铸坯在线热状态跟踪方法技术

技术编号:35904098 阅读:12 留言:0更新日期:2022-12-10 10:41
本发明专利技术提供一种铸坯在线热状态跟踪方法,包括如下步骤:按照区块划分规则,对不对称的异形坯进行区域块划分,分别得到铸坯中心区域块和铸坯表面区域块;对铸坯中心区域块进行结构化的粗网格划分,对铸坯表面区域块进行结构化的细网格划分,得到多块的结构化网格,并对结构化网格的网格节点进行索引描述,将每个结构化块的网格数据以及索引对应存储;计算每个结构化块的网格单元的传热方程系数矩阵和凝固潜热释放源项;依次通过不完全矩阵LU分解和SIP算法耦合计算结构化块内的网格单元的温度场。利用本发明专利技术能够解决现有技术不适合用于不对称的异性坯与板坯两用铸机中,系统可靠性降低以及受时间步长限制等问题。低以及受时间步长限制等问题。低以及受时间步长限制等问题。

【技术实现步骤摘要】
铸坯在线热状态跟踪方法


[0001]本专利技术涉及连铸加工
,更为具体地,涉及一种铸坯在线热状态跟踪方法。

技术介绍

[0002]针对复杂截面形状的异形连铸坯,不能采用结构化的正交网格进行温度场计算。早先,本项技术的专利技术者提出了采用显式格式的间断伽略金有限元方法进行铸坯热跟踪的方法,取得了专利技术专利(专利号,ZL201811231595.6)。在某钢厂实际应用中,取1/4异形连铸坯,采用三角形有限元网格进行连铸坯温度场计算。异形连铸坯在线热跟踪在国内首次投入生产应用。当时,可对两流异形坯进行生产控制。后来钢厂扩大产能,从两个铸流增加到三个铸流;但二级过程控制计算机并没有升级改造,仍然使用原来的二级控制软件,仅仅通过修改配置文件,就能适应三流异形坯在线热跟踪和动态配水的任务。但是,数值计算占用的CPU资源增加了,系统冗余不超过60%,虽然到目前使用中还没有发生故障,但降低了系统的可靠性。
[0003]该钢厂连铸机的另外一个特点是异形坯与板坯两用铸机,既能生产板坯也能生产异形坯。对于二级过程控制软件来说,就要能够同时计算板坯和异形坯的温度场。当时,采用了两种不同的方法,对于板坯采用结构化的正交网格,用有限体积方法进行数值计算;对于异形坯则采用非结构化的网格,用有限元方法进行计算。有限元方法计算程序本身就较为复杂,再加上有限体积方法,使得二级过程控制软件较为复杂,不便于后期维护和升级。随着钢铁工业竞争日益激烈,一机多用成为降低成本的可行方法。从该角度考虑,需要开发新的、统一的铸坯热跟踪的方法。
[0004]另外,该厂提出了用非对称异形坯轧制城市轨道(云轨)的设想,为此,本公司为该厂进行了连铸机设计、制定了生产工艺。考虑到非对称异形坯的几何结构和冷却状态,原来的异形连铸坯在线热跟踪系统将不再能使用。其主要原因有以下两个方面:一是,计算域扩大了,不能取1/4断面,至少要取 1/2。二是,非对称异形坯冷却更加不均匀,容易产生裂纹,需要更好地控制二次冷却,这就要求对铸坯划分更细的网格,对于显式格式的算法,计算时间步长受到稳定性条件的限制,网格细化后,计算效率将大幅度地降低,因为时间步长与网格尺寸的平方成反比。针对非对称异形坯采用什么计算网格和温度场计算方法需要仔细分析。
[0005]考虑到钢铁生产中常见的板坯和方坯,由于几何形状是对称的,若冷却条件也是对称的,则可以取1/4断面进行研究。目前,针对这类连铸坯,大多数温度场在线计算模型普遍采用显式格式的有限体积方法,取1/4断面,采用结构化的正交网格进行计算。这种计算方法,程序较为简单。对于大断面板坯,特别是一些特殊钢种,生产中容易出现表面和角部裂纹。考虑到铸坯表面喷淋冷却的不均匀性,需要采用更细密的网格,仔细刻画铸坯冷却边界条件,这就要对整个铸坯进行温度场计算,才能更好地控制铸坯冷却。与早期的模型相比较,计算域是原来的4倍。另外,若在铸坯表面附近和铸坯角部采用更细密的网格,那么,满足稳定性条件的计算时间步长会更小,早期模型的计算效率会受到很大影响。
[0006]因此,综上所述,目前现有技术中的铸坯在线热状态跟踪方法不适合用于不对称的异性坯与板坯两用铸机中,并且,现有技术中采用的网格划分方法由于无法具体考虑不对称异形坯的内部传热分布,导致系统可靠性降低;并且现有技术中采用的显式格式的有限体积方法计算连铸坯的温度场的时存在受时间步长限制的问题。

