淬冷工艺设计方法技术

本发明专利技术提供一种淬冷工艺设计方法，包括如下步骤：根据淬冷过程的铸坯温度场、已给定的初始淬冷介质温度、淬冷介质容量以及淬冷时间，计算淬冷结束时淬冷介质温度；建立初始淬冷介质温度、淬冷结束时淬冷介质温度和淬冷介质容量之间的对应关系；根据对应关系，按照预设初始淬冷介质温度和预设淬冷结束时淬冷介质温度及预设淬冷温升阈值，设计连铸坯淬冷过程中的淬冷介质的容量。利用本发明专利技术能够解决目前缺少一种能够精确仿真淬冷过程的槽式淬冷工艺的合理设计方法的问题。工艺的合理设计方法的问题。工艺的合理设计方法的问题。

【技术实现步骤摘要】
淬冷工艺设计方法


[0001]本专利技术涉及连铸加工
，更为具体地，涉及一种淬冷工艺设计方法。

技术介绍

[0002]连铸过程表面淬冷技术是解决品种钢连铸坯高温热送表面热裂或者宽厚板边角裂纹的有效技术，能显著提高生产效率，降低生产成本。表面淬冷过程仿真模型对于表面淬冷工艺参数的定量化研究以及设备选型设计等都有重要的作用，可以显著提高设计的有效性和质量，从而保证表面淬冷技术最终的使用效果。
[0003]在表面淬冷仿真过程中，淬冷介质的温度对换热系数有显著影响，因此会影响计算结果及工艺研究等，尤其对于水冷槽式淬冷，在连铸坯进行淬冷过程中，淬冷装置内的淬冷介质的温度是一个变化的过程，由于铸坯热量的释放会带来淬冷介质温度在初始温度基础上不断升高，这个变回温的过程如果按照淬冷介质温度恒定来计算，结果与实际情况会有较大偏离，带来工艺研究的失真，因此，很有必要进行仿真方法的处理。
[0004]淬冷装置内淬冷介质量的设计对淬冷效果会带来决定性影响，首先淬冷装置内的淬冷介质的量必须保证连铸坯的完全浸没，在此基础上，如果淬冷介质的量选择偏小，则会导致淬冷过程中淬冷介质的温升过大，影响淬冷效果，不能达到表面淬冷目标，甚至引起铸坯缺陷；如果淬冷介质的量选择偏大，则带来淬冷系统淬冷介质用量的增大，增大系统负荷。
[0005]由于目前缺少一种能够精确仿真淬冷过程的可寻方法，因此急提出一种冷却槽式的淬冷工艺的合理设计方法。

