CN114515825B - 基于钢水成分的异钢种异断面混浇坯精准切割的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于钢水成分的异钢种异断面混浇坯精准切割的控制方法，属于冶金控制方法技术领域。本发明的技术方案是：通过对实际产出混浇坯不同位置进行成分分析，计算主要成分在混浇时的变化曲线；对混浇坯成分曲线进行无量纲化处理，进行数据拟合，得出临界混浇重量区间；应用在线调宽技术，计算混浇过程铸坯宽度对长度的变化曲线，并推导混浇重量随长度的计算公式；根据临界混浇重量区间和混浇过程混浇重量随长度的计算公式，得出临界混浇坯长度区间。本发明的有益效果是：可实时根据连浇前后两炉钢水成分、成分判定范围和铸坯断面，计算混浇坯长度，并对其进行精准切割，减少了混浇坯产出比例。

Description

基于钢水成分的异钢种异断面混浇坯精准切割的控制方法

技术领域

本发明涉及基于钢水成分的异钢种异断面混浇坯精准切割的控制方法，属于冶金控制方法技术领域。

背景技术

为提升大型转炉与高效板坯连铸机高效协同生产作业需求，提高铸机连续作业效率，针对订单数量小的合同备料采用异钢种连浇生产组织模式，即在同一浇次或同一中间包使用周期内进行不同钢种连浇，有利于降低生产成本，减少连铸机启停及准备时间。但在异钢种连浇过程中，当两炉钢水成分含量差别较大时，存在成分有别于两个目标钢种的混合段铸坯，称其为异钢种混浇坯。由于混浇坯为过渡坯，前后成分不均匀，因此需要准确识别其长度并作特殊处理(改判、降级或判废)。但由于不同钢种之间各元素成分差异不同，混浇长度也各不相同，如果不能正确判断混浇坯位置，不仅会带来质量问题，也会使合格铸坯收率低，因此开发一种对异钢种连浇过程中混浇坯长度的确定方法尤为重要。

申请号为201510542808.7的专利公开了一种“异钢种连浇的控制方法”，该方法结合中间包内腔结构的特点以及铸坯浇铸断面，通过确定最佳的中间包控制吨位及拉速，实现异钢种的不停机混浇。申请号为201710769467.6的专利公开了“连铸大圆坯异钢种混浇生产方法”，在成分差异大的钢种在同一中包内生产浇铸时，通过变化浇铸过程中的浇铸拉速、中包液位以及混浇炉开浇时机，可以进一步缩短混浇坯的长度，从而提高成坯率，降低生产成本。

以上方法提供了减少混浇坯产出量的控制方法，通过控制中间包液位和对应时刻拉速等，达到了缩短混浇坯长度的目的，但是同样存在技术不足，主要表现在：无法实现精确判定混浇坯长度及切割位置。尤其对于在线调宽过程中，在铸坯宽度变化因素影响下，无法满足混浇坯长度及切割位置的准确判定的生产需求。

发明内容

本发明目的是提供基于钢水成分的异钢种异断面混浇坯精准切割的控制方法，可实时根据连浇前后两炉钢水成分、成分判定范围和铸坯断面，计算混浇坯长度，并对其进行精准切割，减少了混浇坯产出比例，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：基于钢水成分的异钢种异断面混浇坯精准切割的控制方法，包含以下步骤：

(1)通过对实际产出混浇坯不同位置进行成分分析，计算C、Si、Mn和Als这些主要成分在混浇时的变化曲线；(2)对已知的混浇坯成分进行无量纲化处理，采用无量纲浓度来表征成分的混合程度；(3)通过SPSS统计分析软件对其进行数据拟合，得到无量纲浓度和混浇量的最优服从关系；(4)根据不同钢种成分目标值和区间上下限，计算混浇临界浓度，得出临界混浇重量区间；(5)在混浇坯初始阶段应用在线调宽技术，根据调宽前后的铸坯宽度和调宽速率，计算混浇过程铸坯宽度对长度的变化曲线，即在线调宽曲线，并推导混浇重量随长度的计算公式；(6)根据临界混浇重量区间和混浇过程混浇重量随长度的计算公式，得出临界混浇坯长度区间。

在异钢种混浇时，保证开浇时中间包吨位控制在总吨位的50％-55％。

所述步骤(3)中，无量纲浓度和混浇量的最优服从关系，λ＝-0.401+0.344ln(M)

