[发明专利]预测纯钙包芯线熔化及气化过程温度变化规律的方法

说明书

技术领域

本发明属于炼钢工艺技术领域，特别是涉及一种预测纯钙包芯线熔化及气化过程温度变化规律的方法，适用于钙处理工艺的工艺参数优化。

背景技术

在冶炼钢水时，为了减少氧化物夹杂的总量、改善氧化物夹杂形态、解决连铸过程中水口结瘤等问题，在精炼结束后要进行钙处理工艺。由于喂入钢水纯钙包芯线后钙元素收得率高、钙处理成本低、生产效率高以及操作稳定等优势，将大有取代传统硅钙线的趋势。

由于纯钙包芯线进入钢液后，无法直接测量其温度的变化，同时钙是易燃易氧化金属，在常态不能实现传热试验检测，因此不能得到钙线的熔化气化过程及机理。

建立方程计算模型是人们至今解决复杂问题的一个重要手段，把数学解析方法与试验方法结合在一起通过对包芯线喂入钢液过程中传热特征的分析推导理论喂线速度方程式；建立简单的完整的熔化模型数学公式一直是人们所研究的方向，但是对于复杂的问题简单的公式往往不能满足所有的方案，而且这些公式的不足是得到的芯线熔化时间，总是简单的考虑芯线的直径和芯皮厚度有关，而没有考虑芯线和芯皮两种物质各自不同的导热系数，以及两种物质各自的熔化和气化温度等相关因素。如《金属芯线喂入钢包过程CFD数值模拟及工艺优化研究》一文中运用流体计算和有限元软件模拟了金属芯线喂入钢包过程的温度场，但其虽然计算出了钙铁线深入钢液中时急速冷却钢液形成的钢壳，但其流场和温度场并没有耦合计算，这样计算的弊端是计算过程繁复，且没有考虑钢液流动对金属芯线传热的影响，这样的计算结果与实际生产实验相差甚远。

发明内容

本发明目的在于提供一种预测纯钙包芯线熔化及气化过程温度变化规律的方法，通过有限元数值模拟分析和试验相结合的方法，运用有限元软件，建立纯钙包芯线喂入钢包过程的温度场仿真模型，对模型施加对流换热边界条件，对流换热系数由实验确定，充分考虑到钢液流动对纯钙包芯线传热的影响。计算分析纯钙包芯线喂入钢液后的熔化及气化过程，找到金属纯钙包芯线熔化气化的临界点。这样能更精确和全面的了解纯钙包芯线在钢液中的传热机理，进而对喂线工艺参数和纯钙包芯线结构参数等进行优化，为纯钙包芯线的开发和应用提供理论依据。

此发明思路明确且易掌握，还解决了以往数值解析法不能解决的如全面考虑了钢液流动、各物质导热系数、各物质熔化气化温度等对纯钙包芯线传热的综合影响等难题。

本发明是在冶炼钢水的钙处理过程中，根据纯钙包芯线喂入钢包的喂线速率、钙线直径等具体工艺技术参数，通过计算和实验得到纯钙包芯线与钢液之间的对流换热系数，结合钙芯与钢带之间的接触传热条件，利用有限单元计算方法，将纯钙包芯线中的钙芯和钢带作为两个有接触关系的独立传热物体进行分析，找到纯钙包芯线喂入钢液后的温度变化规律，得到金属纯钙包芯线熔化气化的临界点。具体工艺步骤如下：

1)根据钙线进入钢水的速度，纯钙包芯线与钢液之间的强制对流换热条件按以下方式确定。

h=A·(D·v·ρμ)0.8·(C·μλ)0.4·(λD)]]>

其中：A为综合换热系数，3.6～6.8×10^-3。综合换热系数A的范围确定，取决与现场试验反复校核有限元计算结果。