專利名稱：在連續(xù)鑄鋼中改進(jìn)粘滯處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在連續(xù)鑄鋼法中，動(dòng)態(tài)控制抽錠速度以改進(jìn)粘滯處理的方法，這方法包括在探測(cè)出鑄模中發(fā)生鑄錠表皮粘滯時(shí)，使抽錠速度產(chǎn)生周期變化，包括從正常速度降到減慢速度，接著在該速度下保持鑄皮愈合的平穩(wěn)段，再?gòu)臏p慢速度增加到正常速度的加速階段。
在連鑄機(jī)的鑄模中產(chǎn)生鑄錠表皮粘滯是很危險(xiǎn)的，因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致漏鋼。特別是通過(guò)SOLLAC發(fā)展的系統(tǒng)，名稱為SAPSOL，基于通過(guò)兩個(gè)水平插入在液面下垂直鑄模的壁內(nèi)的熱電偶來(lái)監(jiān)視模壁的溫度的警報(bào)系統(tǒng)發(fā)出鑄皮粘滯的警報(bào)。還有人提出過(guò)另外的警報(bào)系統(tǒng)。在測(cè)出警報(bào)信號(hào)后，開始時(shí)，鑄造操作要停止一段時(shí)間，該段時(shí)間要長(zhǎng)到足夠使鑄皮愈合。之后，要在愈合期控制抽錠速度，如前面所述，以避免連鑄機(jī)完全停車。但是，該周期，更具體的是其減速階段，對(duì)于產(chǎn)品表面質(zhì)量和連鑄機(jī)的生產(chǎn)率而言，并不是不重要的。
在水平連鑄方法中，公知的技術(shù)還包括使用應(yīng)力測(cè)量來(lái)探測(cè)漏鋼的方法(EP-A-111000)，以及只有探測(cè)到鑄模中有突然的溫降就停止抽拉鑄造產(chǎn)品的方法(DE-A-3307176)。
本發(fā)明的目的是用適應(yīng)于鋼種的性能來(lái)調(diào)整的動(dòng)態(tài)控制方法來(lái)代替對(duì)上述過(guò)程的控制，這種方法還把慢速階段縮短到對(duì)已經(jīng)發(fā)生鑄皮粘滯的區(qū)域所需要的最短愈合時(shí)間。
為達(dá)到本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種在連續(xù)鑄鋼中動(dòng)態(tài)控制抽錠速度的方法，這方法包含在探測(cè)出鑄模發(fā)生鑄皮粘滯時(shí)，使抽錠速度產(chǎn)生周期變化，包括從正常速度降到減慢速度，接著在該速度下保持鑄皮愈合的平穩(wěn)段，再?gòu)臏p慢速度增加到正常速度的加速階段，按照本發(fā)明還包括采取措施來(lái)測(cè)出鑄造的鋼中的鐵素體勢(shì)，并確定減速階段或加速階段的變化率作為鐵素體勢(shì)的函數(shù)。
在實(shí)行中，本發(fā)明是根據(jù)一種發(fā)現(xiàn)-基于科學(xué)考慮和實(shí)際試驗(yàn)-出發(fā)的，按照該發(fā)現(xiàn)，可將鐵素體勢(shì)(下面將給以定義)作為鑄皮愈合階段控制抽錠速度的決定性因數(shù)。
把所述的愈合平穩(wěn)段的時(shí)間按所鑄造的鋼種的液固相線溫度差的函數(shù)來(lái)確定看來(lái)也是有利的。
最好，在發(fā)生鑄皮粘滯時(shí)，將抽錠速度減慢到0.2～1米/分，以便使發(fā)生粘滯的區(qū)域愈合。
下面參照附圖及實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，可對(duì)本發(fā)明的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)更進(jìn)一步明白。在附圖中

圖1是在鑄皮愈合過(guò)程的速度圖;
