動態輕壓下的控制方法和凝固末端、壓下區間的確定方法

專利名稱：動態輕壓下的控制方法和凝固末端、壓下區間的確定方法
技術領域：
本發明涉及板坯連鑄工藝，尤其涉及一種連鑄動態輕壓下的控制方法、壓下區間 的凝固末端的確定方法和壓下區間的確定方法。
背景技術：
對于連鑄工藝形成的板坯來說，板坯內部容易形成中心偏析(成分偏析)、中心疏 松和中心線裂紋等缺陷。由于中心偏析和中心疏松不能通過后續的軋制或退火處理來消 除，并且在高應力條件下，中心偏析和中心疏松容易引起板坯的分層，因此解決中心偏析和 中心疏松是提高板坯質量的一個有效途徑。凝固末端輕壓下技術是目前國內外冶金研究者普遍關心的一項新技術，能改善板 坯內部成分偏析、中心疏松和中心線裂紋等缺陷。輕壓下技術關鍵的參數包括壓下位置、壓 下區間、壓下量和壓下率等。輕壓下工藝不容易掌握和控制，難點主要為板坯凝固末端位置 的確定，壓下區間的控制，壓下量的控制。其中一個比較難控制的參數為壓下區間的控制。目前大部分鑄機的扇形段為一體式，壓下輥裝在扇形段的上機架和下機架上，整 個機架靠四個液壓油缸控制其上下運動，不能單獨的控制某個輥子的壓下，因此就會導致 不能精確控制輥子在合適的壓下區間壓下。即使凝固模型計算的液芯位置很準確，液壓缸 的控制精度很高，也不能很好的把壓下區間控制在設定固相率的范圍內，壓下區間偏離設 定固相率太大，不但不會起到減少偏析的作用，而且可能會帶來負面的效果。

發明內容
本發明目的在于提供一種連鑄動態輕壓下的凝固末端的確定方法，以有效地減少 由于鑄機本身的原因導致壓下區間的誤差。本發明的另一目的在于提供一種連鑄動態輕壓下壓下區間的確定方法，其包含凝 固末端的確定方法。本發明的目的還在于提供一種連鑄動態輕壓下的控制方法，其包含壓下區間的確 定方法。為此，本發明一方面提供了一種連鑄動態輕壓下的凝固末端的確定方法，其包括 以下步驟通過凝固計算模型模擬凝固末端的位置；將模擬的位置附近的多個連續的扇形 段壓下相同的壓下量，并獲取多個連續的扇形段的壓力值；以及根據多個連續的扇形段中 壓力值的突變來確定動態輕壓下的凝固末端位置。進一步地，上述多個連續的扇形段包括在模擬位置之前的至少一扇形段和在模擬 位置之后的至少一扇形段。進一步地，上述多個連續的扇形段包括模擬位置所在的扇形段、在模擬位置所在 的扇形段之前的一個扇形段、以及在模擬位置所在的扇形段之后的一個扇形段。進一步地，上述多個連續的扇形段包括模擬位置所在的扇形段(N)、在模擬位置所 在的扇形段之前的兩個扇形段、以及在模擬位置所在的扇形段之后的一個扇形段。
根據本發明的另一方面，提供了一種連鑄動態輕壓下壓下區間的確定方法，其包 括以下步驟通過凝固計算模型模擬出凝固末端的位置；將模擬位置附近的多個連續的扇 形段壓下相同的壓下量，并獲取多個連續的扇形段的壓力值；根據多個連續的扇形段中壓 力值的突變來確定凝固末端位置；以及將凝固末端位置之前的至少兩個扇形段的長度確定 為壓下區間。進一步地，上述多個連續的扇形段包括模擬位置所在的扇形段(N)、在模擬位置所 在的扇形段之前的兩個扇形段、以及在模擬位置所在的扇形段之后的一個扇形段，上述各 扇形段包括前端油缸和后端油缸，所獲取的壓力值包括進口壓力值和出口壓力值，當模擬 的位置所在的扇形段的出口壓力值發生突變時，壓下區間為在模擬的位置所在的扇形段的 前端油缸和其之前的兩個扇形段；當模擬的位置所在的扇形段的進口壓力值發生突變時， 壓下區間為在模擬位置所在的扇形段之前的兩個扇形段；當在模擬位置所在的扇形段之后 的扇形段的進口壓力值發生突變時，壓下區間為在模擬位置所在的扇形段和其之前緊鄰的 一個扇形段。