技术实现思路

[0007]鉴于上述问题,本专利技术的目的是提供一种铸坯在线热状态跟踪方法,以解决目前现有技术中的铸坯在线热状态跟踪方法不适合用于不对称的异性坯与板坯两用铸机中,并且,现有技术中采用的网格划分方法由于无法具体考虑不对称异形坯的内部传热分布,导致系统可靠性降低;并且现有技术中采用的显式格式的有限体积方法计算连铸坯的温度场的时存在受时间步长限制等问题。
[0008]本专利技术提供一种铸坯在线热状态跟踪方法,包括如下步骤:
[0009]S1、按照预设的区块划分规则,对不对称的异形坯进行区域块划分,分别得到铸坯中心区域块和铸坯表面区域块;
[0010]S2、对所述铸坯中心区域块进行结构化的粗网格划分,对所述铸坯表面区域块进行结构化的细网格划分,得到多块的结构化网格,并对所述结构化网格的节点进行索引描述,将每个结构化网格的网格数据以及索引对应存储;
[0011]S3、根据所述网格数据以及索引,分别对所述铸坯中心区域块内的每个结构化网格和所述铸坯表面区域块内的每个结构化网格的传热方程系数矩阵和凝固潜热释放源项进行计算;
[0012]S4、分别对所述铸坯中心区域块和所述铸坯表面区域块的传热方程系数矩阵进行不完全矩阵LU分解,并结合所述凝固潜热释放源项计算残差,分别得到所述铸坯中心区域块内的结构化网格的残差向量和所述铸坯表面区域块内的结构化网格的残差向量;
[0013]S5、根据所述铸坯中心区域块内的结构化网格的残差向量和所述铸坯表面区域块内的结构化网格的残差向量,采用SIP算法耦合计算所述铸坯中心区域块与所述铸坯表面区域块的温度场,得到多块的结构化网格的温度场,并保证区域块界面上的热平衡,通过迭代算法得到满足预设收敛条件的温度场;
[0014]S6、将根据所述满足预设收敛条件的温度场获取的每个结构化网格的温度值添加至所述网格数据中,并根据预设时间步长,返回步骤S3,向前推进时间,将每个结构化网格在不同时间的温度值与其对应的结构化网格的索引进行对应存储。
[0015]此外,优选的方案是,所述区块划分规则包括:使所述不对称的异形坯从铸坯表面指向铸坯内部的方向上保持厚度均匀,且铸坯中心区域块的边界由折线或圆弧曲线段围成。
[0016]此外,优选的方案是,所述对所述铸坯中心区域块进行结构化的粗网格划分,对所述铸坯表面区域块进行结构化的细网格划分,得到多块的结构化网格,并对多块的所述结构化网格的节点进行索引描述,将每个所述结构化网格的网格数据以及索引对应存储包括:
[0017]按照第一预设网格尺寸对所述铸坯中心区域块进行结构化的粗网格划分,按照第二预设网格尺寸对所述铸坯表面区域块进行结构化的细网格划分,得到多块的结构化网
格;
[0018]标注所述结构化网格的节点的位置坐标以通过索引描述的方式确定所述结构化网格的位置,并将每个所述结构化网格的网格数据以及索引对应存储。
[0019]此外,优选的方案是,按照O