圖2包括三個(gè)圖，自上到下分別為愈合時(shí)間tr(分)與凝固溫度范圍TL-TS(度)之間的函數(shù)關(guān)系，減速斜率D(米/分2)與鐵素體勢(shì)PF之間的函數(shù)關(guān)系，加速斜率A(米/分2)與鐵素體勢(shì)PF之間的函數(shù)關(guān)系。
圖3是類似圖1的圖，示出了按照本發(fā)明，對(duì)三種鋼X、B、D的愈合周期，還示出了與X鋼相類似的X′鋼按照普通方法的愈合周期。
圖1中所示的曲線圖是鑄皮愈合周期的前、后及該周期中抽錠速度V(米/分2)與時(shí)間t(分)之間的關(guān)系。在該周期前后，抽錠速度都保持在正常值Vc。在測(cè)出鑄皮粘滯信號(hào)的時(shí)候，抽錠速度降低為減速階段td中的Vr值，平均減速率D＝(Vr-Vc)/td，或者叫做減速斜率。在愈合或等待時(shí)間tr后，速度上升，在ta過(guò)程中回升到值Vc，因此加速率A＝(Vc-Vr)/ta。
按照本發(fā)明，已發(fā)現(xiàn)td和D受到錠坯在引帶輥之間的鼓脹的強(qiáng)烈影響。而后者又取決于鑄錠表皮的高溫塑性變形性能具有低蠕變強(qiáng)度的鐵素體鋼要求長(zhǎng)的減速時(shí)間td(及低D值)，而對(duì)于奧氏體鋼則相反。本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)tr主要與凝固范圍相關(guān)，也就是與液固相線溫度差TL-TS(CK)相關(guān)。結(jié)論是具有寬的凝固溫度范圍TL-TS值的高合金級(jí)別要求相應(yīng)地增加tr，反之亦然;本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)ta和A要求按照鑄錠表皮粘滯的傾向作一些調(diào)整，對(duì)完全鐵素體鋼或完全奧氏體鋼來(lái)說(shuō)，該傾向性大，但是如果在鑄皮所經(jīng)歷的溫度范圍存在著混合的奧氏體/鐵素體結(jié)構(gòu)時(shí)，那么這傾向較小。
所有這些條件主要取決于在基體中的顯微偏析效應(yīng)，而最終取決于所鑄造的鋼種是鐵素體或奧氏體的特點(diǎn)，因?yàn)檠芯恳驯砻鳎蜏p小顯微偏析來(lái)說(shuō)，凝固相中出現(xiàn)鐵素體有良好的作用。由于在普通碳鋼或低合金鋼中鐵素體和奧氏體的固體部分的比例，隨碳含量的變化而逐漸變化，因此可以規(guī)定一個(gè)“鐵素體勢(shì)”(PF)來(lái)表示在凝固時(shí)形成的鐵素體的份數(shù)。因此PF＝2.5(0.5-%Cp)式中%Cp表示在包晶反應(yīng)中的碳當(dāng)量，也就是考慮了其它合金化元素修正過(guò)的碳含量。在實(shí)踐中，用下列公式%Cp＝%C+0.02%Mn+0.04%Ni-0.1%Si-0.04%Cr-0.1%Mo
鐵素體勢(shì)為1或更高，意味著在凝固時(shí)特形成完全鐵素體結(jié)構(gòu)。相反地，負(fù)的鐵素體勢(shì)的值表示將形成完全奧氏體結(jié)構(gòu)。
對(duì)于不銹鋼，用下式來(lái)計(jì)算鐵素體勢(shì)PF＝5.26(0.74-〔%N′i/%C′r〕)式中%N′i＝%Ni+0.31%Mn+22%C+14.2%N+%Cu%C′r＝%Cr+1.5%Si+1.4%Mo+3%Ti+2%Nb根據(jù)如上所定義的鐵素體勢(shì)構(gòu)成的鋼的分類，有可能從實(shí)質(zhì)上是經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)出發(fā)來(lái)確定在得到警報(bào)信號(hào)后愈合周期所要求的最佳加速率A和減速率D。在圖2中下面的兩根曲線顯示了上述的最佳加速率和減速率。