技术实现思路

[0006]鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种淬冷工艺设计方法，以解决目前缺少一种能够精确仿真淬冷过程的槽式淬冷工艺的合理设计方法的问题。
[0007]本专利技术提供一种淬冷工艺设计方法，包括如下步骤：
[0008]S1、根据淬冷过程的铸坯温度场、已给定的初始淬冷介质温度、淬冷介质容量以及淬冷时间，计算淬冷结束时淬冷介质温度；
[0009]S2、建立初始淬冷介质温度、淬冷结束时淬冷介质温度和淬冷介质容量之间的对应关系；
[0010]S3、根据所述对应关系，按照预设初始淬冷介质温度和预设淬冷结束时淬冷介质温度及预设淬冷温升阈值，设计所述连铸坯淬冷过程中的淬冷介质的容量；
[0011]其中，所述预设淬冷温升阈值为所述预设淬冷结束时淬冷介质温度与所述预设初始淬冷介质温度之间的温差的工艺合理值。
[0012]此外，优选的方案是，所述根据淬冷过程的铸坯温度场、已给定的初始淬冷介质温度、淬冷介质容量以及淬冷时间，计算淬冷结束时淬冷介质温度包括：
[0013]A1、通过温度场计算模型对连铸坯淬冷过程的温度场进行实时的跟踪计算，得到
连续变化的铸坯温度场；
[0014]A2、根据所述铸坯温度场、所述初始淬冷介质温度和铸坯表面的换热系数，计算预设时间步长内从连铸坯导出的热量；
[0015]A3、根据所述预设时间步长内从连铸坯导出的热量和预设有效系数，计算所述预设时间步长内淬冷介质吸收的热量；
[0016]A4、根据所述预设时间步长内淬冷介质吸收的热量以及前一预设时间步长结束后对应的淬冷介质温度，计算该预设时间步长结束后的淬冷介质温度；
[0017]A5、重复步骤A2～A4，直到淬冷结束，得到淬冷结束时淬冷介质温度。
[0018]此外，优选的方案是，所述温度场计算模型采用转换温度和转换热焓法对连铸坯的温度场进行计算，包括如下计算公式：
[0019]传热微分简化公式：
[0020][0021]其中，ρ为连铸坯的密度，t为传热时间，λ0是参考温度T0下的导热系数，φ为转换温度，H为热焓；
[0022]热焓的计算公式为：
[0023][0024]其中，T0是任选的参考温度，H0是对应的参考热焓，L为凝固潜热，c
p
(τ)为温度τ下的比热，f
s
为固相率；
[0025]转换温度与温度对应关系公式为：
[0026][0027]其中，λ0是参考温度T0下的导热系数；λ(t)为温度t下的导热系数。
[0028]此外，优选的方案是，所述根据所述铸坯温度场、所述初始淬冷介质温度和铸坯表面的换热系数，计算预设时间步长内从连铸坯导出的热量包括：
[0029]在预设时间步长内，根据所述连铸坯温度场和铸坯表面的换热系数，计算所述连铸坯的热流；其中，所述铸坯表面的换热系数与所述淬冷介质的温度为相关的函数，h＝f(Tw)；其中，h为铸坯表面的换热系数，Tw为淬冷介质的温度；
[0030]根据所述连铸坯的热流和初始淬冷介质温度，计算预设时间步长内从连铸坯导出的热量。
[0031]此外，优选的方案是，所述连铸坯淬冷过程的边界换热采用第三类边界条件，所述第三类边界条件为：
[0032]q＝h*(Tsurface
‑
Twater)；
[0033]其中，q为热流，h为铸坯表面的换热系数，Tsurface为铸坯表面温度，Twater为淬冷介质上个时间步长结束后的温度，当计算连铸坯在第一个预设时间步长内的热流时，淬冷介质的上个预设时间步长的温度为初始淬冷介质温度。
[0034]此外，优选的方案是，根据所述连铸坯的热流和初始淬冷介质温度，计算预设时间
步长内从连铸坯导出的热量包括：
[0035]采用平均热流计算公式，计算所述连铸坯的平均热流；
[0036]其中，所述平均热流计算公式为：
[0037]其中，q
ave
为连铸坯的平均热流，q
i
为预先设置在连铸坯上的每个计算网格的热流，n为计算网格的数量；
[0038]根据所述连铸坯的平均热流，采用第一连铸坯导出热量计算公式，计算预设时间步长内从连铸坯导出的热量；
[0039]其中，所述第一连铸坯导出热量计算公式为：
[0040]Q＝q
ave
·
2(a+b)L
·
Δt；
[0041]其中，Q为连铸坯的导出热量，q
ave
