方坯连铸机二次冷却的变比水量控制方法 【技术领域】
本发明涉及一种铸坯连铸冷却的控制方法，特别是方坯连铸机二次冷却的变比水量控制方法。
背景技术
在连铸工艺中，连铸坯的大部分内部质量问题与二次冷却密切相关，二次冷却技术是连铸的关键技术，良好的二次冷却控制是避免或减轻连铸坯内部缺陷的重要环节。
二次冷却的冷却强度，一般用比水量来表示，比水量是在单位时间内消耗的冷却水量与通过二次冷却区的铸坯重量的比值。
目前二次冷却水的控制方法一般是自动配水控制，调节方式按照拉速变化调整水量，关系式为：Qi＝aiV±bi。其中：Qi为二冷区各段水量，V为拉速，ai、bi为二冷区各段配水参数，是包含钢种、铸坯断面、二冷区各段等因素所确定的系数。该直线方程通过斜率a的变化和经验值b来控制比水量L/kg，总水量等于各段水量之和：Q＝Q1+Q2+…Qi，b值取零，成为过圆点的直线方程，即Q＝aV，则为随拉速变化而比水量保持不变，二冷总水量与拉速是一次函数关系。总水量确定后，按照二次冷却从上至下逐渐减低的分布原则，确定各冷却段的水量分配比例，各段互不影响，水量调节单独设定。该控制技术简单，易于实现，但拉速发生较大变化时，铸坯表面温度波动较大。目前，国内多数钢厂方坯连铸机二次冷却的控制均采用这种模式，如某钢厂生产HPB235钢时的比水量为恒定值：1.81L/kg。
由于HPB235钢成分的特点：碳含量处于裂纹敏感区域，Mn/S低，所以HPB235钢属于裂纹敏感性较强的钢种。我们以往降低铸坯内裂率的措施就是降低比水量，即弱冷，从1.81L/kg降至1.73L/kg，也是恒定值，内裂率由原来的14％，降低到10.8％。继续降低比水量的试验过程中，高拉速浇铸(大于3m/min)时，常常在二冷后段(在空冷段与拉矫机前)或拉矫机处漏钢，对生产、设备造成了很大的影响。因此，连铸机高拉速浇铸受到了很大的限制。
由此可以看出：恒定比水量控制缺点是，加大二次冷却的比水量，可以满足高拉速的要求，但铸坯内裂率较高；降低比水量可以降低铸坯内裂率，但高拉速浇铸受到限制。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种方坯连铸机二次冷却的变比水量控制方法，使用该方法生产铸坯时，既能满足铸坯高拉速的要求又能有效地降低铸坯内裂率，提高企业经济效益。
本发明的目的是这样实现的：一种方坯连铸机二次冷却的变比水量控制方法，该控制方法是使得比水量δ以及总水量Q随着铸坯拉速V的提高而相应地成段增大；即，
铸坯拉速V在0-2m/min之间时，比水量δ为1.35-1.39L/kg，二次冷却总水量Q与铸坯拉速V之间的函数关系式为：Q＝13.8-14.3V；
铸坯拉速V在2.0-2.4m/min之间时，比水量δ为1.58-1.64L/kg，二次冷却总水量Q与铸坯拉速V之间的函数关系式为：Q＝16.2-16.8V；
铸坯拉速V在2.4-2.8m/min之间时，比水量δ为1.67-1.71L/kg，二次冷却总水量Q与铸坯拉速V之间的函数关系式为：Q＝17.1-17.5V；
铸坯拉速V在2.8-3.0m/min之间时，比水量δ为1.73-1.76L/kg，二次冷却总水量Q与铸坯拉速V之间的函数关系式为：Q＝17.7-18.1V；
铸坯拉速V在3.0-3.6m/min之间时，比水量δ为1.8-1.86L/kg，二次冷却总水量Q与铸坯拉速V之间的函数关系式为：Q＝18.5-19.1V。
一般来讲，700～900℃是钢延展性最低的区域，也就是裂纹敏感区。因此要求在进拉矫机前的铸坯表面温度应保持在900℃以上。对某钢铁厂2#连铸机生产HPB235钢进拉矫机前的铸坯表面温度进行了测试，共测试183炉，均在905～1000℃之间，满足了矫直时铸坯的表面温度大于900℃的基本要求。
图1是低碳钢的高温脆性曲线，断面收缩率越高，表明钢的塑性越好。由图1可以看出：在900℃以上，随着温度不断升高，钢的塑性不断上升，在990℃左右达到最高，一直保持在约1300℃后开始明显下降。尽管2#连铸机的铸坯在拉矫机前表面温度在900℃以上，但是，钢的断面收缩率没有达到较高的理想状态，也就是说部分炉次铸坯的表面温度没有处在钢的塑性较高的区域，铸坯的裂纹敏感性还需减弱。
经过理论分析后，对不同拉速段的裂纹铸坯进行统计分析，发现在拉速3m/min以下，裂纹比例较高达8.9％，其中，2.6m/min以下裂纹比例占3.5％，2.6～3.0m/min之间裂纹比例占5.4％，详见表1。测试拉矫机前铸坯表面温度，在905～940℃之间。这说明铸坯在3m/min以下冷却稍强，铸坯表面温度没有处在钢的塑性较高的区域，裂纹敏感性还可减弱。
