是，對這個表面進行處理，例如通過清理、噴射、覆層、尤其是通過氣體或氣體混合物進行沖洗。這些氣體或氣體混合物使熔液或已經(jīng)凝固的金屬的熱量傳導(dǎo)到鑄造輥，因此按照一個優(yōu)選的實施例，最好在線地檢測氣體或氣體混合物的化學(xué)組分以及份量并在必要時檢測在鑄造輥長度上的分布，并在考慮到由此引起的凝固和偏析條件、尤其是在初生凝固的情況下，將氣體或氣體混合物的化學(xué)組分以及份量及必要時在鑄造輥長度上的分布組合到計算模型中。
在此按照本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，通過一個導(dǎo)熱方程的解和一個描述相變動力學(xué)的方程或方程組的解，通過計算模型持續(xù)地同時計算出整個鋼帶的熱力學(xué)狀態(tài)變化，如溫度的變化，并且根據(jù)所計算出的至少一個熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)調(diào)整金屬帶的以及在必要時鑄造輥的溫度調(diào)整，其中，為了仿真，要考慮到鋼帶的厚度、金屬的化學(xué)分析以及澆鑄速度，其數(shù)值最好在澆鑄期間重復(fù)地檢測，尤其是持續(xù)地檢測厚度。
通過按照本發(fā)明的使連鑄坯溫度計算與計算模型耦聯(lián)，該計算模型包括形成某種與時間和溫度有關(guān)的金屬組織，能夠?qū)崿F(xiàn)適配于影響到連續(xù)鑄造的連續(xù)鑄造工藝的、金屬的化學(xué)分析的以及連鑄坯局部溫度層的變化。由此保證在金屬帶的其它方面(晶粒度、成相、析出)達到所期望的組織結(jié)構(gòu)。
還要指出，按照本發(fā)明可以使用非常簡化形式的導(dǎo)熱方程，盡管如此，也能夠在解決按照本發(fā)明的技術(shù)問題時保證足夠高的精度。作為簡化的導(dǎo)熱方程滿足熱力學(xué)的第一主要定律。邊緣條件的確定具有重要意義。
最好將一個金屬的連續(xù)相變模型組合到計算模型中，尤其是按照阿夫拉米方程(Avrami)。
阿夫拉米方程以其一般形式描述了在等溫條件下對于那個溫度的所有擴散控制的變換過程。通過在計算模型中考慮這個方程可以完全有針對性地在鋼材連續(xù)鑄造時調(diào)整鐵素體、珠光體和貝氏體的份量，也就是說，也考慮對于一定的溫度保持時間。
有利的是，本方法的特征在于，通過一個導(dǎo)熱方程的解和一個描述凝固期間和/或凝固之后的析出動力學(xué)、尤其是非金屬和惰性金屬的析出的方程或方程組的解，通過計算模型持續(xù)地同時計算出整個金屬帶的熱力學(xué)狀態(tài)變化，如溫度變化，并且根據(jù)所計算出的至少一個熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)調(diào)整金屬帶的以及在必要時鑄造輥的溫度調(diào)整，其中，為了仿真，要考慮到鋼帶的厚度、金屬的化學(xué)分析以及澆鑄速度，其數(shù)值最好在澆鑄期間重復(fù)地檢測，尤其是持續(xù)地檢測厚度。
在此有利的是，將基于自由相態(tài)能和晶核形成并使用熱力學(xué)基本參數(shù)、尤其是哥珀施能(Gibb’schen Energie)的析出動力學(xué)和按照齊納原理(Zener)的晶核生長組合到計算模型中。
按照多材料系-曲線圖、如按照Fe-C-曲線圖，將組織份量比例組合到計算模型中是適宜的。
將晶粒生長特性和/或晶粒形成特性組合到計算模型中是有利的，必要時在考慮金屬再結(jié)晶的條件下。在此可以在計算模型中考慮一個動態(tài)的和/或延遲的和/或一個后再結(jié)晶、即以后在爐子中發(fā)生的再結(jié)晶。
