一种连铸坯热送过程表面淬火工艺冷却水流量的确定方法技术

本发明专利技术提供一种连铸坯热送过程表面淬火工艺冷却水流量的确定方法，包括：在连铸坯热送过程表面淬火工艺的水冷区域给予冷却水流量，测量连铸二冷各区出口位置、矫直区出口位置以及连铸坯热送过程表面淬火水冷结束位置的铸坯温度；建立连铸阶段铸坯凝固传热数值模型和连铸坯热送过程表面淬火阶段铸坯传热数值模型；计算不同工艺条件下连铸坯温度场，提取到矫直区出口位置的多个连铸坯温度场；求解各冷却初始温度下连铸坯表面达到冷却目标温度所需冷却水流量；测量矫直区出口位置的铸坯表面中心温度，计算铸坯表面达到目标冷却温度所需冷却水流量。保证良好的连铸坯热送过程表面淬火效果和较高的热装温度，避免热送裂纹发生使热送热装过程顺利进行。

Method for determining cooling water flow of surface quenching process of continuous casting billet heat feeding process

The present invention provides a method to determine the process of continuous casting billet surface quenching process of the cooling water flow includes: water cooling zone supply process and surface hardening process in continuous casting billet for cooling water flow, water surface quenching process to send the end of the billet temperature measuring position of continuous casting two cold district export position, straightening area and outlet position continuous casting billet; continuous casting billet solidification stage to establish numerical model and process of continuous casting billet surface hardening stage of slab heat transfer numerical model; calculation under different process conditions, temperature field of continuous casting billet, to extract the straightening zone outlet position a plurality of temperature field of continuous casting billet; solving the initial cooling temperature of billet surface at the cooling target temperature required for cooling water flow; casting billet surface temperature measurement center straightening area of the outlet position calculation of slab surface target temperature required for cooling cooling Water flow. The results show that the surface hardening effect of the continuous casting billet and the higher heat loading temperature can be avoided, and the heat transmission and heat charging process can be carried out smoothly.