因此，在圖2中下面的曲線示出了與鐵素體勢(shì)呈函數(shù)關(guān)系的加速率A(米/分2)，從相對(duì)于高的鐵素體勢(shì)正值的一個(gè)略低于0.1米/分2的值增加到相對(duì)于鐵素體勢(shì)為接近1的大約為0.7米/分2的最大值，然后再降到相對(duì)于負(fù)的鐵素體勢(shì)的略低于0.2米/分2的值。下式為A與PF的函數(shù)關(guān)系的多項(xiàng)近似計(jì)算式A＝f(PF)＝α0+Σiαi(PF)i式中對(duì)PF＞1，α0＝5.9，α1＝-10.635，α2＝7.82，α3＝-2.8459，α4＝0.5091，α5＝-0.0357;
對(duì)PF＜1，α0＝0.3116，α1＝0.2075，α2＝0.15，α3＝0.0471，α4＝0.0051。
最佳的加速時(shí)間ta落在60至600秒之間。
事實(shí)上，最好調(diào)整加速時(shí)間ta(按理論，它由(Vc-Vr)/A計(jì)算出)以便也考慮到其它合金元素的影響，也就是考慮通過(guò)影響在鑄模中鋼液的粘度來(lái)促進(jìn)粘滯的那些元素的影響?？捎孟铝械某藬?shù)(相應(yīng)于類似的A的除數(shù))來(lái)進(jìn)行校正。
對(duì)于減速率，也有一多項(xiàng)近似計(jì)算式D＝f(PF)＝α0+Σiαi(PF)i式中，α0＝-57.15，α1＝21，α2＝7.68，α3＝1.83，α4＝0.822，α5＝0.0531，α6＝0.0289。
最佳的減速時(shí)間為0.5至30秒。
關(guān)于愈合平穩(wěn)段的等待時(shí)間tr，如上述，該時(shí)間與凝固范圍TL-TS有關(guān)，式中TL和TS為液相線及固相線溫度?？尚械氖前岩欢ㄤ摲N的實(shí)際固相線溫度(也就是已經(jīng)相應(yīng)于平衡時(shí)的理論固相線溫度作了調(diào)整的溫度)來(lái)考慮，以允許少量地溶解的引起固相線降低的元素(例如磷和硫)的影響。
在實(shí)際上，液相線溫度TL按下式計(jì)算對(duì)于PF＞0TL＝1538-90(%C)-〔%X〕對(duì)于PF＜0TL＝1528-60(%C)-〔%X〕同理，固相線溫度TS按下式計(jì)算對(duì)于PF＞1TS＝1538-450(%C)-〔%X〕對(duì)于PF＜1TS＝1528-180(%C)-〔%X〕式中元素及合金的系數(shù)X分別代表10Si，5Mn，2Cr，3Ni，3Mo，3Cu，8Nb，14Ti，3Al，2V，60B，1W，1Co，34P，40S，14As，10Sn，36Se。
圖2中最上面的曲線示出等待時(shí)間tr是凝固溫度范圍的遞增函數(shù)，從15秒增加到6分鐘，最佳范圍為30到300秒。
tr的多項(xiàng)近似計(jì)算式如下tr＝f(TL-TS)＝α0+Σiαi(TL-TS)i式中α0＝0.351，α1＝-0.0194，α2＝0.000572，α3-0.1715·10-5。
如果把這整套曲線都在計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)中編成程序，這些計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)與給出粘滯警告信號(hào)的警報(bào)系統(tǒng)相配合對(duì)愈合周期進(jìn)行自動(dòng)控制，則更有利。很明顯，所指示的D及A值是平均值，在一般情況下二者能作大約20%的調(diào)整，以便進(jìn)行非線性的速度轉(zhuǎn)換。
例如，在圖2及下面的表1中示出了在包括連續(xù)鑄造250毫米×1800毫米的鋼坯時(shí)的典型情況下，對(duì)六種合金A、B、C、D、E、F測(cè)得的值。