本發明還提供了一種連鑄動態輕壓下的控制方法，其包括以下步驟通過凝固計 算模型模擬凝固末端的位置；對連鑄機的扇形段進行壓力控制，壓力控制包括將模擬的位 置附近的多個連續的扇形段壓下相同的壓下量，并獲取多個連續的扇形段的壓力值；根據 多個連續的扇形段中壓力值的突變來確定動態輕壓下的凝固末端位置；將凝固末端位置之 前的至少兩個扇形段的長度確定為壓下區間；在壓下區間確定后，由壓力控制轉化為位置 控制，確定壓下區間的各扇形段的壓下量；根據所確定的各扇形段的壓下量對壓下區間的 各扇形段進行壓下控制。進一步地，上述壓下區間的各扇形段的壓下量由輥縫控制模型計算出，輥縫控制 模型包括壓下量的以下約束因素該壓下量可以補償凝固收縮；由壓下量所產生的鑄坯的 應力應變低于其強度極限；由壓下量產生的作用力在扇形段機架結構強度允許的范圍內； 鑄坯的固相率低的區間的壓下量大于固相率高的區間的壓下量；以及壓下量的改變應盡量 平滑以減少輕壓下造成的應力。進一步地，上述壓下控制通過控制各扇形段的油缸來實現，各扇形段的油缸包括 前端油缸和后端油缸，壓下量包括前端油缸的壓下量和后端油缸的壓下量。本發明在不同工藝條件下，通過壓力檢測確定了凝固末端的位置和壓下扇形段的 數量(即壓下區間)，矯正了凝固計算模型模擬造成的偏差，并且通過壓力控制可以明確各 個扇形段所承受的壓力，根據不同鋼種在不同位置需要的壓力值，可以有效的避免鑄機在 完全凝固區壓下造成的鑄機損壞。除了上面所描述的目的、特征、和優點之外，本發明具有的其它目的、特征、和優 點，將結合附圖作進一步詳細的說明。


構成本說明書的一部分、用于進一步理解本發明的附圖示出了本發明的優選實施 例，并與說明書一起用來說明本發明的原理。圖中圖1示出了根據本發明的連鑄動態輕壓下的凝固末端的確定方法的流程圖；圖2示出了根據本發明的連鑄動態輕壓下的壓下區間的確定方法的流程圖3示出了根據本發明的連鑄動態輕壓下的控制方法的流程圖；圖4示出了在本發明連鑄動態輕壓下的控制方法中，連鑄板坯處于第一種工況時 壓下區間的確定；圖5示出了在本發明連鑄動態輕壓下的控制方法中，連鑄板坯處于第二種工況時 壓下區間的確定；以及圖6示出了連鑄動態輕壓下的控制方法中，連鑄板坯處于第三種工況時壓下區間 的確定。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定 和覆蓋的多種不同方式實施。在板坯連鑄過程中，由于凝固過程中選分結晶的作用使枝晶間富集了大量低熔點 的溶質，在凝固末期，鑄坯凝固末端固液兩相區的凝固收縮產生的強大吸力引起樹枝晶間 富集雜質的殘余液體向中心流動并充填于其中，從而產生板坯的中心偏析和中心疏松等缺 陷。據此認為，在靠近凝固末端的一段距離內實施動態輕壓下是比較合適的，而不是在遠離 凝固末端的位置進行動態輕壓下。圖1示出了根據本發明的連鑄動態輕的凝固末端的確定方法的流程圖。如圖1所 示，該確定方法包括如下步驟S10 通過凝固計算模型模擬凝固末端的位置；S12 將模擬 的位置附近的多個連續的扇形段壓下相同的壓下量，以獲取多個連續的扇形段的壓力值； S14:根據多個連續的扇形段中壓力值的突變來確定動態輕壓下的凝固末端位置。對于相同的壓下量，隨著固相率的增加壓力值會隨著增加，但在完全凝固的扇形 段壓力值會突然增大。