【技术实现步骤摘要】
一种连铸坯热送过程表面淬火工艺冷却水流量的确定方法
本专利技术属于连铸坯热送热装
，具体涉及一种连铸坯热送过程表面淬火工艺冷却水流量的确定方法。
技术介绍
高效而节能的生产出高质量产品是钢铁企业一直追求的目标。连铸坯热送热装技术有效利用了铸坯本身余热，减少铸坯在炉时间，从而降低吨钢煤气消耗量，达到节约能源、提高生产效率的目的。目前，连铸坯热送热装技术已经得到广泛的认可和使用，但是，将该技术应用于含铝钢等微合金钢时容易造成热送裂纹问题。为了解决热送裂纹问题，连铸坯表面淬火工艺被引入铸坯热送热装过程。冷却水流量是铸坯表面淬火工艺中的重要控制参数，它是影响铸坯表层降温速度的主要因素，直接决定了铸坯表面淬火工艺应用效果，对解决铸坯热送裂纹问题至关重要。热送裂纹现象在实际生产中时有发生。限于现有生产条件，难以保证热装温度在Ar3(Ar3为奥氏体开始向铁素体转变的临界温度，在此温度以上钢材为奥氏体组织；Ar1为奥氏体向珠光体转变的开始温度，下同)以上，一般在Ar1～Ar3温度范围，对于亚共析钢，此时钢材组织一般为奥氏体+沿晶界网状铁素体组织。对于一些含有Al、Nb、V、B等合金元素的钢种，当热装温度在Ar1～Ar3温度范围时，轧后钢板裂纹发生率明显提高，表面质量问题严重。有研究表明，进入两相温度区，合金元素以氮化铝(AlN)、碳氮化铌(NbCN)等碳氮化物颗粒的形式沿奥氏体晶界大量析出，晶界处的细小析出物会降低晶界的结合力；同时，此温度段也是两相共存区，沿晶界析出的铁素体薄层有利于微裂纹的产生；再有，在铸坯热送热装过程中，铸坯表面与内部的温度差异使得相变不同步，从而产生热应力以及组织应力；以上因素共同作用造成了微合金钢的热送裂纹问题。连铸坯表面淬火工艺是解决微合金钢热送裂纹问题的有效方法之一。连铸坯表面淬火工艺是指：在铸坯矫直后，对铸坯表层喷水冷却，之后的输送过程中利用较高的铸坯心部温度使铸坯表层回温，从而得到适宜的表面组织和较高的热装温度。达涅利公司在意大利ABS工厂针对含铝钢第一次使用连铸坯表面淬火工艺，实验显示，铸坯表面淬火工艺的应用提高了微合金钢在热送过程中的塑性，降低了热送裂纹发生率。中国专利“CN1022289668A”公布了一种实现高强度低合金钢连铸坯直接送装的方法，该方法给出了连铸坯冷却速度的控制范围为2～5℃，并根据钢的温度是否高于Ar3将冷却速度范围分为两段，铸坯表面冷却的目标温度在500℃左右，限定了回温时间。中国专利“CN103341607A”公布了一种微合金元素厚板坯直装的方法，专利给出的针对Q345B、AH32厚板坯表面淬火工艺参数除了冷却速度、冷却时间、冷却目标温度外，还要求铸坯出矫直区时温度为900～950℃。中国专利“CN103302262A”公开了一种连铸坯表面淬火工艺装置，即在连铸坯火焰切割输送轨道上安装数个喷水组，平行于输送辊方向1～3排，垂直于输送辊方向4～10列喷嘴，喷水冷却时使铸坯表面温度迅速降低到600℃以下，达到避免表面裂纹的目的。中国专利“CN204711141U”公布了一种防止连铸坯在低温脆性区出现裂纹的装置，装置方案为：使用支架支撑冷却水条，并在冷却水条下表面安装喷嘴，使用电磁流量计和自动调压阀调节冷却水流量，通过喷水冷却避免铸坯出现低温脆性，从而消除热送裂纹现象。以上所述四个中国专利都涉及铸坯表面淬火技术，其中，前两个专利给出了铸坯表面淬火工艺实施的工艺参数要求，后两个专利分别设计了两种连铸坯表面淬火工艺具体实施装置。但是，以上四个专利均没有给出表面淬火工艺冷却水流量的具体确定方法。在实际生产过程中，无论使用何种铸坯表面淬火装置，为了达到目标冷却效果，直接控制参数都是冷却水流量和冷却时间，由此才能使铸坯表面以需要的冷却速度冷却到预设的目标温度。冷却时间取决于冷却初始温度、冷却目标温度和冷却速度。由此可知，铸坯表面冷却速度是铸坯表面淬火工艺的首要控制因素，而冷却速度主要受冷却水流量的影响。因此，只有控制适当的冷却水流量，才能保证良好的铸坯表面淬火效果，避免热送裂纹发生的同时保证较高的热装温度。另外，连铸生产过程中，钢水过热度、拉速、比水量等连铸工艺条件发生变化时，铸坯温度也要发生变化，相应的铸坯表面淬火工艺冷却水流量也要调整。