[发明专利]一种基于精准热物性参数的连铸坯凝固冷却过程模拟方法

说明书

技术领域

本专利涉及连铸坯质量控制技术领域，适用于多钢种连铸生产。在连铸过程模拟研究中，钢的热物性参数对连铸坯凝固冷却过程结果的准确性具有重要意义。本专利通过实验及归纳、整理相关文献数据，建立了钢的热性参数数据库模块，将该数据库模块嵌入已研发的中厚板坯连铸凝固冷却过程模拟与优化软件V1.0（软件著作权登记流水号：20130117A92844），形成了一种基于精准热物性参数的连铸坯凝固冷却过程模拟方法。已应用于连铸实际生产。

背景技术

连铸坯凝固过程冷却控制是连铸坯生产的关键技术之一，冷却水量控制不仅影响连铸机的生产率，并对铸坯质量有重要的影响。目前，国内外大多数连铸机在连铸生产过程中冷却水量的控制是以铸坯凝固传热模拟研究为基础。连铸坯在二冷区进行凝固冷却过程中常常处于较高的温度区间，一般在900℃以上。因此，为了获得良好的铸坯质量，钢在高温条件下的热特性是连铸二次冷却控制需要考虑的，钢的高温热特性包括高温力学性能和热物理性质，统称为钢的热物性。

钢的热物理性质参数包括固、液相线温度、导热系数、密度、比热、凝固潜热及高温塑性。目前，国内外已有不少文献针对钢的热物性参数进行相关研究，研究方法主要分两大类，第一类为针对具体钢种进行物性参数检测实验，进而得到数据；第二类为通过整理多个钢种热物性参数实验数据，进而对大量数据进行归纳、总结，并采用合适的数学方法处理得到特定适用范围的热物性参数计算公式。

目前，已有不少文献报道中提到应用商用工程分析软件如ANSYS、ABAQUS等模拟铸坯凝固传热过程，但是并未建立钢的热物性参数数据库。此外，如软件PROCAST等虽然建立部分常见钢种的热物性参数数据，但是，上述软件仅仅适用于对铸坯凝固过程分析，已报道的文献中并未见有直接运用到连铸实际生产。多数钢铁企业在连铸生产过程中，所配置的铸坯凝固传热分析软件普遍采用单一的计算方法得到钢的高温物性参数，由于受到物性参数计算公式适用条件限制，计算结果的误差较大。特别是进行多钢种连铸生产时，单一的计算公式难以满足生产需求。本专利通过整理多个钢种钢的热物性参数数据，建立了热物性参数数据库，为连铸凝固传热模型精准计算提供数据支撑。

钢的高温力学性能主要指标为钢的高温塑性，Adams于1971年提出用断面收缩率(R.A.)代替断口直径以表示热塑性的高低，以强度极限表示钢在不同温度下的强度指标。这两个性能指标在热塑性研究中一直沿用至今。根据钢的高温塑性特点，按照温度范围划分为三个区间。其中，第Ⅲ脆性区主要在比较低的应变速率（<10-2）下出现，所以连铸坯在弯曲、矫直过程中产生的铸坯裂纹与第Ⅲ脆性区的脆化有着密切的关系。其脆化机理主要是高温下钢中固溶的Nb、Al等以Nb(CN)或AlN的形式动态或静态析出在γ晶界。晶界发生滑移时，在应力作用下，析出物与基体之间产生微小空洞，空洞发展聚合最后形成裂纹。为了使铸坯在矫直过程中避开第三脆性区，需要掌握钢的高温塑性曲线，该曲线通过Gleeble高温拉伸试验机模拟拉伸试验测量得到。本专利在实验基础上通过总结、整理建立了钢的高温塑性数据库及钢的高温塑性曲线预测方法。

发明内容

本专利所要解决的技术问题是：

一种基于精准热物性参数的连铸坯凝固冷却过程模拟方法，其特征在于，该专利包含热物性参数数据库模块、连铸坯凝固传热计算模块、数据输出模块，上述三个模块依托中厚板坯连铸凝固冷却过程模拟与优化软件（软件著作权登记流水号：20130117A92844）实现数据传递。在上述基础上，运用回归分析方法，形成了以化学成分为自变量的钢高温塑性预测方法，并建立的高温塑性预测模型，构成钢热物性参数数据库的重要内容。

通过建立钢的热物性参数数据库，在连铸坯冷却凝固模拟过程中调用该数据库中相关数据，得到所连铸钢种的热物性参数并运用到铸坯冷却凝固传热模型计算中，提高了铸坯温度场模拟结果的准确性；应用到连铸实际生产中，依靠数据库中钢的高温力学性能数据，为连铸生产过程中冷却水量合理分配提供数据支持，以有效减少铸坯裂纹产生。本发明专利主要有以下内容构成。