多點連續(xù)測量模擬連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液凝固傳熱過程的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)是一種多點連續(xù)測量模擬連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液凝固傳熱過程的方法，該方法是以板坯連鑄機結(jié)晶器銅板熱電偶實時測量得到的溫度分布數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，利用鑄機參數(shù)、鋼種數(shù)據(jù)參數(shù)及生產(chǎn)工藝參數(shù)來換算結(jié)晶器單位面積上的瞬時熱流密度邊界條件，來計算結(jié)晶器內(nèi)鋼液的凝固傳熱過程。本發(fā)明專利技術(shù)簡便易行、適用性高、可靠性高，能夠用于在線多點連續(xù)測量板坯連鑄機結(jié)晶器內(nèi)鋼液凝固傳熱過程，為大規(guī)模生產(chǎn)中，連鑄生產(chǎn)工藝的調(diào)整提便捷途徑。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及連鑄
，尤其是在線多點連續(xù)測量模擬連鑄結(jié)晶器內(nèi)高溫鋼液的凝固傳熱過程的方法。
技術(shù)介紹
作為連鑄的心臟，結(jié)晶器內(nèi)的連鑄過程是一個關(guān)聯(lián)著傳熱，凝固，流動和溶質(zhì)再分配等現(xiàn)象的復雜過程。各現(xiàn)象之間相互關(guān)聯(lián)，交互影響作用，使結(jié)晶器內(nèi)的傳熱行為變得異常復雜。但結(jié)晶器內(nèi)鋼液的傳熱過程對鑄坯質(zhì)量有著很重要的影響。傳熱速率不均勻易于引發(fā)鑄坯裂紋；此外，若傳熱不充分，則容易導致較薄的坯殼鼓肚，變形，甚至被拉漏。鑄坯的凝固行為取決于鋼液向外進行熱傳遞的能力。通過對結(jié)晶器內(nèi)的凝固傳熱過程進行仿真計算，即可以獲知鑄坯在結(jié)晶器中生長得到的凝固坯殼厚度，鑄坯表面溫度分布，結(jié)晶器冷卻水量、冷卻水溫差和結(jié)晶器錐度分布等重要的冶金參數(shù)。這對整個連鑄過程工藝參數(shù)的優(yōu)化和鑄坯質(zhì)量的改善等都具有十分重要的意義。連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液的凝固傳熱過程研究中，主要是通過離線仿真方式計算得到與鑄機結(jié)晶器相關(guān)的冶金參數(shù)，進而指導生產(chǎn)。這其中基本上是利用結(jié)晶器傳熱熱流分布來分析鋼液的凝固過程，得到與連鑄生產(chǎn)相關(guān)的參數(shù)，并均取得了一定的實際效果。但這種離線仿真的手段在實際生產(chǎn)中，往往無法應對可能出現(xiàn)的突發(fā)狀況。諸如處于高溫熱負荷的連鑄結(jié)晶器承受著高溫鋼液，凝固鑄坯、固液渣、結(jié)晶器振動、冷卻水等諸多因素的影響，容易造成凝固傳熱不穩(wěn)定，不利于連續(xù)生產(chǎn)。因此，需要有一種可以通過實時測量的方式，測量結(jié)晶器銅板溫度變化，監(jiān)測鋼液的凝固傳熱過程，調(diào)整連鑄操作工藝，避免突發(fā)情況造成的生產(chǎn)停滯以及由此帶來的損失。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種，該方法用于在線多點連續(xù)測量板坯連鑄機結(jié)晶器內(nèi)鋼液凝固傳熱過程，以便為大規(guī)模生產(chǎn)中實現(xiàn)連鑄生產(chǎn)工藝的調(diào)整提供便捷途徑。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案本專利技術(shù)提供的，具體是以板坯連鑄機結(jié)晶器銅板熱電偶實時測量得到的溫度分布數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，利用鑄機參數(shù)、鋼種數(shù)據(jù)參數(shù)及生產(chǎn)工藝參數(shù)來換算結(jié)晶器單位面積上的瞬時熱流密度邊界條件，來計算結(jié)晶器內(nèi)鋼液的凝固傳熱過程。