一种基于残余氧前馈控制的烘烤硬化钢碳含量自锁定方法与流程

本发明涉及钢铁冶金，具体涉及一种基于残余氧前馈控制的烘烤硬化钢碳含量自锁定方法。

背景技术：

1、烘烤硬化钢是一种通过油漆烘烤过程中的应变时效效应实现强度提升的汽车外板用钢，其性能核心在于钢中有效固溶碳含量的精准控制，通常认为，固溶碳含量控制在10~15ppm或14~19ppm范围内即可获得稳定的烘烤硬化值。

2、公开号为cn107502706a的中国专利公开了一种烘烤硬化钢的冶炼控制方法，其流程为：转炉出钢→获取炉后碳含量→根据炉后碳含量和进站氧含量确定是否吹氧→真空脱碳→加铝脱氧→加微碳锰铁和铌铁合金化→根据碳含量和铌含量计算调碳量→加入中碳锰铁；该方法的核心在于“合金化后取样测碳和铌→根据实测值计算调碳量→补加中碳锰铁”，属于典型的“检测→计算→补加”正向反馈控制模式，该模式高度依赖于rh终点碳含量的在线检测精度，而超低碳条件下的碳含量分析受取样代表性、制样污染、仪器精度等多重因素影响，检测波动可高达±5ppm，这一误差已与bh钢碳含量控制窗口（约±3ppm）相当，导致“越测越不准、越补越偏差”的恶性循环。

3、公开号为cn202210443587的中国专利提出了一种超低碳烘烤硬化钢碳含量的精准控制方法，其核心思想是不依赖取样测碳值进行碳含量控制，然而，该方法仍属于“统计模型预测→统一增碳”的开环控制模式：基于浇次顺序和增碳历史经验确定统一的增碳剂加入量，缺乏对不同炉次实际脱碳状况的差异化应对能力，无法解决同一浇次内各炉次之间碳含量的批次波动问题。

4、公开号为cn116121491a的中国专利公开了一种精确控制bh钢中固溶碳含量的方法，在rh精炼过程中动态控制c含量与nb含量的匹配，但该方法的核心仍是“动态控制”，即以脱碳终点碳含量检测值为基准来调整铌加入量，本质上仍属于依赖测碳的正向反馈控制框架，并未解决测碳误差的根本问题。

5、现有技术中未能彻底摆脱对碳含量中间检测的依赖、或以检测值为反馈参数，或以检测值为开环控制基准，均无法实现真正意义上的“不测碳、不依赖碳含量检测”的自锁定控制，因此，亟需发展一种从根本上脱离碳含量检测依赖的控制方法。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在bh钢碳含量控制过度依赖碳含量中间检测、测碳误差直接导致碳含量波动的技术问题，本发明提供一种基于残余氧前馈控制的烘烤硬化钢碳含量自锁定方法，通过“脱碳-残余氧精确控制-微合金化时序锁定-自锁定”的控制路径，从根本上消除测碳误差对成品碳含量的干扰，以rh脱碳结束后的残余氧含量作为核心前馈控制参量，通过精确控制残余氧含量，利用残余氧与后续铝脱氧反应之间的定量关系，将钢液在合金化前的冶金状态锁定在预设窗口内，再通过铌、钛、硼的协同微合金化时序完成碳含量的自锁定，全程无需任何中间碳含量检测，解决了现有技术中存在bh钢碳含量控制过度依赖碳含量中间检测、测碳误差直接导致碳含量波动的的技术问题，消除了测碳误差对碳含量控制的干扰，实现碳含量锁定精度可达±3ppm以内，bh值合格率可稳定在98%以上的技术效果。

2、本发明技术方案如下：

3、一种基于残余氧前馈控制的烘烤硬化钢碳含量自锁定方法，包括如下步骤：

4、步骤（1），出钢量与钢包源头碳控制：固定转炉装入量，控制出钢钢水量稳定，执行钢包专包专用；

5、步骤（2），rh进站条件控制：控制钢水进rh工位前的温度、氧含量和碳含量在预设范围内；

6、步骤（3），深度脱碳与残余氧目标控制：钢水进rh工位后进行真空脱碳处理，脱碳结束后直接控制钢水中的残余氧含量在预定目标窗口内，不对钢水进行碳含量中间检测；

7、步骤（4），铝脱氧与氮消耗：脱碳结束后破空，首先加入铝进行脱氧合金化，并在加铝后保持预定间隔时间；

8、步骤（5），钛硼协同加入：间隔结束后，按预定配比同时加入钛铁和硼铁；

9、步骤（6），固铌自锁定与富余碳预留：根据步骤（3）中的残余氧含量，按预设前馈规则确定铌铁的加入量并加入，将钢中有效固溶碳含量自锁定在目标区间内，随后通过富余碳预留策略，在合金化末期，加入微量高碳锰铁，为连铸过程中出现的物理增碳预留缓冲空间；

