[发明专利]一种板坯连铸机基础辊缝工艺的制定方法

说明书

技术领域

本发明属于炼钢连铸技术领域，特别涉及一种板坯连铸机基础辊缝工艺的制定方法。

背景技术

连铸过程中铸机的基础辊缝工艺是影响到生产顺行，铸坯内部质量的重要环节。铸机辊缝值大于铸坯实际凝固收缩值时，会导致铸坯宽面产生鼓肚，尤其在凝固末端，这种周期性的鼓肚会使两相区树枝晶间残余浓化钢水向铸坯中心流动，加剧了中心偏析和疏松的形成。辊缝小于实际铸坯厚度时，将使拉坯阻力的增加。因此准确地确定给定钢种从结晶器到连铸机末端过程中的热收缩行为是制定辊缝工艺的基础。

专利CN101362196A公开了一种基于大方坯自然收缩辊缝工艺的控制方法，该方法采用热-力耦合模型模拟铸坯从结晶器至连铸机末端的凝固收缩行为。由于连铸过程是钢液由外及内的顺序凝固过程，在此过程中铸坯横截面中心很长一段时间内都处于液态或糊状区范围内。若采用热-力耦合模型计算铸坯的凝固热收缩，势必要考虑铸坯横截面中心范围处于液相或糊状区的高温力学性能。虽然目前已有大量关于铸坯高温力学性能测量的研究，但是温度范围多局限于1350℃以下，1350℃—液相线范围内的高温力学性能以及钢液不可压缩特性的描述仍多依赖于合理的假设。因此，采用CN101362196A所涉及的方法仍需要依赖较好的模型假设以及与相场的校验反馈。

与铸坯高温力学特性的难以测定特性相比，不同钢种或者不同相的高温热物性则数据较全面，依据钢种凝固相变规律可以获得从液相线至室温范围内各相组成，综合各相密度与温度间函数，可以计算得出钢种凝固过程中密度与温度间函数关系，进而可以计算得出铸坯凝固过程中的瞬时膨胀系数。然而，铸坯凝固过程横截面内不同位置处温度的变化历史均为时间的非线性函数。为了计算铸坯厚度随铸坯行进时间的变化规律，需建立适合板坯铸机的凝固分析模型，并通过通用子程序耦合钢种的瞬时热膨胀系数。

本专利提供一种板坯连铸机基础辊缝的确定方法，简单合理，经济高效，可依据具体钢种及相应连铸工艺，制定合理的基础辊缝工艺，做到与轻压下工艺的合理匹配，为铸坯内部质量改善奠定基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种板坯连铸机基础辊缝工艺的制定方法，解决了目前生产过程中不同钢种或工艺铸机基础辊缝单一，制定原理不清晰的难题。可有效匹配基础辊缝与轻压下工艺，明显改善铸坯内部质量。

一种板坯连铸机基础辊缝工艺的制定方法，具体步骤及参数如下：

1、钢种热物性参数测量与计算：钢种热物性参数主要涉及瞬时热膨胀系数，需要测量、计算两部分工作。钢种在室温至1350℃范围内的瞬时热膨胀系数可以通过Gleeble热模拟试验机测试得到；但是1350℃至液相范围内的瞬时热膨胀系数受到试验设备能力的限制需要通过商业软件JmatPro根据钢种在凝固过程中的相变规律及各相密度随温度变化规律进行计算。综上，根据钢种的化学成分，通过试验手段和运用商业软件JmatPro计算钢种在连铸工艺的冷速条件下，从液相线至室温范围内的瞬时热膨胀系数。

2、凝固传热模型计算：建立适合特定板坯铸机的有限元分析模型，根据商业软件MSC.Marc运用通用子程序plotv.f开发适合计算板坯自然收缩的子程序，具体模型及热收缩计算原理如下：

(1)根据铸坯几何及传热的对称性，取铸坯的四分之一断面作为凝固传热分析模型的计算域。忽略铸坯拉坯方向的热量损失，采用2D切片法计算铸坯在连铸机内的热状态，模型采用均匀网格划分。

设板坯宽为A，厚为B，将1/2边长分别取m节点和n节点，取X，Y方向空间步长为Δx和Δy，于是有：

在垂直X-Y平面的时间轴上，取时间步长为Δt，则

Δt＝t_p+1-t_p＝t_p-t_p-1；

因此，研究区域就转变为一系列离散点。

记为t_p时刻结点(i，j)位置上点的温度。

(2)二次开发子程序plotv.f中铸坯的收缩量计算方法如下：

①单位厚度的切片以一定的时间步长从结晶器弯月面处开始向下移动，依次通过结晶器冷却区、二次冷却区和空冷辐射区，直到出计算域为止；在每一时间点上计算该切片的温度分布。

②凝固收缩计算从弯月面初开始，因为粘滞性温度以上热膨胀系数被强制设定为零，这样就保证了从初始凝固开始具有收缩现象。