论文部分内容阅读
【摘 要】 通过对小方坯连铸内部中的质量问题进行分析，并对小方坯连铸机二级控制系统的应用进行了介绍，提出了加强小方坯连铸内部质量的措施。
【关键词】 小方坯连铸；内部质量；控制
引言：
在当前，连铸工艺及其相关的配套技术均获得了较大程度的发展，但为了更有效地进行投资与生产成本控制，逐渐降低大方坯应用率而更多采用小方坯已逐渐成为了当前高碳硬线钢生产的重点研究方向之一。在初步的应用实践过程中，高碳钢小截面方坯目前仍受到诸如中心偏析、中心缩孔以及内部裂纹等多方面问题的困扰，继而在很大程度上对方坯的质量构成了非常不利的影响，相关研究指出，由于这些缺陷的存在，将会显著增加发生高碳钢盘条拉拔断裂的几率，因此，加强其内部质量的控制是非常有必要的。
一、连铸小方坯内部质量存在的问题
（一）连铸小方坯中心偏析产生的原因
连铸小方坯产生中心偏析的原因多是因为其中心区域具有C，Mn，P和S等溶质元素分布并不是十分均匀的情况，以至于时常会在铸坯横剖面上表现为铸坯中心处溶质元素的浓度出现峰值，而两边的浓度则相对处于更低的水平，再从铸坯纵剖面上的情况来看，其表观形态存在的形式则更多的表现为V形偏析、U形偏析、点状偏析、线状偏析或是缩孔等，整体来看，沿中心线，溶质元素多呈现出近似周期性的波动。多数时候，连铸方坯中心偏析不足以影响终极产品的质量，在一定范围内是允许存在的。但诸如含碳量相对较高的硬线、钢帘线钢种以及对C，Mn，S偏析更为敏感的抗氢致开裂管线钢种等特殊钢种，中心偏析则将会对其最终产品的质量以及加工性能等造成不同程度的影响，故一般被认为是一种非常典型的铸坯内部缺陷。在当前连铸方坯钢种档次持续提升的过程中，铸坯中心偏析的问题实则将愈发变的更加突出。
（二）连铸小方坯中心缩孔产生的原因
从工艺方面来看，实践表明中心缩孔的产生多与钢水过热度过高、比水量不妥以及二冷水压不稳等几方面因素关联密切，故需给予这些因素有针对性的改进措施。
二、小方坯连铸机二级控制系统的应用
（一）系统硬件结构
系统由服务器、工作站等相关的网络设备组成硬件系统，由于系统需要尽可能多的收集数据来增加质量判定的准确度，系统数据来源具有多样性，主要包括：L3级调度网、转炉和精炼生产网以及连铸L1级网络等，网络结构如图1所示。
（二）系统硬件功能
服务器：收集和管理系統实时数据和浇次历史数据、运行连铸二级系统主程序、运行和管理连铸二级系统本地数据库；主控室客户端：运行系统实时浇注客户端；工艺专家工作站：冶金知识库的维护与定义、二级系统参数的调整、运行二级系统历史浇次模拟客户端；火切室客户端：操作工确认铸坯实绩信息；热送称重室客户端：操作工确认铸坯热送实绩信息和去向信息。
（三）系统软件结构
连铸二级系统采用C/S结构，以windows2003 Server和WindowsXP Professional为系统平台，应用了Visual Studio2008.net的编程环境和Oracle10g数据库。结构如图2所示。
（四）软件系统功能
1.作业计划管理
连铸二级系统接受来自炼钢区域的作业计划，连铸根据下达的作业计划组织连铸生产。在过程控制系统中存储有不同钢种的制造（工艺）标准，系统根据接受的作业计划提取出相应的制造（工艺）标准，经过过程工艺优化和二冷动态配水模型计算形成下一浇注过程所需的生产准备数据。
2.过程控制
（1）过程跟踪。过程控制系统根据生产需要对连铸生产进行跟踪管理，包括炉次跟踪、铸流跟踪、铸坯跟踪等。
（2）过程工艺优化。过程工艺优化模型根据钢种的断面、标准和成分等特性以及相应可能的生产工况，结合既往的生产经验，指定相应的过程参数控制指标，以此控制和指导生产过程。
（3）二冷动态配水。在二级系统中采用动态配水模型来优化生产过程控制。动态配水模型对各区的配水进行动态控制，当生产过程中一些关键工况改变，如拉速变化，表面温度控制点发生温度偏离，钢水过热度异常时，通过动态配水模型取得新的冶金工况，对拉速，各段给水量等进行及时有效的调节，以期达到更好的铸坯质量。