type或C

type的数据结构存储所述铸坯表面区域块的细网格划分后得到的结构化网格的网格数据,并建立所述铸坯中心区域块和所述铸坯表面区域块之间边界两侧的结构化网格的对应关系,将所述对应关系进行存储。
[0020]此外,优选的方案是,所述凝固潜热释放源项的计算公式为:
[0021]其中,
[0022]ρ为铸坯密度,g
l
为液相率,L为凝固潜热,t为时间,T为温度;S
P
为传热计算中凝固潜热释放源项经过线性化处理后的比例项,S
C...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铸坯在线热状态跟踪方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、按照预设的区块划分规则,对不对称的异形坯进行区域块划分,分别得到铸坯中心区域块和铸坯表面区域块;S2、对所述铸坯中心区域块进行结构化的粗网格划分,对所述铸坯表面区域块进行结构化的细网格划分,得到多块的结构化网格,并对所述结构化网格的节点进行索引描述,将每个结构化网格的网格数据以及索引对应存储;S3、根据所述网格数据以及索引,分别对所述铸坯中心区域块内的每个结构化网格和所述铸坯表面区域块内的每个结构化网格的传热方程系数矩阵和凝固潜热释放源项进行计算;S4、分别对所述铸坯中心区域块和所述铸坯表面区域块的传热方程系数矩阵进行不完全矩阵LU分解,并结合所述凝固潜热释放源项计算残差,分别得到所述铸坯中心区域块内的结构化网格的残差向量和所述铸坯表面区域块内的结构化网格的残差向量;S5、根据所述铸坯中心区域块内的结构化网格的残差向量和所述铸坯表面区域块内的结构化网格的残差向量,采用SIP算法耦合计算所述铸坯中心区域块与所述铸坯表面区域块的温度场,得到多块的结构化网格的温度场,并保证区域块界面上的热平衡,通过迭代算法得到满足预设收敛条件的温度场;S6、将根据所述满足预设收敛条件的温度场获取的每个结构化网格的温度值添加至所述网格数据中,并根据预设时间步长,返回步骤S3,向前推进时间,将每个结构化网格在不同时间的温度值与其对应的结构化网格的索引进行对应存储。2.根据权利要求1所述的铸坯在线热状态跟踪方法,其特征在于,所述区块划分规则包括:使所述不对称的异形坯从铸坯表面指向铸坯内部的方向上保持厚度均匀,且铸坯中心区域块的边界由折线或圆弧曲线段围成。3.根据权利要求1所述的铸坯在线热状态跟踪方法,其特征在于,所述对所述铸坯中心区域块进行结构化的粗网格划分,对所述铸坯表面区域块进行结构化的细网格划分,得到多块的结构化网格,并对多块的所述结构化网格的节点进行索引描述,将每个所述结构化网格的网格数据以及索引对应存储包括:按照第一预设网格尺寸对所述铸坯中心区域块进行结构化的粗网格划分,按照第二预设网格尺寸对所述铸坯表面区域块进行结构化的细网格划分,得到多块的结构化网格;标注所述结构化网格的节点的位置坐标以通过索引描述的方式确定所述结构化网格的位置,并将每个所述结构化网格的网格数据以及索引对应存储。4.根据权利要求3所述的铸坯在线热状态跟踪方法,其特征在于,按照O

type或C

type的数据结构存储所述铸坯表面区域块的细网格划分后得到的结构化网格的网格数据,并建立所述铸坯中心区域块和所述铸坯表面区域块之间边界两侧的结构化网格的对应关系,将所述对应关系进行存储。5.根据权利要求1所述的铸坯在线热状态跟踪方法,其特征在于,所述凝固潜热释放源项的计算公式为:其中,
ρ为铸坯密度,g
l
为液相率,L为凝固潜热,t为时间,T为温度;S
P
为传热计算中凝固潜热释放源项经过线性化处理后的比例项,S
c
为常数项,S
P
和S
C...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘伟涛韩占光谢长川钱亮
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:

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