下面通過(guò)實(shí)例來(lái)更有效地說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，這些實(shí)例一方面包括應(yīng)用到同一鋼種X(0.06%C，0.30%Mn，0.015%P，0.010%S，0.040%Al;PF＝1.085;TL-TS＝1531-1508＝23°K)的普通控制方法和本發(fā)明的動(dòng)力學(xué)控制方法，另一方面包括三個(gè)不同的鋼種B、D和X所用的動(dòng)態(tài)控制方法。
為了愈合由于鑄皮粘滯而影響的面積所需的典型周期在圖3已反映出來(lái)，也就是應(yīng)用于低碳鋼(牌號(hào)X)的按照本發(fā)明的愈合周期，和按普通方法的愈合周期，以及應(yīng)用于磁鋼片的高硅鋼(牌號(hào)B)和應(yīng)用于高碳型的100C 鋼(牌號(hào)D)的本發(fā)明的愈合周期。在下面的表2列出了各種周期的參數(shù)。
可以看出在應(yīng)用普通方法時(shí)，X′鋼的愈合周期要求總愈合時(shí)間ta+tr為7分鐘，還要有0.9秒的減速時(shí)間。故采用這種普通方法使生產(chǎn)率降低并惡化表面質(zhì)量。
另外，由于缺乏關(guān)于如何區(qū)分對(duì)發(fā)生粘滯區(qū)域進(jìn)行愈合的不同的特性的知識(shí)，故只有一個(gè)相似的普通愈合周期傳統(tǒng)地應(yīng)用于所有的鋼種。
相反，當(dāng)應(yīng)用本發(fā)明時(shí)，愈合周期ta+tr顯然可以縮短約為1分鐘，相應(yīng)于生產(chǎn)率的增益接近90%，而產(chǎn)品表面質(zhì)量也只在很短的區(qū)域中有影響。
對(duì)于鋼種B也可觀察到類似的增益。
另一方面可看出本發(fā)明對(duì)鋼種D要求有長(zhǎng)得多的愈合周期，而普通方法卻不能可靠地保證已發(fā)生粘滯的區(qū)域的有效的愈合。
這些實(shí)例清楚地表明本發(fā)明能同時(shí)在可靠性及生產(chǎn)率兩方面都得到收益。
如上所述，在大多數(shù)實(shí)際情況下，選擇減慢速度Vr為0.2至1米/分是有利的。但是，其選擇最好遵守下面的準(zhǔn)則在愈合周期中的減慢速度大致等于下面兩值中的較大值(1)70%的正常速度，(2)鑄模的有效長(zhǎng)度對(duì)愈合平穩(wěn)段時(shí)間tr的比值。換言之，如果選擇減慢速度Vr約等于70%Vc對(duì)于在鑄模的有效長(zhǎng)度(即在鑄模的第二水平熱電偶和鑄模出口之間距離)范圍內(nèi)進(jìn)行愈合是相適應(yīng)的，那就選定該值。例如，總高度為0.90米的鑄模，第二水平熱電偶位于0.30米處，則鑄模有效長(zhǎng)度為0.6米。
對(duì)于鋼種X，表Ⅱ給出等待時(shí)間tr為0.23分，相應(yīng)于70%Vc的速度給出理論速度Vr為1米/分。另外，可計(jì)算出最大的有效時(shí)間為L(zhǎng)/Vr＝0.6/1＝0.6分，比0.23分大。因此表明Vr的理論值是合適的。
另外，對(duì)于鋼種D，等待時(shí)間tr為3.6分，超過(guò)了由速度Vr為1米/分所得到的最大的有效時(shí)間。容許的速度Vr僅為Vr＝L/tr＝0.6/3.6＝0.15米/分，如圖3所示。
權(quán)利要求
1.在連續(xù)鑄鋼中動(dòng)態(tài)控制抽錠速度的方法，這方法包括在探測(cè)出鑄模發(fā)生鑄皮粘滯時(shí)，使抽錠速度產(chǎn)生周期變化，包括從正常速度降到減慢速度，接著在該速度下保持鑄皮愈合的平穩(wěn)階段，再?gòu)臏p慢速度增加到正常速度的加速階段，其特征在于采取措施來(lái)測(cè)出鑄造的鋼的鐵素體勢(shì)，和至少確定減速階段或加速階段中的一個(gè)的變化率為所述鐵素體勢(shì)(PF)的函數(shù)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述愈合的平穩(wěn)段的時(shí)間tr按作為鑄造的鋼種的液固相線溫度差的函數(shù)來(lái)確定。