（4）铸坯切割长度优化。切割优化监控铸坯切割过程，并尽量减少铸坯损失。
3.数据通信
（1）与连铸基础自动化进行数据通信，获取生产过程数据、传送生产控制管理数据。
（2）与生产调度系统进行数据通信，获取作业计划和生产（冶金规范）数据，传送连铸生产的关键工况数据和生产实绩数据。
（3）与炼钢检化验室进行数据通信，获取成分分析等数据。
三、连铸小方坯内部质量存在问题的解决措施
（一）连铸小方坯中心偏析的防控制措施
1.控制连铸拉速在一定范围内
有学者进行了其他工艺参数不变情况下单纯改变连铸拉速的试验，以观察对中心偏析的影响水平，其试验结果显示，在拉速不断升高的情况下，则铸坯在结晶器内部的停留时间也将会变的越来越短，钢水的凝固时间也相对被延长，铸坯液芯同时变长，这在一定程度上会将等轴晶的形核与长大推迟，柱状晶区也将会被扩大，促使柱状晶“搭桥”，这将造成有更高的几率会形成小钢锭结构，铸坯中心偏析会被明显加重。故可以确定，在将拉速控制在一定相对更理想的范围水平内，连铸方坯的中心偏析问题将得到一定程度改善。
2.增大二冷比水量
在其他相关工艺条件不改变的情况下，随着连铸二冷比水量的不断增大，高碳钢小方坯的中心碳偏析程度会逐渐降低，其原因就在于对小断面铸坯时，冷却的强度越大，那么铸坯的凝固时间也会更快，以至于部分溶质元素将会在未被析出的情况下就已经发生凝固，故将降低中心碳偏析。 3.改善电磁搅拌工艺
就高碳钢而言，单纯的M-EMS搅拌只能在一定程度将等轴晶区提高，同时也可以在一定程度将中心缩孔减轻，但就其对中心偏析的作用来看，其效果是非常有限的，基于此，采用M+F-MES的组合搅拌形式是非常有必要的。末端电磁搅拌（F-EMS）所具体发挥的作用比较明显，其不仅可对凝固两相区溶质元素的集聚发挥较好的分散作用，继而减少中心偏析，同时还能在很大程度上减轻中心等轴晶的滑移现象，继而减少半宏观偏析（V型偏析）。但需要注意的是，F-EMS的应用是需要具备一定前提条件的，那就是必须有较宽的中心等轴晶区和使用大功率搅拌凝固末端区域的糊状区，倘若搅拌的强度达不到要求，则所能发挥的效果也是并不十分明显的；M+F-EMS联用比较而言是最好的，但需保持相对恒定的拉速与稳定的过热度。
4.凝固末端喷水强冷
相关实验性研究结果显示：在现有连铸工艺条件下，铸坯末端喷水强冷与非强冷相比，其对铸坯的中心偏析程度有一定的影响。
（二）连铸小方坯中心缩孔的预防控制措施
1.控制浇钢温度
在进行高温浇注的情况下，柱状晶生长将会得到促进，继而大铸坯中心的搭桥机会也将大大增加，這最终又将会导致产生缩孔的几率明显提高。为最大程度避免出现高温钢浇注的情况，可以考虑稳定转炉的出钢温度，通过对生产工艺进行妥善调整，以尽量将连铸钢水过热度控制在15～20℃。
2.优化比水量
提速后，为了保证冷却需要，开始时比水量选得较大，铸坯冷却太快，易出现缩孔和裂纹。但比水量太小时，铸坯冷却慢，矫前温度过高，导致坯子带液芯矫直。经过几次摸索，最后将比水量稳定在1.45L/kg，铸坯缩孔得到了有效控制。
3.稳定二冷水压
在生产过程中，需对相关工作人员的配水参数给予密切监督，一旦发现有冷水压不稳以及冷却不均的情况，则必须在第一时间给予协调解决，不仅要保证有稳定的水压，而且要坚决避免不稳定二冷水压导致形成断续缩孔的情况。除此之外，进一步对零段水量进行统一化的规范要求，同时严格要求不能对水量进行随意调整。
四、结束语
当前，随着科技的发展，小方坯连铸的生产机械以及加工技术都得到了很大的提高，其内部质量也在逐渐的提高。但是其中仍然存在着不足的地方，需要进一步去改善。因此，要不断的实践经验进行总结，学习和借鉴国外的先进技术，从而提高技术水平，增强内部质量控制。
参考文献：
[1]曾光明，陈杰.浅析方坯连铸机的技术改造问题[J].科技与企业，2014，06：277.
[2]符豪，张炯明，赵新凯，肖超.小方坯连铸结晶器内热力行为研究[J].河南冶金，2014，03：9-13+34.
