[发明专利]一种确定垂直半连铸大圆坯凝固末端电磁搅拌动态位置的方法

权利要求书

1.一种确定垂直半连铸大圆坯凝固末端电磁搅拌动态位置的方法，其特征在于，通过计算参数输入模型获得瞬态凝固过程计算模型，进一步获得输出凝固末端电磁搅拌动态位置控制曲线模型，将该控制曲线模型输入到垂直半连铸电磁搅拌控制系统中，以控制凝固末端电磁搅拌器的升降机构，准确确定垂直半连铸大圆坯凝固末端电磁搅拌的动态位置；

具体包括如下步骤：

S1、建立第一模型，所述第一模型是根据计算参数输入模型获得的拉坯阶段的瞬态传热、动网格凝固计算模型；

S2、建立第二模型，所述第二模型是根据第一模型并采用二维瞬态传热模型进行计算获得的静置冷却阶段的瞬态传热凝固计算模型；

S3、通过将第一模型和第二模型的组合获得第三模型，所述第三模型为凝固全过程的瞬态温度场；

S4、根据第三模型获得第四模型，所述第四模型为各时刻铸坯各位置对应的固相率；

S5、根据步骤S4中固相率计算结果，提取出轴线上各个时刻多个固相率的动态位置变化曲线；

S6、根据材料输入凝固末端电磁搅拌起作用的凝固末端固相率数值；

S7、输出凝固末端电磁搅拌动态位置的控制曲线，该控制曲线可输入到垂直半连铸电磁搅拌控制系统中，以控制凝固末端电磁搅拌器的升降机构。

2.根据权利要求1所述的确定垂直半连铸大圆坯凝固末端电磁搅拌动态位置的方法，其特征在于，所述步骤S1中，获得计算参数输入模型具体包括如下步骤：

S11：输入大圆坯材料的合金成分和热物性参数，热物性参数为随温度变化的参数值，包括密度、导热率、比热容和固相率；

S12：输入大圆坯直径和长度的尺寸参数；

S13：输入拉坯速度和过热度拉坯阶段工艺控制参数；

S14：输入垂直半连铸设备的设计参数、冷却参数和外部换热参数；

所述步骤S14中，设计参数包括结晶器尺寸、冒口保温条件和二冷区宽度；冷却参数包括结晶器冷却水参数和二冷区冷却水参数；外部换热条件包括环境温度、铸坯保温罩设计参数和铸坯与引锭杆的换热参数。

3.根据权利要求1或2所述的确定垂直半连铸大圆坯凝固末端电磁搅拌动态位置的方法，其特征在于，所述步骤S1中，拉坯阶段的凝固计算模型中，为了模拟大圆坯不断生长的瞬态过程，根据大圆坯的三维几何特征，将其简化为沿着轴向的中心轴对称的二维几何模型，之后将二维几何模型离散化成网格计算域；

采用动网格编程技术模拟拉坯阶段圆坯长度不断增加的变化过程，即在计算过程中，每隔一定的时间步在计算域的弯月面下方插入一行新的网格，新网格尺寸与原始网格保持一致，周而复始，达到预设长度后停止拉坯阶段计算，不再插入新网格。

4.根据权利要求1所述的确定垂直半连铸大圆坯凝固末端电磁搅拌动态位置的方法，其特征在于，所述步骤S2中，静置冷却阶段的瞬态传热凝固计算模型，其计算域完全继承拉坯阶段模拟最后时刻的计算结果，然后采用二维瞬态传热模型进行计算。

5.根据权利要求1或4所述的确定垂直半连铸大圆坯凝固末端电磁搅拌动态位置的方法，其特征在于，所述步骤S2中，静置冷却阶段的瞬态传热凝固计算模型满足如下公式：

式中：T为温度，℃；t为时间，s；λ为导热率，W/m·℃；ρ—密度，kg/m³；C_p—比热容，kJ/(kg·℃)；r和z为径向和轴向的坐标，m。