所述的鋼液凝固傳熱過程可以由下述方法獲得，其步驟包括 第一步，進行模型數(shù)據(jù)初始化過程初始化過程中首先要設(shè)定鑄機參數(shù)包括連鑄機型、鑄坯斷面尺寸、結(jié)晶器尺寸、計算模型和計算步長參數(shù)，其次設(shè)定物性參數(shù)包括輸入鋼種成分、凝固潛熱、導熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、比熱容和鋼種的固液相密度參數(shù)，然后輸入生產(chǎn)工藝參數(shù)包括澆注溫度、拉坯速度、冷卻水初始溫度、冷卻水流速、結(jié)晶器銅板厚度參數(shù)；第二步，實時銅板溫度參數(shù)導入過程通過板坯連鑄機結(jié)晶器銅板熱電偶實時監(jiān)測得到的溫度分布為基礎(chǔ)，將該溫度與熱電偶分布位置，熱電偶插入深度數(shù)據(jù)實時導入系統(tǒng)，確認數(shù)據(jù)輸入； 第三步，數(shù)據(jù)計算過程數(shù)據(jù)運行模塊將初始化過程中的數(shù)據(jù)，以及在線連續(xù)測量得到的結(jié)晶器銅板的溫度關(guān)系換算得到的結(jié)晶器熱流密度導入計算模型，利用所采用的模型計算連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液凝固傳熱過程，得到連鑄生產(chǎn)過程中與結(jié)晶器相關(guān)的包括鑄坯表面溫度、凝固坯殼厚度、結(jié)晶器冷熱面溫度、結(jié)晶器錐度分布、冷卻水流量和溫差關(guān)系的重要冶金參數(shù)； 第四步，計算結(jié)果輸出過程通過程序?qū)⒂嬎愕玫降慕Y(jié)果自動保存，并在圖形顯示功能模塊中，將結(jié)晶器熱流分布、 鑄坯表面溫度、凝固坯殼厚度、結(jié)晶器冷熱面溫度分布、結(jié)晶器錐度分布、冷卻水流量和溫差關(guān)系以曲線和數(shù)字方式顯示在功能面板上； 經(jīng)過上述步驟得到所述的傳熱過程。所述的計算模型為板坯二維計算模型。所述的鋼液凝固傳熱過程，其傳遞熱量和結(jié)晶器錐度可以通過結(jié)晶器冷卻水流量與溫差關(guān)系和結(jié)晶器實際使用錐度數(shù)值進行檢驗。所述的計算得到的數(shù)據(jù)可以通過比較單位時間內(nèi)冷卻水流量和溫差關(guān)系進行檢驗，并對鋼液凝固傳熱過程做進一步的修正，以指導連鑄生產(chǎn)。綜上，本專利技術(shù)能夠通過在線多點連續(xù)測量得到的結(jié)晶器溫度分布關(guān)系，結(jié)合實際生產(chǎn)工藝條件和鑄機參數(shù)，換算單位面積上的熱流密度，經(jīng)由凝固傳熱系統(tǒng)，獲得與連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液凝固傳熱過程相關(guān)的重要冶金參數(shù)，以此來指導連鑄生產(chǎn)工藝的調(diào)整，為穩(wěn)定、 連續(xù)、安全生產(chǎn)提供便捷的途徑。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的主要有益效果結(jié)晶器內(nèi)鑄坯的凝固傳熱對連鑄生產(chǎn)的穩(wěn)定運行和鑄坯產(chǎn)品的質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用，而處于高溫熱負荷的連鑄結(jié)晶器承受著高溫鋼液，凝固鑄坯、固液渣、結(jié)晶器振動、冷卻水等諸多因素的影響，容易造成凝固傳熱不穩(wěn)定，不利于連續(xù)生產(chǎn)。為此本專利技術(shù)從結(jié)晶器銅板熱電偶實時測量得到的溫度分布出發(fā)，利用不同鑄機參數(shù)、鋼種數(shù)據(jù)參數(shù)及生產(chǎn)工藝參數(shù)來初始化系統(tǒng)，在線模擬整個結(jié)晶器內(nèi)鋼液的凝固傳熱過程，獲得與生產(chǎn)相關(guān)的重要冶金參數(shù)，以此來指導連鑄生產(chǎn)的順行。例如實際生產(chǎn)中，1000X200 mm的板坯連鑄機澆鑄Mb32鋼，澆鑄溫度1572 °C， 實時測量點為距離彎月面位置100 mm和200 mm位置，熱電偶插入銅板位置距銅板熱面 22 mm，在線實時測量兩點的溫度分別為105°C和97°C。