[发明专利]一种大方坯连铸生产过程的凝固末端位置在线检测方法

摘要

本发明属于大方坯生产技术领域，具体涉及一种大方坯连铸生产过程的凝固末端位置在线检测方法。本发明首先采用射钉法测定凝固坯壳厚度，建立热跟踪模型，计算得到不同固相率、不同浇注温度和拉速下沿铸流方向的坯壳厚度的预测结果，然后测定拉矫机对铸坯进行压下时不同的坯壳厚度处的压下量，建立坯壳厚度‑压力‑压下量关系曲线，建立钢种‑坯壳厚度‑压力‑压下量对应关系数据库，在实际生产过程中，在线测量各拉矫机进行周期性压下时的钢种‑压力‑压下量对应关系数据与数据库进行比对，判定当前连铸坯的实际坯壳厚度，确定凝固末端位置。本发明方法紧密结合大方坯连铸生产实际，不需要新增检测设备，利用现有拉矫机完成凝固末端在线检测过程。

主权项

一种大方坯连铸生产过程的凝固末端位置在线检测方法，其特征在于按照以下步骤进行：(1)在稳态浇铸过程中，即稳定浇铸温度范围、钢种和拉速条件下，采用射钉法，将带有硫化物的钢钉射入某钢种的铸坯内部，对铸坯凝固后的射钉位置进行切边，经过硫印显示得到硫化物沿铸流方向的扩散规律，得到射钉位置处的凝固坯壳厚度与液固两相区的厚度；(2)采用步骤(1)中的具体浇铸条件，基于有限差分方法建立热跟踪计算模型，在开浇和浇铸过程中，在结晶器弯月面处定时的不断“出生”大小不一的跟踪单元，并将跟踪单元与浇铸工艺参数相关联；在开浇时产生第一个跟踪单元，间隔一定的时间△t后在产生第二个跟踪单元，以后如此反复直至停浇；每个单元“出生”于结晶器弯月面，“消逝”于铸坯切割点；在每一个计算周期内，实时计算整个铸流线上所有跟踪单元内部节点的温度分布从而得到铸坯表面温度，中心温度，固相线位置，液相线位置，凝固终点位置；每一个计算周期的数学模型是选取铸坯1/4建立的二维凝固传热模型，如式(1)所示，$\mathrm{\ρ}\left(T\right)c\left(T\right)\frac{\∂T}{\∂t}=\frac{\∂}{\∂x}\left(\mathrm{\λ}\right(T\left)\frac{\∂T}{\∂x}\right)+\frac{\∂}{\∂y}\left(\mathrm{\λ}\right(T\left)\frac{\∂T}{\∂y}\right)---\left(1\right);$其中，T为铸坯温度；t为时间；ρ(T)，c(T)和λ(T)分别为密度、比热、热传导系数，均为温度T的函数，采用有限差分方法求解该方程，计算得到坯壳厚度生长规律，采用步骤(1)实测得到的坯壳厚度进行比对校正，得到稳态浇铸条件下坯壳厚度沿铸流方向的生长分布；(3)测定在步骤(1)中的具体浇铸条件下，各拉矫机采用不同压力对铸坯进行压下，得到记录压力值‑压下量关系，同时比对步骤(2)得到的不同拉矫机位置处的坯壳厚度数据，建立坯壳厚度‑压力‑压下量关系曲线；(4)按照步骤(1)～(3)所述的内容，测定不同钢种的坯壳厚度与压力和压下量的关系曲线，建立钢种‑坯壳厚度‑压力‑压下量对应关系数据库；(5)在实际生产中的稳态或非稳态浇铸条件下，在线测量各拉矫机进行周期性压下时的钢种‑压力‑压下量对应关系数据，将测定得到的钢种‑压力‑压下量对应关系数据与步骤(4)中建立的钢种‑坯壳厚度‑压力‑压下量对应关系数据库进行比对，判定当前连铸坯的实际坯壳厚度，确定凝固末端位置。