一种控制重轨钢冶炼过程的中间包钢水温度的方法与流程

1.本发明属于冶金领域，尤其涉及一种控制重轨钢冶炼过程的中间包钢水温度的方法。


背景技术：

2.重轨钢是轨道交通的重要材料，是我国高铁稳定运行的保障。重轨钢的质量控制关系到高铁的稳定运行，而重轨钢质量的控制与连铸过程中间包钢水温度有明显关系。当温度波动较大时，重轨钢连铸坯质量会波动较大。为了提高重轨钢质量水平，稳定控制中间包钢水温度是提高重轨钢整体质量的迫切需要。
3.现有技术中，存在类似的研究。
4.中国专利申请cn202110439484.x公开一种连铸微合金化生产方法，涉及冶金领域。连铸微合金化生产方法，包括：在连铸工序中使用具有中空石墨电极的等离子加热装置对中间包的钢水进行加热，加热过程中预添加金属原料随着氢气通过所述中空石墨电极进入所述中间包。本技术提供的连铸微合金化生产方法，可以有效的解决现有生产工艺中存在的铸蚽内元素聚集、铸蚽表面产生裂纹、部分炉次出现水口堵塞的问题，提高合金收得率和合金质量。该方法描述的采用等离子加热，并且未考虑到钢水浇铸过程温度、钢包状态、加热功率等因素对温度控制的影响。
5.基于以上，有必要开发一种稳定且精确控制中间包钢水温度以提高重轨钢整体质量的方法。


