[发明专利]在线模拟连铸结晶器内钢液凝固传热过程的仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及连铸技术领域，尤其是在线模拟连铸结晶器内钢液凝固传热过程的仿真系统。

背景技术

作为连铸的心脏，结晶器内的连铸过程是一个关联着传热，凝固，流动和溶质再分配等现象的复杂过程。各现象之间相互关联，交互影响作用，使结晶器内的传热行为变得异常复杂。但结晶器内钢液的传热过程对铸坯质量有着很重要的影响。传热速率不均匀易于引发铸坯裂纹；此外，若传热不充分，则容易导致较薄的坯壳鼓肚，变形，甚至被拉漏。铸坯的凝固行为取决于钢液向外进行热传递的能力。通过对结晶器内的凝固传热过程进行仿真计算，即可以获知铸坯在结晶器中生长得到的凝固坯壳厚度，铸坯表面温度分布，结晶器冷却水量、冷却水温差和结晶器锥度分布等重要的冶金参数。这对整个连铸过程工艺参数的优化和铸坯质量的改善等都具有十分重要的意义。

连铸结晶器内钢液的凝固传热过程研究中，主要是通过离线仿真方式计算得到与铸机结晶器相关的冶金参数，进而指导生产。这其中基本上是利用结晶器传热热流分布来分析钢液的凝固过程，得到与连铸生产相关的参数，并均取得了一定的实际效果。但这种离线仿真的手段在实际生产中，往往无法应对可能出现的突发状况。诸如处于高温热负荷的连铸结晶器承受着高温钢液，凝固铸坯、固液渣、结晶器振动、冷却水等诸多因素的影响，容易造成凝固传热不稳定，不利于连续生产。

因此，需要有一种可以通过实时测量的方式，监测结晶器内钢液凝固传热过程，调整连铸操作工艺，避免突发情况造成的生产停滞以及由此带来的损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种在线模拟连铸结晶器内钢液凝固传热过程的仿真系统，该系统可以通过实时测量的方式，监测结晶器内钢液凝固传热过程，调整连铸操作工艺，避免突发情况造成的生产停滞以及由此带来的损失。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的在线模拟连铸结晶器内钢液凝固传热过程的仿真系统，由模型数据初始化模块、数据运行模块和结果输出模块三部分组成，其中：模型数据初始化模块设立接口与数据运行模块的输入端相连；结果输出模块用于显示并保存计算结果，该结果输出模块由数据自动输出保存功能模块和计算结果图形显示功能模块组成，并在该结果输出模块上设立接口与数据运行模块的输出端相连。

所述模型数据初始化模块由依次连接的连铸机数据库模块、物性参数数据库模块和生产工艺数据库模块组成，并在该模型数据初始化模块上设立接口与数据运行模块的输入端相连后，实时导入控制系统中监测得到的结晶器水量和温差数值关系，并确认数据输入。

所述控制系统由监测和显示系统组成，其中：监测系统由流量计和热电偶测组成，将实时测量得到的结晶器水量和温差变化结果输出于显示系统中。

所述数据运行模块由一维计算模型和二维计算模型组成，用于在线实时仿真连铸结晶器内钢液的凝固传热过程。

本发明与现有技术相比，具有以下的主要有益效果：

结晶器内铸坯的凝固传热对连铸生产的稳定运行和铸坯产品的质量有着至关重要的作用，而处于高温热负荷的连铸结晶器承受着高温钢液，凝固铸坯、固液渣、结晶器振动、冷却水等诸多因素的影响，容易造成凝固传热不稳定，不利于连续生产。为此本发明从控制系统中实时监测得到的冷却水流量和温差关系出发，利用不同铸机参数、钢种数据参数及生产工艺参数来初始化系统，在线模拟整个结晶器内钢液的凝固传热过程，获得与生产相关的重要冶金参数，以此来指导连铸生产的顺行。

例如：实际生产中，150×150 mm方坯连铸机浇铸Q235钢，浇铸温度1535 ℃，控制系统测得结晶器冷却水流量110 m³/h，温差7 K。通过将水量和温差关系输入仿真系统中，就能够得到结晶器坯壳厚度11.4 mm，出结晶器坯壳表面温度1191℃。此外，仿真得到的结晶器理想锥度为1.16 %/m，与实际使用锥度1.12 %/m相符。这些数据说明该条件下，生产条件符合连铸操作要求，无需调整工艺参数即可保证连铸生产顺利进行。

总之，本发明简便易行、适用性高、可靠性高，能够实时在线仿真计算不同连铸机型的结晶器内钢液凝固传热过程，为大规模生产中连铸生产工艺的不断调整和改进提供便捷途径。

附图说明

图1为在1000×200 mm板坯连铸机上浇铸Stb32钢时得到的结晶器内热流密度分布图。

图2为在1000×200 mm板坯连铸机上浇铸Stb32钢时得到的结晶器内坯壳表面温度分布示意图。

图3为在1000×200 mm板坯连铸机上浇铸Stb32钢时得到的结晶器内凝固坯壳厚度分布示意图。