如此，通過該壓力值的突變即可確定凝固末端的實際位置。在步驟S12中，模擬位置附近的多個連續扇形段，是指模擬位置之前的至少一扇 形段和模擬位置之后的至少一扇形段，該模擬位置可能在扇形段上，也可能在相鄰兩扇形 段之間，此時，根據生產實際情況，可以認為模擬位置在相鄰兩扇形段的前一個扇形段上， 或者在相鄰兩扇形段的后一個扇形段上，以簡化后續處理步驟。在一可選實施例中，上述多個連續的扇形段包括模擬位置所在的扇形段、在模擬 位置所在的扇形段之前的一個扇形段、以及在模擬位置所在的扇形段之后的一個扇形段。在另一可選實施例中，上述多個連續的扇形段包括模擬位置所在的扇形段、在模 擬位置所在的扇形段之前的兩個扇形段、以及在模擬位置所在的扇形段之后的一個扇形 段。在步驟S14中，壓下區間為突然增大的壓力值所對應鑄坯位置之前的至少兩個扇 形段的長度。圖2示出了根據本發明的連鑄動態輕壓下的壓下區間的確定方法的流程圖。如圖 2所示，本發明連鑄動態輕壓下壓下區間的確定方法是在凝固末端的確定方法的基礎上，還 包括將凝固末端位置之前的至少兩個扇形段的長度確定為壓下區間的步驟S16。在一可選實施例中，上述壓下區間為壓力值發生突變所對應鑄坯位置之前的兩個 扇形段的長度。在另一可選實施例中，上述壓下區間為壓力值發生突變所對應鑄坯位置之前的三
6個扇形段的長度。圖3示出了根據本發明的連鑄動態輕壓下的控制方法的流程圖，該控制方法中包 括壓下區間的確定方法。下面結合圖3至圖6對連鑄動態輕壓下的控制方法進行描述。步驟S20 通過凝固計算模型模擬凝固末端的位置(即模擬位置)，假定凝固計算 模型模擬凝固末端的位置在第N段。步驟S22 對連鑄機的扇形段進行壓力控制，控制在凝固末端附近的四個扇形段 N-2、N-1、N、N+1壓下相同的壓下量，檢測所有四個扇形段的進口壓力值和出口壓力值，檢測
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的壓刀 IijatU^1W 、ΛθυΤ、ΛΙΝ、ΛθυΤ、ΛΙΝ /iOUT /iIN Z1OLT。步驟S24 根據各個扇形段的進口壓力值和出口壓力值義Γ2、Α:1、ΑΚ、 A二、A^ .Anout、<^的比較確定凝固末端位置；步驟S26 并將凝固末端位置之前的至少兩個扇形段的長度確定為壓下區間。具 體地，凝固末端位置根據壓力值的突變來確定；步驟S28 當確定了壓下區間后把控制模式由壓力控制轉化為位置控制，這時可 以確定在各個扇形段壓下量，壓下率等參數，此時可通過輥縫控制模型(即輥縫控制計算 公式)計算出扇形段前端油缸和后端油缸(油缸即液壓缸)的壓下量。為確定各扇形段的最佳的壓下量，以下因素均考慮在內1、該壓下量能夠補償凝 固收縮，以減少中心偏析和中心疏松；2、鑄坯的應力應變低于強度極限，以避免鑄坯產生內 裂；3、區壓下量產生的作用力不能影響鑄機扇形段機架結構的完整性，不能對支撐輥的疲 勞壽命產生不利影響，即在扇形段結構強度允許的范圍內；4、不同區間壓下量的分配應保 證，在固相率低的區間的壓下量適當大于固相率高的壓下量；5、壓下量的改變應盡量平滑， 減少輕壓下造成的應力。步驟S29 扇形段的壓下控制主要通過液壓缸進行控制，當條件滿足壓下時，控制 裝置發送壓下控制信號，液壓缸開始壓下，達到位置時，液壓缸自動鎖死，保持輥縫的穩定， 實現動態輕壓下。當工藝條件變化時，控制軟件重新進行輥縫的調整。