东北大学学报（自然科学版）同步带轮钢液相线温度预报技术姜周华1，武拥军1，梁连科1，王东2，王连海（1.东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳0062.抚顺特殊钢有限责任公司，辽宁抚顺001）合金元素i其含量在0～21 范围内的不同浓度时对纯铁熔点的降低值，据此给出了新的钢液相线温度计算模型，提高了计算准确度并编制成计算机程序，可应用于在线计算，实现现场快速、准确预报之目的为确保钢连铸工艺顺利进行和连铸坯的质量，必须严格控制中间包的开浇温度其温度控制的设定值t（℃），一般选用该钢液相线温度t（℃），再加上某一温度t（℃）值又称钢液的过热度则中间包钢水温度控制的设定值t正确设定和控制中间包钢水的t基础是准确、快速提供该炉钢水的液相线温度t所以，只有准确、快速预报钢液相线温度，才可以为现场最佳低过热度操作提供可能性，才可为获得细晶粒组织和高质量的连铸坯提供保证生产实践表明，在同步带轮钢连铸生产中，由于中间包钢水温度控制的不合理，造成连铸坯质量不合格占不合格产品总量的17　1钢液相线温度t预报技术文献评述在炼钢过程中，同一钢号的每一炉钢，其化学成分不是绝对不变的，而是在合格成分的上下限波动，如采用实测液相线温度，则必需每炉都得测，这在客观上不可行，而且要快速报出其实测值也是不可能的所以，多采用数模计算法数模计算法均以Fei二元相图为基础（i为熔入铁中的元素），在其液相线上查出组元i质量分数为1 时引起纯铁熔点的变化值Δt i，称此值为组元i的温度系数再根据钢中组元i的质量分数w（i）值，便可用线性加和法计算出该炉钢的液相线温度t现仅介绍几种常用的液相线温度的计算模型1.1文献介绍的计算模型通常为纯铁的熔点w（i）钢液中组元i的实际质量分数Δt在Fei二元相图中组元i质量分数为1 时引起纯铁熔点的降低值―称之为温度系数组元代表：C ， Si，数值Δt钢中氮、氢和氧等气体对纯铁熔点综合影响的温度系数值元素i元素i在Fe中溶解度/ 温度系数Δt i浓度适用范围/ 该计算数模中碳元素的温度系数值按1.0 ～4.0 的范围给出的，这可提高计算的准确度但是，由于其它元素种类较少，浓度范围窄，而且不管氮、氢和氧的具体含量，均按经验取其综合温度系数为6℃，这些都可造成计算准确度不高计算实践表明，该数模计算的准确度为6～1.2日本人推荐的计算数模（1）通用计算数模纯铁的熔点式中数字为对应元素的温度系数Δt w（C）钢液中碳的质量分数，其它类推该式为所有钢种的通用计算数模其准确度为5～15℃（2）碳素钢计算数模式中符号意义同式（2）该式主要适用碳素钢其计算准确度为4℃（3）适用于特殊钢的计算数模该计算数模可称作回归式，式中符号意义同其计算准确度作者称良好上述介绍的各个计算数模，在实践中均得到了应用，并解决了不少问题但是，尚存在下列一些问题有待进一步提高：其一，钢液中诸元素只取其质量分数为1 时的温度系数进行线性加和，这与实际不符，因为从Fei二元相图中可明显看出，许多与铁构成的液相线是非线性关系，当其质量分数大于1 时更甚其二，计算中所包括的元素种类太少其三，有的计算数模把氮、氢、氧的作用笼统地归结为6℃，有的计算数模甚至根本不考虑它们的影响所以，由于上述三种情况，必然导致计算结果准确度不高另外，当用手工计算时，计算速度慢，且易产生错误，导致结果失真2钢液相线温度新计算数模的建立2.1新计算数模的建立为了进一步提高钢液相线温度计算的精度，在前人工作的基础上，针对铁基合金，重新建立计算液相线温度的新数模首先，考虑到各种钢中常见元素i有：M o，新的Fei二元相图的液相线结构，采用割线法，系统地计算了各组元质量分数在w （i）1（包括10 ，15 ，21等）的很宽质量分数（称之为研究质量分数w（i））范围内，组元i对纯铁熔点的影响（降低或升高）值Δt i，然后将其转化为1 的i组元对温度影响的温度系数Δt详细计算过程在此不赘述根据上述计算，并在式（2）的基础上，推出钢液相线温度t新计算数模为：或式中，1 536℃纯铁的熔点，本文所查阅的Fei二元相图中，其纯铁熔点均取1 