上述拟合关系式中，M为混浇坯重量，吨；λ为混合率，即表征混浇程度的值，介于0到1之间；

上述拟合关系式中，拟合优度R²为0.974，说明该拟合曲线拟合程度较高。

所述步骤(4)中，钢水中某成分i的混浇临界浓度满足：

上述混浇临界浓度计算公式中，

和

分别为前一炉成分i的目标值和区间上限值，

和

分别为后一炉成分i的区间下限值和目标值；

将

代入无量纲浓度和混浇量的关系式λ＝-0.401+0.344ln(M)中，可以得到某成分i在达到混浇临界浓度时的混浇重量

和

由于在钢水混浇过程中不同成分混合过程变化速率不同，在进行混浇坯判定时需考虑到所有成分，因此临界混浇重量：

在M_头之前的部分，钢水满足前一炉的成分要求，在M_尾之后的部分，钢水满足后一炉的成分要求，在混浇坯判定时M_头为混浇坯的开始点，M_尾为混浇坯的结束点，M_头和M_尾之间的铸坯为混浇坯。

所述步骤(5)中，在线调宽曲线为线性曲线，调宽速率为单侧0.1mm/s，调宽过程，铸坯宽度随混浇长度变化，满足

铸坯重量与长度满足

所述步骤(6)中，计算临界混浇重量M_头和M_尾对应的临界混浇坯长度l_头和l_尾：

本发明的有益效果是：可实时根据连浇前后两炉钢水成分、成分判定范围和铸坯断面，计算混浇坯长度，并对其进行精准切割，减少了混浇坯产出比例。

附图说明

图1是本发明的工作流程图；

图2是本发明混浇过程混浇坯判定示意图；

图3是本发明铸坯在线调宽示意图。

具体实施方式

为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。

基于钢水成分的异钢种异断面混浇坯精准切割的控制方法，包含以下步骤：

(1)通过对实际产出混浇坯不同位置进行成分分析，计算C、Si、Mn和Als这些主要成分在混浇时的变化曲线；(2)对已知的混浇坯成分进行无量纲化处理，采用无量纲浓度来表征成分的混合程度；(3)通过SPSS统计分析软件对其进行数据拟合，得到无量纲浓度和混浇量的最优服从关系；(4)根据不同钢种成分目标值和区间上下限，计算混浇临界浓度，得出临界混浇重量区间；(5)在混浇坯初始阶段应用在线调宽技术，根据调宽前后的铸坯宽度和调宽速率，计算混浇过程铸坯宽度对长度的变化曲线，即在线调宽曲线，并推导混浇重量随长度的计算公式；(6)根据临界混浇重量区间和混浇过程混浇重量随长度的计算公式，得出临界混浇坯长度区间。

在异钢种混浇时，保证开浇时中间包吨位控制在总吨位的50％-55％。

所述步骤(3)中，无量纲浓度和混浇量的最优服从关系，λ＝-0.401+0.344ln(M)

上述拟合关系式中，M为混浇坯重量，吨；λ为混合率，即表征混浇程度的值，介于0到1之间；

上述拟合关系式中，拟合优度R²为0.974，说明该拟合曲线拟合程度较高。

所述步骤(4)中，钢水中某成分i的混浇临界浓度满足：

上述混浇临界浓度计算公式中，

和

分别为前一炉成分i的目标值和区间上限值，

和

分别为后一炉成分i的区间下限值和目标值；

将

代入无量纲浓度和混浇量的关系式λ＝-0.401+0.344ln(M)中，可以得到某成分i在达到混浇临界浓度时的混浇重量

和

由于在钢水混浇过程中不同成分混合过程变化速率不同，在进行混浇坯判定时需考虑到所有成分，因此临界混浇重量：

在M_头之前的部分，钢水满足前一炉的成分要求，在M_尾之后的部分，钢水满足后一炉的成分要求，在混浇坯判定时M_头为混浇坯的开始点，M_尾为混浇坯的结束点，M_头和M_尾之间的铸坯为混浇坯。

所述步骤(5)中，在线调宽曲线为线性曲线，调宽速率为单侧0.1mm/s，调宽过程，铸坯宽度随混浇长度变化，满足

铸坯重量与长度满足

所述步骤(6)中，计算临界混浇重量M_头和M_尾对应的临界混浇坯长度l_头和l_尾：

在实际应用中，本发明通过对实际产出混浇坯不同位置进行成分分析，计算C、Si、Mn、Als等主要成分在混浇时的变化曲线。

在异钢种混浇时，需保证开浇时中间包吨位控制在总吨位的50％-55％。对已知的混浇坯成分变化曲线进行无量纲化处理，采用无量纲浓度来表征成分的混合程度。

混浇坯成分比变化曲线为非线性曲线，通过SPSS统计分析软件对其进行数据拟合，得到无量纲浓度和混浇量的最优服从关系，λ＝-0.401+0.344ln(M)。

上述拟合关系式中，M为混浇坯重量，吨；λ为混合率，即表征混浇程度的值，介于0到1之间。

上述拟合关系式中，拟合优度R²为0.974，说明该拟合曲线拟合程度较高。

根据上述拟合关系式，可以得出无量纲浓度和混浇量的关系，由于钢种成分在目标值附近是一个区间值，在混浇刚开始和快结束时存在一段铸坯，其成分仍满足上一炉或下一炉的成分区间值要求，因此这两段应予以剔除，如图1。