为了充分发挥铸坯表面淬火工艺效果，适应连铸工艺条件的实时变化，准确而且实时的得出铸坯表面淬火过程冷却水流量十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种连铸坯热送过程表面淬火工艺冷却水流量的确定方法。本专利技术的技术方案是：一种连铸坯热送过程表面淬火工艺冷却水流量的确定方法，包括：步骤1：确定连铸坯热送过程表面淬火工艺的各项工艺参数；步骤2：稳定浇铸时，在连铸坯热送过程表面淬火工艺的水冷区域给予冷却水流量，测量连铸二冷各区出口位置、矫直区出口位置以及连铸坯热送过程表面淬火水冷结束位置的铸坯温度；步骤3：建立连铸阶段铸坯凝固传热数值模型和连铸坯热送过程表面淬火阶段铸坯传热数值模型并利用步骤2测量的铸坯温度进行修正；步骤4：利用修正的连铸阶段铸坯凝固传热数值模型计算不同工艺条件下连铸坯温度场，提取得到矫直区出口位置的多个连铸坯温度场；步骤5：在确定的连铸坯表面冷却速度下，利用连铸坯热送过程表面淬火阶段铸坯传热数值模型，将步骤4中得到的矫直区出口位置连铸坯温度场作为冷却初始温度场，采用二分法求解各冷却初始温度下连铸坯表面达到冷却目标温度所需要的冷却水流量，进而得到当前钢种冷却初始温度与铸坯表面达到冷却目标温度所需要的冷却水流量之间的关系曲线；步骤6：测量矫直区出口位置的铸坯表面中心温度，以此作为连铸坯热送过程表面淬火阶段冷却初始温度，利用步骤5得到的关系曲线，计算得出铸坯表面达到目标冷却温度所需要的冷却水流量。所述连铸坯热送过程表面淬火工艺的各项工艺参数，包括连铸坯热送过程表面淬火阶段的连铸坯表面冷却速度、冷却目标温度、行进速度、水冷区域最大长度。所述步骤3具体包括如下子步骤：步骤3-1：建立连铸阶段铸坯凝固传热数值模型和连铸坯热送过程表面淬火阶段铸坯传热数值模型；步骤3-2：利用连铸阶段铸坯凝固传热数值模型和连铸坯热送过程表面淬火阶段铸坯传热数值模型，分别采用步骤2测量得到的各位置的铸坯温度作为目标温度，采用二分法，按照连铸坯经过的顺序，从前往后逐个求解连铸阶段各个二冷区和连铸坯热送过程表面淬火阶段水冷区的铸坯与冷却水之间的对流换热系数；步骤3-3：使用步骤3-2中求得的连铸阶段各个二冷区和连铸坯热送过程表面淬火阶段水冷区的铸坯与冷却水之间的对流换热系数求出Nozaki传热系数经验公式中的修正系数，修正Nozaki公式；步骤3-4：使用修正后的Nozaki公式计算连铸阶段铸坯凝固传热数值模型和连铸坯热送过程表面淬火阶段铸坯传热数值模型的对流换热系数，至此，连铸阶段铸坯凝固传热数值模型和连铸坯热送过程表面淬火阶段铸坯传热数值模型得到修正。所述连铸阶段铸坯凝固传热数值模型和连铸坯热送过程表面淬火铸坯传热数值模型的建立方法如下：连铸阶段、连铸坯热送过程表面淬火阶段的传热均受二维非稳态传热微分方程控制，采用有限元方法将二维非稳态传热微分方程离散，结合连铸生产工艺条件建立连铸阶段铸坯凝固传热数值模型和连铸坯热送过程表面淬火阶段铸坯传热数值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连铸坯热送过程表面淬火工艺冷却水流量的确定方法，其特征在于，包括：步骤1：确定连铸坯热送过程表面淬火工艺的各项工艺参数；步骤2：稳定浇铸时，在连铸坯热送过程表面淬火工艺的水冷区域给予冷却水流量，测量连铸二冷各区出口位置、矫直区出口位置以及连铸坯热送过程表面淬火水冷结束位置的铸坯温度；步骤3：建立连铸阶段铸坯凝固传热数值模型和连铸坯热送过程表面淬火阶段铸坯传热数值模型并利用步骤2测量的铸坯温度进行修正；步骤4：利用修正的连铸阶段铸坯凝固传热数值模型计算不同工艺条件下连铸坯温度场，提取得到矫直区出口位置的多个连铸坯温度场；步骤5：在确定的连铸坯表面冷却速度下，利用连铸坯热送过程表面淬火阶段铸坯传热数值模型，将步骤4中得到的矫直区出口位置连铸坯温度场作为冷却初始温度场，采用二分法，求解各冷却初始温度下连铸坯表面达到冷却目标温度所需要的冷却水流量，进而得到当前钢种冷却初始温度与铸坯表面达到冷却目标温度所需要的冷却水流量之间的关系曲线；步骤6：测量矫直区出口位置的铸坯表面中心温度，以此作为连铸坯热送过程表面淬火阶段冷却初始温度，利用步骤5得到的关系曲线，计算得出铸坯表面达到目标冷却温度所需要的冷却水流量。...