圖4示出了在本發明連鑄動態輕壓下的控制方法中，連鑄板坯處于第一種工況時 壓下區間的確定。如圖4所示，如果如、d、^^檢測壓力值相近，且遠大于、 < τ A^UT、々、j=的壓力值，此時J^7,發生突變，由此可知鑄坯在N段內部已經完全凝 固，進而確定壓下區間為N-l、N-2段，N段的前端油缸壓下，N段的后端油缸跟下。圖5示出了在本發明連鑄動態輕壓下的控制方法中，連鑄板坯處于第二種工況時 壓下區間的確定。如圖5所示，如ΛΓ、d、‘、^/7■壓力值相近，且遠大于AnouI、
j^r2四個位置的壓力值，此時發生突變，由此可知鑄坯在N段前已經凝固，進而確 定壓下區間為Ν-1、Ν-2段，N、N+1兩個扇形段不壓下，只是跟下。圖6示出了在本發明連 鑄動態輕壓下的控制方法中，連鑄板坯處于第三種工況時壓下區間的確定。如圖6所示，如 <+]、^^壓力值相近，且遠大于< Anout A^n-1、^^四個位置壓力值，此時義發生突變， 由此可知鑄坯在N段后已經完全凝固，可以確定壓下位置為N、N-I段，N+1段不壓下，只是 跟下，N-2段實行常規夾緊。通過本發明，在不同工藝條件下，通過壓力檢測確定了凝固末端位置和壓下扇形
7段的數量(即壓下區間)，矯正了凝固計算模型模擬造成的偏差，并且通過壓力控制可以明 確各個扇形段所承受的壓力，根據不同鋼種在不同位置需要的壓力值，可以有效的避免鑄 機在完全凝固區壓下造成的鑄機損壞。由于坯鑄機的扇形段為整體式，壓下輥被固定在上機架和下機架上，不能進行單 獨輥縫控制。壓下區間確定后，由位置控制轉換到壓下控制，由于具有壓力檢測，壓下過程 中，不同的壓下量都會有準確的壓力值，根據設定的設備承受的最大壓力值，也可以調整壓下量。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
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權利要求
一種連鑄動態輕壓下的凝固末端的確定方法，其特征在于，包括以下步驟通過凝固計算模型模擬出凝固末端的位置；將所述模擬位置附近的多個連續的扇形段壓下相同的壓下量，并獲取所述多個連續的扇形段的壓力值；以及根據所述多個連續的扇形段中壓力值的突變來確定凝固末端位置。
2.根據權利要求1所述的連鑄動態輕壓下的凝固末端的確定方法，其特征在于，所述 多個連續的扇形段包括在所述模擬的位置之前的至少一扇形段和在所述模擬的位置之后 的至少一扇形段。
3.根據權利要求2所述的連鑄動態輕壓下的凝固末端的確定方法，其特征在于，所述 多個連續的扇形段包括所述模擬的位置所在的扇形段、在所述模擬的位置所在的扇形段之 前的一個扇形段、以及在所述模擬的位置所在的扇形段之后的一個扇形段。
4.根據權利要求2所述的連鑄動態輕壓下的凝固末端的確定方法，其特征在于，所述 多個連續的扇形段包括所述模擬的位置所在的扇形段(N)、在所述模擬的位置所在的扇形 段之前的兩個扇形段(N-2，N-1)、以及在所述模擬的位置所在的扇形段之后的一個扇形段 (N+1)。
5.一種連鑄動態輕壓下壓下區間的確定方法，其特征在于，包括以下步驟 通過凝固計算模型模擬出凝固末端的位置；將所述模擬位置附近的多個連續的扇形段壓下相同的壓下量，并獲取所述多個連續的 扇形段的壓力值；根據所述多個連續的扇形段中壓力值的突變來確定凝固末端位置；以及 將所述凝固末端位置之前的至少兩個扇形段的長度確定為壓下區間。