[3]马富平，包燕平.超低碳钢方坯连铸生产工艺研究[J].炼钢，2014，02：49-52.
【关键词】 小方坯连铸；内部质量；控制
引言：
在当前，连铸工艺及其相关的配套技术均获得了较大程度的发展，但为了更有效地进行投资与生产成本控制，逐渐降低大方坯应用率而更多采用小方坯已逐渐成为了当前高碳硬线钢生产的重点研究方向之一。在初步的应用实践过程中，高碳钢小截面方坯目前仍受到诸如中心偏析、中心缩孔以及内部裂纹等多方面问题的困扰，继而在很大程度上对方坯的质量构成了非常不利的影响，相关研究指出，由于这些缺陷的存在，将会显著增加发生高碳钢盘条拉拔断裂的几率，因此，加强其内部质量的控制是非常有必要的。
一、连铸小方坯内部质量存在的问题
（一）连铸小方坯中心偏析产生的原因
连铸小方坯产生中心偏析的原因多是因为其中心区域具有C，Mn，P和S等溶质元素分布并不是十分均匀的情况，以至于时常会在铸坯横剖面上表现为铸坯中心处溶质元素的浓度出现峰值，而两边的浓度则相对处于更低的水平，再从铸坯纵剖面上的情况来看，其表观形态存在的形式则更多的表现为V形偏析、U形偏析、点状偏析、线状偏析或是缩孔等，整体来看，沿中心线，溶质元素多呈现出近似周期性的波动。多数时候，连铸方坯中心偏析不足以影响终极产品的质量，在一定范围内是允许存在的。但诸如含碳量相对较高的硬线、钢帘线钢种以及对C，Mn，S偏析更为敏感的抗氢致开裂管线钢种等特殊钢种，中心偏析则将会对其最终产品的质量以及加工性能等造成不同程度的影响，故一般被认为是一种非常典型的铸坯内部缺陷。在当前连铸方坯钢种档次持续提升的过程中，铸坯中心偏析的问题实则将愈发变的更加突出。
（二）连铸小方坯中心缩孔产生的原因
从工艺方面来看，实践表明中心缩孔的产生多与钢水过热度过高、比水量不妥以及二冷水压不稳等几方面因素关联密切，故需给予这些因素有针对性的改进措施。
二、小方坯连铸机二级控制系统的应用
（一）系统硬件结构
系统由服务器、工作站等相关的网络设备组成硬件系统，由于系统需要尽可能多的收集数据来增加质量判定的准确度，系统数据来源具有多样性，主要包括：L3级调度网、转炉和精炼生产网以及连铸L1级网络等，网络结构如图1所示。
（二）系统硬件功能
服务器：收集和管理系統实时数据和浇次历史数据、运行连铸二级系统主程序、运行和管理连铸二级系统本地数据库；主控室客户端：运行系统实时浇注客户端；工艺专家工作站：冶金知识库的维护与定义、二级系统参数的调整、运行二级系统历史浇次模拟客户端；火切室客户端：操作工确认铸坯实绩信息；热送称重室客户端：操作工确认铸坯热送实绩信息和去向信息。
（三）系统软件结构
连铸二级系统采用C/S结构，以windows2003 Server和WindowsXP Professional为系统平台，应用了Visual Studio2008.net的编程环境和Oracle10g数据库。结构如图2所示。
（四）软件系统功能
1.作业计划管理
连铸二级系统接受来自炼钢区域的作业计划，连铸根据下达的作业计划组织连铸生产。在过程控制系统中存储有不同钢种的制造（工艺）标准，系统根据接受的作业计划提取出相应的制造（工艺）标准，经过过程工艺优化和二冷动态配水模型计算形成下一浇注过程所需的生产准备数据。
2.过程控制
（1）过程跟踪。过程控制系统根据生产需要对连铸生产进行跟踪管理，包括炉次跟踪、铸流跟踪、铸坯跟踪等。
（2）过程工艺优化。过程工艺优化模型根据钢种的断面、标准和成分等特性以及相应可能的生产工况，结合既往的生产经验，指定相应的过程参数控制指标，以此控制和指导生产过程。
（3）二冷动态配水。在二级系统中采用动态配水模型来优化生产过程控制。动态配水模型对各区的配水进行动态控制，当生产过程中一些关键工况改变，如拉速变化，表面温度控制点发生温度偏离，钢水过热度异常时，通过动态配水模型取得新的冶金工况，对拉速，各段给水量等进行及时有效的调节，以期达到更好的铸坯质量。
（4）铸坯切割长度优化。切割优化监控铸坯切割过程，并尽量减少铸坯损失。