536℃Δt钢液中组元i的质量分数为w（i）时引起纯铁熔点变化的温度系数值w （i）钢液中组元i的实际质量分数6℃钢中氮，氢和氧综合影响纯铁熔点变化的温度系数值用式（5）计算时，尽量选取与w （i）相同或相近w值，这可提高计算精度式（6）形式上虽与式（2）相同，但由于新数模的温度系数的获取是基于最新的相图数据，而且考虑的元素种类全，成分范围划分很细，并用割线法消除了积累误差，因而与原数模在计算精度上有本质的差别2.2新计算数模计算准确度的验证提供的9个钢种的化学组成和液相线温度实测值t l（实测），如表2所示，再根据各钢种的化学成分，用新数模公式（5）计算得到的液相线温度值t l（计算）亦列入表2中由表2中实测值t l（实测）与计算值t l（计算）比较可以看出，对这些钢种而言，在以t l（实测）为准时，新数模计算的准确度为：最大负偏差4.4℃，最大正偏差为2.53℃可见比公式（1），（2），（3）和（4）的准确度都高l（实测）与计算值t l（计算）比较编号钢种化学组成质量分数/ 液相线温度/℃实测值l（实测）计算值l（计算）偏差值l（实测）2.3计算机建模为克服手工计算速度慢及易出错等问题，将公式（5）及各元素的温度系数值编制成计算机程序，该程序名称为《钢液相线温度预报模型》模型程序框图如下图1所示本程序编制使用了BorlandC 语言具有功能强大、语言简洁、可移植性好、界面明快、实用、易操作和易维护等特点程序运行环境为本数模经实际运行表明具有下列特点：（1）计算结果精确精度可达小数点后2位数（2）灵敏度高任一元素含量仅有0 .01 的差别，可在本数模计算的液相线温度值上有反应（3）计算速度快将钢中各元素的含量输入后，在小于1 s时间内显示液相线温度计算结果（4）计算结果可显示、存储和通讯3新数模的修正和同步带轮钢液相线温度计算的实用数模3.1新数模的修正从表2中给出的结果可以看出，新数模的实测值与计算值存在4.40～2.53℃的偏差这些偏差主要是，其一，源于在求出温度系数时只考虑了Fei二元系i对Fe熔点影响，目前尚无法考虑元素间的相互作用其二，不管钢中实际氮、氢和氧含量，一律将它们的温度系数定为6℃为了进一步提高新数模计算准确度，对一个钢号而言，先实测其液相线温度值t l（实测），再根据其全分析的化学组成，按新数模计算式（6）计算出其液相线温度值t l（计算），则修正后的新数模表达式t l（修正）可写作：l（修正）l（实测）3.2计算同步带轮钢液相线温度的实用数模（1）普通同步带轮钢20CrM nTi的化学组成如表3所示？

  慈溪市贝力同步带轮有限公司是一家专业从事同步带、同步带轮、齿轮行业的专业生产企业。座落于长三角经济区桥头堡慈溪市逍林，西接世界最长杭州湾跨海大桥，东临中国第一深水港北仑，交通极为便利。
　　l（实测）=1 487℃（采用差热分析法测定）l（计算）l（实测）l（计算）④根据式（7），修正后实用数模为：l（实用）4结论（1）钢的液相线温度计算的新数模的其计算准确度的最大偏差为4 .40～2 .53℃，比前人各数模的准确度都高，且灵敏度高，适用性广而修正后的新数模其精度会更高（2）修正后的新数模编制成《钢液相线温度预报模型》实际运行表明，该模型具有计算结果准确度高、灵敏度高、计算速度快、误计算少其计算结果可显示、存储，又可与中间包温度控制系统通讯（3）同步带轮钢液相线温度计算的实用数模如下冶金工业部北京钢铁研究总院与鞍山钢铁公司钢铁研究所合译八十年代合金钢[ M]北京：冶金工业出版社， 1987.
　　①液相线温度实测值l（实测）②液相线温度据式（6）计算值t l（计算）③新数模计算的偏差值为l（实测）l（计算）④计算20CrMnTi钢液相线温度的实用数模根据式（7）为：l（实用）（2）优质同步带轮钢18Cr2Ni4WA的化学组成如表4所示？
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　　李传薪钢铁厂设计原理[ M]北京：冶金工业出版社，陈家祥炼钢常用图表数据手册[ M]北京：冶金工业出版