为准确区分上述两段铸坯，需根据前后钢种成分目标值和区间，计算处于临界成分的无量纲浓度，钢水中某成分i的临界浓度满足：

上述临界浓度计算公式中，

为前一炉成分i的目标值、区间上限值，

为后一炉成分i的区间下限值、目标值。

将

代入无量纲浓度和混浇量的关系式λ＝-0.401+0.344ln(M)中，可以得到某成分i在达到临界浓度时的混浇量

由于在钢水混浇过程中不同成分混合过程变化速率不同，在进行混浇坯判定时需考虑到所有成分，因此临界混浇量：

在M_头之前的部分，钢水满足前一炉的成分要求，在M_尾之后的部分，钢水满足后一炉的成分要求，在混浇坯判定时M_头为混浇坯的开始点，M_尾为混浇坯的结束点，M_头和M_尾之间的铸坯为混浇坯。

上述M_头和M_尾之间的铸坯为混浇坯的重量，以下根据浇铸过程铸坯断面计算混浇坯的长度范围。

在混浇坯初始阶段应用在线调宽技术，在线调宽曲线为线性曲线，如图2，调宽速度为单侧0.1mm/s。

在上述调宽过程，铸坯宽度随混浇长度变化，满足

铸坯质量与长度满足

结合计算出的临界混浇重量M_头和M_尾及铸坯重量与长度关系式

计算临界混浇重量M_头和M_尾对应的临界混浇长度l_头和l_尾：

实施例1：

本公司炼钢厂1#连铸机QStE420TM和QStE380TM异钢种异断面连浇，铸机为一机两流，铸坯宽度分别为1.40m和1.30m，厚度为0.236m。在连浇初始阶段实施在线调宽，铸坯宽度分别由1.40/1.30m调宽为1.35/1.25m，QStE420TM和QStE380TM成分要求如表1，连铸工艺参数如表2。

表1 QStE420TM和QStE380TM成分要求

表2连铸工艺参数

根据QStE420TM和QStE380TM成分目标和区间值，计算各差异成分临界浓度：

Mn：

Nb：

Ti：

将成分临界浓度代入已知的无量纲浓度和混浇量的关系式λ＝-0.401+0.344ln(M)中，可以得到各成分在达到临界浓度时的混浇量

由于在钢水混浇过程中不同成分混浇快慢不同，在进行混浇坯判定时需考虑到所有成分，因此求出临界混浇量M_头＝6.6，M_尾＝28.4，单位吨。

上述M_头和M_尾之间的铸坯为混浇重量，以下根据浇铸过程铸坯断面计算混浇坯的长度范围。

在混浇坯初始阶段应用在线调宽技术，在线调宽曲线为线性曲线，调宽速度为单侧0.1mm/s。

在上述调宽过程，铸坯宽度随混浇长度变化满足：1流

2流

其中l为混浇长度，单位m，w为铸坯宽度，单位m，铸坯重量与长度满足：1流

2流

其中铸坯密度ρ取7.85t/m³。

结合计算出的临界混浇重量M_头＝6.6，M_尾＝28.4及上述铸坯重量与长度关系式，计算临界混浇重量对应的临界混浇长度分别为：1流

2流

实施例2：

本公司炼钢厂2#连铸机HC210IF和HC250IF异钢种异断面连浇，铸机为一机两流，铸坯宽度分别为1.80m和1.60m，厚度为0.236m。在连浇初始阶段实施在线调宽，铸坯宽度分别由1.80/1.60m调宽为1.70/1.50m，HC210IF和HC250IF成分要求如表3，连铸工艺参数如表4。

表3 HC210IF和HC250IF成分要求

表4连铸工艺参数

根据HC210IF和HC250IF成分目标和区间值，计算各差异成分临界浓度：

Si：

Mn：

P：

将成分临界浓度代入已知的无量纲浓度和混浇量的关系式λ＝-0.401+0.344ln(M)中，可以得到各成分在达到临界浓度时的混浇量

由于在钢水混浇过程中不同成分混浇快慢不同，在进行混浇坯判定时需考虑到所有成分，因此求出临界混浇量M_头＝6.6，M_尾＝28.4，单位吨。

上述M_头和M_尾之间的铸坯为混浇重量，以下根据浇铸过程铸坯断面计算混浇坯的长度范围。

在混浇坯初始阶段应用在线调宽技术，在线调宽曲线为线性曲线，调宽速度为单侧0.1mm/s。

在上述调宽过程，铸坯宽度随混浇长度变化满足：1流

2流

其中l为混浇长度，单位m，w为铸坯宽度，单位m，铸坯重量与长度满足：1流

2流

其中铸坯密度ρ取7.85t/m³。

结合计算出的临界混浇重量M_头＝6.6，M_尾＝28.4及上述铸坯重量与长度关系式，计算临界混浇重量对应的临界混浇长度分别为：1流

2流

实施例3：

本公司炼钢厂1#连铸机CS1和CS2异钢种异断面连浇，铸机为一机两流，铸坯宽度分别为1.40m和1.30m，厚度为0.236m。在连浇初始阶段实施在线调宽，铸坯宽度分别由1.40/1.30m调宽为1.35/1.25m，CS1和CS2成分要求如表5，连铸工艺参数如表6。

