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齒條鋼液相線溫度預報技術

 

  合金元素i其包含比重在0~21 範圍(fàn wéi)內的不同濃度時對純鐵熔點的降低值,據此給出了新的鋼液相線溫度計算模型,提高了計算準確度並編製成計算機程序,可應用於在線計算,實現現場快速、準確預報之目的為確保鋼連鑄工藝順利進行和連鑄坯的質量,必須嚴格控製中間包的開澆溫度其溫度控製的設定值t(℃),一般選用該鋼液相線溫度t(℃),再加上某一溫度t(℃)值又稱鋼液的過熱度則中間包鋼水溫度控製的設定值t正確設定和控製中間包鋼水的t基礎是準確、快速提供該爐鋼水的液相線溫度t所以,隻有準確、快速預報鋼液相線溫度,才可以為現場最佳低過熱度操作控製提供可能性,才可為獲得細晶粒組織和高質量的連鑄坯提供保證生產實踐表明,在齒條鋼連鑄生產中,由於中間包鋼水溫度控製的不合理,造成連鑄坯質量不合格占不合格產品(Product)總量的17 1鋼液相線溫度t預報技術文獻評述在煉鋼過程(guò chéng)中,同一鋼號的每一爐鋼,其化學成分不是絕對不變的,而是在合格成分的上下限波動,如采用實測液相線溫度,則必需每爐都得測,這在客觀上不可行,而且要快速報出其實測值也是不可能的所以,多采用數模計算法數模計算法均以Fei二元相圖為基礎(i為熔入鐵中的元素),在其液相線上查出組元i質量分數為1 時引起純鐵熔點的變化值Δt i,稱此值為組元i的溫度係數再根據鋼中組元i的質量分數w(i)值,便可用線性加和法計算出該爐鋼的液相線溫度t現僅介紹幾種常用的液相線溫度的計算模型1.1文獻介紹的計算模型通常為純鐵的熔點w(i)鋼液中組元i的實際質量分數Δt在Fei二元相圖中組元i質量分數為1 時引起純鐵熔點的降低值―稱之為溫度係數組元代表:C , Si,數值Δt鋼中氮、氫和氧等氣體對純鐵熔點綜合影響(influence)的溫度係數值元素i元素i在Fe中溶解度/ 溫度係數Δt i濃度適用範圍/ 該計算數模中碳元素的溫度係數值按1.0 ~4.0 的範圍給出的,這可提高計算的準確度但是,由於其它元素種類較少,濃度範圍窄,而且不管氮、氫和氧的具體含量,均按經驗取其綜合溫度係數為6℃,這些都可造成計算準確度不高計算實踐表明,該數模計算的準確度為6~1.2日本人推薦的計算數模(1)通用計算數模純鐵的熔點式中數字為對應元素的溫度係數Δt w(C)鋼液中碳的質量分數,其它類推該式為所有鋼種的通用計算數模其準確度為5~15℃(2)碳素鋼計算數模式(pattern)中符號意義同式(2)該式主要適用碳素鋼其計算準確度為4℃(3)適用於特殊鋼的計算數模該計算數模可稱作回歸式,式中符號意義同其計算準確度作者稱良好上述介紹的各個計算數模,在實踐中均得到了應用,並解決了不少問題(Emerson)但是,尚存在下列一些問題有待進一步提高:其一,鋼液中諸元素隻取其質量分數為1 時的溫度係數進行線性加和,這與實際不符,因為從Fei二元相圖中可明顯看出,許多與鐵構成的液相線是非線性關係,當其質量分數大於1 時更甚其二,計算中所包括(bāo kuò)的元素種類太少其三,有的計算數模把氮、氫、氧的作用籠統地歸結為6℃,有的計算數模甚至根本不考慮它們的影響所以,由於上述三種情況(Condition),必然導致(cause)計算結果準確度不高另外,當用手工計算時,計算速度慢,且易產生錯誤,導致結果失真2鋼液相線溫度新計算數模的建立2.1新計算數模的建立為了進一步提高鋼液相線溫度計算的精度,在前人工作的基礎上,針對鐵基合金,重新建立計算液相線溫度的新數模首先,考慮到各種鋼中常見元素i有:M o,新的Fei二元相圖的液相線結構,采用割線法,係統(system)地計算了各組元質量分數在w