10、步骤（7），连铸工艺补偿与反算自校验：将步骤（6）中有效固溶碳含量已自锁定的钢水，浇铸为连铸坯，连铸过程中采用无碳保护渣和低增碳中间包覆盖剂，得连铸坯成品样，对连铸坯成品样进行碳含量检测，若检测结果在碳含量自锁定目标区间内，则验证富余碳预留量合理，完成反算自校验，若检测结果偏离碳含量自锁定目标区间，则作为下一炉次铌铁加入量微调的依据。

11、进一步的，步骤（1）中，出钢钢水量为228±2t，钢包专包专用要求为无包底残留、上炉钢未添加稻壳碳源污染物。

12、进一步的，步骤（2）中，rh进站温度为1625±8℃、氧含量为480±60ppm、碳含量≤0.040%，并遵循温度高氧偏下限、温度低氧偏上限的互补匹配原则。

13、进一步的，步骤（3）中，残余氧含量的预定目标窗口为300-450ppm，若残余氧含量低于300ppm，需补充吹氧至目标窗口，若残余氧含量高于450ppm，则按标准合金化流程继续进行。

14、进一步的，步骤（4）中，预定间隔时间为4-6分钟，这一间隔的工艺目的在于：使铝充分完成脱氧反应，钢液趋于镇静；利用铝与钢中残余氮结合生成aln，预先消耗钢水中部分氮元素；为后续硼、钛、铌的加入创造稳定的冶金环境。

15、进一步的，步骤（5）中，钛铁加入量为钢水重量的0.0055%±0.0004%，硼铁加入量为钢水重量的0.0066%±0.0004%，加入量的设计依据是钢水中钛的加入优先与残余氮反应生成tin，进一步消耗氮元素，对硼形成“双重固氮保护”，包括第一重是al与n结合生成aln，初步消耗氮；第二重是ti与残余n结合生成tin，深度消耗氮，通过双重固氮保护，使硼主要以固溶形式存在于钢中，避免形成bn而被固定失效，固溶硼原子偏聚于晶界，是bh钢实现烘烤硬化效应的重要基础之一。

16、进一步的，步骤（6）中，预设的前馈规则为残余氧含量在300-350ppm时,铌铁加入量为钢水重量的0.00614%-0.00636%；残余氧含量在350-400ppm时，铌铁加入量为钢水重量的0.00636%-0.00680%，残余氧含量在400-450ppm时，铌铁加入量为钢水重量的0.00680%-0.00702%。，铌铁的加入量根据残余氧含量的前馈信息预先确定，而非依赖碳含量检测值，铌的加入具有双重作用：一是通过形成nbc固定部分碳原子，将有效固溶碳含量锁定在目标区间内；二是纳米级nbc析出物可作为有利的强化相，提升钢的强度，至此，通过“残余氧前馈-变铌自锁定”的控制逻辑，全程未对碳含量进行任何中间检测，即已将钢水碳含量锁定在目标区间内。

17、进一步的，步骤（6）中，碳含量自锁定目标区间为14-19ppm。

18、进一步的，步骤（6）中，高碳锰铁的加入量为钢水重量的0.0035%-0.0053%，该操作的目的是为补偿连铸过程中出现的不可控物理增碳预留缓冲空间，因为铌的加入量是按精确锁定设计的，若不加预留而出现物理增碳，反而导致碳含量超标，预留的目的是使实际碳含量“略偏低”而非“锁定在正中心”，以“低限留裕度”策略应对连铸过程的微量增碳。

19、本发明的有益效果在于：

20、（1）本发明以rh脱碳结束后的残余氧含量替代碳含量作为核心前馈控制的参量，通过精确控制残余氧含量，利用残余氧与后续铝脱氧反应之间的定量关系，将钢液在合金化前的冶金状态锁定在预设目标窗口内，在通过铌、钛、硼的协同微合金化时序完成碳含量的自锁定，全程无需任何中间碳含量检测，消除了测碳误差对碳含量控制的干扰，碳含量锁定精度可达±3ppm以内，bh值合格率可稳定在98%以上。

21、（2）本发明通过以残余氧含量作为铌加入量的前馈控制依据，实现了全程不依赖碳含量中间检测的自锁定控制，突破了“以铌定碳”对碳含量中间检测的依赖。

22、（3）本发明以高精度参数替代低精度参数，使残余氧含量测定快速、直接、精度高（误差±10ppm），远优于超低碳条件下碳含量分析的精度（误差±5ppm以上），以高精度控制参量替代低精度参量进行前馈控制，提升了控制精度。