【技术特征摘要】
1.一种连铸坯热送过程表面淬火工艺冷却水流量的确定方法，其特征在于，包括：步骤1：确定连铸坯热送过程表面淬火工艺的各项工艺参数；步骤2：稳定浇铸时，在连铸坯热送过程表面淬火工艺的水冷区域给予冷却水流量，测量连铸二冷各区出口位置、矫直区出口位置以及连铸坯热送过程表面淬火水冷结束位置的铸坯温度；步骤3：建立连铸阶段铸坯凝固传热数值模型和连铸坯热送过程表面淬火阶段铸坯传热数值模型并利用步骤2测量的铸坯温度进行修正；步骤4：利用修正的连铸阶段铸坯凝固传热数值模型计算不同工艺条件下连铸坯温度场，提取得到矫直区出口位置的多个连铸坯温度场；步骤5：在确定的连铸坯表面冷却速度下，利用连铸坯热送过程表面淬火阶段铸坯传热数值模型，将步骤4中得到的矫直区出口位置连铸坯温度场作为冷却初始温度场，采用二分法，求解各冷却初始温度下连铸坯表面达到冷却目标温度所需要的冷却水流量，进而得到当前钢种冷却初始温度与铸坯表面达到冷却目标温度所需要的冷却水流量之间的关系曲线；步骤6：测量矫直区出口位置的铸坯表面中心温度，以此作为连铸坯热送过程表面淬火阶段冷却初始温度，利用步骤5得到的关系曲线，计算得出铸坯表面达到目标冷却温度所需要的冷却水流量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连铸坯热送过程表面淬火工艺的各项工艺参数，包括连铸坯热送过程表面淬火阶段的连铸坯表面冷却速度、冷却目标温度、行进速度、水冷区域最大长度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括如下子步骤：步骤3-1：建立连铸阶段铸坯凝固传热数值模型和连铸坯热送过程表面淬火阶段铸坯传热数值模型；步骤3-2：利用连铸阶段铸坯凝固传热数值模型和连铸坯热送过程表面淬火阶段铸坯传热数值模型，分别采用步骤2测量得到的各位置的铸坯温度作为目标温度，采用二分法，按照连铸坯经过的顺序，从前往后逐个求解连铸阶段各个二冷区和连铸坯热送过程表面淬火阶段水冷区的铸坯与冷却水之间的对流换热系数；步骤3-3：使用步骤3-2中求得的连铸阶段各个二冷区和连铸坯热送过程表面淬火阶段水冷区的铸坯与冷却水之间的对流换热系数求出Nozaki传热系数经验公式中的修正系数，修正Nozaki公式；步骤3-4：使用修正后的Nozaki公式计算连铸阶段铸坯凝固传热数值模型和连铸坯热送过程表面淬火阶段铸坯传热数值模型的对流换热系数，至此，连铸阶段铸坯凝固传热数值模型和连铸坯热送过程表面淬火阶段铸坯传热数值模型得到修正。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述连铸阶段铸坯凝固传热数值模型和连铸坯热送过程表面淬火铸坯传热数值模型的建立方法如下：连铸阶段、连铸坯热送过程表面淬火阶段的传热均受二维非稳态传热微分方程控制，采用有限元方法将二维非稳态传热微分方程离散，结合连铸生产工艺条件建立连铸阶段铸坯凝固传热数值模型和连铸坯热送过程表面淬火阶段铸坯传热数值模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗森，朱苗勇，王朝辉，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21