[发明专利]多点连续测量模拟连铸结晶器内钢液凝固传热过程的方法

说明书

技术领域

本发明涉及连铸技术领域，尤其是在线多点连续测量模拟连铸结晶器内高温钢液的凝固传热过程的方法。

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，测量结晶器铜板温度变化，监测钢液的凝固传热过程，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：提供一种多点连续测量模拟连铸结晶器内钢液凝固传热过程的方法，该方法用于在线多点连续测量板坯连铸机结晶器内钢液凝固传热过程，以便为大规模生产中实现连铸生产工艺的调整提供便捷途径。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案： 

本发明提供的多点连续测量模拟连铸结晶器内钢液凝固传热过程的方法，具体是：以板坯连铸机结晶器铜板热电偶实时测量得到的温度分布数据作为基础，利用铸机参数、钢种数据参数及生产工艺参数来换算结晶器单位面积上的瞬时热流密度边界条件，来计算结晶器内钢液的凝固传热过程。

所述的钢液凝固传热过程可以由下述方法获得，其步骤包括：

第一步，进行模型数据初始化过程：

初始化过程中首先要设定铸机参数：包括连铸机型、铸坯断面尺寸、结晶器尺寸、计算模型和计算步长参数，

其次设定物性参数：包括输入钢种成分、凝固潜热、导热系数、热膨胀系数、比热容和钢种的固液相密度参数，

然后输入生产工艺参数：包括浇注温度、拉坯速度、冷却水初始温度、冷却水流速、结晶器铜板厚度参数；

第二步，实时铜板温度参数导入过程：

通过板坯连铸机结晶器铜板热电偶实时监测得到的温度分布为基础，将该温度与热电偶分布位置，热电偶插入深度数据实时导入系统，确认数据输入；

第三步，数据计算过程：

数据运行模块将初始化过程中的数据，以及在线连续测量得到的结晶器铜板的温度关系换算得到的结晶器热流密度导入计算模型，利用所采用的模型计算连铸结晶器内钢液凝固传热过程，得到连铸生产过程中与结晶器相关的包括铸坯表面温度、凝固坯壳厚度、结晶器冷热面温度、结晶器锥度分布、冷却水流量和温差关系的重要冶金参数；

第四步，计算结果输出过程：

通过程序将计算得到的结果自动保存，并在图形显示功能模块中，将结晶器热流分布、铸坯表面温度、凝固坯壳厚度、结晶器冷热面温度分布、结晶器锥度分布、冷却水流量和温差关系以曲线和数字方式显示在功能面板上；

经过上述步骤得到所述的传热过程。

所述的计算模型为板坯二维计算模型。

所述的钢液凝固传热过程，其传递热量和结晶器锥度可以通过结晶器冷却水流量与温差关系和结晶器实际使用锥度数值进行检验。

所述的计算得到的数据可以通过比较单位时间内冷却水流量和温差关系进行检验，并对钢液凝固传热过程做进一步的修正，以指导连铸生产。

综上，本发明能够通过在线多点连续测量得到的结晶器温度分布关系，结合实际生产工艺条件和铸机参数，换算单位面积上的热流密度，经由凝固传热系统，获得与连铸结晶器内钢液凝固传热过程相关的重要冶金参数，以此来指导连铸生产工艺的调整，为稳定、连续、安全生产提供便捷的途径。

本发明与现有技术相比，具有以下的主要有益效果：