作為同樣影響組織形成的連續(xù)鑄造的變量，將一個在輸送金屬帶期間發(fā)生的一級或多級熱軋制和/或冷軋制組合到計算模型中是有利的，由此也可以在連鑄坯溫度高于AC3時考慮到在連續(xù)鑄造期間進行的熱力學(xué)軋制、例如高溫-熱力學(xué)軋制。按照本發(fā)明，在鋼帶卷繞之后并且在低溫區(qū)(如200-300℃)的減薄被視為軋制，減薄可以在線地進行，即沒有事先卷繞。
此外最好也通過另一模型方程的解、尤其是通過用于粘滯-彈性-塑性材料特性的連續(xù)力學(xué)基本方程的解，通過計算模型還持續(xù)地同時計算出機械狀態(tài)，如變形特性。
一個優(yōu)選的實施例特征在于，通過在線計算出的引起組織再結(jié)晶的連鑄坯變形，對根據(jù)份量定義的組織進行調(diào)整。
此外，在在線檢測鑄造輥冷卻的條件下，通過鑄造輥，將金屬熔液和已經(jīng)凝固的金屬的一種熱影響組合到計算模型中是適宜的。
如果將金屬帶的一種熱影響，如冷卻和/或加熱組合到計算模型中也是具有優(yōu)點的。在此要注意金屬帶邊緣與中間部位之間可能存在的差別。
按照本發(fā)明的方法的一個有利變化的特征在于，將一個軋制工藝模型，最好是熱軋工藝模型組合到計算模型中，其中軋制工藝模型包括軋制力計算和/或軋制彎曲力計算和/或用于專用的型材軋輥的軋制滑移計算和/或軋輥變形計算和/或用于由熱引起的軋制幾何尺寸變形的變形計算是適宜的。
按照本發(fā)明通過計算模型能夠事先計算金屬帶的機械特性，如屈服點、抗拉強度、延伸率等，使得能夠在確定這個預(yù)計算值與給定目標值的偏差的條件下及時地進行修正，也就是說，處于那些最佳適合的生產(chǎn)步驟中，即在凝固和接著的熱影響或在接著的軋制、再結(jié)晶等步驟。


下面借助于一個在附圖中所示的實施例詳細描述本發(fā)明，其中所示附圖以示意圖表示一個上述形式的連續(xù)鑄造設(shè)備。
具體實施例方式
為了澆鑄一條薄鋼帶1、尤其是一條厚度在1至10mm之間的鋼帶，使用一個由兩個相互平行且并排設(shè)置的鑄造輥2構(gòu)成的連鑄結(jié)晶器。鑄造輥2形成一個澆鑄縫隙3，即所謂的“澆口點(Kissing-point)”，在該點上鋼帶1從連鑄結(jié)晶器中排出。在澆鑄縫隙3上部構(gòu)成一個空間4，它由一個構(gòu)成遮蓋的蓋板5向上屏蔽，并且該空間用于容納一個熔池6。金屬熔液7通過蓋板的一個開孔8輸送，一個浸入式水口穿過開孔伸入到熔池6是一直到熔池液位9的下面。鑄造輥2配有一個未示出的內(nèi)部冷卻裝置。在鑄造輥2的側(cè)面設(shè)有一個側(cè)板，用于密封容納熔池6的空間4。
在鑄造輥2的表面10上分別形成一個連鑄坯外殼，其中這些連鑄坯外殼在澆鑄縫隙3中，即在澆口點上合并成一條鋼帶1。對于以基本均勻的厚度、最好以符合標準的略微拱起最佳地形成鋼帶1重要的是，在澆鑄縫隙3中有一種特殊的軋制力分布，例如矩形或桶形。
為了使鑄造輥表面結(jié)構(gòu)保持不變，可以配置一些清刷系統(tǒng)，其刷子可以壓到鑄造輥2的表面10上。
一臺計算機11用于保證待澆鑄的鋼帶1質(zhì)量，在該計算機中輸入機器數(shù)據(jù)、所期望的金屬帶規(guī)格、材料數(shù)據(jù)如鋼熔液的化學(xué)分析、澆鑄狀態(tài)、澆鑄速度、鋼液進入澆鑄縫隙之間的液體鋼溫度以及所期望的組織和必要時鋼帶的變形，這種變形可能是在線發(fā)生的也可能是在連續(xù)鑄造設(shè)備外部發(fā)生的。計算機借助于一個包括相變動力學(xué)和晶核形成動力學(xué)的冶金學(xué)計算模型并借助于一個能夠基于導(dǎo)熱方程的解實現(xiàn)溫度分析的熱學(xué)計算模型計算出不同的影響熱鋼帶質(zhì)量的參數(shù)、如鋼熔液和/或鋼帶的溫度影響以及其它的鑄造輥的內(nèi)部冷卻、鑄造輥的氣體負荷、通過在示例中在線設(shè)置的軋機機架12的變形率、以及必要時用于卷筒13的卷繞條件等等。