为连铸坯的平均热流，a、b分别为连铸坯的断面厚度和宽度，L为连铸坯的定尺长度，
△
t为预设时间步长。
[0042]此外，优选的方案是，根据所述连铸坯的热流和初始淬冷介质温度，计算预设时间步长内从连铸坯导出的热量包括：
[0043]根据所述连铸坯与淬冷介质接触的面上划分的计算网格的面积，采用第二连铸坯导出热量计算公式，计算预设时间步长内从连铸坯导出的热量；其中，所述第二连铸坯导出热量计算公式为：
[0044][0045]其中，Q为连铸坯的导出热量，q
i
为预先设置在连铸坯上的每个计算网格的热流，ΔS
i
为计算网格的面积，
△
t为预设时间步长，L为连铸坯的定尺长度，n为计算网格的数量。
[0046]此外，优选的方案是，所述淬冷介质吸收的热量的计算公式为：
[0047]Qw＝Q*η；其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种淬冷工艺设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、根据淬冷过程的铸坯温度场、已给定的初始淬冷介质温度、淬冷介质容量以及淬冷时间，计算淬冷结束时淬冷介质温度；S2、建立初始淬冷介质温度、淬冷结束时淬冷介质温度和淬冷介质容量之间的对应关系；S3、根据所述对应关系，按照预设初始淬冷介质温度和预设淬冷结束时淬冷介质温度及预设淬冷温升阈值，设计所述连铸坯淬冷过程中的淬冷介质的容量；其中，所述预设淬冷温升阈值为所述预设淬冷结束时淬冷介质温度与所述预设初始淬冷介质温度之间的温差的工艺合理值。2.根据权利要求1所述的淬冷工艺设计方法，其特征在于，所述根据淬冷过程的铸坯温度场、已给定的初始淬冷介质温度、淬冷介质容量以及淬冷时间，计算淬冷结束时淬冷介质温度包括：A1、通过温度场计算模型对连铸坯淬冷过程的温度场进行实时的跟踪计算，得到连续变化的铸坯温度场；A2、根据所述铸坯温度场、所述初始淬冷介质温度和铸坯表面的换热系数，计算预设时间步长内从连铸坯导出的热量；A3、根据所述预设时间步长内从连铸坯导出的热量和预设有效系数，计算所述预设时间步长内淬冷介质吸收的热量；A4、根据所述预设时间步长内淬冷介质吸收的热量以及前一预设时间步长结束后对应的淬冷介质温度，计算该预设时间步长结束后的淬冷介质温度；A5、重复步骤A2～A4，直到淬冷结束，得到淬冷结束时淬冷介质温度。3.根据权利要求2所述的淬冷工艺设计方法，其特征在于，所述温度场计算模型采用转换温度和转换热焓法对连铸坯的温度场进行计算，包括如下计算公式：传热微分简化公式：其中，ρ为连铸坯的密度，t为传热时间，λ0是参考温度T0下的导热系数，φ为转换温度，H为热焓；热焓的计算公式为：其中，T0是任选的参考温度，H0是对应的参考热焓，L为凝固潜热，c
p
(τ)为温度τ下的比热，f
s
为固相率；转换温度与温度对应关系公式为：其中，λ0是参考温度T0下的导热系数；λ(t)为温度t下的导热系数。
4.根据权利要求2所述的淬冷工艺设计方法，其特征在于，所述根据所述铸坯温度场、所述初始淬冷介质温度和铸坯表面的换热系数，计算预设时间步长内从连铸坯导出的热量包括：在预设时间步长内，根据所述连铸坯温度场和铸坯表面的换热系数，计算所述连铸坯的热流；其中，所述铸坯表面的换热系数与所述淬冷介质的温度为相关的函数，h＝f(Tw)；其中，h为铸坯表面的换热系数，Tw为淬冷介质的温度；根据所述连铸坯的热流和初始淬冷介质温度，计算预设时间步长内从连铸坯导出的热量。5.根据权利要求2所述的淬冷工艺设计方法，其特征在于，所述连铸坯淬冷过程的边界换热采用第三类边界条件，所述第三类边界条件为：q＝h*(Tsurface
‑
Twater)；其中，q为热流，h为铸坯表面的换热系数，Tsurface为铸坯表面温度，Twater为淬冷介质上个时间步长结束后的温度，当计算连铸坯在第一个预设时间步长内的热流时，淬冷介质的上个预设时间步长的温度为初始淬冷介质温度。6.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱亮，韩占光，谢长川，刘伟涛，
申请(专利权)人：中冶南方连铸技术工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：