表5 CS1和CS2成分要求

表6连铸工艺参数

根据CS1和CS2成分目标和区间值，计算各差异成分临界浓度：

Mn：

将成分临界浓度代入已知的无量纲浓度和混浇量的关系式λ＝-0.401+0.344ln(M)中，可以得到各成分在达到临界浓度时的混浇量

由于在钢水混浇过程中不同成分混浇快慢不同，在进行混浇坯判定时需考虑到所有成分，因此求出临界混浇量M_头＝5.7，M_尾＝32.8，单位吨。

上述M_头和M_尾之间的铸坯为混浇重量，以下根据浇铸过程铸坯断面计算混浇坯的长度范围。

在混浇坯初始阶段应用在线调宽技术，在线调宽曲线为线性曲线，调宽速度为单侧0.1mm/s。

在上述调宽过程，铸坯宽度随混浇长度变化满足：1流

2流

其中l为混浇长度，单位m，w为铸坯宽度，单位m，铸坯重量与长度满足：1流

2流

其中铸坯密度ρ取7.85t/m³。

结合计算出的临界混浇重量M_头＝5.7，M_尾＝32.8及上述铸坯重量与长度关系式，计算临界混浇重量对应的临界混浇长度分别为：1流

2流

Claims (2)

1.一种基于钢水成分的异钢种异断面混浇坯精准切割的控制方法，其特征包含以下步骤：

(1)通过对实际产出混浇坯不同位置进行成分分析，计算C、Si、Mn和Als主要成分在混浇时的变化曲线；(2)对已知的混浇坯成分进行无量纲化处理，采用无量纲浓度来表征成分的混合程度；(3)通过SPSS统计分析软件对其进行数据拟合，得到无量纲浓度和混浇量的最优服从关系；(4)根据不同钢种成分目标值和区间上下限，计算混浇临界浓度，得出临界混浇重量区间；(5)在混浇坯初始阶段应用在线调宽技术，根据调宽前后的铸坯宽度和调宽速率，计算混浇过程铸坯宽度对长度的变化曲线，即在线调宽曲线，并推导混浇重量随长度的计算公式；(6)根据临界混浇重量区间和混浇过程混浇重量随长度的计算公式，得出临界混浇坯长度区间；

所述步骤(3)中，无量纲浓度和混浇量的最优服从关系，λ＝-0.401+0.344ln(M)；

上述拟合关系式中，M为混浇坯重量，吨；λ为混合率，即表征混浇程度的值，介于0到1之间；拟合优度R²为0.974，说明该拟合曲线拟合程度较高；

所述步骤(4)中，钢水中某成分i的混浇临界浓度满足：

上述混浇临界浓度计算公式中，

和

分别为前一炉成分i的目标值和区间上限值，

和

分别为后一炉成分i的区间下限值和目标值；

将

代入无量纲浓度和混浇量的关系式λ＝-0.401+0.344ln(M)中，可以得到某成分i在达到混浇临界浓度时的混浇重量

和

由于在钢水混浇过程中不同成分混合过程变化速率不同，在进行混浇坯判定时需考虑到所有成分，因此临界混浇重量：

在M_头之前的部分，钢水满足前一炉的成分要求，在M_尾之后的部分，钢水满足后一炉的成分要求，在混浇坯判定时M_头为混浇坯的开始点，M_尾为混浇坯的结束点，M_头和M_尾之间的铸坯为混浇坯；

所述步骤(5)中，在线调宽曲线为线性曲线，调宽速率为单侧0.1mm/s，调宽过程，铸坯宽度随混浇长度变化，满足

铸坯重量与长度满足

其中，w为混浇过程铸坯宽度，单位m；l为混浇长度，单位m；v为拉速，w₀为铸坯初始宽度，单位m；

所述步骤(6)中，计算临界混浇重量M_头和M_尾对应的临界混浇坯长度l_头和l_尾：

ρ为铸坯密度，单位t/m³，h为铸坯厚度，单位m。

2.根据权利要求1所述的一种基于钢水成分的异钢种异断面混浇坯精准切割的控制方法，其特征在于：在异钢种混浇时，保证开浇时中间包吨位控制在总吨位的50％-55％。

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