技术实现要素：

6.基于此，有必要针对上述技术问题，采用以下技术方案：
7.本发明提供一种控制重轨钢冶炼过程的中间包钢水温度的方法，其特征在于，所述重轨钢冶炼过程包括转炉冶炼、lf精炼、rh精炼以及连铸；
8.所述连铸的过程采用中间包线圈式感应加热，通过控制所述线圈式感应加热的总功率来控制所述中间包中的钢水的温度；
9.所述中间包的总功率的控制方法为：
10.p＝q*t/t/n/a/b
11.q—钢水加热常数；t—中间包内的钢水需要加热的温度值，℃；t—钢水在中包加热通道内停留时间，s；n—热效率常数；a—钢包状态系数；b—钢水量系数；
12.其中，所述钢水量系数为进入中间包的钢水量对应的加热系数。
13.进一步地，中间包内的钢水需要加热的温度值＝中间包内的钢水的需加热目标温度值-进入中间包前的钢水温度。
14.进一步地，所述钢包状态系数为钢包的状态对应的加热系数。
15.进一步地，钢包状态为正常时，所述钢包状态系数为0.99；钢包状态为小修罐或中包第一炉时，所述钢包状态系数为0.90；钢包状态为大修罐时，所述钢包状态系数为0.80
(此处只需要明确钢包是什么状态，明确钢包的大致温降，从而确定需要加热的系数即可)。
16.进一步地，所述钢水量系数为钢包内的钢水量对应的系数。
17.进一步地，所述钢水量为0-30t时，所述钢水量系数为1.1；所述钢水量为31-80t时，所述钢水量系数为0.98；以及所述钢水量为81-130t时，所述钢水量系数为0.92。
18.进一步地，钢水经过rh精炼后的出站温度控制在重轨钢液相线温度以上50-70℃。
19.进一步地，钢水经过rh精炼后的出站温度控制在重轨钢液相线温度以上55-60℃。
20.进一步地，中间包线圈式感应加热的电压范围0-3000v，电流范围0-1000a。
21.进一步地，中间包加热后的钢水温度值为＝中间包内的钢水的需加热目标温度值
±
3℃。
22.本发明具有以下有益技术效果：
23.本发明的控制重轨钢冶炼过程的中间包钢水温度的方法考虑到钢水浇铸过程温度、中间包的钢包状态、中间包的加热功率等因素对温度控制的影响，对重轨钢温度进行稳定控制。根据钢水重量、钢包状态以及对应的加热系数，制定合适的控制中间包的加热功率公式，保证重轨钢生产时中间包内钢水温度稳定控制在目标温度的
±
3℃。
24.本发明的控制重轨钢冶炼过程的中间包钢水温度的方法采用中间包感应加热，保证重轨钢生产时中间包内钢水温度稳定控制在目标温度的
±
3℃内重轨钢的合格率100％，并且本发明的方法充分考虑了钢水浇铸过程中间包的钢包状态和钢水量对温度的影响。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明实施例进一步详细说明。
26.本发明所要解决的技术问题是提供一种控制重轨钢冶炼过程的中间包钢水温度的方法,通过该控制方法能有效地控制重轨钢中间包内钢水目标温度在
±
3℃以内。
27.本发明的实施例适用于重轨钢所有牌号产品，采用的工艺流程为：120t转炉冶炼—lf精炼—rh精炼—280mm
×
380mm大方坯连铸，从而得到重轨钢；
28.连铸的过程采用中间包线圈式感应加热，通过控制中间包的总功率来控制中间包中的钢水的温度；
29.根据钢水温度需要选择合适的加热功率和曲线，中间包的总功率的控制方法为：
30.p＝q*t/t/n/a/b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
31.q—钢水加热常数，0.0025kw
·
h/(℃
·
kg)；t—中间包内的钢水需要加热的温度值，℃；t—钢水在中包加热通道内停留时间，s；n—热效率常数，0.7；a—钢包状态系数；b—钢水量系数；
32.其中，钢水量系数为进入中间包的钢水量对应的加热系数；
33.钢水在中包加热通道内停留时间为1-3s。
34.中间包内的钢水需要加热的温度值＝中间包内的钢水的需加热目标温度值-进入中间包前的钢水温度。
35.钢包状态为正常时，所述钢包状态系数为0.99；钢包状态为小修罐或中包第一炉时，所述钢包状态系数为0.90；钢包状态为大修罐时，所述钢包状态系数为0.80。对于本实施例的130t钢水量的钢包，钢水量系数包括钢水量为0-30t的系数、钢水量为31-80t的系数
和钢水量为81-130t的系数。
36.钢水量为0-30t的系数为1.1；钢水量为31-80t的系数为0.98；以及钢水量为81-130t的系数为0.92。
37.钢水经过rh精炼后的出站温度控制在重轨钢液相线温度以上50-70℃。
38.钢水经过rh精炼后的出站温度控制在重轨钢液相线温度以上55-60℃。
39.中间包线圈式感应加热的电压范围0-3000v，电流范围0-1000a，更优选择为0-2400v，0-800a。可以根据公式(1)计算出的总功率(p)，通过p＝u*i得到电压和电流的设定值，具体在中间包线圈式感应加热的系统上进行设定。
40.中间包加热后的钢水温度值为＝中间包内的钢水的需加热目标温度值
±
3℃。
41.本发明连铸温度控制在重轨钢液相线温度以上20-40℃，更优选为25-30℃。
42.实施例1
43.生产重轨钢u75v时，重轨钢u75v的液相线温度为1463℃。采用的工艺流程为：120t转炉冶炼—lf精炼—rh精炼—280mm
×
380mm大方坯连铸。
44.钢水rh精炼的出站温度控制在重轨钢钢水温度为：1523℃。
45.钢水到连铸过程时，钢水量为130t，开浇温度为1492℃，目标控制温度(钢水浇注完成后130t钢水在中间包的平均温度)为1495℃。需要对钢水在中间包加热3℃达到目标控制温度。