表12#连铸机分拉速段连铸坯内裂统计表
拉速范围m/min V＜2.6 2.6＜V≤3.0 3.0＜V≤3.6 合计 取样炉数 88 90 81 259 裂纹炉数 9 14 5 28 占总炉数比例％ 3.5 5.4 1.9 10.8
采用本发明控制方法生产铸坯，对某钢铁厂2#连铸机生产的高裂纹敏感性HPB235连铸坯进行了跟踪和取样，连铸坯内裂统计如下：
1、铸坯内裂率由10.8％降低到5.8％，详见表2。
表22#连铸机分拉速段连铸坯内裂统计表
拉速范围m/min V＜2.6 2.6＜V≤3.0 3.0＜V≤3.6 合计 取样炉数 46 100 94 240 裂纹炉数 2 6 6 14 占总炉数比例％ 0.8 2.5 2.5 5.8
2、裂纹级别有所降低，平均裂纹级别由2.5级降为2级，最高级别由3级降为2.5级，详见表3。
表32#连铸机铸坯内裂级别统计表
裂纹级别 取样炉数 裂纹炉数 裂纹级别范围 平均裂纹级别 活动前 259 28 0.5～3 2.5 活动后 240 14 0.5～2.5 2
3、对连铸坯进拉矫机前的表面温度进行了测试，共测试151炉，在930～988℃之间，详见表4。采用本发明控制方法后的铸坯表面温度比不采用本发明控制方法的铸坯表面温度范围(905～1000℃)提高而且范围变窄。
表4改进前后连铸坯进拉矫机前的表面温度对比
采用本发明控制方法，拉速低时铸坯通过喷嘴喷水区的时间长，对于铸坯在某一位置来说，铸坯的表面散热量小，比水量就小些；拉速高时铸坯通过喷嘴喷水区的时间短，对于铸坯在某一位置来说，铸坯的表面散热量大，比水量就相应加大，原则上比水量随着拉速提高而相应增大，这样，二冷总水量与拉速不是简单地一次函数关系，铸坯在拉矫机前的表面温度就会稳定在较高而且较窄的范围内。而恒比水量控制不能满足这种情况。
本发明控制方法经过发明人不断试验、调整、优化，最终确定下来，即：降低铸坯在3m/min以下各拉速段的比水量，提高铸坯在3m/min以上拉速段的比水量，确定各冷却段的水量分配比例。从而能够：
1、满足拉速跨度大并减少铸坯出现内裂几率的要求。
二次冷却的变比水量控制是适用拉速跨度大的连铸工艺，尤其适合裂纹敏感性强的钢种浇铸要求，对铸坯内裂具有较好的抑制作用。
2、不需要投资
二冷喷淋管、喷嘴型号不变，也不需要仪器、仪表等设备的投资。
3、操作简单方便
二冷配水软件无须调整，技术人员根据变比水量控制模式调整二冷配水参数，编制配水表，只需职工根据钢种输入选用，即可自动生成变比水量的配水曲线。
使用本发明方法生产铸坯时，既能满足铸坯高拉速的要求又能有效地降低铸坯内裂率，提高企业经济效益。
【附图说明】
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明控制方法的钢的高温脆性曲线图；
图2为本发明控制方法二冷总水量与拉速的关系对比图。
【具体实施方式】
一种方坯连铸机二次冷却的变比水量控制方法，以用该方法生产HPB235钢铸坯为例，该控制方法是使得比水量δ以及总水量Q随着铸坯拉速V的提高而相应地成段增大；即，
铸坯拉速V＝1m/min时，比水量δ为1.37L/kg，二次冷却总水量Q与铸坯拉速V之间的函数关系式为：Q＝14.1V＝14.1m3/h；
铸坯拉速在V＝2m/min之间时，比水量δ为1.63L/kg，二次冷却总水量Q与铸坯拉速V之间的函数关系式为：Q＝16.7V＝33.4m3/h；
铸坯拉速在V＝2.4m/min之间时，比水量δ为1.69L/kg，二次冷却总水量Q与铸坯拉速V之间的函数关系式为：Q＝17.3V＝41.52m3/h；
铸坯拉速在V＝2.8m/min之间时，比水量δ为1.73L/kg，二次冷却总水量Q与铸坯拉速V之间的函数关系式为：Q＝17.7V＝49.56m3/h；
铸坯拉速在V＝3.2m/min之间时，比水量δ为1.81L/kg，二次冷却总水量Q与铸坯拉速V之间的函数关系式为：Q＝18.6V＝59.52m3/h。
由图2可明显看出，现有的连铸坯冷却方法中改进前总水量与拉速是一次函数关系方程：Q＝17.7V；采用本发明控制方法后，改进后总水量与拉速不是简单的一次函数关系方程，而是更符合连铸工艺要求的复杂的函数关系方程，详见表5。这种方程适用于水量变化范围大、拉速跨度大的连铸工艺，每个拉速段的比水量随拉速的变化成段变化，调整较为容易，比水量不是连续变化，而是逐段变化。
表5改进前后二冷总水量与拉速的函数关系
而对于生产其它材质的铸坯来讲，也可以使用本发明方法来进行控制，同样可以取得显著的技术效果。