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于在所述的鑄造的鋼種為低合金鋼時(shí)，鐵素體勢(shì)的確定符合下式PF＝2.5(0.5-%Cp)式中%Cp是在包晶反應(yīng)中的碳當(dāng)量，按照下式計(jì)算%Cp＝%c+0.02%Mn+0.04%Ni-0.1%Si-0.04%Cr-0.1%Mo在所述鋼種為不銹鋼時(shí)，鐵素體勢(shì)的確定應(yīng)符合下式PF＝5.26(0.74-〔%Ni/%C′r〕)式中%Ni′＝%Ni+0.31%Mn+22%C+14.2%N+%Cu%C′r＝%Cr+1.5%Si+1.4%Mo+3%Ti+2%Nb
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的方法，其特征在于在所述減慢速度下的等待時(shí)間(tr)及減速率(D)和加速率(A)根據(jù)下面多項(xiàng)式進(jìn)行近似計(jì)算tr＝f(TL-TS)＝αO+Σi αi(TL-TS)i式中α0＝0.351，α1＝-0.0194，α2＝0.000572，α3＝-0.1715·10-5;D＝f(PF)＝α0+Σiαi(PF)i式中α0＝-57.15，α1＝21，α2＝7.68，α3＝-1.83，α4＝0.822，α5＝0.0531，α6＝0.0289;A＝f(PF)＝α0+Σiai(PF)i式中對(duì)PF＞1α0＝5.9，α1＝-10.635，α2＝7.82，α3＝2.8459，α4＝0.5091，α5＝-0.0357，對(duì)PF＜1α0＝0.3116，α1＝0.2075，α2＝0.15，α3＝0.0471，α4＝0.0051。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述的減速時(shí)間(td)為0.5至30秒，在減慢速度下的等待時(shí)間(tr)為30至300秒，加速時(shí)間(ta)為60至600秒。
6.按照權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述的抽錠速度的控制是通過(guò)計(jì)算機(jī)按照編入所鑄造的鋼種進(jìn)行抽錠速度計(jì)算的程序來(lái)進(jìn)行的。
7.按照權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的方法，其特征在于在所述的愈合周期中減慢速度基本等于下面兩個(gè)值中的較大值(1)70%的正常速度，(2)鑄模有效長(zhǎng)度對(duì)愈合平穩(wěn)段時(shí)間tr的比值。
全文摘要
在連續(xù)鑄鋼中動(dòng)態(tài)控制抽錠速度的方法，這方法包括在探測(cè)出鑄模發(fā)生鑄皮粘滯時(shí)，使抽錠速度產(chǎn)生周期變化，包括從正常速度降到減慢速度，接著在該速度下保持鑄皮愈合的平穩(wěn)段，再?gòu)臏p慢速度增加到正常速度的加速階段，按照本發(fā)明，還包括采取措施來(lái)測(cè)出鑄造的鋼中的鐵素體勢(shì)，并確定減速階段或加速階段中一個(gè)的變化率作為鐵素體勢(shì)的函數(shù)。所述的愈合的平穩(wěn)段的時(shí)間tr還可按所鑄造的鋼種的液固相線溫度差的函數(shù)來(lái)確定。
文檔編號(hào)B22D11/20GK1065613SQ9210261
公開日1992年10月28日 申請(qǐng)日期1992年4月9日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月10日
發(fā)明者安德雷·克來(lái)恩, 曼弗雷德·米切爾·沃爾夫 申請(qǐng)人:金屬技術(shù)開發(fā)公司