6.根據權利要求5所述的連鑄動態輕壓下壓下區間的確定方法，其特征在于，所述多 個連續的扇形段包括所述模擬的位置所在的扇形段(N)、在所述模擬的位置所在的扇形段 之前的兩個扇形段(N-2，N-1)、以及在所述模擬的位置所在的扇形段之后的一個扇形段 (N+1)，各所述扇形段(N-2 ；N-1 ；N ；N+1)分別包括前端油缸和后端油缸，其中，所獲取的壓 力值包括進口壓力值和出口壓力值，其中當所述模擬的位置所在的扇形段(N)的出口壓力值(Anout )發生突變時，所述壓下區 間為在所述模擬的位置所在的扇形段(N)的前端油缸和其之前的兩個扇形段(N-2，N-1)； 當所述模擬的位置所在的扇形段(N)的進口壓力值()發生突變時，所述壓下區間 為在所述模擬的位置所在的扇形段(N)之前的兩個扇形段(N-2，N-1)；當在所述模擬的位置所在的扇形段(N)之后的扇形段(N+1)的進口壓力值()發 生突變時，所述壓下區間為在所述模擬位置所在的扇形段(N)和其之前緊鄰的一個扇形段 (N-1)。
7.—種連鑄動態輕壓下的控制方法，其特征在于，包括以下步驟 通過凝固計算模型模擬出凝固末端的位置；對連鑄機的扇形段進行壓力控制，所述壓力控制包括將所述模擬的位置附近的多個連 續的扇形段壓下相同的壓下量，并獲取所述多個連續的扇形段的壓力值；根據所述多個連續的扇形段中壓力值的突變來確定動態輕壓下的凝固末端位置；將所述凝固末端位置之前的至少兩個扇形段的長度確定為壓下區間； 在所述壓下區間確定后，由所述壓力控制轉化為位置控制，確定所述壓下區間的各扇 形段的壓下量；以及根據所確定的各扇形段的壓下量對所述壓下區間的各扇形段進行壓下控制。
8.根據權利要求7所述的連鑄動態輕壓下的控制方法，其特征在于，所述壓下區間的 各扇形段的壓下量由輥縫控制模型計算出，所述輥縫控制模型包括壓下量的以下約束因 素所述壓下量可以補償凝固收縮；由所述壓下量所產生的鑄坯的應力應變低于其強度極限； 由所述壓下量產生的作用力在扇形段機架結構強度允許的范圍內； 鑄坯的固相率低的區間的壓下量大于固相率高的區間的壓下量；以及 所述壓下量的改變應盡量平滑以減少輕壓下造成的應力。
9.根據權利要求7所述的連鑄動態輕壓下的控制方法，其特征在于，所述壓下控制通 過控制各所述扇形段的油缸來實現，各所述扇形段的油缸包括前端油缸和后端油缸，所述 壓下量包括所述前端油缸的壓下量和所述后端油缸的壓下量。
全文摘要
本發明公開了一種連鑄動態輕壓下的控制方法和凝固末端、壓下區間的確定方法，該控制方法包括通過凝固計算模型模擬凝固末端的位置；對連鑄機的扇形段進行壓力控制，壓力控制包括將模擬的位置附近的多個連續的扇形段壓下相同的壓下量，并獲取多個連續的扇形段的壓力值；根據多個連續的扇形段中壓力值的突變來確定凝固末端位置，根據凝固末端位置確定壓下區間；在壓下區間確定后，由壓力控制轉化為位置控制，確定壓下區間的各扇形段的壓下量；根據所確定的各扇形段的壓下量對壓下區間的各扇形段進行壓下控制。本發明矯正了凝固計算模型模擬造成的偏差，根據不同鋼種在不同位置需要的壓力值，可以有效地避免連鑄機在完全凝固區壓下造成的損壞。
文檔編號B22D11/12GK101912952SQ201010269130
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月27日 優先權日2010年8月27日
發明者田陸, 趙磊 申請人:田陸