[发明专利]建立连铸结晶器热流分布模型的方法

说明书

本发明涉及一种建立连铸结晶器热流分布模型的方法，所述方法如下：步骤1：在连铸机正常工作状态下，采集沿结晶器上口开始沿拉坯高度方向的多个位置的热流密度值；步骤2：在整个数据范围内进行一次“三次样条插值”，步骤3：判断曲线的函数为指数分布函数，采用形式为的函数对原始数据进行拟合；步骤4：按拟合获得的方程(4)绘图，得到再生曲线；步骤5：对热流曲线进行积分，检查平均热流密度值。对方程(4)进行积分，然后除以区间长度，即得到热流密度沿整个结晶器高度的平均值，步骤6：依据实际工况的平均热流密度值调节热流分布曲线的幅值。

技术领域

本发明涉及一种方法，具体涉及一种建立连铸结晶器热流分布模型的方法，属于连铸技术领域。

背景技术

连铸机结晶器是将液态金属转变为具有一定截面形状的铸坯的初始凝固设备，是连铸机的核心设备。在结晶器内，钢液的热量经坯壳、保护渣层、气隙、结晶器铜板等传热过程，最终被冷却水带着。

为了进行结晶器传热的计算机模拟分析，就要定义结晶器铜板热面的传热边界条件。根据前人试验研究结果已经知道，在结晶器铜板表面，沿拉坯的高度方向自上而下的热流密度分布是非线性的，其基本规律是在弯月面附近热流急剧上升，接着又快速降低，最后余下的高度内缓慢变化，热流通量的峰值及平均值随拉速的增大而增大。

结晶器铜板表面自上至下按热流密度的分布特点可划分为三个区域：①空闲区，一般钢液面距结晶器上口有大约50～100mm的空闲空间，在该区间铜板的热流密度接近0；②高温区，钢液面及以下200～300mm区间钢液与结晶器铜板紧密接触，为铜板热流密度的峰值区域；③下降区，自高温区以下至结晶器下口，在该区域的热流密度自上至下逐渐减小。

在实际生产过程中，由于拉速、钢水温度等参数始终处于持续变化过程中，因此结晶器内连铸坯表面及铜板表面温度和热流密度也处于持续的变化之中，但热流密度分布的基本模式保持不变，或者说峰值大小持续发生变化，但其相对位置保持不变。

将热流密度的分布规律用数学方程准确表达具有重要意义，可应用于准确分析计算结晶器传热工况，进一步应用于数值模拟计算和生产现场的实时跟踪显示。确定了热流沿结晶器高度方向的分布方程，也就定义了结晶器铜板热面的传热边界条件。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种建立连铸结晶器热流分布模型的方法，该曲线方程也可称为曲线模型，该模型方程的曲线为一种连续光滑曲线即数学上连续可导，主要由零值段、快速上升段、快速下降段、缓慢下降段等四个区间组成的，曲线的幅值依据平均热流密度值进行调节。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种建立连铸结晶器热流分布模型的方法，所述方法如下：步骤1：在连铸机正常工作状态下，采集沿结晶器上口开始沿拉坯高度方向的多个位置的热流密度值。具体的位置可以根据结晶器的螺栓结构等进行调节，但在50～150mm高度区间为热流密度的剧烈变化区域，采样点间距应不超过20mm；在40mm以上的区域，热流密度近似为0，不必采集数据；在200mm以下的区域，热流密度变化趋于平缓，采样点间距设置为50～100mm。见表1：

表1测量的数据点

步骤2：在整个数据范围内进行一次“三次样条插值”，对表1试验点数据进行补充，获得热流分布曲线的基本轮廓；

步骤3：参见图1，判断曲线的函数为指数分布函数，采用形式为y＝ae^f(x)的函数对原始数据进行拟合，为了使拟合更加逼近，进一步将f(x)中的自变量设置为对数形式，即y＝ae^f(lnx)。其中因为f(x)中带有常数项，故系数a可忽略。则目标拟合函数定为：

y＝e^f(lnx) (1)