[发明专利]一种大方坯连铸动态轻压下压下量的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢铁生产中的大方坯连铸轻压下工艺，特别是涉及一种大方坯连铸轻压下压下量的控制方法。

背景技术

通常将铸坯横断面尺寸大于200mm×200mm的方坯称为大方坯。在铸坯的凝固过程中，钢液的选分结晶特性不可避免地导致了晶间液相区溶质元素的富集，如C、S、P等。同时，坯壳的不断生长又使得富集溶质元素的钢液不断向铸坯中心附近移动；在铸坯凝固末端中心部位的钢液富含溶质元素，且流动性降低，在铸坯凝固末期，中心部位钢液逐渐向固体转变，使体积收缩而产生真空空穴。这些空穴具有负压，周围富集溶质元素的钢液被吸入空穴中，凝固后形成中心偏析。没有来得及得到钢液补充的空穴凝固后就形成中心疏松。

中心偏析和疏松会严重影响钢材的性能，引起一系列质量问题：对于高碳线材，中心疏松和偏析将导致拉拔性能降低，拉断率增大；对于天然气输送管线钢，氢扩散到偏析、疏松处，产生裂纹并扩展，最终导致管子破裂；对于海洋钻探、平台用的结构钢，中心疏松、偏析降低其焊接性能，不宜焊接，甚至开裂等。中心偏析和疏松最早形成于连铸过程中。所以如何从源头上消除中心偏析和疏松一直是研究者和生产者关注的重要内容。铸坯轻压下技术就是其中行之有效的手段，其通过在连铸坯液芯末端附近施加压力产生一定的压下量来补偿铸坯的凝固收缩量，达到消除中心偏析和疏松的目的。动态轻压下可以根据生产条件的改变，在线调节轻压下作用区域、方式等，使铸机在不同生产条件下均具有轻压下实施能力。轻压下的主要工艺参数为压下区间、压下量和压下速率。只有确定合理的压下参数才能达到消除或减少铸坯中心偏析与疏松的目标，否则铸坯质量将更加恶化。

经大量研究和实践认为：只有轻压下的总压下量完全补偿凝固终点钢液在凝固过程中的体积收缩量，才能防止富集溶质钢液的流动。在压下区间内，如果压下量过大则会使铸坯内部产生裂纹，并使轻压下区扇形段受到破损；总压下量过小，V偏析改善不明显，中心疏松仍然存在。压下量和钢种、铸坯断面尺寸以及铸机设备等因素密切相关。在连铸中，V偏析、疏松以及内裂纹会随拉速的提高而加重，因此更需要确定合适的轻压下压下量。

压下量是指铸坯在轻压下时铸坯厚度减少量，是动态轻压下技术的重要参数之一。在已经公开的连铸轻压下技术的有关专利中，如CN00254878.X，CN200510098812.5，CN03108436.2，CN03819174.1，CN200510042964.3的专利文献，主要涉及的是实现轻压下工艺的设备。另外如01122537.8号发明专利，公开了一种轻压下的工艺和设备，其中对压下量的控制范围为5～20mm，，但由于在钢种不同时，其钢液凝固时体积收缩率、平均液相分率等均有变化，因此在实际生产中容易出现压下量控制不准确，仍然造成大方坯中心的偏析、疏松等缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能根据不同钢种确定大方坯连铸动态轻压下压下量的控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：大方坯连铸动态轻压下压下量的控制方法，(1)为了获得铸坯三维的温度场分布，铸坯凝固末端时的变形效率，同时观察压下过程中凝固前沿应力应变情况，在计算时划分好有限元网格后，代入材料物性参数，初始条件，和边界条件就可以进行求解，模拟铸坯在不同钢种成分、拉坯速度、过热度、冷却强度下的凝固过程，采用的热-力耦合的能量守恒方程：