按照本發(fā)明所使用的計算模型主要基于一個鋼帶鑄造模型和一個軋制模型。前者包括鑄造輥模型、凝固模型、偏析模型、初生組織模型、相變模型和析出模型。軋制模型包括熱物理模型、相變模型、熱軋模型、析出模型、再結(jié)晶模型和晶粒度模型以及用于預(yù)測機械晶粒度的模型。
鑄造輥表面10的結(jié)構(gòu)對于在鑄造輥2上的最初凝固起決定作用。在此鑄造輥2的表面輪廓被鋼液7仿型，但是只到一定的程度。在此由于鋼液7的表面應(yīng)力經(jīng)常產(chǎn)生過度的“低谷”，在低谷中存有介質(zhì)(如氣體)。因為氣體減少從鋼液7到鑄造輥2的熱量排出，因此使凝固延遲。
充分利用在專門實現(xiàn)的鑄造輥表面10與不同的氣體混合物之間的共同作用，以調(diào)整一個適合于澆鑄過程的溫度。為此必需精確的認識和描述鑄造輥表面10的構(gòu)造。這一點通過在完成表面加工之后在多點上(理想的方式是在軸向上多次地、例如通過高度敏感的檢測觸頭)檢測鑄造輥表面而實現(xiàn)。將這樣獲得的表面輪廓過濾并分成等級。
對于每個等級，離線地通過流體仿真和試驗確定熱轉(zhuǎn)變度并由此為每個表面等級配設(shè)一個確定的熱流分布。將這個熱流/溫度分布傳遞給后置的程序部分。
通過調(diào)整鑄造輥溫度，可以實現(xiàn)(積分的)熱流的一種預(yù)調(diào)整。這一點又由鑄造輥材料、冷卻水溫度和冷卻水量確定。
因此這個計算模型的第一步驟包括，描述鑄造輥表面的狀態(tài)并計算出所屬的熱轉(zhuǎn)變度(表面“山峰”、充滿氣體的“低谷”、轉(zhuǎn)變區(qū))并分成等級(模糊識別)以及將各自的溫度傳送出去。
在第二步驟中，計算出對于不同等級的初生凝固。為此事先在試驗中借助于凝固試驗確定初生凝固(枝晶生長、枝晶取向、枝晶長度、枝狀晶臂間距)同時通過仿真計算結(jié)合溫度模型(或通過使用一個統(tǒng)計模型＝晶胞自動裝置(zellularen Automaten))進行驗算。這個步驟的目的是計算枝晶的尺寸分布和生長方向。
在這個步驟中，(幾乎)平行生長的枝晶組合成了晶粒。這個步驟的結(jié)果是估計晶粒度分布和可能的形狀系數(shù)(長/寬)。
一個偏析模型和一個析出模型用于確定偏析和析出。最后結(jié)合用于各鋼帶位置的溫度模型確定析出過程的程度，該程度被模糊識別。
通過一個與溫度模型一起確定和模糊識別所產(chǎn)生的組織應(yīng)力的機械模型，能夠預(yù)測裂紋形成。
將所有參數(shù)傳送到一個軋制模型，其目的是，就組織、機械參數(shù)以及在出口部件中的冷卻條件和幾何參數(shù)，如平整度進行預(yù)測。
將所有模糊識別參數(shù)傳送到一個在線計算模型，它借助于持續(xù)一起運行的溫度模型確定鋼帶1的實際條件并在必要時通過控制回路對控制參數(shù)施加影響。
從已經(jīng)生產(chǎn)的鋼帶再推導(dǎo)出質(zhì)量特征并存儲并與加工參數(shù)有關(guān)。在一個自學(xué)習(xí)循環(huán)中提出新的工藝參數(shù)建議。
例如對于可以用于按照本發(fā)明的計算模型，可以在奧地利專利申請A972/2000中找到。
權(quán)利要求