3.数据通信
（1）与连铸基础自动化进行数据通信，获取生产过程数据、传送生产控制管理数据。
（2）与生产调度系统进行数据通信，获取作业计划和生产（冶金规范）数据，传送连铸生产的关键工况数据和生产实绩数据。
（3）与炼钢检化验室进行数据通信，获取成分分析等数据。
三、连铸小方坯内部质量存在问题的解决措施
（一）连铸小方坯中心偏析的防控制措施
1.控制连铸拉速在一定范围内
有学者进行了其他工艺参数不变情况下单纯改变连铸拉速的试验，以观察对中心偏析的影响水平，其试验结果显示，在拉速不断升高的情况下，则铸坯在结晶器内部的停留时间也将会变的越来越短，钢水的凝固时间也相对被延长，铸坯液芯同时变长，这在一定程度上会将等轴晶的形核与长大推迟，柱状晶区也将会被扩大，促使柱状晶“搭桥”，这将造成有更高的几率会形成小钢锭结构，铸坯中心偏析会被明显加重。故可以确定，在将拉速控制在一定相对更理想的范围水平内，连铸方坯的中心偏析问题将得到一定程度改善。
2.增大二冷比水量
在其他相关工艺条件不改变的情况下，随着连铸二冷比水量的不断增大，高碳钢小方坯的中心碳偏析程度会逐渐降低，其原因就在于对小断面铸坯时，冷却的强度越大，那么铸坯的凝固时间也会更快，以至于部分溶质元素将会在未被析出的情况下就已经发生凝固，故将降低中心碳偏析。 3.改善电磁搅拌工艺
就高碳钢而言，单纯的M-EMS搅拌只能在一定程度将等轴晶区提高，同时也可以在一定程度将中心缩孔减轻，但就其对中心偏析的作用来看，其效果是非常有限的，基于此，采用M+F-MES的组合搅拌形式是非常有必要的。末端电磁搅拌（F-EMS）所具体发挥的作用比较明显，其不仅可对凝固两相区溶质元素的集聚发挥较好的分散作用，继而减少中心偏析，同时还能在很大程度上减轻中心等轴晶的滑移现象，继而减少半宏观偏析（V型偏析）。但需要注意的是，F-EMS的应用是需要具备一定前提条件的，那就是必须有较宽的中心等轴晶区和使用大功率搅拌凝固末端区域的糊状区，倘若搅拌的强度达不到要求，则所能发挥的效果也是并不十分明显的；M+F-EMS联用比较而言是最好的，但需保持相对恒定的拉速与稳定的过热度。
4.凝固末端喷水强冷
相关实验性研究结果显示：在现有连铸工艺条件下，铸坯末端喷水强冷与非强冷相比，其对铸坯的中心偏析程度有一定的影响。
（二）连铸小方坯中心缩孔的预防控制措施
1.控制浇钢温度
在进行高温浇注的情况下，柱状晶生长将会得到促进，继而大铸坯中心的搭桥机会也将大大增加，這最终又将会导致产生缩孔的几率明显提高。为最大程度避免出现高温钢浇注的情况，可以考虑稳定转炉的出钢温度，通过对生产工艺进行妥善调整，以尽量将连铸钢水过热度控制在15～20℃。
2.优化比水量
提速后，为了保证冷却需要，开始时比水量选得较大，铸坯冷却太快，易出现缩孔和裂纹。但比水量太小时，铸坯冷却慢，矫前温度过高，导致坯子带液芯矫直。经过几次摸索，最后将比水量稳定在1.45L/kg，铸坯缩孔得到了有效控制。
3.稳定二冷水压
在生产过程中，需对相关工作人员的配水参数给予密切监督，一旦发现有冷水压不稳以及冷却不均的情况，则必须在第一时间给予协调解决，不仅要保证有稳定的水压，而且要坚决避免不稳定二冷水压导致形成断续缩孔的情况。除此之外，进一步对零段水量进行统一化的规范要求，同时严格要求不能对水量进行随意调整。
四、结束语
当前，随着科技的发展，小方坯连铸的生产机械以及加工技术都得到了很大的提高，其内部质量也在逐渐的提高。但是其中仍然存在着不足的地方，需要进一步去改善。因此，要不断的实践经验进行总结，学习和借鉴国外的先进技术，从而提高技术水平，增强内部质量控制。
参考文献：
[1]曾光明，陈杰.浅析方坯连铸机的技术改造问题[J].科技与企业，2014，06：277.
[2]符豪，张炯明，赵新凯，肖超.小方坯连铸结晶器内热力行为研究[J].河南冶金，2014，03：9-13+34.
[3]马富平，包燕平.超低碳钢方坯连铸生产工艺研究[J].炼钢，2014，02：49-52.