通過將測量得到的溫度分布和熱電偶位置參數(shù)導入系統(tǒng)中，就能夠得到結(jié)晶器坯殼厚度17.8 mm，出結(jié)晶器坯殼表面溫度 1147°C，結(jié)晶器理想錐度為1.06 %/m。結(jié)晶器寬面銅板水量3850 L/min，溫差4°C，與實際水量3950 L/min，溫差4. 5°C數(shù)據(jù)基本相符。這些數(shù)據(jù)說明該條件下，生產(chǎn)條件符合連鑄操作要求，無需調(diào)整工藝參數(shù)即可保證連鑄生產(chǎn)順利進行。總之，本專利技術(shù)簡便易行、適用性高、可靠性高，能夠用于在線多點連續(xù)測量板坯連鑄機結(jié)晶器內(nèi)鋼液凝固傳熱過程，為大規(guī)模生產(chǎn)中，連鑄生產(chǎn)工藝的調(diào)整提便捷途徑。附圖說明圖1為在1000X200mm板坯連鑄機上澆鑄Stb32鋼時得到的結(jié)晶器內(nèi)熱流密度分布圖。圖2為在1000X200mm板坯連鑄機上澆鑄Stb32鋼時得到的結(jié)晶器內(nèi)坯殼表面溫度分布圖。圖3為在1000X200mm板坯連鑄機上澆鑄Stb32鋼時得到的結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼厚度分布圖。圖4為在1000X200mm板坯連鑄機上澆鑄Stb32鋼時得到的結(jié)晶器銅板冷熱面溫度分布圖。圖5為在1000X200mm板坯連鑄機上澆鑄Stb32鋼時得到的結(jié)晶器銅板倒錐度關(guān)系分布圖。具體實施例方式本專利技術(shù)提供的，是以板坯連鑄機結(jié)晶器銅板上熱電偶實時監(jiān)測得到的溫度分布數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，利用不同鑄機參數(shù)、鋼種數(shù)據(jù)參數(shù)及生產(chǎn)工藝參數(shù)來換算結(jié)晶器內(nèi)的熱流密度，模擬整個結(jié)晶器內(nèi)高溫鋼液的凝固傳熱過程。該系統(tǒng)簡便易行、適用性高、可靠性高，能夠?qū)崟r在線模擬板坯連鑄機結(jié)晶器內(nèi)鋼液的凝固傳熱過程，為大規(guī)模生產(chǎn)中，連鑄生產(chǎn)工藝的不斷調(diào)整和改進提供便捷途徑。下面以在1000X200 mm板坯連鑄機上澆鑄Mb32鋼為例，對本專利技術(shù)作進一步詳細闡述。1.模型數(shù)據(jù)初始化過程首先確認板坯二維計算模型，結(jié)晶器尺寸1000X200 mm，結(jié)晶器高度900 mm，彎月面位置100 mm,時間步長0. 1 s，空間步長10 mm ；其次通過確認鋼種Mb32，得到鋼種物性參數(shù)，該參數(shù)包括鋼種的液相溫度，固相溫度， 凝固潛熱，導熱系數(shù)，熱膨脹系數(shù)，固相比熱容，液相比熱容，固相密度，液相密度和兩相區(qū)鋼種密度；然后在生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)庫中，確認澆注溫度1572°C、拉速1. 2 m/min、結(jié)晶器銅板有效厚度對mm、結(jié)晶器冷卻水初始溫度35°C、流速8 m/s。2.實時銅板溫度參數(shù)導入過程板坯連鑄機結(jié)晶器銅板本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
１．多點連續(xù)測量模擬連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液凝固傳熱過程的方法，其特征是以板坯連鑄機結(jié)晶器銅板熱電偶實時測量得到的溫度分布數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，利用鑄機參數(shù)、鋼種數(shù)據(jù)參數(shù)及生產(chǎn)工藝參數(shù)來換算結(jié)晶器單位面積上的瞬時熱流密度邊界條件，來計算結(jié)晶器內(nèi)鋼液的凝固傳熱過程。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐永斌，馬春武，幸偉，徐海倫，孫鐵漢，李智，杜斌，葉理德，邵遠敬，
申請(專利權(quán))人：中冶南方工程技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：83