  (i)1(包括(bāo kuò)10 ,15 ,21等)的很寬質量分數(稱之為研究質量分數w(i))範圍(fàn wéi)內,組元i對純鐵熔點的影響(influence)(降低或升高)值Δt i,然後將其轉化為1 的i組元對溫度影響的溫度係數Δt詳細計算過程(guò chéng)在此不贅述根據上述計算,並在式(2)的基礎上,推出鋼液相線溫度t新計算數模為:或式中,1 536℃純鐵的熔點,本文所查閱的Fei二元相圖中,其純鐵熔點均取1 536℃Δt鋼液中組元i的質量分數為w(i)時引起純鐵熔點變化的溫度係數值w
  (i)鋼液中組元i的實際質量分數6℃鋼中氮,氫和氧綜合影響(influence)純鐵熔點變化的溫度係數值用式(5)計算時,盡量選取與w
  (i)相同或相近w值,這可提高計算精度式(6)形式上雖與式(2)相同,但由於新數模的溫度係數的獲取是基於最新的相圖數據(data),而且考慮的元素種類全,成分範圍(fàn wéi)劃分很細,並用割線法消除了積累偏差,因而與原數模在計算精度上有本質的差別2.2新計算數模計算準確度的驗證提供的9個鋼種的化學組成和液相線溫度實測值t l(實測),如表2所示,再根據各鋼種的化學成分,用新數模公式(5)計算得到的液相線溫度值t l(計算)亦列入表2中由表2中實測值t l(實測)與計算值t l(計算)比較可以看出,對這些鋼種來說,在以t l(實測)為準時,新數模計算的準確度為:最大負偏差4.4℃,最大正偏差為2.53℃可見比公式(1),(2),(3)和(4)的準確度都高l(實測)與計算值t l(計算)比較編號鋼種化學組成質量分數/ 液相線溫度/℃實測值l(實測)計算值l(計算)偏差值l(實測)2.3計算機建模為克服手工計算速度慢及易出錯等問題(Emerson),將公式(5)及各元素的溫度係數值編製成計算機程序,該程序名稱為《鋼液相線溫度預報模型》模型程序框圖如下圖1所示本程序編製使用了BorlandC 語言具有功能強大、語言簡潔、可移植性好、界麵明快、實用、易操作控製和易維護等特性程序運行環境為本數模經實際運行表明具有下列特點:(1)計算結果精確精度可達小數點後2位數(2)靈敏度高任一元素包含比重僅有0 .01 的差別,可在本數模計算的液相線溫度值上有反應(3)計算速度快將鋼中各元素的含量輸入後,在小於1 s時間內顯示液相線溫度計算結果(4)計算結果可顯示、存儲和通訊3新數模的修正和齒條鋼液相線溫度計算的實用數模3.1新數模的修正從表2中給出的結果可以看出,新數模的實測值與計算值存在4.40~2.53℃的偏差這些偏差主要是,其一,源於在求出溫度係數時隻考慮了Fei二元係i對Fe熔點影響(influence),目前尚沒有辦法考慮元素間的相互作用其二,不管鋼中實際氮、氫和氧含量,一律將它們的溫度係數定為6℃為了進一步提高新數模計算準確度,對一個鋼號而言,先實測其液相線溫度值t l(實測),再根據其全分析的化學組成,按新數模計算式(6)計算出其液相線溫度值t l(計算),則修正後的新數模表達式t l(修正)可寫作:l(修正)l(實測)3.2計算齒條鋼液相線溫度的實用數模(1)普通齒條鋼20CrM nTi的化學組成如表3所示?
  ①液相線溫度實測值l(實測)
  ②液相線溫度據式(6)計算值t l(計算)
  ③新數模計算的偏差值為l(實測)l(計算)
  ④計算20CrMnTi鋼液相線溫度的實用數模根據式(7)為:l(實用)(2)優質齒條鋼18Cr2Ni4WA的化學組成如表4所示?
  l(實測)=1 487℃(采用差熱分析(Analyse)法測定)l(計算)l(實測)l(計算)
  ④根據式(7),修正後實用數模為:l(實用)4結論(1)鋼的液相線溫度計算的新數模的其計算準確度的最大偏差為4 .40~2 .53℃,比前人各數模的準確度都高,且靈敏度高,適用性廣而修正後的新數模其精度會更高(2)修正後的新數模編製成《鋼液相線溫度預報模型》實際運行表明,該模型具有計算結果準確度高、靈敏度高、計算速度快、誤計算少其計算結果可顯示、存儲,又可與中間包溫度控製(control)係統(system)通訊
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