[发明专利]薄带连铸裂纹和凝固组织在线预报及控制方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及薄带连铸技术，尤其涉及薄带连铸裂纹和凝固组织在线预报及控制方法。

(二)背景技术

对连铸坯或铸带质量进行可靠的在线监控和预报，减少铸坯缺陷，满足使用性能，这对提高铸坯或铸带质量都是极为重要的。不论是常规连铸还是薄带连铸工艺，连铸坯或铸带内部的凝固组织，缩松以及表面裂纹等缺陷甚至漏钢等事故都直接与水冷结晶器铜板或水冷结晶辊和钢水之间的传热和冷却相关。可用热流密度来表示结晶辊或结晶器铜板的传热能力。因此通过监测热流密度可以实现对铸坯质量的在线监测和预报的目的。

通常结晶器热流密度在线检测总是基于温度的检测。因此在常规的连铸过程中，在结晶器铜壁内埋入不同数量的热电偶来监测结晶器铜板的温度是目前最成熟的而且已经被广泛使用的技术。如专利US5020585，US4949777公开了一种用于板坯漏钢预报的方法，其要点是在结晶器铜壁不同点埋入热电偶和温度传感器，通过检测各点温度变化来进行漏钢预报。对于这些基于温度检测的系统，若要进一步考察热流密度的情况，则只能由温度检测值进行近似计算或用模型进行计算。另一种方法是直接检测热流密度。专利US455364采用了一种直接进行热流检测的片状传感器，并根据热流的变化来进行漏钢预报。专利CN200420082415.X公布了一种用来直接检测圆坯的热流密度的方法和装置。

薄带连铸是钢水经过高速旋转的结晶辊，并在轧制力的作用下凝固成2-5mm铸带。目前薄带连铸生产的基本工艺过程是：薄带连铸机(双辊、单辊、轮带式)-密闭室-活套-夹送辊-热轧(单机架或两机架或无)-控冷-卷取。钢水从钢包经过长水口、中间包和浸入式水口进入旋转的水冷结晶辊与侧封板形成的熔池内，经过水冷结晶辊的冷却形成铸带，通过摆动导板、夹送辊将铸带送至铸带输送辊道，经过热轧机，喷淋冷却，飞剪直至卷取机。在薄带连铸工艺中，在结晶辊内安装热电偶直接测量结晶辊铜套的温度和热流密度都是很困难的。这是因为传统连铸拉速一般比较低，拉速一般是1.2～5m/min，结晶器铜板只有上下的振动。而薄带连铸的结晶辊是高速旋转的设备，转速一般要达到100m/min。这就要求安装在结晶辊内部的热电偶引出线也要能够高速旋转，这给密封和信号线的连接，抗干扰处理带来很大的困难。目前还未见在结晶辊内部安装热电偶直接测量结晶辊铜套的温度和热流密度的报道。因此在薄带连铸中，结晶辊表面温度和热流密度主要是根据模型计算获得。

另外，除了利用结晶器铜板的表面温度信号进行铸坯的裂纹和质量预测外，专利DE69622966T公布了一种利用模型对连铸坯的夹杂物进行监控和预报的方法；JP05087801公布了一种通过模型对最终产品的奥氏体晶粒度，铁素体含量以及各种显微组织进行预测。对连铸坯或铸带的表面和内部质量进行在线预报和控制是提高产品质量的主要手段。

在传统的热轧带钢的生产中，最终产品的质量和性能除了与连铸坯的铸态凝固组织和质量密切相关外，经过后续的热轧可以很大程度地提高材料的组织和性能。与传统的热轧带钢的生产工艺不同的是双辊薄带连铸直接浇注的铸带就是2-5mm的带钢，铸态组织或经过一个道次的在线热轧就可以直接使用，相当于传统的热轧带钢。因此铸带的铸态凝固组织和质量决定了产品的最终性能。目前已进行的研究工作表明：不管是硅钢，不锈钢还是碳钢，其快速凝固组织基本是相似的，其主要的特征是：细柱状晶从两边向内生长，直至钢带的中心，在一些情况下，在钢带的中心有一层等轴晶。柱状晶中晶体的成长是择优位向沿着垂直于模壁的散热方向朝液体中伸展的，而其它位向的枝晶的长大都受到阻碍，使树枝晶得不到充分地发展，因而树枝晶的分枝少，结晶后的显微缩孔少，枝晶之间夹杂少，组织致密。但由于柱状晶较粗大，因而较脆，并且位向一致，引起热加工困难。同时在从两个相邻模壁上长出来的柱状晶的接触面上即铸锭中间面上容易集中气体和夹杂物之类的杂质，在后来的轧制过程中容易沿着这些界面产生裂纹，甚至铸锭在快速时也容易沿这些界面产生开裂。人们把这些面称之为弱面。等轴晶与柱状晶相比，因各枝晶彼此嵌合，结合得比较牢固，不产生弱面，在热加工过程中不容易开裂，同时铸带性能也不呈方向性。由于铸带的凝固组织直接影响着铸带的质量和性能，因此在线对铸带的凝固组织进行预测和控制就显得尤为重要。对不同的材料，要根据材料的使用性能来确定材料的凝固组织。

(三)发明内容