46.连铸过程采用中间包线圈式感应加热，此时钢包状态为热状态(即正常状态)，系数a选择0.99。在向中间包浇铸0-30t钢水时，钢水量系数b选择1.1，根据公式(1)计算中间包的总功率后将电压选择800v，电流选择310a；在向中间包浇铸31-81t时，钢水量系数选择0.98，根据公式(1)计算中间包的总功率后将电压选择800v，电流选择347a；在向中间包浇铸81-130t时，钢水量系数选择0.92，根据公式(1)计算中间包的总功率后将电压选择800v，电流选择386a。通过上述分阶段(不同的向中间包浇铸的钢水量)的中间包感应加热总功率控制，中间包内钢水温度控制在目标温度1492-1496℃以内。
47.实施例2
48.生产重轨钢u71mn时，重轨钢u71mn的液相线温度为1469℃。采用的工艺流程为：120t转炉冶炼—lf精炼—rh精炼—280mm
×
380mm大方坯连铸。
49.钢水rh精炼的出站温度控制在重轨钢钢水温度为：1524℃。
50.钢水到连铸过程时，钢水量为129t，开浇温度为1496℃，目标控制温度(钢水浇注完成后130t钢水在中间包的平均温度)为1498℃。需要对钢水在中间包加热2℃达到目标控制温度。
51.连铸过程采用中间包线圈式感应加热，此时钢包状态为小修罐或中包第一炉，系数a选择0.90。在向中间包浇铸0-30t时，钢水量系数b选择1.1，根据公式(1)计算中间包的总功率后将电压选择1000v，电流选择181a；在向中间包浇铸31-81t时，钢水量系数b选择0.98，根据公式(1)计算中间包的总功率后将电压选择1000v，电流选择204a；在向中间包浇铸81-130t时，钢水量系数b选择0.92，根据公式(1)计算中间包的总功率后将电压选择1000v，电流选择210a。通过上述分阶段(不同的向中间包浇铸的钢水量)的中间包感应加热总功率控制，中间包内钢水温度控制在目标温度1495-1501℃以内。
52.实施例3
53.生产重轨钢u75v时，其液相线温度为1463℃。采用的工艺流程为：120t转炉冶炼—lf精炼—rh精炼—280mm
×
380mm大方坯连铸。
54.钢水rh精炼的出站温度控制在重轨钢钢水温度为：1521℃。
55.钢水到连铸过程时，钢水量为130t，开浇温度为1491℃，目标控制温度(钢水浇注完成后130t钢水在中间包的平均温度)为1495℃。需要对钢水在中间包加热4℃达到目标控制温度。
56.连铸过程采用中间包线圈式感应加热，此时钢包状态为大修罐(即为冷状态)，系数a选择0.80。在向中间包浇铸0-30t时，钢水量系数b选择1.1，根据公式(1)计算中间包的总功率后将电压选择900v，电流选择454a；在向中间包浇铸31-81t时，钢水量系数b选择0.98，根据公式(1)计算中间包的总功率后将电压选择900v，电流选择510a；在向中间包浇铸81-130t时，根据公式(1)计算中间包的总功率后将钢水量系数b选择0.92，电压选择900v，电流选择526a。通过上述分阶段(不同的向中间包浇铸的钢水量)的中间包感应加热总功率控制，中间包内钢水温度控制在目标温度1491-1497℃以内。
57.对比例1
58.生产重轨钢u75v时，其液相线温度为1463℃。采用的工艺流程为：120t转炉—lf精炼—rh精炼—280mm
×
380mm大方坯连铸。
59.钢水rh精炼出站温度控制在重轨钢钢水温度为1533℃，rh精炼的温度过高，比液相线温度高70摄氏度。
60.钢水到连铸时，钢水量为130t，开浇温度为1506℃，目标控制温度为1495℃。由于开浇温度高于目标控制温度，则不需要对钢水进行中间包加热。中间包内钢水温度控制在目标温度1494-1506℃以内。
61.对比例1说明了如果钢水rh精炼出站温度没有控制在重轨钢液相线温度以上50-70℃，那么则会影响后续中间包的温度控制。
62.对比例2
63.生产重轨钢u71mn时，其液相线温度为1469℃。采用的工艺流程为：120t转炉—lf精炼—rh精炼—280mm
×
380mm大方坯连铸。
64.钢水rh精炼出站温度控制在重轨钢钢水温度为1505℃，rh精炼的温度过低，比液相线温度低摄氏度36摄氏度。
65.钢水到连铸时，钢水量为129t，开浇温度温1475℃，目标控制温度为1498℃。需要对钢水进行加热23℃达到目标值。
66.连铸过程采用中间包线圈式感应加热，钢包状态为大修罐，系数a选择0.80。在浇铸0-30t时，钢水量系数选择1.1，电压选择2400v，电流选择800a；在浇铸31-81t时，钢水量系数选择0.98，电压选择2400v，电流选择800a；在浇铸81-130t时，钢水量系数选择0.92，电压选择2400v，电流选择800a。通过上述中间包感应加热总功率控制，中间包内钢水温度控制在目标温度1475-1485℃以内。
67.对比例2说明了如果钢水rh精炼出站温度没有控制在重轨钢液相线温度以上50-70℃，那么则会影响后续中间包的温度控制。
68.对比例3
69.生产重轨钢u71mn时，其液相线温度为1469℃。采用的工艺流程为：120t转炉—lf
精炼—rh精炼—280mm
×
380mm大方坯连铸。
70.钢水rh出站温度控制在重轨钢钢水温度为：1505℃。
71.钢水到连铸时，钢水量为129t，开浇温度温1475℃，目标控制温度为1498℃。需要对钢水进行加热23℃达到目标值。
72.连铸过程采用中间包线圈式感应加热，不考虑钢包状态和钢水量，没有如实施例1-3所述的根据不同的浇注钢水量进行电功率的调整，只是电压选择1000v，电流选择800a，中间包内钢水温度控制在目标温度1500-1508℃以内。
73.对比例3说明了没有细化的调控中间包的总功率，则无法精确的将钢水温度控制在目标温度值。
74.以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
75.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。