1.一種用于在二輥工藝中連續(xù)鑄造薄金屬帶(1)、尤其是厚度最好小于10mm的鋼帶的方法，其中，金屬熔液(7)在形成一個熔池(6)的條件下澆鑄到一個由兩個鑄造輥(2)以待澆鑄的金屬帶(1)的厚度構(gòu)成的澆鑄縫隙(3)中，其特征在于，為了在澆鑄的金屬帶中形成一種確定的組織，以描述形成一定的金屬組織的計算模型為基礎(chǔ)，在在線計算情況下進行連續(xù)鑄造，其中在線動態(tài)地即在連續(xù)鑄造期間調(diào)整連續(xù)鑄造方法的影響組織形成的變量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為了影響金屬帶的幾何形狀，以描述形成金屬帶的幾何形狀的計算模型為基礎(chǔ)，在在線計算情況下進行連續(xù)鑄造，其中在線動態(tài)地即在連續(xù)鑄造期間調(diào)整連續(xù)鑄造方法的影響幾何形狀的變量。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，檢測鑄造輥的表面結(jié)構(gòu)，優(yōu)選在線檢測，并在考慮到由此引起的凝固和偏析條件情況下，尤其是在初生凝固的情況下，將鑄造輥的表面結(jié)構(gòu)組合到計算模型中。
4.如權(quán)利要求1，2或3所述的方法，其特征在于，在熔池(6)上方用一種氣體或氣體混合物沖洗鑄造輥(2)的表面(10)并檢測最好在線地檢測氣體或氣體混合物的化學(xué)組分以及份量并在必要時檢測在鑄造輥長度上的分布，并在考慮到由此引起的凝固和偏析條件情況下、尤其是在初生凝固的情況下，將氣體或氣體混合物的化學(xué)組分以及份量及必要時在鑄造輥長度上的分布組合到計算模型中。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項或幾項所述的方法，其特征在于，通過一個導(dǎo)熱方程的解和一個描述相變動力學(xué)的方程或方程組的解，通過計算模型持續(xù)地同時計算出整個鋼帶的熱力學(xué)狀態(tài)變化，如溫度的變化，并且根據(jù)所計算出的至少一個熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)調(diào)整金屬帶的以及必要時鑄造輥的溫度調(diào)整，其中，為了仿真，要考慮到鋼帶的厚度、金屬的化學(xué)分析以及澆鑄速度，其數(shù)值最好在澆鑄期間重復(fù)地檢測，尤其是持續(xù)地檢測厚度。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，將金屬的一個連續(xù)相變模型組合到計算模型中，尤其是按照阿夫拉米方程。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項或幾項所述的方法，其特征在于，通過一個導(dǎo)熱方程的解和一個描述凝固期間和/或凝固之后的析出動力學(xué)的、尤其是非金屬和惰性金屬的析出的方程或方程組的解，通過計算模型持續(xù)地同時計算出整個金屬帶的熱力學(xué)狀態(tài)變化，如溫度變化，并且根據(jù)所計算出的至少一個熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)調(diào)整金屬帶的以及必要時鑄造輥的溫度調(diào)整，其中，為了仿真，要考慮到鋼帶的厚度、金屬的化學(xué)分析以及澆鑄速度，其數(shù)值最好在澆鑄期間重復(fù)地檢測，尤其是持續(xù)地檢測厚度。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項或幾項所述的方法，其特征在于，將基于自由相態(tài)能和晶核形成并使用熱力學(xué)基本參數(shù)、尤其是哥珀施能的析出動力學(xué)和按照齊納原理的晶核生長組合到計算模型中。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項或幾項所述的方法，其特征在于，按照多材料系-曲線圖、如按照Fe-C-曲線圖，將組織份量比例組合到計算模型中。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項或幾項所述的方法，其特征在于，將晶粒生長特性和/或晶粒形成特性組合到計算模型中，必要時在考慮金屬再結(jié)晶的條件下。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項或幾項所述的方法，其特征在于，作為影響組織形成的連續(xù)鑄造的變量，將一個在輸送金屬帶期間發(fā)生的一級或多級熱軋制和/或冷軋制組合到計算模型中。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項或幾項所述的方法，其特征在于，通過另一模型方程的解、尤其是通過用于粘滯-彈性-塑性材料特性的連續(xù)力學(xué)基本方程的解，通過計算模型還持續(xù)地同時計算出機械狀態(tài)，如變形特性。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項或幾項所述的方法，其特征在于，通過在線計算出的引起組織再結(jié)晶的連鑄坯變形，對根據(jù)份量定義的組織進行調(diào)整。
14.如權(quán)利要求1至13中任一項或幾項所述的方法，其特征在于，在在線檢測鑄造輥冷卻的條件下，通過鑄造輥，將金屬熔液和已經(jīng)凝固的金屬的一種熱影響組合到計算模型中。
15.如權(quán)利要求1至14中任一項或幾項所述的方法，其特征在于，將金屬帶的一種熱影響，如冷卻和/或加熱組合到計算模型中。
16.如權(quán)利要求1至15中任一項或幾項所述的方法，其特征在于，將一個軋制工藝模型、最好是熱軋工藝模型組合到計算模型中。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述軋制工藝模型組合了一種軋制力計算。
18.如權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述軋制工藝模型組合了一種軋制彎曲力計算。
19.如權(quán)利要求16至18中任一項或幾項所述的方法，其特征在于，所述軋制工藝模型組合了一種用于型材軋輥的軋制滑移計算。
20.如權(quán)利要求16至19中任一項或幾項所述的方法，其特征在于，所述軋制工藝模型組合了一種軋制變形計算。
21.如權(quán)利要求16至20中任一項或幾項所述的方法，其特征在于，所述軋制工藝模型組合了一種用于由熱引起的軋輥幾何變形的變形計算。
22.如權(quán)利要求1至21中任一項或幾項所述的方法，其特征在于，通過計算模型，持續(xù)地同時計算出金屬帶的機械特性，如屈服點、抗拉強度、延伸率等，或者計算出至少對于鋼帶鑄造過程結(jié)束的上述特性。
全文摘要
對于一種用于在二輥工藝中連續(xù)鑄造薄金屬帶(1)的方法，將金屬熔液(7)在形成一個熔池(6)的條件下澆鑄到一個由兩個鑄造輥(2)以待澆鑄的金屬帶(1)的厚度構(gòu)成的澆鑄縫隙(3)中。為了在澆鑄的金屬帶中形成一定的組織和/或為了影響金屬帶的幾何形狀以描述形成一種確定的金屬組織和/或形成金屬帶幾何形狀的計算模型為基礎(chǔ)，在線計算情況下實現(xiàn)連續(xù)鑄造，其中在線動態(tài)地、即在連續(xù)鑄造期間調(diào)整連續(xù)鑄造方法的影響組織形成或幾何形狀的變量。
文檔編號B22D11/06GK1974064SQ200610143630
公開日2007年6月6日 申請日期2002年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月30日
發(fā)明者庫爾特·埃策爾斯多費爾, 杰拉爾德·霍恩比希勒, 克里斯蒂安·奇馬尼, 格哈德·F·胡布默爾, 迪特馬爾·奧津格 申請人:奧地利鋼鐵聯(lián)合企業(yè)阿爾帕工業(yè)設(shè)備制造有限及兩合公司